Come e perché liquefanno il gas: tecnologia e sfumature della produzione di gas liquefatto

Le tecnologie relative all'estrazione, al trasporto e al trattamento del gas naturale si stanno sviluppando rapidamente. E molte persone oggi sentono le abbreviazioni LNG (LPG) e LPG (LNG). Quasi a giorni alterni il carburante a gas naturale viene menzionato nelle notizie in un contesto o nell'altro.

Ma, devi essere d'accordo, per avere una chiara comprensione di ciò che sta accadendo, è importante prima capire come viene liquefatto il gas, perché è fatto e quali benefici dà o non dà. E ci sono molte sfumature in questa materia.

Vengono costruite grandi fabbriche ad alta tecnologia per liquefare gli idrocarburi gassosi. Successivamente, capiremo attentamente: a cosa serve tutto questo e come accade.

Perché liquefanno il gas naturale?

Il carburante blu viene estratto dalle viscere della terra sotto forma di una miscela di metano, etano, propano, butano, elio, azoto, idrogeno solforato e altri gas, nonché i loro vari derivati.

Alcuni di essi sono utilizzati nell'industria chimica, altri vengono bruciati in caldaie o turbine per generare calore ed elettricità. Inoltre, una certa quantità del materiale estratto viene utilizzata come carburante per motori a gas.

Il motivo principale della liquefazione del gas naturale è facilitarne il trasporto su lunghe distanze. Se il consumatore e il pozzo di produzione di gas combustibile si trovano su un terreno l'uno vicino all'altro, è più facile e più redditizio posare un tubo tra di loro. Ma in alcuni casi, la costruzione di un'autostrada è troppo costosa e problematica a causa delle sfumature geografiche. Pertanto, ricorrono a varie tecnologie per ottenere GNL o GPL in forma liquida.

Economia e sicurezza dei trasporti

Dopo che il gas è stato liquefatto, viene già pompato sotto forma di liquido in appositi contenitori per il trasporto via mare, fiume, strada e/o ferrovia. Allo stesso tempo, la liquefazione è tecnologicamente piuttosto costosa dal punto di vista energetico del processo.

In diversi stabilimenti, questo richiede fino al 25% del volume iniziale di carburante. Cioè, per generare l'energia richiesta dalla tecnologia, è necessario bruciare fino a 1 tonnellata di GNL ogni tre tonnellate di esso in forma finita. Ma il gas naturale ora è molto richiesto, tutto paga.

Finché il gas naturale è allo stato liquido, non è infiammabile e non è esplosivo. Solo dopo evaporazione nel corso della rigassificazione, il ottenuto miscela di gas risulta idoneo alla combustione in caldaie e piani cottura. Pertanto, se GNL o GPL viene utilizzato come combustibile idrocarburico, allora devono essere rigassificati.

Utilizzo in vari campi

Molto spesso, i termini "gas liquefatto" e "gas liquefatto" sono menzionati nel contesto del trasporto di un vettore energetico idrocarburico. Cioè, all'inizio viene estratto il carburante blu e poi viene convertito in GPL o GNL. Quindi il liquido risultante viene trasportato e quindi riportato allo stato gassoso per l'una o l'altra applicazione.

Il GPL da propano-butano viene utilizzato principalmente come:

• carburante per motori a gas;
• combustibile per pompare sistemi di riscaldamento autonomi nei gasometri;
• liquidi per il rifornimento di accendini e bombole di gas con capacità da 200 ml a 50 litri.

Il GNL viene solitamente prodotto esclusivamente per il trasporto a lunga distanza. Se per lo stoccaggio del GPL c'è una capacità sufficiente in grado di resistere a una pressione di diverse atmosfere, per il metano liquefatto sono necessari speciali serbatoi criogenici.

Le apparecchiature di stoccaggio del GNL sono altamente tecnologiche e occupano molto spazio. Non è redditizio utilizzare tale carburante nelle autovetture a causa dell'alto costo dei cilindri. I camion a GNL sotto forma di singoli modelli sperimentali stanno già circolando sulle strade, ma nel segmento delle autovetture è improbabile che questo carburante "liquido" trovi un uso diffuso nel prossimo futuro.

Il metano liquefatto come combustibile è ora sempre più utilizzato nel funzionamento:

• locomotive ferroviarie;
• navi marittime;
• trasporto fluviale.

Oltre ad essere utilizzati come vettore energetico, GPL e GNL vengono utilizzati anche direttamente in forma liquida negli impianti gas e petrolchimici. Da essi vengono ricavate varie plastiche e altri materiali a base di idrocarburi.

Tecnologie di produzione GPL e GNL

Per convertire il metano da uno stato gassoso a un liquido, deve essere raffreddato a -163 ° C. E il propano-butano si liquefa già a -40 °INSIEME A. Di conseguenza, tecnologie e costi sono molto diversi in entrambi i casi.

Le seguenti tecnologie di diverse società vengono utilizzate per liquefare il gas naturale:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Cascata ottimizzata;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL, ecc.

Tutti si basano sui processi di compressione e/o scambio termico. L'operazione di liquefazione avviene nell'impianto in più fasi, durante le quali il gas viene progressivamente compresso e raffreddato fino alla temperatura di transizione alla fase liquida.

Preparazione del gas

Prima di iniziare a liquefare il gas naturale grezzo, è necessario rimuovere da esso acqua, elio, idrogeno, azoto, composti di zolfo e altre impurità. Per questo, viene solitamente utilizzata la tecnologia di adsorbimento di purificazione profonda della miscela di gas facendola passare attraverso setacci molecolari.

