Hvordan og hvorfor gass blir flytende: produksjonsteknologi og bruksområde for flytende gass

Teknologier knyttet til produksjon, transport og prosessering av naturgass utvikler seg i et raskt tempo.Og mange hører i dag forkortelsene LPG og LNG. Nesten annenhver dag omtales naturgassdrivstoff i nyhetene i en eller annen sammenheng.

Men, du skjønner, for å ha en klar forståelse av hva som skjer, er det viktig å først forstå hvordan gass blir flytende, hvorfor det gjøres, og hvilke fordeler det gir eller ikke gir. Og det er mange nyanser i denne utgaven.

For å gjøre gassformige hydrokarboner flytende bygges det store høyteknologiske anlegg. Deretter vil vi nøye se på hvorfor alt dette er nødvendig og hvordan det skjer.

Hvorfor blir naturgass flytende?

Blått drivstoff utvinnes fra jordens tarmer i form av en blanding av metan, etan, propan, butan, helium, nitrogen, hydrogensulfid og andre gasser, samt deres forskjellige derivater.

Noen av dem brukes i kjemisk industri, og noen brennes i kjeler eller turbiner for å generere termisk og elektrisk energi. I tillegg brukes noe av det utvunnede volumet som drivstoff til gassmotorer.

Beregninger fra gassarbeidere viser at dersom blått drivstoff må leveres over en strekning på 2500 km eller mer, er det ofte mer lønnsomt å gjøre dette i flytende form enn ved rørledning.

Hovedårsaken til at naturgass blir flytende er å forenkle transporten over lange avstander. Hvis forbrukeren og produksjonsbrønnen for gass er plassert på land ikke langt fra hverandre, er det lettere og mer lønnsomt å legge et rør mellom dem.Men i noen tilfeller er det for dyrt og problematisk å bygge en motorvei på grunn av geografiske nyanser. Derfor tyr de til ulike teknologier for å produsere LNG eller LPG i flytende form.

Økonomi og sikkerhet ved transport

Etter at gassen er flytende, pumpes den til flytende form inn i spesielle beholdere for transport på sjø, elv, vei og/eller jernbane. Samtidig, teknologisk sett, er flytendegjøring en ganske kostbar prosess fra et energisynspunkt.

Ved forskjellige anlegg tar dette opptil 25 % av det opprinnelige volumet av drivstoff. Det vil si at for å generere energien som kreves av teknologien, må du brenne opptil 1 tonn LNG for hvert tredje tonn av den i ferdig form. Men naturgass er nå etterspurt, alt gir resultater.

I flytende form opptar metan (propan-butan) 500–600 ganger mindre volum enn i gassform

Mens naturgass er en væske, er den ikke-brennbar og ikke-eksplosiv. Først etter fordampning under gjenforgasning vil den resulterende gassblanding viser seg å være egnet for innbrenning kjeler og komfyrer. Derfor, hvis LNG eller LPG brukes som hydrokarbonbrensel, må de forgasses.

Bruk på ulike felt

Oftest nevnes begrepene "flytende gass" og "gass flytendegjøring" i sammenheng med transport av hydrokarbonenergibærere. Det vil si at først utvinnes blått drivstoff, og deretter omdannes det til LPG eller LNG. Den resulterende væsken blir deretter transportert og deretter returnert til en gassformig tilstand for en eller annen bruk.

LPG (flytende petroleumsgass) er 95 % eller mer sammensatt av en propan-butanblanding, og LNG (flytende naturgass) er 85–95 % metan.Disse er like og samtidig radikalt forskjellige typer drivstoff.

LPG fra propan-butan brukes hovedsakelig som:

• gassmotor drivstoff;
• drivstoff for pumping inn i gasstanker til autonome varmesystemer;
• væsker for påfylling av lightere og gassflasker med kapasitet fra 200 ml til 50 l.

LNG produseres vanligvis utelukkende for langdistansetransport. Hvis en beholder som er i stand til å motstå trykk på flere atmosfærer er tilstrekkelig for å lagre LPG, kreves det spesielle kryogene tanker for flytende metan.

