Kā un kāpēc viņi sašķidrina gāzi: sašķidrinātās gāzes ražošanas tehnoloģija un nianses

Tehnoloģijas, kas saistītas ar dabasgāzes ieguvi, transportēšanu un pārstrādi, attīstās strauji. Un daudzi cilvēki šodien dzird saīsinājumus LNG (LPG) un LPG (LNG). Gandrīz katru otro dienu ziņās vienā vai otrā kontekstā tiek pieminēta dabasgāzes degviela.

Bet, jums jāpiekrīt, lai skaidri saprastu, kas notiek, ir svarīgi vispirms saprast, kā gāze tiek sašķidrināta, kāpēc tā tiek darīta un kādus labumus tā dod vai nedod. Un šajā jautājumā ir daudz nianšu.

Gāzveida ogļūdeņražu sašķidrināšanai tiek būvētas lielas augsto tehnoloģiju rūpnīcas. Tālāk mēs rūpīgi sapratīsim: kam tas viss paredzēts un kā tas notiek.

Kāpēc viņi sašķidrina dabasgāzi?

Zilo degvielu no zemes zarnām iegūst metāna, etāna, propāna, butāna, hēlija, slāpekļa, sērūdeņraža un citu gāzu, kā arī to dažādo atvasinājumu maisījuma veidā.

Daži no tiem tiek izmantoti ķīmiskajā rūpniecībā, bet citi tiek sadedzināti katlos vai turbīnās, lai iegūtu siltumu un elektrību. Turklāt noteikts daudzums iegūto tiek izmantots kā gāzes dzinēja degviela.

Galvenais dabasgāzes sašķidrināšanas iemesls ir atvieglot tās transportēšanu lielos attālumos. Ja patērētājs un gāzes degvielas ražošanas urbums atrodas uz zemes tuvu viens otram, tad ir vieglāk un izdevīgāk novietot cauruli starp tām. Bet dažos gadījumos šosejas būvniecība ir pārāk dārga un problemātiska ģeogrāfisko nianšu dēļ. Tāpēc viņi izmanto dažādas tehnoloģijas SDG vai LPG iegūšanai šķidrā veidā.

Ekonomika un transporta drošība

Pēc tam, kad gāze ir sašķidrināta, tā jau šķidruma veidā tiek iesūknēta īpašos konteineros transportēšanai pa jūru, upi, ceļu un / vai dzelzceļu. Tajā pašā laikā sašķidrināšana ir tehnoloģiski diezgan dārga no procesa enerģijas viedokļa.

Dažādās rūpnīcās tas aizņem līdz 25% no sākotnējā degvielas tilpuma. Tas ir, lai radītu tehnoloģijai nepieciešamo enerģiju, ir nepieciešams sadedzināt līdz 1 tonnai SDG uz katrām trim tonnām gatavā veidā. Bet dabasgāze tagad ir ļoti pieprasīta, viss atmaksājas.

Kamēr dabasgāze ir šķidrā stāvoklī, tā nav uzliesmojoša un nav sprādzienbīstama. Tikai pēc iztvaikošanas regazifikācijas laikā iegūtais gāzes maisījums izrādās piemērots sadedzināšanai katli un plīts virsmas. Tāpēc, ja kā ogļūdeņraža degvielu izmanto sašķidrinātu dabasgāzi vai sašķidrinātu naftas gāzi, tās ir jāpārveido.

Izmantojiet dažādās jomās

Visbiežāk termini "sašķidrināta gāze" un "sašķidrināta gāze" tiek minēti ogļūdeņraža enerģijas nesēja transportēšanas kontekstā. Tas ir, sākumā tiek iegūta zilā degviela, un pēc tam tā tiek pārveidota par LPG vai LNG. Tad iegūtais šķidrums tiek transportēts un pēc tam tiek atgriezts gāzveida stāvoklī vienam vai otram lietojumam.

LPG no propāna-butāna galvenokārt izmanto kā:

• gāzes dzinēja degviela;
• degviela autonomu apkures sistēmu iesūknēšanai gāzes turētājos;
• šķidrumi šķiltavu un gāzes balonu uzpildīšanai ar tilpumu no 200 ml līdz 50 litriem.

SDG parasti ražo tikai tālsatiksmes pārvadājumiem. Ja LPG uzglabāšanai ir pietiekami daudz jaudas, kas spēj izturēt vairāku atmosfēru spiedienu, tad sašķidrinātam metānam ir nepieciešamas īpašas kriogēnās tvertnes.

