Ako a prečo skvapalnený plyn: technológia výroby a rozsah použitia skvapalneného plynu

Technológie súvisiace s ťažbou, prepravou a spracovaním zemného plynu sa rýchlo vyvíjajú. A mnohí dnes počuli skratky LNG (LPG) a LPG (LNG). Takmer každý druhý deň sa v správach spomína palivo na zemný plyn.

Musíte však uznať, že na to, aby ste mali jasnú predstavu o tom, čo sa deje, je dôležité najprv pochopiť, ako sa skvapalňuje plyn, prečo sa tak deje a aké výhody to prináša alebo nedáva. A v tejto veci je veľa nuancií.

Na skvapalňovanie plynných uhľovodíkov sa stavajú veľké technologické zariadenia. Ďalej budeme starostlivo pochopiť: prečo je to všetko potrebné a ako sa to deje.

Prečo skvapalnený zemný plyn?

Modré palivo sa ťaží z vnútorností zeme ako zmes metánu, etánu, propánu, butánu, hélia, dusíka, sírovodíka a ďalších plynov, ako aj ich rôznych derivátov.

Niektoré z nich sa používajú v chemickom priemysle a iné sa spaľujú v kotloch alebo turbínach na výrobu tepla a elektriny. Navyše sa časť extrahovanej látky používa ako palivo s plynovým motorom.

Výpočty plynárenského priemyslu ukazujú, že ak sa modré palivo musí dodávať na vzdialenosť 2 500 km alebo viac, potom je v skvapalnenej forme často výhodnejšie ako potrubím.

Hlavným dôvodom skvapalňovania zemného plynu je zjednodušenie jeho prepravy na veľké vzdialenosti. Ak sa spotrebiteľ a plynové palivo nachádzajú na zemi blízko seba, je ľahšie a výhodnejšie umiestniť medzi ne potrubie. V niektorých prípadoch je však výstavba diaľnice príliš drahá a problematická z dôvodu geografických nuancií. Preto sa uchýlili k rôznym technológiám na výrobu LNG alebo LPG v tekutej forme.

Ekonomika a bezpečnosť dopravy

Po skvapalnení plynu sa už čerpá vo forme kvapaliny do špeciálnych nádob na prepravu po mori, rieke, ceste a / alebo po železnici.V tomto prípade je z technologického hľadiska skvapalňovanie z energetického hľadiska dosť nákladný proces.

V rôznych zariadeniach to predstavuje až 25% pôvodného objemu paliva. To znamená, že na výrobu energie potrebnej technológie musíte spáliť až 1 tonu LNG na každé tri tony v hotovej forme. Ale zemný plyn je teraz veľmi žiadaný, všetko sa oplatí.

V skvapalnenej forme zaberá metán (propán-bután) 500 - 600 krát menší objem ako v plynnom stave.

Aj keď je zemný plyn v kvapalnom stave, je nehorľavý a nevýbušný. Získané až po odparení počas opätovného splynovania plynná zmes sa ukazuje byť vhodný na spaľovanie kotlya varné dosky. Preto, ak sa ako uhľovodíkové palivo používa LNG alebo LPG, musí sa znovu splynovať.

Použitie v rôznych oblastiach

Pojmy „skvapalnený plyn“ a „skvapalnený plyn“ sa najčastejšie uvádzajú v súvislosti s prepravou uhľovodíkovej energie. To znamená, že dôjde k prvej výrobe modrého paliva a potom k jeho premene na LPG alebo LNG. Potom sa výsledná kvapalina transportuje a potom sa opäť vracia do plynného stavu na jednu alebo druhú aplikáciu.

LHG (skvapalnený ropný plyn) pre 95% a viac pozostáva zo zmesi propán-bután a LNG (skvapalnený zemný plyn) pre 85 až 95% metánu. Sú to podobné a radikálne odlišné druhy paliva.

LPG z propán-butánu sa používa najmä ako:

• palivo s plynovým motorom;
• palivo na vstrekovanie do plynových nádrží autonómnych vykurovacích systémov;
• Kvapaliny na dopĺňanie paliva a plynové fľaše s objemom 200 ml až 50 litrov.

LNG sa zvyčajne vyrába výlučne na prepravu na veľké vzdialenosti. Ak existuje dostatočná kapacita na skladovanie LPG, ktorý vydrží tlak niekoľkých atmosfér, potom sa pre skvapalnený metán vyžadujú špeciálne kryogénne nádrže.

