Làm thế nào và tại sao khí hóa lỏng: công nghệ sản xuất và phạm vi sử dụng khí hóa lỏng

Các công nghệ liên quan đến khai thác, vận chuyển và xử lý khí đốt tự nhiên đang phát triển nhanh chóng. Và nhiều người ngày nay đã nghe thấy chữ viết tắt LNG (LPG) và LPG (LNG). Hầu như mọi ngày, nhiên liệu khí tự nhiên được đề cập trong tin tức trong bối cảnh này hay bối cảnh khác.

Nhưng, bạn phải thừa nhận, để có một sự hiểu biết rõ ràng về những gì đang xảy ra, điều quan trọng ban đầu là phải hiểu cách thức khí hóa lỏng, tại sao điều này được thực hiện và những gì nó mang lại hoặc không mang lại lợi ích gì. Và có nhiều sắc thái trong vấn đề này.

Để hóa lỏng hydrocarbon khí, các nhà máy công nghệ cao đang được xây dựng. Tiếp theo, chúng tôi sẽ cẩn thận hiểu: tại sao tất cả điều này là cần thiết và làm thế nào nó xảy ra.

Tại sao hóa lỏng khí tự nhiên?

Nhiên liệu xanh được chiết xuất từ ​​ruột trái đất dưới dạng hỗn hợp khí metan, etan, propan, butan, heli, nitơ, hydro sunfua và các loại khí khác, cũng như các dẫn xuất khác nhau của chúng.

Một số trong số chúng được sử dụng trong ngành hóa chất, và một số được đốt trong nồi hơi hoặc tua bin để tạo ra nhiệt và điện. Thêm vào đó, một số chiết xuất được sử dụng làm nhiên liệu động cơ khí.

Các tính toán của ngành công nghiệp khí cho thấy rằng nếu nhiên liệu xanh cần được phân phối ở khoảng cách 2500 km trở lên, thì ở dạng hóa lỏng, việc làm này thường có lợi hơn so với đường ống

Lý do chính để hóa lỏng khí tự nhiên là đơn giản hóa việc vận chuyển của nó trên một khoảng cách dài. Nếu người tiêu dùng và giếng nhiên liệu khí được đặt trên đất gần nhau, việc đặt một đường ống giữa họ sẽ dễ dàng và có lợi hơn. Nhưng trong một số trường hợp, xây dựng đường cao tốc quá tốn kém và có vấn đề do sắc thái địa lý. Do đó, họ sử dụng các công nghệ khác nhau để sản xuất LNG hoặc LPG ở dạng lỏng.

Kinh tế và an ninh giao thông

Sau khi khí được hóa lỏng, nó đã được bơm dưới dạng chất lỏng vào các thùng chứa đặc biệt để vận chuyển bằng đường biển, đường sông, đường bộ và / hoặc đường sắt.Trong trường hợp này, về mặt công nghệ, hóa lỏng là một quá trình khá tốn kém theo quan điểm năng lượng.

Tại các nhà máy khác nhau, điều này chiếm tới 25% khối lượng nhiên liệu ban đầu. Nghĩa là, để tạo ra năng lượng cần thiết cho công nghệ, bạn phải đốt tới 1 tấn LNG cho mỗi ba tấn ở dạng hoàn thành. Nhưng khí đốt tự nhiên hiện đang có nhu cầu lớn, mọi thứ đều được đền đáp.

Ở dạng hóa lỏng, metan (propan-butan) chiếm thể tích nhỏ hơn 500-600 lần so với ở trạng thái khí

Trong khi khí tự nhiên ở trạng thái lỏng, nó không cháy và không nổ. Chỉ sau khi bay hơi trong quá trình hồi phục, thu được hỗn hợp khí Hóa ra là thích hợp để đốt trong nồi hơivà nấu ăn hobs. Do đó, nếu LNG hoặc LPG được sử dụng làm nhiên liệu hydrocarbon, thì chúng phải được xử lý lại.

Sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau

Thông thường, các thuật ngữ khí hóa lỏng tinh thần và khí hóa lỏng khác được đề cập trong bối cảnh vận chuyển năng lượng hydrocarbon. Đó là, việc sản xuất nhiên liệu xanh đầu tiên xảy ra, và sau đó chuyển đổi thành LPG hoặc LNG. Tiếp theo, chất lỏng thu được được vận chuyển và sau đó trở lại trạng thái khí cho một hoặc một ứng dụng khác.

LHG (khí hóa lỏng) cho 95% và hơn thế nữa bao gồm hỗn hợp propan-butan và LNG (khí tự nhiên hóa lỏng) cho 85 lượng95% metan. Đây là những loại nhiên liệu tương tự và hoàn toàn khác nhau.

