Wie und warum Flüssiggas: Produktionstechnologie und Anwendungsbereich von Flüssiggas

Technologien im Zusammenhang mit der Gewinnung, dem Transport und der Verarbeitung von Erdgas entwickeln sich rasant. Und viele haben heute die Abkürzungen LNG (LPG) und LPG (LNG) gehört. Fast jeden zweiten Tag wird Erdgas in den Nachrichten in dem einen oder anderen Kontext erwähnt.

Sie müssen jedoch zugeben, dass es wichtig ist, zunächst zu verstehen, wie Gas verflüssigt wird, warum dies getan wird und welche Vorteile es bietet oder nicht, um ein klares Verständnis dessen zu erhalten, was geschieht. Und in dieser Angelegenheit gibt es viele Nuancen.

Um gasförmige Kohlenwasserstoffe zu verflüssigen, werden große Hightech-Anlagen gebaut. Als nächstes werden wir sorgfältig verstehen: warum all dies benötigt wird und wie es passiert.

Warum Erdgas verflüssigen?

Blauer Kraftstoff wird aus den Eingeweiden der Erde als Gemisch aus Methan, Ethan, Propan, Butan, Helium, Stickstoff, Schwefelwasserstoff und anderen Gasen sowie deren verschiedenen Derivaten gewonnen.

Einige von ihnen werden in der chemischen Industrie eingesetzt, andere werden in Kesseln oder Turbinen verbrannt, um Wärme und Strom zu erzeugen. Außerdem wird ein Teil des extrahierten Kraftstoffs als Kraftstoff für Gasmotoren verwendet.

Die Berechnungen der Gasindustrie zeigen, dass wenn blauer Kraftstoff in einer Entfernung von 2500 km oder mehr geliefert werden muss, dies in verflüssigter Form oft rentabler ist als per Pipeline

Der Hauptgrund für die Verflüssigung von Erdgas ist die Vereinfachung des Transports über große Entfernungen. Wenn sich der Verbraucher und der Gasbrennstoffbrunnen nahe beieinander befinden, ist es einfacher und rentabler, ein Rohr zwischen ihnen zu verlegen. In einigen Fällen ist der Bau einer Autobahn jedoch aufgrund geografischer Nuancen zu teuer und problematisch. Daher greifen sie auf verschiedene Technologien zur Herstellung von LNG oder LPG in flüssiger Form zurück.

Wirtschaft und Verkehrssicherheit

Nachdem das Gas verflüssigt wurde, wird es bereits in Form von Flüssigkeit in spezielle Behälter für den Transport auf See, Fluss, Straße und / oder Schiene gepumpt.In diesem Fall ist die Verflüssigung technologisch gesehen aus energetischer Sicht ein ziemlich kostspieliger Prozess.

In verschiedenen Werken nimmt dies bis zu 25% des anfänglichen Kraftstoffvolumens ein. Das heißt, um die von der Technologie benötigte Energie zu erzeugen, müssen Sie bis zu 1 Tonne LNG pro drei Tonnen davon in fertiger Form verbrennen. Aber Erdgas ist mittlerweile sehr gefragt, alles zahlt sich aus.

In verflüssigter Form nimmt Methan (Propan-Butan) ein 500-600-mal kleineres Volumen ein als im gasförmigen Zustand

Während Erdgas in flüssigem Zustand ist, ist es nicht brennbar und nicht explosiv. Erst nach Verdunstung während der Wiederverdampfung erhalten Gasgemisch erweist sich als zum Einbrennen geeignet Kesselund Kochfelder. Wenn LNG oder LPG als Kohlenwasserstoffbrennstoff verwendet wird, müssen sie daher erneut vergast werden.

Verwendung in verschiedenen Bereichen

Am häufigsten werden die Begriffe „Flüssiggas“ und „Flüssiggas“ im Zusammenhang mit dem Transport von Kohlenwasserstoff-Energie erwähnt. Das heißt, die erste Produktion von blauem Kraftstoff erfolgt und dann seine Umwandlung in LPG oder LNG. Als nächstes wird die resultierende Flüssigkeit transportiert und dann für eine bestimmte Anwendung wieder in den gasförmigen Zustand zurückgeführt.

LHG (Flüssiggas) besteht zu 95% oder mehr aus einem Propan-Butan-Gemisch und LNG (Flüssigerdgas) zu 85–95% aus Methan. Dies sind ähnliche und radikal unterschiedliche Kraftstoffarten.

LPG aus Propan-Butan wird hauptsächlich verwendet als:

• Kraftstoff für Gasmotoren;
• Kraftstoff zur Einspritzung in Gastanks autonomer Heizsysteme;
• Flüssigkeiten zum Betanken von Feuerzeugen und Gasflaschen mit einem Fassungsvermögen von 200 ml bis 50 Liter.

