Cum și de ce este lichefiat gazul: tehnologia de producție și domeniul de utilizare a gazului lichefiat

Tehnologiile legate de producerea, transportul și prelucrarea gazelor naturale se dezvoltă într-un ritm rapid.Și mulți oameni aud astăzi abrevierile LPG și LNG. Aproape o dată la două zile, combustibilul din gaze naturale este menționat în știri într-un context sau altul.

Dar, vedeți, pentru a înțelege clar ce se întâmplă, este important să înțelegeți inițial cum este lichefiat gazul, de ce se face și ce beneficii oferă sau nu. Și există o mulțime de nuanțe în această problemă.

Pentru a lichefia hidrocarburile gazoase, se construiesc centrale mari de înaltă tehnologie. În continuare, vom analiza cu atenție de ce sunt necesare toate acestea și cum se întâmplă.

De ce este gazul natural lichefiat?

Combustibilul albastru este extras din intestinele pământului sub formă de amestec de metan, etan, propan, butan, heliu, azot, hidrogen sulfurat și alte gaze, precum și diferiții lor derivați.

Unele dintre ele sunt folosite în industria chimică, iar altele sunt arse în cazane sau turbine pentru a genera energie termică și electrică. În plus, o parte din volumul extras este folosit ca combustibil pentru motorul cu gaz.

Calculele lucrătorilor din gaze arată că, dacă combustibilul albastru trebuie livrat pe o distanță de 2.500 km sau mai mult, atunci în formă lichefiată este adesea mai profitabil să faceți acest lucru decât prin conductă.

Principalul motiv pentru lichefierea gazelor naturale este simplificarea transportului acestuia pe distanțe lungi. Dacă consumatorul și puțul de producere a combustibilului gazos sunt situate pe un teren nu departe unul de celălalt, atunci este mai ușor și mai profitabil să așezi o conductă între ele.Dar, în unele cazuri, construirea unei autostrăzi este prea costisitoare și problematică din cauza nuanțelor geografice. Prin urmare, ei recurg la diverse tehnologii pentru producerea GNL sau GPL sub formă lichidă.

Economia și siguranța transporturilor

După ce gazul este lichefiat, acesta este pompat sub formă lichidă în containere speciale pentru transport maritim, fluvial, rutier și/sau feroviar. În același timp, tehnologic, lichefierea este un proces destul de costisitor din punct de vedere energetic.

La diferite fabrici, acest lucru necesită până la 25% din volumul inițial de combustibil. Adică, pentru a genera energia necesară tehnologiei, trebuie să ardeți până la 1 tonă de GNL pentru fiecare trei tone din acesta în formă finită. Dar gazele naturale sunt acum la mare căutare, totul dă roade.

În formă lichefiată, metanul (propan-butan) ocupă de 500-600 de ori mai puțin volum decât în ​​stare gazoasă.

În timp ce gazul natural este un lichid, este neinflamabil și neexploziv. Numai după evaporare în timpul regazificării, rezultă amestec de gaze se dovedește a fi potrivit pentru ardere cazane și aragazele. Prin urmare, dacă GNL sau GPL este folosit ca combustibil de hidrocarburi, atunci acestea trebuie regazeificate.

Utilizare în diverse domenii

Cel mai adesea, termenii „gaz lichefiat” și „lichefiere a gazelor” sunt menționați în contextul transportului de purtători de energie a hidrocarburilor. Adică, mai întâi, este extras combustibilul albastru, apoi este transformat în GPL sau GNL. Lichidul rezultat este apoi transportat și apoi readus la o stare gazoasă pentru o utilizare sau alta.

GPL (gaz petrolier lichefiat) este compus în proporție de 95% sau mai mult dintr-un amestec propan-butan, iar GNL (gaz natural lichefiat) este compus în proporție de 85-95% metan.Acestea sunt tipuri de combustibil similare și, în același timp, radical diferite.

GPL din propan-butan este utilizat în principal ca:

• combustibil pentru motor cu gaz;
• combustibil pentru pomparea în rezervoarele de gaz ale sistemelor de încălzire autonome;
• lichide pentru reumplerea brichetelor și buteliilor de gaz cu o capacitate de la 200 ml până la 50 l.

GNL este produs de obicei exclusiv pentru transportul pe distanțe lungi. Dacă un container capabil să reziste la o presiune de mai multe atmosfere este suficient pentru depozitarea GPL, atunci sunt necesare rezervoare criogenice speciale pentru metanul lichefiat.