SDG uzglabāšanas iekārtas ir ļoti tehnoloģiskas un aizņem daudz vietas. Nav izdevīgi izmantot šādu degvielu vieglajos automobiļos balonu augsto izmaksu dēļ. SDG kravas automašīnas atsevišķu eksperimentālu modeļu veidā jau brauc pa ceļiem, taču vieglo automobiļu segmentā šī "šķidrā" degviela tuvākajā nākotnē, visticamāk, netiks plaši izmantota.

Sašķidrināto metānu kā degvielu arvien vairāk izmanto ekspluatācijā:

• dzelzceļa lokomotīves;
• jūras kuģi;
• upju transports.

Papildus tam, ka LPG un sašķidrināto naftas gāzi izmanto kā enerģijas nesēju, tās tiek izmantotas arī šķidrā veidā gāzes un naftas ķīmijas rūpnīcās. No tiem tiek izgatavotas dažādas plastmasas un citi materiāli, kuru pamatā ir ogļūdeņraži.

LPG un LNG ražošanas tehnoloģijas

Lai pārvērstu metānu no gāzveida stāvokļa uz šķidrumu, tas jāatdzesē līdz -163 ° C. Un propāns -butāns sašķidrina jau -40 °AR. Attiecīgi tehnoloģijas un izmaksas abos gadījumos ir ļoti atšķirīgas.

Dabasgāzes sašķidrināšanai tiek izmantotas šādas dažādu uzņēmumu tehnoloģijas:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimizēta kaskāde;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL utt.

Visu to pamatā ir saspiešanas un / vai siltuma apmaiņas procesi. Sašķidrināšanas darbība iekārtā notiek vairākos posmos, kuru laikā gāze tiek pakāpeniski saspiesta un atdzesēta līdz pārejas temperatūrai uz šķidro fāzi.

Gāzes sagatavošana

Pirms sākt sašķidrināt neapstrādātu dabasgāzi, no tās jāizņem ūdens, hēlijs, ūdeņradis, slāpeklis, sēra savienojumi un citi piemaisījumi. Šim nolūkam parasti tiek izmantota gāzes maisījuma dziļas attīrīšanas adsorbcijas tehnoloģija, izlaižot to caur molekulārajiem sietiem.

Pēc tam notiek izejvielu sagatavošanas otrais posms, kura laikā tiek noņemti smagie ogļūdeņraži. Tā rezultātā gāzē paliek tikai etāns un metāns (vai propāns un butāns), kuru piemaisījumu tilpums ir mazāks par 5%, lai šo frakciju varētu sākt atdzesēt un sašķidrināt.

Frakcionēšana ļauj atbrīvoties no kaitīgiem piemaisījumiem un atbrīvot tikai galveno gāzi turpmākai sašķidrināšanai. Pie spiediena 1 atm metāna šķidrā stāvoklī pārejas temperatūra ir -163 ° C, etānam -88 ° C, propānam -42 ° C un butānam -0,5 ° C.

Tieši šīs temperatūras atšķirības izskaidro iemeslu, kāpēc tās sadalās frakcijās un tikai pēc tam sašķidrina iekārtai piegādāto gāzi. Nav vienotas sašķidrināšanas tehnoloģijas visiem gāzveida ogļūdeņražu savienojumu veidiem. Katram no viņiem ir jāveido un jāizmanto sava tehnoloģiskā līnija.

Pamata sašķidrināšanas process

Gāzes pārvēršanas šķidrā stāvoklī pamats ir saldēšanas cikls, kura laikā siltumu ar vienu vai otru aukstumaģentu pārnes no vides ar zemu temperatūru uz vidi ar augstāku. Šis process ir daudzpakāpju, un siltumnesēja un siltummaiņu paplašināšanai / savilkšanai nepieciešami jaudīgi kompresori.

Dažādi sašķidrināšanas posmi kā aukstumaģents tiek izmantoti šādi:

• propāns;
• metāns;
• etāns;
• slāpeklis;
• ūdens (jūras un attīrīts);
• gaiss.

Piemēram, dabasgāzes primārajai dzesēšanai Novatek Yamal LNG, vēss arktiskais gaiss, kas ļauj nekavējoties pazemināt izejvielas temperatūru ar minimālām izmaksām līdz +10 ° С. Un karstajos vasaras mēnešos tā vietā ir paredzēts izmantot jūras ūdeni no Ziemeļu Ledus okeāna, kura dziļums ir nemainīgs 3-4 ° С neatkarīgi no sezonas.

Tajā pašā laikā slāpeklis, kas iegūts tieši no gaisa, tiek izmantots kā pēdējais dzesēšanas līdzeklis Yamal. Rezultātā Arktika nodrošina visu nepieciešamo SDG ražošanai - no avota dabasgāzes līdz sašķidrināšanas procesā izmantotajiem darba līdzekļiem.