LNG wird in der Regel ausschließlich für den Ferntransport hergestellt. Wenn genügend Kapazität vorhanden ist, um LPG zu speichern, das einem Druck von mehreren Atmosphären standhält, sind für verflüssigtes Methan spezielle Kryotanks erforderlich.

LNG-Speichergeräte sind hochtechnologisch und nehmen viel Platz ein. Die Verwendung eines solchen Kraftstoffs in Autos ist aufgrund der hohen Kosten der Zylinder nicht rentabel. LNG-Lkw in Form einzelner Versuchsmodelle fahren bereits auf der Straße, aber im Pkw-Segment dürfte dieser „flüssige“ Kraftstoff in naher Zukunft keine breite Anwendung finden.

Verflüssigtes Methan als Kraftstoff wird zunehmend im Betrieb eingesetzt:

• Eisenbahnlokomotiven;
• Seeschiffe;
• Flussverkehr.

LPG und LNG werden nicht nur als Energieträger, sondern auch direkt in flüssiger Form in Gas- und Petrochemieanlagen eingesetzt. Sie stellen verschiedene Kunststoffe und andere Materialien auf Kohlenwasserstoffbasis her.

Technologien zur Herstellung von LPG und LNG

Um Methan von Gas in Flüssigkeit umzuwandeln, muss es auf -163 ° C abgekühlt werden. Propan-Butan verflüssigt sich jedoch bereits bei -40 °C. Dementsprechend sind Technologie und Kosten in beiden Fällen sehr unterschiedlich.

Ein Liter LNG entspricht ungefähr 1,38 Kubikmetern. m der Erdgasquelle (diese Zahl hängt von Temperatur und Druck ab), eine Volumenverringerung von etwa dem 620-fachen

Zur Verflüssigung von Erdgas werden folgende Technologien verschiedener Unternehmen eingesetzt:

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

Alle basieren auf den Prozessen der Kompression und / oder des Wärmeaustauschs. Der Verflüssigungsvorgang erfolgt in der Anlage in mehreren Stufen, in denen das Gas allmählich komprimiert und auf die Temperatur des Übergangs in die flüssige Phase abgekühlt wird.

Gasgemischaufbereitung

Vor dem Verflüssigen von Roherdgas müssen Wasser, Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefelverbindungen und andere Verunreinigungen entfernt werden. Hierzu wird üblicherweise die Adsorptionstechnologie der Tiefenreinigung eines Gasgemisches angewendet, indem es durch Molekularsiebe geleitet wird.

Dann erfolgt die zweite Stufe der Herstellung des Ausgangsmaterials, in der schwere Kohlenwasserstoffe entfernt werden. Infolgedessen verbleiben nur Ethan und Methan (oder Propan und Butan) mit weniger als 5% Verunreinigungen im Gas, so dass diese Fraktion abgekühlt und verflüssigt werden kann.

Die erste Vorbereitung mit der Entfernung von unnötigem Erdgas erfolgt, um Kühlgeräte vor den aggressiven Einflüssen von Wasser, Kohlendioxid, Schwefelverbindungen usw. zu schützen.

Durch die Fraktionierung können Sie schädliche Verunreinigungen entfernen und nur das Hauptgas für die anschließende Verflüssigung zuweisen. Bei einem Druck von 1 atm beträgt die Übergangstemperatur in den flüssigen Zustand für Methan -163 ° C, für Ethan -88 ° C, für Propan -42 ° C und für Butan -0,5 ° C.

Gerade diese Temperaturunterschiede erklären den Grund, warum sie in Fraktionen unterteilt sind und erst dann das in die Anlage eintretende Gas verflüssigen. Es gibt keine einzige Verflüssigungstechnologie für alle Arten von gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindungen. Für jeden von ihnen ist es notwendig, eine eigene Produktionslinie zu bauen und anzuwenden.

Der Hauptprozess der Verflüssigung

Die Basis für die Umwandlung von Gas in einen flüssigen Zustand ist der Kältekreislauf, in dem das eine oder andere Kältemittel Wärme von einem Medium mit niedriger Temperatur auf ein Medium mit höherer Temperatur überträgt. Dieser Prozess ist mehrstufig und erfordert die Verfügbarkeit leistungsfähiger Kompressoren zur Expansion / Kontraktion des Wärmeträgers und der Wärmetauscher.

Kompressionstechnologien sind Hightech, energieintensiv und kostenintensiv. In einem Zyklus können sie jedoch sofort fünf- bis zwölfmal komprimiert werden

Als Kältemittel in verschiedenen Verflüssigungsstadien werden folgende verwendet:

• Propan;
• Methan;
• Ethan;
• Stickstoff
• Wasser (Meer und gereinigt);
• die Luft.

Beispielsweise wird für die Primärkühlung von Erdgas bei Yamal-LNG Novatek kühle arktische Luft verwendet, die es ermöglicht, die Temperatur des Ausgangsmaterials bei minimalen Kosten sofort auf + 10 ° C zu senken. Und in den heißen Sommermonaten ist stattdessen die Verwendung von Meerwasser aus dem Arktischen Ozean geplant, das sich unabhängig von der Jahreszeit in einer Tiefe von 3 bis 4 ° C befindet.