Echipamentele de stocare a GNL sunt foarte tehnologice și ocupă mult spațiu. Nu este profitabilă utilizarea unui astfel de combustibil în mașinile de pasageri din cauza costului ridicat al cilindrilor. Camioanele alimentate cu GNL sub formă de modele experimentale unice circulă deja pe drumuri, dar pe segmentul autoturismelor este puțin probabil ca acest combustibil „lichid” să găsească o utilizare pe scară largă în viitorul apropiat.

Metanul lichefiat ca combustibil este acum din ce în ce mai utilizat în exploatare:

• locomotive diesel feroviare;
• nave maritime;
• transport fluvial.

Pe lângă faptul că sunt folosite ca purtător de energie, GPL și GNL sunt folosite direct sub formă lichidă în fabricile de gaze și petrochimice. Sunt folosite pentru a face diverse materiale plastice și alte materiale pe bază de hidrocarburi.

Tehnologii pentru obținerea GPL și GNL

Pentru a transforma metanul din gaz în lichid, acesta trebuie răcit la -163 °C. Și propan-butan se lichefiază la -40 °C. În consecință, tehnologiile și costurile în ambele cazuri sunt foarte diferite.

Un litru de GNL este egal cu aproximativ 1,38 metri cubi. m de gaz natural inițial (această cifră depinde de temperatură și presiune), scăderea volumului - de aproximativ 620 de ori

Următoarele tehnologii de la diferite companii sunt utilizate pentru lichefierea gazelor naturale:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Cascada optimizată;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL şi colab.

Toate se bazează pe procese de compresie și/sau schimb de căldură. Operația de lichefiere are loc la instalație în mai multe etape, timp în care gazul este comprimat treptat și răcit la temperatura de trecere în faza lichidă.

Prepararea amestecului de gaze

Înainte de a putea lichefia gazul natural brut, trebuie să eliminați apa, heliul, hidrogenul, azotul, compușii de sulf și alte impurități din acesta. În acest scop, tehnologia de adsorbție este de obicei utilizată pentru purificarea profundă a amestecului de gaze prin trecerea acestuia prin site moleculare.

Apoi are loc a doua etapă de pregătire a materiei prime, în timpul căreia hidrocarburile grele sunt îndepărtate. Ca urmare, în gaz rămân doar etanul și metanul (sau propanul și butanul) cu un volum de impurități mai mic de 5%, astfel încât această fracție poate începe să fie răcită și lichefiată.

Pregătirea primară cu îndepărtarea a tot ceea ce nu este necesar din gazul natural este efectuată pentru a proteja echipamentele frigorifice de efectele agresive ale apei, dioxidului de carbon, compușilor de sulf etc.

Fracționarea vă permite să scăpați de impuritățile dăunătoare și să izolați doar gazul principal pentru lichefierea ulterioară. La o presiune de 1 atm, temperatura de tranziție în stare lichidă pentru metan este de -163 °C, pentru etan -88 °C, pentru propan -42 °C și pentru butan -0,5 °C.

Tocmai aceste diferențe de temperatură explică motivul pentru care gazul care intră în instalație este împărțit în fracțiuni și abia apoi lichefiat. Nu există o singură tehnologie de lichefiere pentru toate tipurile de compuși de hidrocarburi gazoase. Pentru fiecare dintre ele este necesar să construiască și să utilizeze propria linie de producție.

Proces de lichefiere de bază

Baza transformării gazului în stare lichidă este ciclul de refrigerare, în timpul căruia căldura este transferată de către unul sau altul agent frigorific dintr-un mediu cu o temperatură scăzută într-un mediu cu una mai mare. Acest proces este în mai multe etape și necesită compresoare puternice pentru extinderea/comprimarea lichidului de răcire și a schimbătoarelor de căldură.

Tehnologiile de compresie sunt de înaltă tehnologie, consumatoare de energie și costisitoare, dar într-un singur ciclu permit comprimarea gazului de 5-12 ori simultan

Următoarele sunt utilizate ca agent frigorific în diferite etape de lichefiere:

• propan;
• metan;
• etan;
• azot;
• apă (de mare și purificată);
• aer.

De exemplu, pentru răcirea primară a gazului natural la Yamal LNG de la Novatek, se folosește aer rece arctic, ceea ce permite ca temperatura materiei prime să fie scăzută imediat la +10 °C. Și în lunile fierbinți de vară, este prevăzut în schimb pentru utilizarea apei de mare din Oceanul Arctic, care, indiferent de perioada anului, la o adâncime constantă de 3-4 ° C.