Skladovacie zariadenia LNG sú vysoko technologické a zaberajú veľa miesta. Použitie takéhoto paliva v automobiloch nie je ziskové kvôli vysokým nákladom na valce. Nákladné vozidlá LNG vo forme samostatných experimentálnych modelov už jazdia po cestách, ale v segmente osobných automobilov nie je pravdepodobné, že toto „tekuté“ palivo v blízkej budúcnosti nájde široké uplatnenie.

Skvapalnený metán ako palivo sa v súčasnosti čoraz častejšie používa:

• železničné lokomotívy;
• námorné plavidlá;
• riečna doprava.

Okrem toho, že sa LPG a LNG používajú ako nosič energie, používajú sa tiež priamo v kvapalnej forme v plynových a petrochemických zariadeniach. Vyrábajú rôzne plasty a iné materiály na báze uhľovodíkov.

Technológie na výrobu LPG a LNG

Aby sa metán premenil z plynu na kvapalinu, musí sa ochladiť na -163 ° C. Ale skvapalnený propán-bután už pri -40 °C. V dôsledku toho sa technológia a náklady v oboch prípadoch veľmi líšia.

Jeden liter LNG je približne 1,38 metrov kubických. m zdroja zemného plynu (toto číslo závisí od teploty a tlaku), zníženie objemu asi 620 krát

Na skvapalňovanie zemného plynu sa používajú tieto technológie rôznych spoločností:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimalizovaná kaskáda
• DMR;
• price;
• MFC;
• GTL a kol.

Všetky sú založené na procesoch kompresie a / alebo výmeny tepla. Kvapalná operácia prebieha v zariadení vo viacerých stupňoch, počas ktorých je plyn postupne stlačovaný a ochladený na teplotu prechodu do kvapalnej fázy.

Príprava plynnej zmesi

Predtým, ako sa začne skvapalňovať surový zemný plyn, je potrebné z neho odstrániť vodu, hélium, vodík, dusík, zlúčeniny síry a iné nečistoty. Na tento účel sa obvykle používa adsorpčná technológia hĺbkového čistenia zmesi plynov jej prechodu cez molekulové sitá.

Potom nastane druhá fáza prípravy suroviny, počas ktorej sa odstránia ťažké uhľovodíky. Výsledkom je, že v plyne zostáva len etán a metán (alebo propán a bután) s menej ako 5% nečistôt, takže táto frakcia sa môže začať ochladiť a skvapalniť.

Počiatočná príprava s odstránením všetkého nepotrebného zo zemného plynu sa vykonáva na ochranu chladiaceho zariadenia pred agresívnymi účinkami vody, oxidu uhličitého, zlúčenín síry atď.

Frakcionácia vám umožňuje zbaviť sa škodlivých nečistôt a na neskoršie skvapalnenie môžete prideliť iba hlavný plyn. Pri tlaku 1 atm je teplota prechodu do kvapalného stavu pre metán -163 ° С, pre etán -88 ° С, pre propán -42 ° С a pre bután -0,5 ° С.

Len tieto teplotné rozdiely vysvetľujú dôvod, prečo sa delia na frakcie a až potom skvapalňujú plyn vstupujúci do zariadenia. Neexistuje žiadna jediná technológia skvapalnenia pre všetky typy plynných uhľovodíkových zlúčenín. Pre každú z nich je potrebné vybudovať a použiť vlastnú výrobnú linku.

Hlavný proces skvapalňovania

Základom premeny plynu na kvapalný stav je chladiaci cyklus, počas ktorého je teplo prenášané jedným chladivom alebo iným médiom z média s nízkou teplotou na médium s vyššou teplotou. Tento proces je viacstupňový a vyžaduje dostupnosť výkonných kompresorov pre expanziu / kontrakciu nosiča tepla a výmenníkov tepla.

Kompresné technológie sú špičkové, energeticky náročné a nákladné, ale v jednom cykle umožňujú okamžité stlačenie plynu 5 až 12 krát

Ako chladivo v rôznych fázach skvapalňovania sa používajú tieto látky:

• propán;
• metán;
• etán;
• dusík;
• voda (morská a čistená);
• vzduchom.

Napríklad na primárne chladenie zemného plynu v Yamal-LNG Novatek sa používa studený arktický vzduch, ktorý umožňuje zníženie teploty suroviny s minimálnymi nákladmi okamžite na +10 ° C. A v horúcich letných mesiacoch sa namiesto toho plánuje používať morskú vodu z Severného ľadového oceánu, ktorá je, bez ohľadu na ročné obdobie, v hĺbke 3 až 4 ° C.