Propāns tiek sašķidrināts saskaņā ar shēmu, kas līdzīga metānam. Tikai dzesēšanas temperatūra ir daudz zemāka - mīnus 42 ° C pret mīnus 163 ° C. Tāpēc sašķidrināšana gāze gāzes tvertnēm maksā vairākas reizes lētāk, bet pati saražotā propāna-butāna SNG ir mazāk pieprasīta tirgū.

Transportēšana un uzglabāšana

Gandrīz visu sašķidrinātās dabasgāzes apjomu lielgabarīta jūras kuģi pārvadā no vienas piekrastes uz otru. Pārvadājumus pa sauszemi ierobežo nepieciešamība uzturēt "šķidri zilās degvielas" temperatūru pie aptuveni -160 ° С vērtībām, pretējā gadījumā metāns sāk pārvērsties gāzes stāvoklī un kļūst sprādzienbīstams.

Spiediens SDG tvertnē ir tuvu atmosfēras spiedienam. Tomēr, ja šķidrā metāna temperatūra paaugstinās virs -160 ° C, tad tas sāks pārvērsties no šķidruma uz gāzi. Tā rezultātā spiediens traukā sāks pieaugt, kas ir nopietns apdraudējums. Tāpēc SDG pārvadātāji ir aprīkoti ar iekārtām zemas temperatūras uzturēšanai un biezu siltumizolatora slāni.

Sašķidrināto naftas gāzi pārvērš gāzē tieši gāzes turētājā. SDG regazifikācija tiek veikta īpašās rūpniecības iekārtās bez piekļuves skābeklim. Fiziski šķidrs metāns pozitīvā temperatūrā pakāpeniski pārvēršas par gāzi. Tomēr, ja tas notiek tieši gaisā ārpus īpašiem apstākļiem, tad šāds process novedīs pie sprādziena.

Pēc tam, kad rūpnīcā sašķidrināta dabasgāze sašķidrinātās dabasgāzes veidā, tā tiek transportēta un pēc tam rūpnīcā (tikai regazifikācija) tiek pārveidota gāzveida stāvoklī turpmākai izmantošanai.

Sašķidrinātā ūdeņraža izredzes

Papildus tiešai sašķidrināšanai un izmantošanai šajā formā no dabasgāzes ir iespējams iegūt arī citu enerģijas nesēju - ūdeņradi. Metāns ir CH₄, propāns C.₃H₈un butāns C.₄H₁₀.

Ūdeņraža komponents ir visos šajos fosilajos kurināmajos, jums tas vienkārši jāizolē.

Lai ūdeņradi pārnestu no gāzes stāvokļa uz šķidrumu, tas jāatdzesē līdz -253 ° C. Šim nolūkam tiek izmantotas daudzpakāpju saldēšanas sistēmas un kompresijas / izplešanās iekārtas. Līdz šim šādas tehnoloģijas ir pārāk dārgas, taču notiek darbs, lai tās padarītu lētākas.

Mēs arī iesakām izlasīt mūsu citu rakstu, kurā mēs detalizēti aprakstījām, kā savām rokām izgatavot ūdeņraža ģeneratoru savām mājām. Sīkāka informācija - ej saite.

Tāpat atšķirībā no LPG un LNG sašķidrinātais ūdeņradis ir daudz sprādzienbīstamāks. Mazākā tās noplūde kombinācijā ar skābekli rada gāzes un gaisa maisījumu, kuru aizdedzina vismazākā dzirkstele. Un šķidrā ūdeņraža uzglabāšana ir iespējama tikai īpašos kriogēnos traukos. Ūdeņraža degvielai joprojām ir pārāk daudz trūkumu.

Secinājumi un noderīgs video par šo tēmu

Kā tiek sašķidrināta gāze un kāpēc tā tiek sašķidrināta:

Viss par sašķidrinātām gāzēm:

Gāzu sašķidrināšanai ir vairākas tehnoloģijas. Metānam tie ir savi, bet propān-butānam-savi. Tajā pašā laikā LPG ir lētāk iegūt, un transportēt / uzglabāt ir vieglāk un drošāk. LNG metāna ražošana ir dārgāks un sarežģītāks process. Turklāt tā atkārtotai gāzēšanai ir nepieciešams īpašs aprīkojums. Tajā pašā laikā metāns šodien ir pieprasītāks tirgū, tāpēc to sašķidrina daudz lielākā apjomā.

Vai jums ir kādi precizējoši jautājumi vai jūsu eksperta viedoklis par gāzes sašķidrināšanu? Varbūt jums ir kaut kas jāpievieno iepriekš minētajam. Jūtieties brīvi jautāt un / vai komentēt rakstu zemāk esošajā blokā.