Quindi avviene la seconda fase di preparazione della carica, durante la quale vengono rimossi gli idrocarburi pesanti. Di conseguenza, nel gas rimangono solo etano e metano (o propano e butano) con un volume di impurità inferiore al 5%, in modo che questa frazione possa iniziare a raffreddarsi e liquefarsi.

Il frazionamento consente di eliminare le impurità nocive e rilasciare solo il gas principale per la successiva liquefazione. A una pressione di 1 atm, la temperatura di transizione allo stato liquido per il metano è -163 ° C, per l'etano -88 ° C, per il propano -42 ° C e per il butano -0,5 ° C.

Sono proprio queste differenze di temperatura a spiegare il motivo per cui si separano in frazioni e solo successivamente liquefanno il gas fornito all'impianto. Non esiste un'unica tecnologia di liquefazione per tutti i tipi di composti di idrocarburi gassosi. Ognuno di loro deve costruire e utilizzare la propria linea tecnologica.

Processo di liquefazione di base

La base per convertire un gas in uno stato liquido è un ciclo di refrigerazione, durante il quale il calore viene trasferito dall'uno o dall'altro refrigerante da un ambiente a bassa temperatura a uno più alto. Questo processo è multistadio e richiede potenti compressori per l'espansione/contrazione del vettore di calore e degli scambiatori di calore.

I seguenti sono utilizzati come refrigerante nelle diverse fasi di liquefazione:

• propano;
• metano;
• etano;
• azoto;
• acqua (di mare e depurata);
• aria.

Ad esempio, per il raffreddamento primario del gas naturale presso lo Yamal LNG di Novatek, un cool aria artica, che consente di abbassare immediatamente la temperatura della materia prima con un costo minimo fino a +10 °. E nei caldi mesi estivi, invece, si prevede di utilizzare l'acqua di mare dell'Oceano Artico, che, indipendentemente dal periodo dell'anno, a una profondità di 3-4 ° costante.

Allo stesso tempo, l'azoto ottenuto direttamente dall'aria viene utilizzato come refrigerante finale in Yamal. Di conseguenza, l'Artico fornisce tutto il necessario per la produzione di GNL, dal gas naturale di origine agli agenti di lavoro utilizzati nel processo di liquefazione.

Il propano viene liquefatto secondo uno schema simile al metano. Solo le temperature di raffreddamento sono molto più basse - meno 42 ° C contro meno 163 ° C. Quindi liquefazione gas per bombole di gas costa molte volte meno, ma lo stesso GPL propano-butano prodotto è meno richiesto sul mercato.

Trasporto e stoccaggio

Quasi l'intero volume di GNL viene trasportato da navi metaniere di grandi dimensioni da una costa all'altra. Il trasporto via terra è limitato dalla necessità di mantenere la temperatura del "carburante liquido blu" a valori di circa -160 °, altrimenti il ​​metano inizia a trasformarsi in uno stato gassoso e diventa esplosivo.

La pressione nel contenitore di GNL è vicina a quella atmosferica. Tuttavia, se la temperatura del metano liquido supera i -160 ° C, inizierà a passare da liquido a gas. Di conseguenza, la pressione nel contenitore inizierà ad aumentare, il che rappresenta un serio pericolo. Pertanto, le navi metaniere sono dotate di installazioni per il mantenimento di basse temperature e uno spesso strato di isolante termico.

Il GPL viene rigassificato in gas direttamente nel gasometro. La rigassificazione del GNL viene effettuata in appositi impianti industriali privi di accesso all'ossigeno. Fisicamente, il metano liquido a temperature positive si trasforma gradualmente in gas. Tuttavia, se ciò accade direttamente nell'aria al di fuori di condizioni speciali, tale processo porterà a un'esplosione.

Dopo che il gas naturale sotto forma di GNL viene liquefatto nell'impianto, viene trasportato e quindi nuovamente nell'impianto (solo rigassificazione) viene riconvertito allo stato gassoso per un ulteriore utilizzo.

Prospettive dell'idrogeno liquefatto

Oltre alla liquefazione diretta e all'uso in questa forma, è anche possibile ottenere un altro vettore energetico dal gas naturale: l'idrogeno. Il metano è CH₄, propano C₃h₈, e butano C₄h₁₀.

La componente idrogeno è presente in tutti questi combustibili fossili, basta isolarla.

Per trasferire l'idrogeno da uno stato gassoso a uno liquido, deve essere raffreddato a -253 ° C. Per questo vengono utilizzati sistemi di refrigerazione multistadio e unità di compressione / espansione. Finora, tali tecnologie sono troppo costose, ma sono in corso lavori per renderle più economiche.

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Inoltre, a differenza del GPL e del GNL, l'idrogeno liquefatto è molto più esplosivo. La minima perdita di esso in combinazione con l'ossigeno dà una miscela gas-aria, che viene accesa dalla minima scintilla. E lo stoccaggio dell'idrogeno liquido è possibile solo in speciali contenitori criogenici. Ci sono ancora troppi svantaggi per il carburante a idrogeno.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Come viene prodotto il gas liquefatto e perché viene liquefatto:

Tutto sui gas liquefatti:

Esistono diverse tecnologie per la liquefazione dei gas. Sono propri per il metano e propri per il propano-butano. Allo stesso tempo, è più economico ottenere il GPL ed è più facile e sicuro da trasportare / immagazzinare. La produzione di metano GNL è un processo più costoso e complesso. Inoltre, la sua rigassificazione richiede attrezzature specializzate. Allo stesso tempo, il metano è oggi più richiesto sul mercato, quindi viene liquefatto in volumi molto maggiori.

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