Jak i dlaczego skraplają gaz: technologia i niuanse produkcji skroplonego gazu

Technologie związane z wydobyciem, transportem i przetwarzaniem gazu ziemnego rozwijają się w szybkim tempie. A wiele osób słyszy dziś skróty LNG (LPG) i LPG (LNG). Prawie co drugi dzień w wiadomościach w takim czy innym kontekście pojawia się wzmianka o paliwie gazowym.

Ale musisz się zgodzić, aby mieć jasne zrozumienie tego, co się dzieje, ważne jest, aby najpierw zrozumieć, w jaki sposób gaz jest skraplany, dlaczego to się robi i jakie korzyści daje, a jakie nie. A niuansów w tej kwestii jest wiele.

Budowane są duże, zaawansowane technologicznie fabryki do skraplania węglowodorów gazowych. Następnie dokładnie zrozumiemy: po co to wszystko i jak to się dzieje.

Dlaczego skraplają gaz ziemny?

Niebieskie paliwo jest wydobywane z wnętrzności ziemi w postaci mieszaniny metanu, etanu, propanu, butanu, helu, azotu, siarkowodoru i innych gazów, a także ich różnych pochodnych.

Część z nich wykorzystywana jest w przemyśle chemicznym, część spalana jest w kotłach lub turbinach do wytwarzania ciepła i energii elektrycznej. Dodatkowo pewna ilość wydobytego surowca jest wykorzystywana jako paliwo do silników gazowych.

Głównym powodem skraplania gazu ziemnego jest ułatwienie jego transportu na duże odległości. Jeśli odbiorca i odwiert do produkcji paliwa gazowego znajdują się blisko siebie na lądzie, łatwiej i bardziej opłaca się ułożyć między nimi rurę. Ale w niektórych przypadkach budowa autostrady jest zbyt kosztowna i problematyczna ze względu na niuanse geograficzne. Dlatego sięgają po różne technologie pozyskiwania LNG lub LPG w postaci płynnej.

Ekonomia i bezpieczeństwo transportu

Po skropleniu gaz jest już przepompowywany w postaci cieczy do specjalnych pojemników do transportu drogą morską, rzeczną, drogową i/lub kolejową. Jednocześnie upłynnianie jest dość kosztowne technologicznie z energetycznego punktu widzenia procesu.

W różnych fabrykach zajmuje to do 25% początkowej objętości paliwa. Oznacza to, że aby wytworzyć energię wymaganą przez technologię, konieczne jest spalenie do 1 tony LNG na każde trzy tony w postaci gotowej. Ale gaz ziemny jest teraz bardzo poszukiwany, wszystko się opłaca.

Dopóki gaz ziemny jest w stanie ciekłym, jest niepalny i niewybuchowy. Dopiero po odparowaniu w trakcie regazyfikacji uzyskany mieszanka gazowa okazuje się odpowiedni do spalania w kotły i kuchenki. Dlatego też, jeśli jako paliwo węglowodorowe stosuje się LNG lub LPG, należy je poddać regazyfikacji.

Użyj w różnych dziedzinach

Najczęściej terminy „gaz skroplony” i „gaz skroplony” są wymieniane w kontekście transportu węglowodorowego nośnika energii. Oznacza to, że najpierw wydobywane jest błękitne paliwo, a następnie przekształcane jest w LPG lub LNG. Następnie uzyskana ciecz jest transportowana, a następnie przywracana do stanu gazowego do jednego lub drugiego zastosowania.

LPG z propan-butanu stosuje się głównie jako:

• paliwo do silników gazowych;
• paliwo do pompowania autonomicznych systemów grzewczych do zbiorników gazu;
• płyny do tankowania zapalniczek i butli gazowych o pojemności od 200 ml do 50 litrów.

LNG jest zwykle produkowany wyłącznie do transportu na duże odległości. Jeśli do przechowywania LPG jest wystarczająca pojemność, która może wytrzymać ciśnienie kilku atmosfer, to do skroplonego metanu wymagane są specjalne zbiorniki kriogeniczne.

