Como e por que eles liquefazem o gás: tecnologia e nuances da produção de gás liquefeito

As tecnologias relacionadas à extração, transporte e processamento de gás natural estão se desenvolvendo em ritmo acelerado. E muitas pessoas hoje ouvem as abreviações LNG (LPG) e LPG (LNG). Quase todos os dias, o combustível de gás natural é mencionado nas notícias em um contexto ou outro.

Mas, você deve concordar, para ter uma compreensão clara do que está acontecendo, é importante primeiro entender como o gás é liquefeito, por que é feito e quais os benefícios que dá ou não. E há muitas nuances neste assunto.

Grandes fábricas de alta tecnologia estão sendo construídas para liquefazer hidrocarbonetos gasosos. A seguir, vamos entender cuidadosamente: para que serve tudo isso e como isso acontece.

Por que eles liquefazem o gás natural?

O combustível azul é extraído das entranhas da terra na forma de uma mistura de metano, etano, propano, butano, hélio, nitrogênio, sulfeto de hidrogênio e outros gases, bem como seus diversos derivados.

Alguns deles são usados ​​na indústria química, e alguns são queimados em caldeiras ou turbinas para gerar calor e eletricidade. Além disso, uma certa quantidade do minado é usado como combustível para motores a gás.

O principal motivo da liquefação do gás natural é facilitar seu transporte por longas distâncias. Se o consumidor e o poço de produção de gás combustível estiverem localizados em terrenos próximos um do outro, será mais fácil e mais lucrativo colocar um tubo entre eles. Mas, em alguns casos, a construção de uma rodovia é muito cara e problemática devido às nuances geográficas. Para tanto, recorrem a diversas tecnologias para a obtenção de GNL ou GLP na forma líquida.

Economia e segurança no transporte

Depois de liquefeito, o gás já é bombeado na forma líquida para recipientes especiais para transporte marítimo, fluvial, rodoviário e / ou ferroviário. Ao mesmo tempo, a liquefação é tecnologicamente bastante cara do ponto de vista energético do processo.

Em diferentes fábricas, isso consome até 25% do volume inicial de combustível. Ou seja, para gerar a energia exigida pela tecnologia, é necessário queimar até 1 tonelada de GNL para cada três toneladas acabadas. Mas agora o gás natural está em grande demanda, tudo compensa.

Enquanto o gás natural estiver no estado líquido, ele é não inflamável e não explosivo. Somente após a evaporação no decurso da regaseificação, o obtido mistura de gás acabou por ser adequado para combustão em caldeiras e fogões. Portanto, se LNG ou LPG for usado como combustível de hidrocarboneto, eles devem ser regaseificados.

Use em vários campos

Na maioria das vezes, os termos "gás liquefeito" e "gás liquefeito" são mencionados no contexto do transporte de um carreador de energia de hidrocarboneto. Ou seja, em um primeiro momento, o combustível azul é extraído e depois convertido em GLP ou GNL. Em seguida, o líquido resultante é transportado e, em seguida, retornado ao estado gasoso para uma ou outra aplicação.

O GLP de propano-butano é usado principalmente como:

• combustível para motores a gás;
• combustível para bombear sistemas de aquecimento autônomos em gasômetros;
• líquidos para reabastecimento de isqueiros e botijões de gás com capacidade de 200 ml a 50 litros.

O GNL é normalmente produzido exclusivamente para transporte de longa distância. Se para o armazenamento de GLP houver capacidade suficiente para suportar uma pressão de várias atmosferas, então, para o metano liquefeito, tanques criogênicos especiais são necessários.

O equipamento de armazenamento de GNL é altamente tecnológico e ocupa muito espaço. Não é lucrativo usar esse combustível em automóveis de passageiros devido ao alto custo dos cilindros. Caminhões de GNL na forma de modelos experimentais únicos já estão circulando nas estradas, mas no segmento de automóveis de passageiros é improvável que esse combustível "líquido" seja amplamente utilizado no futuro próximo.

O metano liquefeito como combustível é agora cada vez mais usado na operação:

• locomotivas ferroviárias;
• embarcações marítimas;
• transporte fluvial.

Além de serem usados ​​como carreadores de energia, o GLP e o GNL também são usados ​​diretamente na forma líquida em plantas de gás e petroquímicas. Vários plásticos e outros materiais à base de hidrocarbonetos são feitos a partir deles.

Tecnologias de produção de GLP e GNL

Para converter o metano do estado gasoso para o líquido, ele deve ser resfriado a -163 ° C. E o propano-butano se liquefaz a -40 °COM. Conseqüentemente, as tecnologias e os custos são muito diferentes em ambos os casos.

As seguintes tecnologias de diferentes empresas são usadas para liquefazer gás natural:

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

Todos eles são baseados em processos de compressão e / ou troca de calor. A operação de liquefação ocorre na planta em várias etapas, durante as quais o gás é gradualmente comprimido e resfriado até a temperatura de transição para a fase líquida.

Preparação de gás

Antes de começar a liquefazer o gás natural bruto, água, hélio, hidrogênio, nitrogênio, compostos de enxofre e outras impurezas devem ser removidos dele. Para isso, costuma-se utilizar a tecnologia de adsorção de purificação profunda da mistura gasosa por meio de peneiras moleculares.

