Как и защо газът се втечнява: производствена технология и обхват на използване на втечнен газ

Технологиите, свързани с производството, транспортирането и преработката на природен газ, се развиват с бързи темпове.И днес много хора чуват съкращенията LPG и LNG. Почти през ден горивото природен газ се споменава в новините в един или друг контекст.

Но, разбирате ли, за да имате ясно разбиране какво се случва, е важно първоначално да разберете как газът се втечнява, защо се прави и какви ползи носи или не осигурява. И в този въпрос има много нюанси.

За втечняване на газообразни въглеводороди се изграждат големи високотехнологични инсталации. След това внимателно ще разгледаме защо е необходимо всичко това и как се случва.

Защо природният газ е втечнен?

Синьото гориво се извлича от недрата на земята под формата на смес от метан, етан, пропан, бутан, хелий, азот, сероводород и други газове, както и техните различни производни.

Някои от тях се използват в химическата промишленост, а други се изгарят в котли или турбини за генериране на топлинна и електрическа енергия. Плюс това, част от извлечения обем се използва като гориво за газови двигатели.

Изчисленията на газовите работници показват, че ако синьото гориво трябва да бъде доставено на разстояние от 2500 км или повече, тогава във втечнена форма често е по-изгодно да се направи това, отколкото по тръбопровод

Основната причина за втечняването на природния газ е да се опрости транспортирането му на дълги разстояния. Ако потребителят и кладенецът за производство на газово гориво са разположени на земя недалеч един от друг, тогава е по-лесно и по-изгодно да се постави тръба между тях.Но в някои случаи изграждането на магистрала е твърде скъпо и проблематично поради географски нюанси. Затова те прибягват до различни технологии за производство на LNG или LPG в течна форма.

Икономика и безопасност на транспорта

След като газът се втечни, той се изпомпва в течна форма в специални контейнери за транспортиране по море, река, шосе и/или железопътен транспорт. В същото време технологично втечняването е доста скъп процес от енергийна гледна точка.

В различни заводи това отнема до 25% от първоначалния обем гориво. Тоест, за да генерирате енергията, изисквана от технологията, трябва да изгорите до 1 тон LNG за всеки три тона от него в готов вид. Но природният газ сега е в голямо търсене, всичко се изплаща.

Във втечнено състояние метанът (пропан-бутан) заема 500-600 пъти по-малък обем, отколкото в газообразно състояние

Докато природният газ е течност, той е незапалим и неексплозивен. Само след изпаряване по време на регазификация, получената газова смес се оказва подходящ за изгаряне котли и готварски печки. Следователно, ако LNG или LPG се използват като въглеводородно гориво, те трябва да бъдат регазифицирани.

Използване в различни области

Най-често термините „втечнен газ“ и „втечняване на газ“ се споменават в контекста на транспортирането на въглеводородни енергоносители. Тоест първо се извлича синьо гориво, а след това се превръща в LPG или LNG. След това получената течност се транспортира и след това се връща в газообразно състояние за една или друга употреба.

LPG (втечнен нефтен газ) е 95% или повече съставен от смес от пропан-бутан, а LNG (втечнен природен газ) е 85–95% метан.Това са подобни и в същото време коренно различни видове гориво.

LPG от пропан-бутан се използва главно като:

• гориво за газови двигатели;
• гориво за изпомпване в газови резервоари на автономни отоплителни системи;
• течности за зареждане на запалки и газови бутилки с вместимост от 200мл до 50л.

LNG обикновено се произвежда изключително за транспорт на дълги разстояния. Ако контейнер, способен да издържи налягане от няколко атмосфери, е достатъчен за съхранение на LPG, тогава за втечнен метан са необходими специални криогенни резервоари.

Оборудването за съхранение на LNG е високо технологично и заема много място. Не е изгодно да се използва такова гориво в леки автомобили поради високата цена на цилиндрите. Задвижваните с LNG камиони под формата на единични експериментални модели вече се движат по пътищата, но в сегмента на леките автомобили това „течно“ гориво едва ли ще намери широко приложение в близко бъдеще.

Втечненият метан като гориво се използва все повече в експлоатация:

• железопътни дизелови локомотиви;
• морски кораби;
• речен транспорт.

Освен че се използват като енергиен носител, LPG и LNG се използват и директно в течна форма в газови и нефтохимически заводи. Те се използват за производството на различни пластмаси и други материали на основата на въглеводороди.

Технологии за получаване на LPG и LNG

За да се превърне метанът от газ в течност, той трябва да се охлади до -163 °C. А пропан-бутанът се втечнява при -40 °В. Съответно технологиите и разходите в двата случая са много различни.

Един литър LNG се равнява на приблизително 1,38 кубични метра. m първоначален природен газ (тази цифра зависи от температурата и налягането), намаляване на обема - около 620 пъти

За втечняване на природен газ се използват следните технологии от различни компании:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Оптимизирана каскада;
• DMR;
• ПРИКО;
• MFC;
• GTL и др.

Всички те се основават на процеси на компресия и/или топлообмен. Операцията по втечняване протича в завода на няколко етапа, по време на които газът постепенно се компресира и охлажда до температурата на преминаване в течна фаза.

Приготвяне на газовата смес

Преди да можете да втечнете суровия природен газ, трябва да премахнете вода, хелий, водород, азот, серни съединения и други примеси от него. За тази цел обикновено се използва адсорбционна технология за дълбоко пречистване на газовата смес чрез преминаването й през молекулни сита.

След това настъпва вторият етап на подготовка на суровината, по време на който се отстраняват тежките въглеводороди. В резултат на това в газа остават само етан и метан (или пропан и бутан) с обем на примеси под 5%, така че тази фракция може да започне да се охлажда и втечнява.

