Hur och varför gas är flytande: produktionsteknik och användningsområde för flytande gas

Teknik relaterade till produktion, transport och bearbetning av naturgas utvecklas i snabb takt.Och många hör idag förkortningarna LPG och LNG. Nästan varannan dag nämns naturgasbränsle i nyheterna i ett eller annat sammanhang.

Men, du förstår, för att ha en klar förståelse för vad som händer är det viktigt att först förstå hur gas flyter, varför det görs och vilka fördelar det ger eller inte ger. Och det finns många nyanser i det här numret.

För att göra gasformiga kolväten flytande byggs stora högteknologiska anläggningar. Därefter kommer vi noggrant att titta på varför allt detta behövs och hur det går till.

Varför blir naturgas flytande?

Blått bränsle utvinns från jordens tarmar i form av en blandning av metan, etan, propan, butan, helium, kväve, vätesulfid och andra gaser, samt deras olika derivat.

En del av dem används i den kemiska industrin, och en del förbränns i pannor eller turbiner för att generera termisk och elektrisk energi. Dessutom används en del av den extraherade volymen som gasmotorbränsle.

Beräkningar från gasarbetare visar att om blåbränsle behöver levereras över en sträcka av 2 500 km eller mer, så är det ofta mer lönsamt att göra detta i flytande form än genom pipeline

Det främsta skälet till att göra naturgas till flytande form är att förenkla dess transport över långa avstånd. Om konsumenten och gasbränsleproduktionsbrunnen ligger på land inte långt från varandra, är det lättare och mer lönsamt att lägga ett rör mellan dem.Men i vissa fall är det för dyrt och problematiskt att bygga en motorväg på grund av geografiska nyanser. Därför tillgriper de olika tekniker för att producera LNG eller LPG i flytande form.

Ekonomi och säkerhet för transporter

Efter att gasen är flytande pumpas den till flytande form i speciella behållare för transport till sjöss, floder, väg och/eller järnväg. Samtidigt är flytande tekniskt sett en ganska kostsam process ur energisynpunkt.

På olika anläggningar tar detta upp till 25 % av den ursprungliga volymen bränsle. Det vill säga att för att generera den energi som tekniken kräver måste man bränna upp till 1 ton LNG för vart tredje ton av det i färdig form. Men naturgas är nu i stor efterfrågan, allt lönar sig.

I flytande form upptar metan (propan-butan) 500–600 gånger mindre volym än i gasformigt tillstånd

Även om naturgas är en vätska, är den icke brandfarlig och icke-explosiv. Endast efter avdunstning under återförgasning, den resulterande gasblandning visar sig vara lämplig att bränna in pannor och spisar. Därför, om LNG eller LPG används som kolvätebränsle, måste de återförgasas.

Används inom olika områden

Oftast nämns termerna "flytande gas" och "förtätning av gas" i samband med transport av kolväteenergibärare. Det vill säga att först utvinns blått bränsle och sedan omvandlas det till LPG eller LNG. Den resulterande vätskan transporteras sedan och återförs sedan till ett gasformigt tillstånd för en eller annan användning.

LPG (flytande petroleumgas) består till 95 % eller mer av en propan-butanblandning, och LNG (flytande naturgas) är 85–95 % metan.Dessa är likartade och samtidigt radikalt olika typer av bränsle.

LPG från propan-butan används huvudsakligen som:

• gasmotorbränsle;
• bränsle för pumpning i gastankar i autonoma värmesystem;
• vätskor för påfyllning av tändare och gasflaskor med en kapacitet från 200 ml till 50 l.

LNG produceras vanligtvis uteslutande för långväga transporter. Om en behållare som kan motstå tryck av flera atmosfärer är tillräcklig för att lagra gasol, krävs speciella kryogena tankar för flytande metan.

