Kā un kāpēc gāze tiek sašķidrināta: ražošanas tehnoloģija un sašķidrinātās gāzes izmantošanas apjoms

Tehnoloģijas, kas saistītas ar dabasgāzes ražošanu, transportēšanu un pārstrādi, attīstās strauji.Un daudzi cilvēki mūsdienās dzird saīsinājumus LPG un LNG. Gandrīz katru otro dienu ziņās vienā vai otrā kontekstā tiek pieminēta dabasgāzes degviela.

Bet, redziet, lai būtu skaidra izpratne par notiekošo, ir svarīgi sākotnēji saprast, kā notiek gāzes sašķidrināšana, kāpēc tas tiek darīts un kādu labumu tas dod vai nesniedz. Un šajā jautājumā ir daudz nianšu.

Gāzveida ogļūdeņražu sašķidrināšanai tiek būvētas lielas augsto tehnoloģiju ražotnes. Tālāk mēs rūpīgi apskatīsim, kāpēc tas viss ir vajadzīgs un kā tas notiek.

Kāpēc dabasgāze tiek sašķidrināta?

Zilā degviela tiek iegūta no zemes zarnām metāna, etāna, propāna, butāna, hēlija, slāpekļa, sērūdeņraža un citu gāzu, kā arī dažādu to atvasinājumu maisījuma veidā.

Dažus no tiem izmanto ķīmiskajā rūpniecībā, bet daļu sadedzina katlos vai turbīnās, lai iegūtu siltumenerģiju un elektroenerģiju. Turklāt daļa no iegūtā apjoma tiek izmantota kā degviela gāzes dzinējam.

Gāzes darbinieku aprēķini liecina, ka, ja zilā degviela ir jāpiegādā 2500 km vai vairāk attālumā, tad sašķidrinātā veidā to bieži vien ir izdevīgāk nekā pa cauruļvadu.

Galvenais dabasgāzes sašķidrināšanas iemesls ir tās transportēšanas vienkāršošana lielos attālumos. Ja patērētājs un gāzes kurināmā ražošanas aka atrodas uz zemes netālu viens no otra, tad starp tiem ir vieglāk un izdevīgāk ievilkt cauruli.Taču atsevišķos gadījumos šosejas būvniecība ir pārāk dārga un problemātiska ģeogrāfisko nianšu dēļ. Tāpēc viņi izmanto dažādas tehnoloģijas, lai ražotu SDG vai LPG šķidrā veidā.

Transporta ekonomika un drošība

Pēc gāzes sašķidrināšanas tā tiek iesūknēta šķidrā veidā speciālos konteineros transportēšanai pa jūru, upi, autoceļiem un/vai dzelzceļu. Tajā pašā laikā tehnoloģiski sašķidrināšana ir diezgan dārgs process no enerģētikas viedokļa.

Dažādās ražotnēs tas aizņem līdz 25% no sākotnējā degvielas daudzuma. Tas ir, lai saražotu tehnoloģijai nepieciešamo enerģiju, uz katrām trīs tonnām gatavā veidā jāsadedzina līdz 1 tonnai SDG. Taču dabasgāze šobrīd ir ļoti pieprasīta, viss atmaksājas.

Sašķidrinātā veidā metāns (propāns-butāns) aizņem 500–600 reizes mazāku tilpumu nekā gāzveida stāvoklī

Lai gan dabasgāze ir šķidrums, tā nav uzliesmojoša un nav sprādzienbīstama. Tikai pēc iztvaikošanas regazifikācijas laikā rodas gāzes maisījums izrādās piemērots dedzināšanai katli un plītis. Tāpēc, ja LNG vai LPG tiek izmantota kā ogļūdeņraža degviela, tad tās ir jāgazificē.