Súčasne sa ako konečné chladivo na polostrove Yamal používa dusík získavaný priamo na mieste zo vzduchu. Výsledkom je, že Arktída poskytuje všetko potrebné na výrobu LNG - od zdroja zemného plynu po pracovné látky používané v procese skvapalňovania.

Propán sa skvapalňuje podobným spôsobom ako metán. Vyžadujú sa iba teploty chladenia oveľa menej nízke - mínus 42 ° C oproti mínus 163 ° C. Preto skvapalnenie plyn pre plynové nádrže náklady niekoľkokrát nižšie, ale výsledný propán-bután LPG samotný je na trhu menší dopyt.

Preprava a skladovanie

Takmer celý objem LNG sa prepravujú veľkými tankermi na prepravu plynu z jedného pobrežia na druhé. Preprava po zemi je obmedzená potrebou udržiavať teplotu „tekutého modrého paliva“ na hodnotách približne -160 ° C, v opačnom prípade sa metán začína premieňať na plynný a stáva sa výbušným.

Na prepravu LPG sa používajú fľaše s objemom 5–50 litrov s vnútorným tlakom do 1,5–2 MPa a väčšími objemami nádrží navrhnutými pre 5–17 MPa.

Tlak v nádrži LNG je takmer atmosférický. Ak však teplota tekutého metánu stúpne nad -160 ° C, začne sa meniť z kvapaliny na plyn. V dôsledku toho začne tlak v nádrži stúpať, čo predstavuje vážne nebezpečenstvo. Preto sú cisterny na prepravu LNG vybavené zariadeniami na udržiavanie nízkych teplôt a výkonnou vrstvou tepelného izolátora.

LPG sa spätne splynuje na plyn priamo v plynovej nádrži. Zplynenie LNG sa vykonáva v špeciálnych priemyselných závodoch bez prístupu kyslíka. Vo fyzike sa kvapalný metán postupne premieňa na plyn pri pozitívnej teplote. Ak sa však toto stane priamo vo vzduchu mimo špeciálnych podmienok, tento proces povedie k výbuchu.

Potom, čo sa zemný plyn vo forme LNG skvapalní v závode, transportuje sa a potom sa v závode (iba opätovné splynovanie) prevedie späť do plynného stavu na ďalšie použitie.

Vyhliadky na skvapalnený vodík

Okrem priameho skvapalnenia a použitia v tejto forme je možné zo zemného plynu získať ešte jeden nosič energie, vodík. Metán je CH₄propán C₃H₈ale bután C₄H₁₀.

Vodíková zložka je prítomná vo všetkých týchto fosílnych palivách, stačí ju len zvýrazniť.

Hlavnými výhodami vodíka sú šetrnosť k životnému prostrediu a rozšírený výskyt v prírode, avšak vysoká cena jeho skvapalnenia a straty v dôsledku neustáleho odparovania tieto výhody prakticky zrušujú.

Aby sa vodík mohol preniesť z plynného stavu do kvapaliny, musí sa ochladiť na -253 ° C. Na tento účel sa používajú viacstupňové chladiace systémy a kompresorové / expanzné jednotky. Aj keď sú takéto technológie príliš drahé, pracuje sa na ich znižovaní.

Odporúčame tiež prečítať si náš ďalší článok, v ktorom sme podrobne opísali, ako vyrobiť generátor vodíka pre váš domov vlastnými rukami. Viac informácií - choď odkazom.

Na rozdiel od LPG a LNG je skvapalnený vodík oveľa výbušnejší. Najmenší únik v spojení s kyslíkom poskytuje zmes plynu a vzduchu, ktorá sa vznieti z najmenšej iskry. A skladovanie tekutého vodíka je možné iba v špeciálnych kryogénnych nádobách. Stále existuje príliš veľa nevýhod vodíkových palív.

Závery a užitočné video na túto tému

Ako vyrábať skvapalnený plyn a prečo je skvapalnený:

Všetko o skvapalnených plynoch:

Existuje niekoľko technológií skvapalňovania plynu. Majú vlastné metán a vlastné propán-bután. Zároveň je lacnejšie získať LPG a preprava a skladovanie je ľahšie a bezpečnejšie. Získanie metánového LNG je nákladnejší a zložitejší proces. Navyše, jeho splynovanie vyžaduje špeciálne vybavenie. Súčasne je dnes na trhu viac dopytu metán, takže sa skvapalňuje vo veľkých objemoch.

Máte objasňujúce otázky alebo svoj odborný názor na tému skvapalňovania plynu? Možno budete musieť niečo pridať k vyššie uvedenému. Neváhajte sa opýtať a / alebo komentovať článok v rámčeku nižšie.