Технологии добычи, транспортировки и переработки природного газа развиваются с большой скоростью. Сегодня многие слышали аббревиатуры СПГ и СУГ. Об этом топливе почти ежедневно сообщают в новостях.
Чтобы ясно понимать то, что происходит, нужно сначала узнать, как газифицируется жидкость, для чего это делается и какой от этого выигрыш или проигрыш получается. В этом вопросе множество деталей.
Для перевода газообразных углеводородов в жидкое состояние строят крупные высокотехнологичные заводы. Разберёмся далее: зачем всё это и как работает.
Зачем сжижают природный газ?
Из глубин земли добывают голубое топливо: смесь метана, этана, пропана, бутана, гелия, азота, сероводорода и других газов, а также их производных.
Некоторые компоненты применяются в химической промышленности, другие сжигаются в котлах или турбинах для получения тепла и электроэнергии. Часть из них также используется в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания.
Основная причина сжижения природного газа – упрощение его транспортировки на большие расстояния. Если потребитель и место добычи газового топлива находятся рядом, то дешевле и проще проложить между ними трубу. Но иногда из-за географических особенностей строительство магистрали оказывается слишком дорогим и трудным. В таких случаях применяют технологии получения СПГ или СУГ в жидком виде.
Экономика и безопасность перевозок
Газ, будучи предварительно сжиженным, поступает в емкости для транспортировки по морю, реке, автомобилю или железной дороге. Сжижение газа — энергоемкий процесс.
На некоторых предприятиях расход топлива может достигать 25% от исходного объема. Для получения требуемой энергии приходится сжигать до одной тонны СПГ на каждые три его тонны готового продукта. Ввиду высоких цен на природный газ, производство остается прибыльным.
В жидком состоянии природный газ не воспламеняется и безопасен для взрыва. газовая смесь оказывается пригодна для сжигания в котлах В связи с этим, при использовании СПГ или СУГ в качестве топлива, его необходимо перевести в газообразное состояние.
Использование в различных сферах
Термины «сжиженный газ» и «сжижение газа» обычно встречаются при описании транспортировки углеводородного топлива.
Извлекаемое топливо сначала преобразуется в СУГ или СПГ, а затем перевозится в жидком виде. По прибытии его снова превращают в газообразное состояние для дальнейшего использования.
СУГ из пропан-бутана в основном используют в качестве:
- газомоторного топлива;
- Топливо для заправки газовых баков автономных отопительных систем.
- Жидкости для наполнения зажигалок и баллонов с газом объемом от двухсот миллилитров до пятидесяти литров.
Сжиженный природный газ (СПГ) создают преимущественно для дальних перевозок. Для хранения сжиженного углеводорода (СУГ) подойдет емкость, выдерживающая давление в несколько атмосфер, а вот сжиженный метан нуждается в специальных криогенных резервуарах.
Технологично сложное оборудование для хранения сжиженного природного газа занимает много места. Из-за высокой стоимости баллонов использование такого топлива в легковых автомобилях нерентабельно. Экспериментальные грузовики на СПГ уже эксплуатируются, однако в сегменте легковушек это топливо в ближайшем будущем, скорее всего, не станет широко распространенным.
Сжиженный метан всё чаще применяется как топливо при работе различных механизмов.
- железнодорожных тепловозов;
- морских судов;
- речного транспорта.
Помимо использования в качестве топлива, сжиженный пропан (LPG) и сжиженный природный газ (LNG) применяются непосредственно в жидком виде на газо-нефтехимических заводах для производства различных пластмасс и других материалов на углеводородной основе.
Технологии получения СУГ и СПГ
Для превращения метана из газа в жидкость требуется понизить температуру до -163°С, а пропана-бутана – до -40°. °Технологии и расходы в этих ситуациях существенно разнятся.
В сфере переработки природного газа применяются различные технологии, разработанные разными компаниями.
- AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
- Optimized Cascade;
- DMR;
- PRICO;
- MFC;
- GTL и др.
Процессы сжатия и/или теплообмена лежат в основе всех этих операций. На заводе газы сжимают и охлаждают поэтапно, пока не достигнут температуры перехода в жидкую фазу.
Подготовка газовой смеси
Перед началом сжижения природного газа удаляют из него воду, гелий, водород, азот, соединения серы и другие примеси. Для этого применяют адсорбционную технологию глубокой очистки газовой смеси пропусканием ее через молекулярные сита.
Второй этап подготовки сырья заключается в удалении тяжелых углеводородов. В результате остаются только этан и метан (или пропан и бутан) с содержанием примесей не более 5%. Эта фракция охлаждается и сжимается.