Em seguida, ocorre a segunda etapa de preparação da matéria-prima, durante a qual os hidrocarbonetos pesados ​​são removidos. Como resultado, apenas etano e metano (ou propano e butano) com um volume de impureza inferior a 5% permanecem no gás, de forma que essa fração pode começar a ser resfriada e liquefeita.

O fracionamento permite que você se livre de impurezas prejudiciais e libere apenas o gás principal para liquefação subsequente. A uma pressão de 1 atm, a temperatura de transição para o estado líquido para o metano é -163 ° C, para o etano -88 ° C, para o propano -42 ° C e para o butano -0,5 ° C.

São essas diferenças de temperatura que explicam o motivo pelo qual se separam em frações e só então liquefazem o gás fornecido à planta. Não existe uma tecnologia de liquefação única para todos os tipos de compostos de hidrocarbonetos gasosos. Cada um deles deve construir e utilizar sua própria linha tecnológica.

Processo básico de liquefação

A base para converter um gás em um estado líquido é um ciclo de refrigeração, durante o qual o calor é transferido por um ou outro refrigerante de um ambiente de baixa temperatura para outro superior. Este processo é multiestágio e requer compressores poderosos para expansão / contração do transportador de calor e trocadores de calor.

O seguinte é usado como refrigerante em diferentes estágios de liquefação:

• propano;
• metano;
• etano;
• azoto;
• água (do mar e purificada);
• ar.

Por exemplo, para o resfriamento primário de gás natural na Yamal LNG da Novatek, um resfriamento ar ártico, que permite diminuir a temperatura da matéria-prima com custo mínimo imediatamente até +10 ° С. E nos meses quentes de verão, em vez disso, está prevista a utilização de água do mar do Oceano Ártico, que, independentemente da época do ano, a uma profundidade constante de 3-4 ° С.

Ao mesmo tempo, o nitrogênio obtido diretamente do ar é usado como refrigerante final no Yamal. Como resultado, o Ártico fornece tudo o que é necessário para a produção de GNL - desde a fonte do gás natural até os agentes de trabalho usados ​​no processo de liquefação.

O propano é liquefeito de acordo com um esquema semelhante ao do metano. Apenas as temperaturas de resfriamento são muito mais baixas - menos 42 ° C versus menos 163 ° C. Portanto, liquefação gás para tanques de gás custa várias vezes mais barato, mas o próprio GLP propano-butano produzido é menos procurado no mercado.

Transporte e armazenamento

Quase todo o volume de GNL é transportado por transportadores marítimos de grande porte de uma costa para a outra. O transporte terrestre é limitado pela necessidade de manter a temperatura do "combustível azul líquido" em valores de cerca de -160 ° С, caso contrário, o metano começa a se transformar em um estado gasoso e se torna explosivo.

A pressão no recipiente de GNL é próxima à atmosférica. No entanto, se a temperatura do metano líquido subir acima de -160 ° C, ele começará a passar do estado líquido para o gasoso. Como resultado, a pressão no recipiente começará a aumentar, o que é um perigo sério. Portanto, os transportadores de GNL são equipados com instalações para manutenção de baixas temperaturas e uma espessa camada de isolante térmico.

O GLP é regaseificado em gás diretamente no gasômetro. A regaseificação do GNL é realizada em plantas industriais especiais sem acesso ao oxigênio. Fisicamente, o metano líquido em temperaturas positivas gradualmente se transforma em gás. No entanto, se isso acontecer diretamente no ar fora de condições especiais, esse processo levará a uma explosão.

Depois que o gás natural na forma de GNL é liquefeito na planta, ele é transportado e, novamente, na planta (apenas regaseificação) é convertido de volta ao estado gasoso para uso posterior.

Perspectivas de Hidrogênio Liquefeito

Além da liquefação direta e do uso nesta forma, também é possível obter a partir do gás natural um outro carreador de energia - o hidrogênio. Metano é CH₄, propano C₃H₈e butano C₄H₁₀.

O componente hidrogênio está presente em todos esses combustíveis fósseis, basta isolá-lo.

Para transferir hidrogênio de um estado gasoso para um líquido, ele deve ser resfriado a -253 ° C. Para isso, são utilizados sistemas de refrigeração multiestágios e unidades de compressão / expansão. Até agora, essas tecnologias são muito caras, mas há um trabalho em andamento para torná-las mais baratas.

Também recomendamos a leitura de nosso outro artigo, onde descrevemos em detalhes como fazer um gerador de hidrogênio para sua casa com as próprias mãos. Mais detalhes - vá ligação.

Além disso, ao contrário do LPG e do GNL, o hidrogênio liquefeito é muito mais explosivo. O menor vazamento dele em combinação com o oxigênio dá uma mistura de gás-ar, que é inflamada pela mais leve faísca. E o armazenamento de hidrogênio líquido só é possível em recipientes criogênicos especiais. Ainda existem muitas desvantagens para o combustível de hidrogênio.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Como o gás liquefeito é produzido e por que é liquefeito:

Tudo sobre gases liquefeitos:

Existem várias tecnologias para liquefazer gases. Eles são seus próprios para o metano e seus próprios para o propano-butano. Ao mesmo tempo, é mais barato obter GLP e mais fácil e seguro de transportar / armazenar. A produção de metano GNL é um processo mais caro e complexo. Além disso, sua regaseificação requer equipamentos especializados. Ao mesmo tempo, o metano é mais procurado no mercado hoje, portanto, é liquefeito em volumes muito maiores.

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