Ako a prečo skvapalňujú plyn: technológia a nuansy výroby skvapalneného plynu

Technológie súvisiace s ťažbou, prepravou a spracovaním zemného plynu sa vyvíjajú rýchlym tempom. A mnoho ľudí dnes počuje skratky LNG (LPG) a LPG (LNG). Takmer každý druhý deň sa v správach v jednom alebo inom kontexte spomína palivo zo zemného plynu.

Musíte však súhlasiť, že na to, aby ste jasne pochopili, čo sa deje, je dôležité najskôr porozumieť tomu, ako je plyn skvapalnený, prečo sa to robí a aké výhody prináša alebo neposkytuje. A v tejto záležitosti je veľa nuancií.

Na skvapalnenie plynných uhľovodíkov sa stavajú veľké high-tech továrne. Ďalej starostlivo porozumieme: na čo to všetko je a ako sa to deje.

Prečo skvapalňujú zemný plyn?

Modré palivo sa ťaží z útrob Zeme vo forme zmesi metánu, etánu, propánu, butánu, hélia, dusíka, sírovodíka a ďalších plynov, ako aj ich rôznych derivátov.

Niektoré z nich sa používajú v chemickom priemysle a niektoré sa spaľujú v kotloch alebo turbínach na výrobu tepla a elektriny. Určité množstvo vyťaženého sa navyše používa ako palivo pre plynové motory.

Hlavným dôvodom skvapalnenia zemného plynu je uľahčenie jeho prepravy na dlhé vzdialenosti. Ak sa spotrebiteľ a studňa na výrobu plynového paliva nachádzajú na pozemku blízko seba, potom je jednoduchšie a výnosnejšie položiť medzi ne potrubie. V niektorých prípadoch je však výstavba diaľnice príliš nákladná a problematická kvôli geografickým nuanciám. Preto sa uchýlia k rôznym technológiám na získavanie LNG alebo LPG v kvapalnej forme.

Ekonomika a bezpečnosť dopravy

Potom, čo je plyn skvapalnený, je už vo forme kvapaliny čerpaný do špeciálnych nádob na prepravu po mori, rieke, ceste a / alebo železnici. Skvapalnenie je zároveň technologicky dosť nákladné z energetického hľadiska procesu.

V rôznych továrňach to spotrebuje až 25% pôvodného objemu paliva. To znamená, že na výrobu energie požadovanej technológiou je potrebné spáliť až 1 tonu LNG na každé tri tony v hotovej forme. Ale zemný plyn je teraz veľmi žiadaný, všetko sa vypláca.

Pokiaľ je zemný plyn v kvapalnom stave, je nehorľavý a nevýbušný. Iba po odparení v priebehu spätného splyňovania sa získa plynná zmes sa ukazuje ako vhodný na spaľovanie v kotly a varné dosky. Preto, ak sa ako uhľovodíkové palivo používa LNG alebo LPG, musia sa znova splynovať.

Použitie v rôznych oblastiach

Pojmy „skvapalnený plyn“ a „skvapalnený plyn“ sa najčastejšie uvádzajú v kontexte prepravy nosiča uhľovodíkovej energie. To znamená, že sa najskôr extrahuje modré palivo a potom sa prevedie na LPG alebo LNG. Potom sa výsledná kvapalina transportuje a potom sa vráti do plynného stavu na jednu alebo inú aplikáciu.

LPG z propán-butánu sa používa hlavne ako:

• palivo pre plynový motor;
• palivo na čerpanie autonómnych vykurovacích systémov do plynových držiakov;
• kvapaliny na tankovanie zapaľovačov a plynových fliaš s objemom 200 ml až 50 litrov.

LNG sa zvyčajne vyrába výlučne na prepravu na dlhé vzdialenosti. Ak je na skladovanie LPG dostatok kapacity, ktorá odolá tlaku niekoľkých atmosfér, potom na skvapalnený metán sú potrebné špeciálne kryogénne nádrže.