Izmanto dažādās jomās

Visbiežāk ogļūdeņražu enerģijas nesēju transportēšanas kontekstā tiek minēti jēdzieni “sašķidrinātā gāze” un “gāzes sašķidrināšana”. Tas nozīmē, ka vispirms tiek iegūta zilā degviela, un pēc tam to pārvērš par sašķidrinātu naftas gāzi vai sašķidrinātu dabasgāzi. Pēc tam iegūtais šķidrums tiek transportēts un pēc tam atgriezts gāzveida stāvoklī vienai vai otrai lietošanai.

LPG (sašķidrinātā naftas gāze) 95% vai vairāk sastāv no propāna-butāna maisījuma, un LNG (sašķidrinātā dabasgāze) ir 85–95% metāna.Tie ir līdzīgi un tajā pašā laikā radikāli atšķirīgi degvielas veidi.

LPG no propāna-butāna galvenokārt izmanto kā:

• gāzes dzinēju degviela;
• degviela iesūknēšanai autonomo apkures sistēmu gāzes tvertnēs;
• šķidrumi šķiltavu un gāzes balonu uzpildīšanai ar tilpumu no 200 ml līdz 50 l.

SDG parasti ražo tikai tālsatiksmes pārvadājumiem. Ja LPG uzglabāšanai pietiek ar konteineru, kas spēj izturēt vairāku atmosfēru spiedienu, tad sašķidrinātam metānam ir nepieciešamas speciālas kriogēnas tvertnes.

SDG uzglabāšanas iekārtas ir augsti tehnoloģiskas un aizņem daudz vietas. Nav izdevīgi izmantot šādu degvielu vieglajos automobiļos balonu augsto izmaksu dēļ. Jau tagad pa ceļiem brauc ar SDG darbināmi kravas automobiļi atsevišķu eksperimentālo modeļu veidā, taču vieglo automobiļu segmentā šī “šķidrā” degviela tuvākajā laikā, visticamāk, neatradīs plašu pielietojumu.

Sašķidrināto metānu kā degvielu tagad arvien vairāk izmanto ekspluatācijā:

• dzelzceļa dīzeļlokomotīves;
• jūras kuģi;
• upju transports.

Gāzes un naftas ķīmijas rūpnīcās ne tikai izmanto kā enerģijas nesēju, bet arī šķidrā veidā. Tos izmanto dažādu plastmasas un citu ogļūdeņražu materiālu ražošanai.

Tehnoloģijas LPG un LNG iegūšanai

Lai metānu pārvērstu no gāzes par šķidrumu, tas jāatdzesē līdz -163 °C. Un propāns-butāns sašķidrinās pie -40 °C. Attiecīgi tehnoloģijas un izmaksas abos gadījumos ir ļoti atšķirīgas.

Viens litrs SDG ir aptuveni 1,38 kubikmetri. m sākotnējās dabasgāzes (šis rādītājs ir atkarīgs no temperatūras un spiediena), tilpuma samazināšanās - apmēram 620 reizes

Dabasgāzes sašķidrināšanai tiek izmantotas šādas dažādu uzņēmumu tehnoloģijas:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimizēta kaskāde;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL et al.

Visi no tiem ir balstīti uz kompresijas un/vai siltuma apmaiņas procesiem. Ražotnē notiek sašķidrināšanas operācija vairākos posmos, kuru laikā gāze tiek pakāpeniski saspiesta un atdzesēta līdz pārejas temperatūrai šķidrā fāzē.

Gāzu maisījuma sagatavošana

Pirms neapstrādātas dabasgāzes sašķidrināšanas no tās ir jānoņem ūdens, hēlijs, ūdeņradis, slāpeklis, sēra savienojumi un citi piemaisījumi. Šim nolūkam parasti izmanto adsorbcijas tehnoloģiju gāzu maisījuma dziļai attīrīšanai, izlaižot to caur molekulārajiem sietiem.

Tad notiek izejvielu sagatavošanas otrais posms, kura laikā tiek noņemti smagie ogļūdeņraži. Rezultātā gāzē paliek tikai etāns un metāns (vai propāns un butāns), kuru piemaisījumu tilpums ir mazāks par 5%, lai šī frakcija varētu sākt atdzist un sašķidrināt.