În același timp, azotul, obținut direct la fața locului din aer, este utilizat ca agent frigorific final în Yamal. Drept urmare, Arctica oferă tot ceea ce este necesar pentru a produce GNL - de la gazul natural inițial până la agenții de lucru utilizați în procesul de lichefiere.

Propanul se lichefiază într-un mod similar cu metanul. Numai că necesită temperaturi de răcire mult mai scăzute - minus 42 °C față de minus 163 °C. Prin urmare lichefierea gaz pentru rezervoare de gaz Costă de câteva ori mai puțin, dar GPL-ul propan-butan rezultat este mai puțin solicitat pe piață.

Transport si depozitare

Aproape întregul volum de GNL este transportat de cisterne maritime de mari dimensiuni de pe o coastă la alta.Transportul pe uscat este limitat de necesitatea menținerii temperaturii „combustibilului albastru lichid” la valori de aproximativ -160 ° C, altfel metanul începe să se transforme în stare gazoasă și devine exploziv.

Pentru transportul GPL se folosesc butelii de 5–50 litri cu o presiune internă de până la 1,5–2 MPa și containere cisternă mai mari proiectate pentru 5–17 MPa.

Presiunea din rezervorul de GNL este apropiată de cea atmosferică. Cu toate acestea, dacă temperatura metanului lichid crește peste -160 °C, acesta va începe să se transforme dintr-un lichid într-un gaz. Ca urmare, presiunea din recipient va începe să crească, ceea ce reprezintă un pericol grav. Prin urmare, tancurile GNL sunt echipate cu unități de întreținere la temperaturi scăzute și un strat gros de izolație termică.

GPL este regazeificat în gaz direct în rezervorul de gaz. Iar regazeificarea GNL se realizează în instalații industriale speciale fără acces la oxigen. Conform fizicii, metanul lichid la temperaturi pozitive se transformă treptat în gaz. Cu toate acestea, dacă acest lucru se întâmplă direct în aer în afara condițiilor speciale, atunci un astfel de proces va duce la o explozie.

După ce gazul natural sub formă de GNL este lichefiat la uzină, este transportat și apoi din nou la uzină (numai regazificare) este transformat înapoi în stare gazoasă pentru utilizare ulterioară.

Perspective pentru hidrogenul lichefiat

Pe lângă lichefierea directă și utilizarea în această formă, este posibil să se obțină și un alt purtător de energie din gazul natural - hidrogen. Metanul este CH₄, propan C₃N₈și butan C₄N₁₀.

Componenta de hidrogen este prezentă în toți acești combustibili fosili, trebuie doar să o izolezi.

Principalele avantaje ale hidrogenului sunt compatibilitatea cu mediul și apariția pe scară largă în natură, cu toate acestea, prețul ridicat al lichefierii sale și pierderile datorate evaporării constante reduc aceste avantaje la aproape nimic.

Pentru a transforma hidrogenul dintr-un gaz într-un lichid, acesta trebuie răcit la -253 °C. În acest scop se folosesc sisteme de răcire în mai multe etape și instalații de „compresie/expansiune”. În prezent, astfel de tehnologii sunt prea scumpe, dar se lucrează pentru a le reduce costul.

Vă recomandăm să citiți și celălalt articol al nostru, unde am descris în detaliu cum să faceți un generator de hidrogen pentru casa dvs. cu propriile mâini. Mai multe detalii - du-te legătură.

De asemenea, spre deosebire de GPL și GNL, hidrogenul lichefiat este mult mai exploziv. Cea mai mică scurgere a acestuia în combinație cu oxigenul produce un amestec gaz-aer care se aprinde la cea mai mică scânteie. Și stocarea hidrogenului lichid este posibilă numai în recipiente criogenice speciale. Combustibilul cu hidrogen are încă prea multe dezavantaje.

Concluzii și video util pe această temă

Cum se produce gazul lichefiat și de ce este lichefiat:

Totul despre gazele lichefiate:

Există mai multe tehnologii pentru lichefierea gazelor. Pentru metan sunt ale lor, iar pentru propan-butan sunt ale lor. În același timp, este mai ieftin să obțineți GPL și este mai ușor și mai sigur de transportat/depozitat. Producerea metanului GNL este un proces mai costisitor și mai complex. În plus, regazeificarea acestuia necesită echipamente specializate. În același timp, metanul este la o cerere mai mare pe piață astăzi, așa că este lichefiat în volume mult mai mari.

Aveți întrebări de clarificare sau părerea dvs. de experți pe tema lichefierii gazelor? Poate ai ceva de adăugat la cele de mai sus. Simțiți-vă liber să întrebați și/sau să comentați articolul din caseta de mai jos.