LNG-lagringsutrustning är högteknologisk och tar mycket plats. Det är inte lönsamt att använda sådant bränsle i personbilar på grund av de höga kostnaderna för cylindrar. LNG-drivna lastbilar i form av enstaka experimentella modeller kör redan på vägarna, men i personbilssegmentet kommer detta "flytande" bränsle sannolikt inte att få stor användning inom en snar framtid.

Flytande metan som bränsle används nu alltmer i drift:

• diesellokomotiv för järnväg;
• sjöfartyg;
• flodtransporter.

Förutom att användas som energibärare används gasol och LNG även direkt i flytande form i gas- och petrokemiska anläggningar. De används för att tillverka olika plaster och andra kolvätebaserade material.

Teknik för att få tag på gasol och LNG

För att omvandla metan från gas till vätska måste den kylas till -163 °C. Och propan-butan flyter vid -40 °C. Följaktligen är teknologier och kostnader mycket olika i båda fallen.

En liter LNG är lika med cirka 1,38 kubikmeter. m initial naturgas (denna siffra beror på temperatur och tryck), minskning i volym - cirka 620 gånger

Följande tekniker från olika företag används för att göra naturgas flytande:

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

Alla är baserade på kompressions- och/eller värmeväxlingsprocesser. Förvätsningsoperationen sker i anläggningen i flera steg, under vilka gasen gradvis komprimeras och kyls till övergångstemperaturen till vätskefasen.

Beredning av gasblandningen

Innan du kan göra obehandlad naturgas flytande måste du ta bort vatten, helium, väte, kväve, svavelföreningar och andra föroreningar från den. För detta ändamål används vanligtvis adsorptionsteknik för djuprening av gasblandningen genom att passera den genom molekylsilar.

Sedan inträffar det andra steget av framställning av råmaterial, under vilket tunga kolväten avlägsnas. Som ett resultat blir endast etan och metan (eller propan och butan) med en föroreningsvolym på mindre än 5 % kvar i gasen, så att denna fraktion kan börja kylas och göras flytande.

Primär förberedelse med avlägsnande av allt onödigt från naturgas utförs för att skydda kylutrustning från de aggressiva effekterna av vatten, koldioxid, svavelföreningar etc.

Fraktionering gör att du kan bli av med skadliga föroreningar och endast isolera huvudgasen för efterföljande flytande. Vid ett tryck på 1 atm är övergångstemperaturen till flytande tillstånd för metan -163 °C, för etan -88 °C, för propan -42 °C och för butan -0,5 °C.

Det är just dessa temperaturskillnader som förklarar anledningen till att gasen som kommer in i anläggningen delas upp i fraktioner och först därefter flytande. Det finns ingen enskild flytande teknik för alla typer av gasformiga kolväteföreningar. För var och en av dem är det nödvändigt att bygga och använda sin egen produktionslinje.

Grundläggande flytande process

Grunden för att omvandla gas till flytande tillstånd är kylcykeln, under vilken värme överförs av ett eller annat köldmedium från en miljö med låg temperatur till en miljö med en högre. Denna process är flerstegs och kräver kraftfulla kompressorer för expansion/komprimering av kylvätska och värmeväxlare.

Kompressionstekniker är högteknologiska, energikrävande och kostsamma, men i en cykel tillåter de att gas komprimeras 5–12 gånger samtidigt

Följande används som köldmedium i olika stadier av flytande:

• propan;
• metan;
• etan;
• kväve;
• vatten (hav och renat);
• luft.

Till exempel, för primär kylning av naturgas vid Novatek Yamal LNG, används kall arktisk luft, vilket gör att temperaturen på råvaran kan sänkas till en minimal kostnad omedelbart till +10 °C. Och under de varma sommarmånaderna tillhandahålls det istället för användning av havsvatten från Ishavet, som, oavsett tid på året, på ett djup av konstant 3–4 ° C.

Samtidigt används kväve, som erhålls direkt på plats från luften, som det slutliga köldmediet i Yamal. Som ett resultat tillhandahåller Arktis allt som behövs för att producera LNG - från den ursprungliga naturgasen till de arbetsämnen som används i kondenseringsprocessen.