Tiek veikta primārā sagatavošana ar visa nevajadzīgā atdalīšanu no dabasgāzes, lai aukstumiekārtas pasargātu no ūdens, oglekļa dioksīda, sēra savienojumu u.c. agresīvās iedarbības.

Frakcionēšana ļauj atbrīvoties no kaitīgiem piemaisījumiem un izolēt tikai galveno gāzi turpmākai sašķidrināšanai. Pie 1 atm spiediena pārejas temperatūra šķidrā stāvoklī metānam ir -163 °C, etānam -88 °C, propānam -42 °C un butānam -0,5 °C.

Tieši šīs temperatūras atšķirības izskaidro iemeslu, kāpēc rūpnīcā nonākošā gāze tiek sadalīta frakcijās un tikai pēc tam tiek sašķidrināta. Nav vienotas sašķidrināšanas tehnoloģijas visu veidu gāzveida ogļūdeņražu savienojumiem. Katram no tiem ir nepieciešams izveidot un izmantot savu ražošanas līniju.

Pamata sašķidrināšanas process

Pamats gāzes pārvēršanai šķidrā agregātstāvoklī ir saldēšanas cikls, kura laikā viens vai otrs aukstumnesējs pārnes siltumu no vides ar zemu temperatūru uz vidi ar augstāku. Šis process ir daudzpakāpju, un dzesēšanas šķidruma un siltummaiņu paplašināšanai/saspiešanai ir nepieciešami jaudīgi kompresori.

Kompresijas tehnoloģijas ir augsto tehnoloģiju, energoietilpīgas un dārgas, taču vienā ciklā tās ļauj gāzi saspiest 5–12 reizes vienlaikus.

Kā aukstumaģents dažādos sašķidrināšanas posmos tiek izmantots:

• propāns;
• metāns;
• etāns;
• slāpeklis;
• ūdens (jūras un attīrīts);
• gaiss.

Piemēram, dabasgāzes primārajai dzesēšanai Novatek Jamalas LNG tiek izmantots vēss arktiskais gaiss, kas ļauj ar minimālām izmaksām nekavējoties pazemināt izejvielu temperatūru līdz +10 °C. Un karstajos vasaras mēnešos tā vietā ir paredzēts izmantot jūras ūdeni no Ziemeļu Ledus okeāna, kas neatkarīgi no gada laika ir nemainīgs 3–4 ° C dziļumā.

Tajā pašā laikā slāpeklis, kas iegūts tieši uz vietas no gaisa, tiek izmantots kā pēdējais dzesētājs Jamalā. Rezultātā Arktika nodrošina visu nepieciešamo SDG ražošanai – no sākotnējās dabasgāzes līdz sašķidrināšanas procesā izmantotajām darba aģentiem.

Propāns sašķidrinās līdzīgi kā metāns. Tikai tam nepieciešama daudz zemāka dzesēšanas temperatūra - mīnus 42 °C pret mīnus 163 °C. Tāpēc sašķidrināšana gāze gāzes tvertnēm Tas maksā vairākas reizes mazāk, bet pati iegūtā propāna-butāna LPG tirgū ir mazāk pieprasīta.

Transportēšana un uzglabāšana

Gandrīz viss LNG apjoms tiek transportēts ar lielizmēra jūras gāzes tankkuģiem no viena krasta uz otru.Transportēšanu pa sauszemi ierobežo nepieciešamība uzturēt “šķidrās zilās degvielas” temperatūru aptuveni -160 ° C vērtībā, pretējā gadījumā metāns sāk pārvērsties gāzes stāvoklī un kļūst sprādzienbīstams.

Sašķidrinātās naftas gāzes transportēšanai tiek izmantoti 5–50 litru baloni ar iekšējo spiedienu līdz 1,5–2 MPa un lielākas tvertnes tvertnes, kas paredzētas 5–17 MPa.