Извършва се първична подготовка с отстраняване на всичко ненужно от природния газ, за ​​да се защити хладилното оборудване от агресивното въздействие на вода, въглероден диоксид, серни съединения и др.

Фракционирането ви позволява да се отървете от вредните примеси и да изолирате само основния газ за последващо втечняване. При налягане 1 atm температурата на преминаване в течно състояние за метана е -163 °C, за етана -88 °C, за пропана -42 °C и за бутана -0,5 °C.

Именно тези температурни разлики обясняват причината, поради която газът, който влиза в инсталацията, се разделя на фракции и едва след това се втечнява. Няма единна технология за втечняване за всички видове газообразни въглеводородни съединения. За всяка от тях е необходимо да се изгради и използва собствена производствена линия.

Основен процес на втечняване

Основата за превръщане на газа в течно състояние е цикълът на охлаждане, по време на който топлината се пренася от един или друг хладилен агент от среда с ниска температура към среда с по-висока. Този процес е многоетапен и изисква мощни компресори за разширение/компресия на охлаждащата течност и топлообменниците.

Технологиите за компресиране са високотехнологични, енергоемки и скъпи, но в един цикъл позволяват газът да бъде компресиран 5–12 пъти наведнъж

Следните се използват като хладилен агент на различни етапи на втечняване:

• пропан;
• метан;
• етан;
• азот;
• вода (морска и пречистена);
• въздух.

Например, за първичното охлаждане на природния газ в Yamal LNG на Novatek се използва хладен арктически въздух, който позволява температурата на суровината да бъде понижена с минимални разходи веднага до +10 °C. А през горещите летни месеци вместо това е предвидено използването на морска вода от Северния ледовит океан, която независимо от времето на годината на постоянна дълбочина 3–4 ° C.

В същото време азотът, получен директно на място от въздуха, се използва като краен хладилен агент в Ямал. В резултат на това Арктика осигурява всичко необходимо за производството на LNG - от първоначалния природен газ до работните агенти, използвани в процеса на втечняване.

Пропанът се втечнява по подобен начин на метана. Само че изисква много по-ниски температури на охлаждане - минус 42 °C срещу минус 163 °C. Следователно втечняване газ за газови резервоари Той струва няколко пъти по-малко, но полученият пропан-бутан LPG е по-малко търсен на пазара.

Транспорт и съхранение

Почти целият обем LNG се транспортира от едрогабаритни морски газови танкери от едно крайбрежие до друго.Транспортирането по суша е ограничено от необходимостта да се поддържа температурата на „течното синьо гориво“ при стойности от около -160 ° C, в противен случай метанът започва да се превръща в състояние на газ и става експлозивен.

За транспортиране на LPG се използват бутилки от 5–50 литра с вътрешно налягане до 1,5–2 MPa и по-големи резервоари, предназначени за 5–17 MPa.

Налягането в резервоара за LNG е близко до атмосферното. Ако обаче температурата на течния метан се покачи над -160 °C, той ще започне да се превръща от течност в газ. В резултат на това налягането в контейнера ще започне да се увеличава, което представлява сериозна опасност. Ето защо танкерите за втечнен природен газ са оборудвани с устройства за поддържане на ниска температура и дебел слой топлоизолация.

LPG се регазифицира в газ директно в резервоара за газ. А регазификацията на LNG се извършва в специални промишлени инсталации без достъп на кислород. Според физиката течният метан при положителни температури постепенно се превръща в газ. Ако обаче това се случи директно във въздуха извън специални условия, тогава такъв процес ще доведе до експлозия.

След като природният газ под формата на LNG бъде втечнен в завода, той се транспортира и след това отново в завода (само регазификация) се преобразува обратно в газообразно състояние за по-нататъшна употреба.

Перспективи за втечнен водород

Освен директно втечняване и използване в тази форма, от природния газ е възможно да се получи и друг енергиен носител - водород. Метанът е CH₄, пропан C₃н₈и бутан С₄н₁₀.

Водородният компонент присъства във всички тези изкопаеми горива, просто трябва да го изолирате.

Основните предимства на водорода са екологичността и широкото разпространение в природата, но високата цена на неговото втечняване и загубите поради постоянно изпаряване намаляват тези предимства почти до нищо.

За да се превърне водородът от газ в течност, той трябва да се охлади до -253 °C. За тази цел се използват многостепенни охладителни системи и инсталации „компресия/разширяване“. В момента подобни технологии са твърде скъпи, но се работи за намаляване на цената им.

Също така препоръчваме да прочетете другата ни статия, където описахме подробно как да направите водороден генератор за вашия дом със собствените си ръце. Повече подробности - отидете връзка.

Също така, за разлика от LPG и LNG, втечненият водород е много по-експлозивен. Най-малкото му изтичане в комбинация с кислород произвежда газовъздушна смес, която се запалва при най-малката искра. А съхранението на течен водород е възможно само в специални криогенни контейнери. Водородното гориво все още има твърде много недостатъци.

Изводи и полезно видео по темата

Как се произвежда втечнен газ и защо се втечнява:

Всичко за втечнените газове:

Има няколко технологии за втечняване на газове. За метана са техни, а за пропан-бутана са техни. В същото време е по-евтино да се получи LPG и е по-лесно и по-безопасно за транспортиране/съхраняване. Производството на метан LNG е по-скъп и сложен процес. Освен това регазификацията му изисква специализирано оборудване. В същото време днес метанът е по-търсен на пазара, така че се втечнява в много по-големи обеми.

Имате ли уточняващи въпроси или собствено експертно мнение по темата за втечняването на газ? Може би имате какво да добавите към горното. Чувствайте се свободни да питате и/или коментирате статията в полето по-долу.