Propan flyter på ett liknande sätt som metan. Bara det kräver mycket lägre kyltemperaturer - minus 42 °C mot minus 163 °C. Därför flytande gas för gastankar Det kostar flera gånger mindre, men den resulterande propan-butan-gasolen i sig är mindre efterfrågad på marknaden.

Transport och förvaring

Nästan hela volymen LNG transporteras med stora havsgastankfartyg från en kust till en annan.Transport på land begränsas av behovet av att hålla temperaturen på det "flytande blåa bränslet" vid värden på cirka -160 ° C, annars börjar metan omvandlas till ett gastillstånd och blir explosivt.

För att transportera gasol används flaskor på 5–50 liter med ett inre tryck på upp till 1,5–2 MPa och större tankcontainrar avsedda för 5–17 MPa.

Trycket i LNG-tanken är nära atmosfäriskt. Men om temperaturen på flytande metan stiger över -160 °C kommer den att börja förvandlas från en vätska till en gas. Som ett resultat kommer trycket i behållaren att börja öka, vilket utgör en allvarlig fara. Därför är LNG-tankfartyg utrustade med lågtemperaturunderhållsenheter och ett tjockt lager av värmeisolering.

Gasol återförgasas till gas direkt i bensintanken. Och LNG-återförgasning utförs i speciella industrianläggningar utan tillgång till syre. Enligt fysiken förvandlas flytande metan vid positiva temperaturer gradvis till gas. Men om detta sker direkt i luften utanför speciella förhållanden, kommer en sådan process att leda till en explosion.

Efter att naturgas i form av LNG har gjorts flytande vid anläggningen, transporteras den och sedan återigen vid anläggningen (endast återförgasning) omvandlas den tillbaka till ett gasformigt tillstånd för vidare användning.

Utsikter för flytande väte

Förutom direkt kondensering och användning i denna form är det också möjligt att få en annan energibärare från naturgas - väte. Metan är CH₄, propan C₃N₈och butan C₄N₁₀.

Vätekomponenten finns i alla dessa fossila bränslen, du behöver bara isolera den.

De främsta fördelarna med väte är miljövänlighet och utbredd förekomst i naturen, men det höga priset på dess flytande och förluster på grund av konstant avdunstning reducerar dessa fördelar till nästan ingenting

För att omvandla väte från en gas till en vätska måste den kylas till -253 °C. För detta ändamål används flerstegs kylsystem och "kompression/expansion"-installationer. För närvarande är sådana tekniker för dyra, men arbete pågår för att minska kostnaderna.

Vi rekommenderar också att läsa vår andra artikel, där vi beskrev i detalj hur man gör en vätegenerator för ditt hem med dina egna händer. Mer information - gå länk.

Dessutom, till skillnad från gasol och LNG, är flytande väte mycket mer explosivt. Minsta läckage av det i kombination med syre ger en gas-luftblandning som antänds vid minsta gnista. Och lagring av flytande väte är endast möjlig i speciella kryogena behållare. Vätgasbränsle har fortfarande för många nackdelar.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Hur produceras flytande gas och varför görs den flytande:

Allt om flytande gaser:

Det finns flera tekniker för att kondensera gaser. För metan är de deras, och för propan-butan är de deras. Samtidigt är det billigare att skaffa gasol, och det är enklare och säkrare att transportera/förvara. Att producera metan LNG är en dyrare och mer komplex process. Dessutom kräver dess återförgasning specialiserad utrustning. Samtidigt är metan mer efterfrågat på marknaden idag, så det görs flytande i mycket större volymer.

Har du några klargörande frågor eller ditt eget expertutlåtande om ämnet gasförtätning? Kanske har du något att tillägga till ovanstående. Fråga och/eller kommentera gärna artikeln i rutan nedan.