Urządzenia do magazynowania LNG są wysoce technologiczne i zajmują dużo miejsca. Stosowanie takiego paliwa w samochodach osobowych nie jest opłacalne ze względu na wysoki koszt butli. Po drogach jeżdżą już ciężarówki na LNG w postaci pojedynczych eksperymentalnych modeli, ale w segmencie samochodów osobowych to „płynne” paliwo raczej nie znajdzie szerokiego zastosowania w najbliższej przyszłości.

Obecnie coraz częściej w eksploatacji stosuje się skroplony metan jako paliwo:

• lokomotywy kolejowe;
• statki morskie;
• transport rzeczny.

Oprócz zastosowania jako nośnik energii, LPG i LNG są również wykorzystywane bezpośrednio w postaci płynnej w zakładach gazowych i petrochemicznych. Wytwarza się z nich różne tworzywa sztuczne i inne materiały na bazie węglowodorów.

Technologie produkcji LPG i LNG

Aby przekształcić metan ze stanu gazowego w ciecz, należy go schłodzić do -163°C. A propan-butan upłynnia już w -40 °Z. W związku z tym technologie i koszty są w obu przypadkach bardzo różne.

Do skraplania gazu ziemnego wykorzystywane są następujące technologie różnych firm:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Zoptymalizowana kaskada;
• DMR;
• CENA;
• MFC;
• GTL itp.

Wszystkie opierają się na procesach sprężania i/lub wymiany ciepła. Operacja skraplania odbywa się w instalacji w kilku etapach, podczas których gaz jest stopniowo sprężany i schładzany do temperatury przejścia w fazę ciekłą.

Przygotowanie gazu

Przed przystąpieniem do skraplania surowego gazu ziemnego należy z niego usunąć wodę, hel, wodór, azot, związki siarki i inne zanieczyszczenia. W tym celu zwykle stosuje się technologię adsorpcji głębokiego oczyszczania mieszaniny gazów poprzez przepuszczenie jej przez sita molekularne.

Następnie następuje drugi etap przygotowania wsadu, podczas którego usuwane są ciężkie węglowodory. W rezultacie w gazie pozostają tylko etan i metan (lub propan i butan) o objętości zanieczyszczeń mniejszej niż 5%, dzięki czemu frakcja ta może być schładzana i upłynniana.

Frakcjonowanie pozwala pozbyć się szkodliwych zanieczyszczeń i uwolnić tylko główny gaz do późniejszego upłynnienia. Przy ciśnieniu 1 atm temperatura przejścia w stan ciekły metanu wynosi -163°C, etanu -88 °C, propanu -42 °C, a butanu -0,5 °C.

To właśnie te różnice temperatur wyjaśniają powód, dla którego rozdzielają się na frakcje i dopiero potem skraplają gaz dostarczany do zakładu. Nie ma jednej technologii skraplania dla wszystkich rodzajów gazowych związków węglowodorowych. Każdy z nich musi zbudować i korzystać z własnej linii technologicznej.

Podstawowy proces upłynniania

Podstawą przemiany gazu w stan ciekły jest cykl chłodniczy, podczas którego ciepło przekazywane jest przez ten lub inny czynnik chłodniczy ze środowiska o niskiej temperaturze do medium o wyższej. Proces ten jest wieloetapowy i wymaga potężnych sprężarek do rozszerzania/kurczenia się nośnika ciepła i wymienników ciepła.

Jako czynnik chłodniczy na różnych etapach skraplania stosuje się:

• propan;
• metan;
• etan;
• azot;
• woda (morska i oczyszczona);
• powietrze.

Na przykład, dla pierwotnego chłodzenia gazu ziemnego w Yamal LNG Novatek, chłod arktyczne powietrze, które pozwala na natychmiastowe obniżenie temperatury surowca przy minimalnych kosztach do +10 ° С. A w gorące letnie miesiące zamiast tego przewiduje się użycie wody morskiej z Oceanu Arktycznego, która ma stałą głębokość 3-4 ° С bez względu na porę roku.

Jednocześnie azot pozyskiwany bezpośrednio z powietrza jest wykorzystywany jako końcowy czynnik chłodniczy w Jamale. W rezultacie Arktyka zapewnia wszystko, co jest niezbędne do produkcji LNG - od źródła gazu ziemnego po czynniki robocze wykorzystywane w procesie skraplania.