Zariadenie na skladovanie LNG je vysoko technologické a zaberá veľa miesta. Vzhľadom na vysoké náklady na valce nie je výhodné používať takéto palivo v osobných automobiloch. Nákladné autá na LNG vo forme jednotlivých experimentálnych modelov už jazdia na cestách, ale v segmente osobných automobilov je nepravdepodobné, že by sa toto „kvapalné“ palivo v blízkej budúcnosti široko uplatnilo.

Skvapalnený metán ako palivo sa v súčasnej dobe stále viac používa v prevádzke:

• železničné lokomotívy;
• námorné plavidlá;
• riečna doprava.

Okrem toho, že sa LPG a LNG používajú ako nosič energie, používajú sa aj priamo v kvapalnej forme v plynových a petrochemických závodoch. Vyrábajú sa z nich rôzne plasty a iné materiály na báze uhľovodíkov.

Technológie výroby LPG a LNG

Na premenu metánu z plynného stavu na kvapalný musí byť metán ochladený na -163 ° C. A propán -bután skvapalňuje už pri -40 °S. Preto sú technológie a náklady v oboch prípadoch veľmi odlišné.

Na skvapalnenie zemného plynu sa používajú nasledujúce technológie rôznych spoločností:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimalizovaná kaskáda;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL atď.

Všetky sú založené na procesoch kompresie a / alebo výmeny tepla. Skvapalňovacia operácia prebieha v zariadení v niekoľkých fázach, počas ktorých sa plyn postupne stláča a ochladzuje na teplotu prechodu do kvapalnej fázy.

Príprava plynu

Predtým, ako začnete so skvapalňovaním surového zemného plynu, musíte z neho odstrániť vodu, hélium, vodík, dusík, zlúčeniny síry a ďalšie nečistoty. Na tento účel sa zvyčajne používa adsorpčná technológia hĺbkového čistenia plynnej zmesi jej prechodom cez molekulárne sitá.

Potom prebieha druhý stupeň prípravy suroviny, počas ktorého sa odstraňujú ťažké uhľovodíky. Výsledkom je, že v plyne zostane iba etán a metán (alebo propán a bután) s objemom nečistôt menším ako 5%, takže sa táto frakcia môže začať chladiť a skvapalňovať.

Frakcionácia vám umožňuje zbaviť sa škodlivých nečistôt a uvoľniť iba hlavný plyn na následné skvapalnenie. Pri tlaku 1 atm je teplota prechodu do kvapalného stavu pre metán -163 ° C, pre etán -88 ° C, pre propán -42 ° C a pre bután -0,5 ° C.

Práve tieto teplotné rozdiely vysvetľujú dôvod, prečo sa delia na frakcie a až potom skvapalňujú plyn dodávaný do závodu. Neexistuje jediná technológia skvapalňovania pre všetky typy plynných uhľovodíkových zlúčenín. Každý z nich musí vybudovať a používať vlastnú technologickú linku.

Základný proces skvapalnenia

Základom premeny plynu na kvapalný stav je chladiaci cyklus, počas ktorého sa teplo prenáša jedným alebo iným chladivom z prostredia s nízkou teplotou na médium s vyšším. Tento proces je viacstupňový a vyžaduje výkonné kompresory na expanziu / kontrakciu nosiča tepla a výmenníkov tepla.

Nasledujúce sa používajú ako chladivo v rôznych fázach skvapalnenia:

• propán;
• metán;
• etán;
• dusík;
• voda (morská a čistená);
• vzduch.

Napríklad pre primárne chladenie zemného plynu na Novatek Yamal LNG, chlad arktický vzduch, ktorý vám umožní okamžite znížiť teplotu suroviny s minimálnymi nákladmi až do +10 ° С. A v horúcich letných mesiacoch sa namiesto nej plánuje používať morská voda zo Severného ľadového oceánu, ktorá má v hĺbke konštantné 3-4 ° С bez ohľadu na ročné obdobie.

Súčasne sa ako konečné chladivo v Yamale používa dusík získaný priamo zo vzduchu. Výsledkom je, že Arktída poskytuje všetko potrebné na výrobu LNG - od zdroja zemného plynu až po pracovné činidlá používané v procese skvapalňovania.