Фракционирование очищает газ от примесей и выделяет основной компонент для последующего сжижения. Температура перехода в жидкое состояние при давлении 1 атм составляет -163 °С для метана, -88 °С для этана, -42 °С для пропана и -0,5 °С для бутана.
Различия в температурах обуславливают разделение газа на фракции перед его сжижением на заводе. Для каждого типа углеводородов требуется отдельная технологическая линия, так как единой технологии сжижения не существует.
Основной процесс сжижения
Перевод газа в жидкое состояние основано на холодильном цикле. В ходе него хладагентом тепло переносится от среды с низкой температурой к среде с более высокой. Процесс многоступенчатый и требует мощных компрессоров для расширения/сжатия теплоносителя, а также теплообменников.
В процессе сжижения используются разные хладагенты на различных этапах.
- пропан;
- метан;
- этан;
- азот;
- вода (морская и очищенная);
- воздух.
Для первичного охлаждения природного газа на «Ямал-СПГ» Новатэка применяют прохладный арктический воздух, снижающий температуру исходного сырья до +10°С с минимальными затратами. В летние месяцы вместо него используют морскую воду из Северного Ледовитого океана, температура которой на глубине остается постоянной в пределах 3–4°С независимо от времени года.
В качестве хладагента на Ямале используют азот, добываемый непосредственно из воздуха. Таким образом, Арктика обеспечивает всё необходимое для производства СПГ: от начального природного газа до рабочих агентов, применяемых при сжижении.
Пропан переходит в жидкое состояние при температурах, значительно выше, чем у метана: минус 42 °С по сравнению с минус 163 °С. Из-за этого процесс газа для газгольдеров Хотя стоимость значительно ниже, спрос на получаемый пропан-бутановый СУГ слабее.
Транспортировка и хранение
Большую часть сжиженного природного газа перевозят крупногабаритными морскими танкерами-газовозами через моря. Наземный транспорт ограничен необходимостью поддерживать температуру «жидкого голубого топлива» около -160 °С, иначе метан превратится в газ и станет взрывоопасным.
Давление в баллоне со СПГ близко к атмосферному. При превышении температуры жидкого метана -160 °С он перейдет из жидкой в газообразную фазу, что приведет к повышению давления в баллоне и создаст опасность. Для перевозки СПГ танкеры оснащаются системами поддержания низких температур и мощным теплоизолятором.
Субсидируют регазифицируется непосредственно в газовом хранилище. А регазификация СПГ выполняется на промышленных установках без доступа кислорода. По физике жидкий метан при положительной температуре медленно превращается в газ. Но если это произойдет на открытом воздухе вне специальных условий, то процесс приведет к взрыву.
Сжиженный природный газ перевозится после сжижения на заводе и снова разжижается на регазификационном заводе для последующего использования.
Перспективы сжиженного водорода
В дополнение к непосредственному сжижению и использованию природного газа в таком виде, возможно получение ещё одного энергоносителя – водорода. Метан — это СН. 4, пропан С3Н8, а бутан С4Н10.
Водород содержится во всех этих ископаемых источниках энергии, нужно его просто извлечь.
Для перевода водорода из газообразного состояния в жидкое его необходимо охладить до -253 °С. Для этого применяют многоступенчатые системы охлаждения и установки «сжатия/расширения». Пока такие технологии слишком затратны, но ведется работа по их удешевлению.
Посетите другую нашу статью с подробным описанием изготовления водородного генератора для дома собственными силами. по ссылке.
Сжиженный водород гораздо взрывоопаснее LPG и LNG. Любая его утечка при контакте с кислородом образует смесь, воспламеняющуюся от малейшего источника огня. Хранение жидкого водорода возможно только в специальных криогенных контейнерах. Недостатков у водородного топлива пока слишком много.
Выводы и полезное видео по теме
Как производят сжиженный газ и зачем его сжижают:
Все про сжиженные газы:
Существует несколько технологий сжижения газов. Для метана предназначены свои технологии, а для пропана-бутана – другие. СУГ получается дешевле, перевозить и хранить проще и безопаснее.
Получение метанового СПГ – более затратный и сложный процесс. Регазификация метана требует специализированного оборудования. Несмотря на это, метан востребован сегодня на рынке больше, поэтому его сжижают в больших объёмах.
Есть ли у вас дополнительные вопросы или мысли по теме сжижения газа? Хотите внести свой вклад в обсуждение? Не бойтесь задать вопрос и/или поделиться мнением в поле для комментариев ниже.