Propan skrapla się według schematu podobnego do metanu. Jedynie temperatury chłodzenia są znacznie niższe - minus 42 ° C w porównaniu do minus 163 ° C. Dlatego upłynnianie gaz do zbiorników gazu kosztuje kilka razy taniej, ale sam produkowany LPG propan-butan jest mniej poszukiwany na rynku.

Transport i przechowywanie

Prawie cała ilość LNG jest transportowana dużymi statkami morskimi LNG z jednego wybrzeża na drugie. Transport drogą lądową jest ograniczony koniecznością utrzymania temperatury „ciekłego błękitnego paliwa” przy wartościach około -160 ° С, w przeciwnym razie metan zaczyna przekształcać się w stan gazowy i staje się materiał wybuchowy.

Ciśnienie w zbiorniku LNG jest zbliżone do atmosferycznego. Jeśli jednak temperatura ciekłego metanu wzrośnie powyżej -160 ° C, zacznie się on zamieniać z cieczy w gaz. W rezultacie ciśnienie w pojemniku zacznie rosnąć, co stanowi poważne zagrożenie. Dlatego gazowce LNG wyposażone są w instalacje do utrzymywania niskich temperatur oraz grubą warstwę izolatora cieplnego.

LPG jest regazyfikowany do gazu bezpośrednio w zbiorniku gazu. Regazyfikacja LNG prowadzona jest w specjalnych zakładach przemysłowych bez dostępu tlenu. Fizycznie ciekły metan w dodatnich temperaturach stopniowo zamienia się w gaz. Jeśli jednak dzieje się to bezpośrednio w powietrzu poza specjalnymi warunkami, taki proces doprowadzi do wybuchu.

Po skropleniu w zakładzie gazu ziemnego w postaci LNG jest on transportowany, a następnie ponownie w zakładzie (tylko regazyfikacja) jest ponownie przekształcany w stan gazowy do dalszego wykorzystania.

Perspektywy skroplonego wodoru

Oprócz bezpośredniego skraplania i wykorzystania w tej formie, możliwe jest również pozyskiwanie z gazu ziemnego innego nośnika energii – wodoru. Metan to CH₄, propan C₃h₈, i butan C₄h₁₀.

Składnik wodorowy jest obecny we wszystkich tych paliwach kopalnych, wystarczy go odizolować.

Aby przenieść wodór ze stanu gazowego do cieczy, należy go schłodzić do -253 ° C. W tym celu stosuje się wielostopniowe systemy chłodnicze i jednostki sprężające/rozprężające. Na razie takie technologie są zbyt drogie, ale trwają prace nad ich obniżeniem.

Zalecamy również przeczytanie naszego innego artykułu, w którym szczegółowo opisaliśmy, jak zrobić generator wodoru do domu własnymi rękami. Więcej szczegółów - przejdź połączyć.

Ponadto, w przeciwieństwie do LPG i LNG, skroplony wodór jest znacznie bardziej wybuchowy. Najmniejszy jego wyciek w połączeniu z tlenem daje mieszankę gazowo-powietrzną, która zapala się przy najmniejszej iskrze. A przechowywanie ciekłego wodoru jest możliwe tylko w specjalnych pojemnikach kriogenicznych. Paliwo wodorowe ma wciąż zbyt wiele wad.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Jak powstaje gaz skroplony i dlaczego jest skroplony:

Wszystko o gazach skroplonych:

Istnieje kilka technologii skraplania gazów. Są własne dla metanu i własne dla propanu-butanu. Jednocześnie taniej jest pozyskać LPG, a transport/magazynowanie jest łatwiejszy i bezpieczniejszy. Produkcja metanu LNG jest procesem bardziej kosztownym i złożonym. Dodatkowo jego regazyfikacja wymaga specjalistycznego sprzętu. Jednocześnie na rynku istnieje większe zapotrzebowanie na metan, dlatego jest on skraplany w znacznie większych ilościach.

Masz pytania wyjaśniające lub ekspertyzę na temat skraplania gazu? Być może masz coś do dodania do powyższego. Nie wahaj się zapytać i / lub skomentować artykuł w bloku poniżej.