Spiediens SDG tvertnē ir tuvu atmosfēras spiedienam. Taču, ja šķidrā metāna temperatūra paaugstinās virs -160 °C, tas no šķidruma sāks pārvērsties gāzē. Tā rezultātā spiediens traukā sāks palielināties, kas rada nopietnas briesmas. Tāpēc LNG tankkuģi ir aprīkoti ar zemas temperatūras uzturēšanas blokiem un biezu siltumizolācijas slāni.

LPG tiek regazificēta gāzē tieši gāzes tvertnē. Un SDG regazifikācija tiek veikta īpašās rūpnieciskās iekārtās bez skābekļa pieejamības. Saskaņā ar fiziku šķidrais metāns pozitīvā temperatūrā pakāpeniski pārvēršas gāzē. Taču, ja tas notiek tieši gaisā ārpus īpašiem apstākļiem, tad šāds process novedīs pie sprādziena.

Pēc tam, kad rūpnīcā dabasgāze SDG veidā tiek sašķidrināta, tā tiek transportēta, un pēc tam atkal rūpnīcā (tikai regazifikācija) tā tiek pārvērsta atpakaļ gāzveida stāvoklī turpmākai izmantošanai.

Sašķidrinātā ūdeņraža perspektīvas

Papildus tiešai sašķidrināšanai un izmantošanai šādā veidā no dabasgāzes iespējams iegūt arī citu enerģijas nesēju - ūdeņradi. Metāns ir CH₄, propāns C₃N₈un butāns C₄N₁₀.

Ūdeņraža komponents ir atrodams visos šajos fosilajos kurināmajos, jums tas vienkārši ir jāizolē.

Galvenās ūdeņraža priekšrocības ir videi draudzīgums un plaša sastopamība dabā, tomēr augstā sašķidrināšanas cena un zudumi pastāvīgas iztvaikošanas dēļ šīs priekšrocības gandrīz nemazina.

Lai ūdeņradi no gāzes pārvērstu šķidrumā, tas jāatdzesē līdz -253 °C. Šim nolūkam tiek izmantotas daudzpakāpju dzesēšanas sistēmas un “saspiešanas/izplešanās” iekārtas. Šobrīd šādas tehnoloģijas ir pārāk dārgas, taču notiek darbs pie to izmaksu samazināšanas.

Mēs iesakām arī izlasīt mūsu citu rakstu, kurā mēs detalizēti aprakstījām, kā ar savām rokām izgatavot ūdeņraža ģeneratoru jūsu mājām. Sīkāka informācija - aiziet saite.

Tāpat, atšķirībā no sašķidrinātās naftas gāzes un sašķidrinātās dabasgāzes, sašķidrinātais ūdeņradis ir daudz sprādzienbīstamāks. Mazākā tā noplūde kopā ar skābekli rada gāzes un gaisa maisījumu, kas aizdegas pie mazākās dzirksteles. Un šķidrā ūdeņraža uzglabāšana ir iespējama tikai īpašos kriogēnos traukos. Ūdeņraža degvielai joprojām ir pārāk daudz trūkumu.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Kā tiek ražota sašķidrinātā gāze un kāpēc tā tiek sašķidrināta:

Viss par sašķidrinātajām gāzēm:

Ir vairākas gāzu sašķidrināšanas tehnoloģijas. Metānam tie pieder viņiem, bet propānam-butānam tie pieder viņiem. Tajā pašā laikā ir lētāk iegūt LPG, un to ir vieglāk un drošāk transportēt/uzglabāt. Metāna LNG ražošana ir dārgāks un sarežģītāks process. Turklāt tā regazifikācijai ir nepieciešams specializēts aprīkojums. Tajā pašā laikā metāns šobrīd tirgū ir pieprasītāks, tāpēc tas tiek sašķidrināts daudz lielākos apjomos.

Vai jums ir kādi precizējoši jautājumi vai savs eksperta viedoklis par gāzes sašķidrināšanas tēmu? Varbūt jums ir ko piebilst iepriekšminētajam. Jūtieties brīvi jautāt un/vai komentēt rakstu zemāk esošajā lodziņā.