Gleichzeitig wird Stickstoff, der direkt vor Ort aus der Luft gewonnen wird, als endgültiges Kältemittel auf der Halbinsel Yamal verwendet. Infolgedessen bietet die Arktis alles, was für die LNG-Produktion erforderlich ist - von der Erdgasquelle bis zu den im Verflüssigungsprozess verwendeten Arbeitsmitteln.

Propan wird ähnlich wie Methan verflüssigt. Es sind nur Kühltemperaturen erforderlich, um viel weniger niedrig zu sein - minus 42 ° C gegenüber minus 163 ° C. Daher Verflüssigung Gas für Gastanks kostet ein Vielfaches weniger, aber das resultierende Propan-Butan-LPG selbst ist auf dem Markt weniger gefragt.

Transport und Lagerung

Fast das gesamte LNG-Volumen wird von großen Seegastankern von einer Küste zur anderen transportiert. Der Transport auf dem Landweg wird durch die Notwendigkeit begrenzt, die Temperatur des "flüssigen blauen Kraftstoffs" auf Werten von etwa -160 ° C zu halten, da sonst Methan in einen Gaszustand übergeht und explosiv wird.

Für den LPG-Transport werden Flaschen von 5 bis 50 Litern mit einem Innendruck von bis zu 1,5 bis 2 MPa und größere Tankbehälter für 5 bis 17 MPa verwendet

Der Druck im LNG-Tank ist nahezu atmosphärisch. Wenn jedoch die Temperatur von flüssigem Methan über -160 ° C steigt, beginnt es, sich von flüssig zu gasförmig zu wandeln. Infolgedessen steigt der Druck im Tank an, was eine ernsthafte Gefahr darstellt. Daher sind Tanker für den LNG-Transport mit Anlagen zur Aufrechterhaltung niedriger Temperaturen und einer starken Schicht Wärmeisolator ausgestattet.

LPG wird direkt im Gastank zu Gas wieder vergast. Die LNG-Regasifizierung wird in speziellen Industrieanlagen ohne Sauerstoffzugang durchgeführt. In der Physik wird flüssiges Methan bei einer positiven Temperatur allmählich in Gas umgewandelt. Wenn dies jedoch außerhalb besonderer Bedingungen direkt in der Luft geschieht, führt ein solcher Vorgang zu einer Explosion.

Nachdem Erdgas in Form von LNG in der Anlage verflüssigt wurde, wird es transportiert und dann in der Anlage (nur Wiederverdampfung) zur weiteren Verwendung wieder in einen gasförmigen Zustand umgewandelt.

Perspektiven für verflüssigten Wasserstoff

Neben der direkten Verflüssigung und Verwendung in dieser Form kann ein weiterer Energieträger, Wasserstoff, auch aus Erdgas gewonnen werden. Methan ist CH₄Propan C.₃N.₈aber Butan C.₄N.₁₀.

Die Wasserstoffkomponente ist in all diesen fossilen Brennstoffen enthalten, Sie müssen sie nur hervorheben.

Die Hauptvorteile von Wasserstoff sind Umweltfreundlichkeit und weit verbreitetes Vorkommen in der Natur. Der hohe Preis seiner Verflüssigung und Verluste aufgrund ständiger Verdunstung machen diese Vorteile jedoch praktisch zunichte

Um Wasserstoff aus einem Gaszustand in eine Flüssigkeit zu übertragen, muss er auf -253 ° C abgekühlt werden. Hierzu werden mehrstufige Kühlsysteme und Kompressions- / Expansionseinheiten eingesetzt. Solche Technologien sind zwar zu teuer, aber es wird daran gearbeitet, ihre Kosten zu senken.

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Im Gegensatz zu LPG und LNG ist verflüssigter Wasserstoff viel explosiver. Das kleinste Leck in Verbindung mit Sauerstoff ergibt ein Gas-Luft-Gemisch, das sich beim geringsten Funken entzündet. Die Speicherung von flüssigem Wasserstoff ist nur in speziellen Kryo-Behältern möglich. Es gibt immer noch zu viele Nachteile von Wasserstoff.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Wie man Flüssiggas herstellt und warum es verflüssigt wird:

Alles über Flüssiggase:

Es gibt verschiedene Gasverflüssigungstechnologien. Sie haben ihre eigenen für Methan und ihre eigenen für Propan-Butan. Gleichzeitig ist es billiger, LPG zu bekommen, und es ist einfacher und sicherer zu transportieren / lagern. Die Gewinnung von Methan-LNG ist ein teureres und komplexeres Verfahren. Darüber hinaus erfordert die Wiederverdampfung spezielle Ausrüstung. Gleichzeitig ist Methan heute auf dem Markt stärker gefragt, so dass es in großen Mengen stark verflüssigt wird.

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