LNG-lagringsutstyr er høyteknologisk og tar mye plass. Det er ikke lønnsomt å bruke slikt drivstoff i personbiler på grunn av de høye kostnadene for sylindere. LNG-drevne lastebiler i form av enkle eksperimentelle modeller kjører allerede på veiene, men i personbilsegmentet vil dette "flytende" drivstoffet neppe finne utbredt bruk i nær fremtid.

Flytende metan som drivstoff brukes nå i økende grad i drift:

• jernbane diesellokomotiver;
• sjøfartøy;
• elvetransport.

I tillegg til å brukes som energibærer, brukes LPG og LNG også direkte i flytende form i gass- og petrokjemiske anlegg. De brukes til å lage ulike plaster og andre hydrokarbonbaserte materialer.

Teknologier for å skaffe LPG og LNG

For å omdanne metan fra gass til væske må det avkjøles til -163 °C. Og propan-butan blir flytende ved -40 °C. Følgelig er teknologier og kostnader i begge tilfeller svært forskjellige.

En liter LNG tilsvarer omtrent 1,38 kubikkmeter. m innledende naturgass (dette tallet avhenger av temperatur og trykk), reduksjon i volum - omtrent 620 ganger

Følgende teknologier fra forskjellige selskaper brukes til å gjøre naturgass flytende:

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

Alle er basert på kompresjons- og/eller varmevekslingsprosesser. Flytendegjøringsoperasjonen foregår ved anlegget i flere trinn, hvor gassen gradvis komprimeres og avkjøles til overgangstemperaturen til væskefasen.

Forberedelse av gassblandingen

Før du kan gjøre rå naturgass flytende, må du fjerne vann, helium, hydrogen, nitrogen, svovelforbindelser og andre urenheter fra den. Til dette formål brukes vanligvis adsorpsjonsteknologi for dyprensing av gassblandingen ved å føre den gjennom molekylsikter.

Deretter inntreffer det andre trinnet av råstofffremstilling, hvor tunge hydrokarboner fjernes. Som et resultat er det bare etan og metan (eller propan og butan) med et volum av urenheter på mindre enn 5 % igjen i gassen, slik at denne fraksjonen kan begynne å bli avkjølt og flytende.

Primær forberedelse med fjerning av alt unødvendig fra naturgass utføres for å beskytte kjøleutstyr mot de aggressive effektene av vann, karbondioksid, svovelforbindelser, etc.

Fraksjonering lar deg bli kvitt skadelige urenheter og isolere bare hovedgassen for påfølgende flytendegjøring. Ved et trykk på 1 atm er overgangstemperaturen til flytende tilstand for metan -163 °C, for etan -88 °C, for propan -42 °C og for butan -0,5 °C.

Det er nettopp disse temperaturforskjellene som forklarer årsaken til at gassen som kommer inn i anlegget deles i fraksjoner og først deretter gjøres flytende. Det finnes ingen enkelt flytende teknologi for alle typer gassformige hydrokarbonforbindelser. For hver av dem er det nødvendig å bygge og bruke sin egen produksjonslinje.

Grunnleggende flytende prosess

Grunnlaget for å konvertere gass til flytende tilstand er kjølesyklusen, hvor varme overføres av et eller annet kjølemiddel fra et miljø med lav temperatur til et miljø med en høyere. Denne prosessen er flertrinns og krever kraftige kompressorer for ekspansjon/komprimering av kjølevæsken og varmevekslerne.

Kompresjonsteknologier er høyteknologiske, energikrevende og kostbare, men i én syklus lar de gass komprimeres 5–12 ganger samtidig

Følgende brukes som kjølemiddel i forskjellige stadier av flytendegjøring:

• propan;
• metan;
• etan;
• nitrogen;
• vann (sjø og renset);
• luft.

For den primære kjølingen av naturgass ved Novatek Yamal LNG brukes for eksempel kjølig arktisk luft, noe som gjør at temperaturen på råstoffet kan senkes til +10 °C med minimale kostnader umiddelbart. Og i de varme sommermånedene er det i stedet sørget for bruk av sjøvann fra Polhavet, som, uavhengig av årstid, på en dybde på konstant 3–4 ° C.