Propán sa skvapalňuje podľa schémy podobnej metánu. Len teploty chladenia sú oveľa nižšie - mínus 42 ° C oproti mínus 163 ° C. Preto skvapalnenie plyn pre plynové nádrže stojí niekoľkonásobne lacnejšie, ale samotný vyrobený propán-butánový LPG je na trhu menej žiadaný.

Doprava a skladovanie

Takmer celý objem LNG je prepravovaný veľkými námornými dopravcami LNG z jedného pobrežia na druhé. Pozemná preprava je obmedzená potrebou udržiavať teplotu „kvapalného modrého paliva“ pri hodnotách asi -160 ° С, inak sa metán začne meniť na plynný stav a stáva sa výbušný.

Tlak v nádobe na LNG sa blíži atmosférickému tlaku. Ak však teplota kvapalného metánu stúpne nad -160 ° C, začne sa meniť z kvapaliny na plyn. V dôsledku toho začne tlak v nádobe stúpať, čo predstavuje vážne nebezpečenstvo. Nosiče LNG sú preto vybavené zariadeniami na udržiavanie nízkych teplôt a hrubou vrstvou tepelného izolátora.

LPG sa spätne splynuje na plyn priamo v plynojemi. Regasifikácia LNG sa vykonáva v špeciálnych priemyselných závodoch bez prístupu kyslíka. Fyzicky sa kvapalný metán pri pozitívnych teplotách postupne mení na plyn. Ak sa to však stane priamo vo vzduchu mimo špeciálnych podmienok, potom takýto proces povedie k výbuchu.

Potom, čo je zemný plyn vo forme LNG skvapalnený v závode, je transportovaný a potom opäť v závode (iba spätné splyňovanie) je prevedený späť do plynného stavu na ďalšie použitie.

Vyhliadky na skvapalnený vodík

Okrem priameho skvapalnenia a použitia v tejto forme je možné zo zemného plynu získať aj ďalší nosič energie - vodík. Metán je CH₄propán C.₃H₈a bután C.₄H₁₀.

Vodíková zložka je prítomná vo všetkých týchto fosílnych palivách, stačí ju izolovať.

Na prenos vodíka z plynného stavu do kvapaliny sa musí ochladiť na -253 ° C. Na tento účel sa používajú viacstupňové chladiace systémy a kompresné / expanzné jednotky. Zatiaľ sú také technológie príliš drahé, ale pracuje sa na ich zlacnení.

Odporúčame tiež prečítať si náš ďalší článok, kde sme podrobne popísali, ako vyrobiť vodíkový generátor pre váš domov vlastnými rukami. Ďalšie podrobnosti - choďte odkaz.

Tiež na rozdiel od LPG a LNG je skvapalnený vodík oveľa výbušnejší. Jeho najmenší únik v kombinácii s kyslíkom dáva zmes plynu a vzduchu, ktorú zapáli najmenšia iskra. A skladovanie kvapalného vodíka je možné iba v špeciálnych kryogénnych nádobách. Vodíkové palivo má stále príliš veľa nevýhod.

Závery a užitočné video na túto tému

Ako vzniká skvapalnený plyn a prečo je skvapalnený:

Všetko o skvapalnených plynoch:

Existuje niekoľko technológií na skvapalňovanie plynov. Sú vlastné pre metán a vlastné pre propán-bután. Súčasne je lacnejšie získať LPG a jeho preprava / skladovanie je jednoduchšie a bezpečnejšie. Výroba metánu LNG je nákladnejší a zložitejší proces. Jeho spätná regenerácia navyše vyžaduje špeciálne vybavenie. Metán je dnes na trhu viac žiadaný, preto je skvapalnený v oveľa väčších objemoch.

Máte objasňujúce otázky alebo odborný názor na tému skvapalňovania plynu? Možno máte k vyššie uvedenému niečo dodať. Neváhajte sa opýtať a / alebo komentovať článok v nižšie uvedenom bloku.