Samtidig brukes nitrogen, hentet direkte på stedet fra luften, som det endelige kjølemediet i Yamal. Som et resultat gir Arktis alt som trengs for å produsere LNG - fra den første naturgassen til arbeidsmidlene som brukes i flytende prosessen.

Propan flyter på en lignende måte som metan. Bare det krever mye lavere kjøletemperaturer - minus 42 °C mot minus 163 °C. Derfor flytende gass ​​til gasstanker Det koster flere ganger mindre, men den resulterende propan-butan LPG i seg selv er mindre etterspurt på markedet.

Transport og lagring

Nesten hele volumet av LNG transporteres med store sjøgasstankere fra en kyst til en annen.Transport på land er begrenset av behovet for å opprettholde temperaturen til det "flytende blå drivstoffet" ved verdier på rundt -160 ° C, ellers begynner metan å forvandle seg til en gasstilstand og blir eksplosiv.

For å transportere LPG brukes sylindere på 5–50 liter med et innvendig trykk på opptil 1,5–2 MPa og større tankbeholdere beregnet for 5–17 MPa.

Trykket i LNG-tanken er nær atmosfærisk. Men hvis temperaturen på flytende metan stiger over -160 °C, vil den begynne å bli fra en væske til en gass. Som et resultat vil trykket i beholderen begynne å øke, noe som utgjør en alvorlig fare. Derfor er LNG-tankere utstyrt med vedlikeholdsenheter for lav temperatur og et tykt lag med varmeisolasjon.

LPG omforgasses til gass direkte i gasstanken. Og LNG-reforgassing utføres i spesielle industrielle installasjoner uten tilgang på oksygen. I følge fysikken blir flytende metan ved positive temperaturer gradvis til gass. Men hvis dette skjer direkte i luften utenom spesielle forhold, vil en slik prosess føre til en eksplosjon.

Etter at naturgass i form av LNG er flytende ved anlegget, transporteres den, og deretter igjen ved anlegget (kun regassifisering) omdannes den tilbake til gassform for videre bruk.

Utsikter for flytende hydrogen

I tillegg til direkte flytendegjøring og bruk i denne formen, er det også mulig å få en annen energibærer fra naturgass - hydrogen. Metan er CH₄, propan C₃N₈og butan C₄N₁₀.

Hydrogenkomponenten er tilstede i alle disse fossile brenselene, du trenger bare å isolere den.

De viktigste fordelene med hydrogen er miljøvennlighet og utbredt forekomst i naturen, men den høye prisen på flytende væske og tap på grunn av konstant fordampning reduserer disse fordelene til nesten ingenting

For å omdanne hydrogen fra en gass til en væske, må den avkjøles til -253 °C. Til dette formål brukes flertrinns kjølesystemer og "kompresjon/ekspansjon" installasjoner. Foreløpig er slike teknologier for dyre, men det arbeides med å redusere kostnadene.

Vi anbefaler også å lese vår andre artikkel, hvor vi beskrev i detalj hvordan du lager en hydrogengenerator til hjemmet ditt med egne hender. Flere detaljer - gå link.

Også, i motsetning til LPG og LNG, er flytende hydrogen mye mer eksplosivt. Den minste lekkasje av den i kombinasjon med oksygen gir en gass-luftblanding som antennes ved den minste gnist. Og lagring av flytende hydrogen er bare mulig i spesielle kryogene beholdere. Hydrogendrivstoff har fortsatt for mange ulemper.

Konklusjoner og nyttig video om temaet

Hvordan produseres flytende gass og hvorfor blir den flytende:

Alt om flytende gasser:

Det finnes flere teknologier for flytende gasser. For metan er de deres, og for propan-butan er de deres. Samtidig er det billigere å skaffe LPG, og det er enklere og sikrere å transportere/oppbevare. Å produsere metan LNG er en dyrere og mer kompleks prosess. I tillegg krever regassifiseringen spesialisert utstyr. Samtidig er metan i større etterspørsel på markedet i dag, så det blir flytende i mye større volumer.

Har du noen oppklarende spørsmål eller din egen ekspertuttalelse om emnet flytende gass? Kanskje du har noe å legge til ovenfor. Spør og/eller kommenter gjerne artikkelen i boksen under.