LPG từ propane-butane chủ yếu được sử dụng như:

• nhiên liệu động cơ xăng;
• nhiên liệu để phun vào bình chứa khí của hệ thống sưởi ấm tự trị;
• chất lỏng để tiếp nhiên liệu bật lửa và bình gas có dung tích 200 ml đến 50 lít.

LNG thường được sản xuất dành riêng cho vận chuyển đường dài. Nếu có đủ khả năng lưu trữ LPG có thể chịu được áp suất của một vài bầu khí quyển, thì đối với các bể đông lạnh đặc biệt là metan hóa lỏng là bắt buộc.

Thiết bị lưu trữ LNG có tính công nghệ cao và chiếm nhiều không gian. Sử dụng nhiên liệu như vậy trong xe hơi không mang lại lợi nhuận vì chi phí cao của xi lanh. Xe tải LNG ở dạng mô hình thử nghiệm duy nhất đã lái trên đường, nhưng trong phân khúc xe khách, nhiên liệu này có thể không tìm thấy ứng dụng rộng rãi trong tương lai gần.

Mêtan hóa lỏng làm nhiên liệu ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong hoạt động:

• đầu máy xe lửa;
• tàu biển;
• vận tải đường sông.

Ngoài việc được sử dụng làm chất mang năng lượng, LPG và LNG còn được sử dụng trực tiếp ở dạng lỏng tại các nhà máy khí và hóa dầu. Họ sản xuất nhựa khác nhau và các vật liệu dựa trên hydrocarbon khác.

Công nghệ sản xuất LPG và LNG

Để chuyển đổi khí mêtan từ khí sang lỏng, nó phải được làm lạnh đến -163 ° C. Nhưng hóa lỏng propan-butan đã ở mức -40 °C. Theo đó, công nghệ và chi phí rất khác nhau trong cả hai trường hợp.

Một lít LNG là khoảng 1,38 mét khối. m của nguồn khí đốt tự nhiên (con số này phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất), giảm thể tích khoảng 620 lần

Các công nghệ sau đây từ các công ty khác nhau được sử dụng để hóa lỏng khí tự nhiên:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Tối ưu hóa tầng
• DMR;
• GIÁ;
• MFC
• GTL và cộng sự.

Tất cả đều dựa trên các quá trình nén và / hoặc trao đổi nhiệt. Hoạt động hóa lỏng diễn ra tại nhà máy trong một số giai đoạn, trong đó khí được nén dần và làm mát đến nhiệt độ của quá trình chuyển sang pha lỏng.

Chuẩn bị hỗn hợp khí

Trước khi bắt đầu hóa lỏng khí tự nhiên thô, cần phải loại bỏ nước, heli, hydro, nitơ, hợp chất lưu huỳnh và các tạp chất khác khỏi nó. Đối với điều này, công nghệ hấp phụ làm sạch sâu hỗn hợp khí thường được áp dụng bằng cách cho nó qua sàng phân tử.

Sau đó, giai đoạn chuẩn bị thứ hai của nguyên liệu xảy ra, trong đó hydrocarbon nặng được loại bỏ. Kết quả là, chỉ có etan và metan (hoặc propan và butan) có ít hơn 5% tạp chất tồn tại trong khí để phần này có thể bắt đầu được làm lạnh và hóa lỏng.

Chuẩn bị ban đầu với việc loại bỏ tất cả những thứ không cần thiết khỏi khí tự nhiên được thực hiện để bảo vệ thiết bị làm lạnh khỏi tác động mạnh mẽ của nước, carbon dioxide, hợp chất lưu huỳnh, v.v.

Phân số cho phép bạn loại bỏ các tạp chất có hại và chỉ phân bổ khí chính cho hóa lỏng tiếp theo. Ở áp suất 1 atm, nhiệt độ chuyển sang trạng thái lỏng đối với metan là -163 ° C, đối với ethane -88 ° C, đối với propan -42 ° C và đối với butan -0,5 ° C.

Chỉ những khác biệt về nhiệt độ này giải thích lý do tại sao chúng được chia thành các phân số và chỉ sau đó chúng hóa lỏng khí vào nhà máy. Không có công nghệ hóa lỏng duy nhất cho tất cả các loại hợp chất hydrocarbon dạng khí. Đối với mỗi người trong số họ là cần thiết để xây dựng và áp dụng dây chuyền sản xuất riêng của họ.

Quá trình hóa lỏng chính

Cơ sở để chuyển đổi khí sang trạng thái lỏng là chu trình làm lạnh, trong đó nhiệt được truyền bởi một chất làm lạnh hoặc chất khác từ môi trường có nhiệt độ thấp sang môi trường có nhiệt độ cao hơn. Quá trình này là nhiều tầng và đòi hỏi phải có sẵn máy nén mạnh để mở rộng / co lại của chất mang nhiệt và bộ trao đổi nhiệt.

Công nghệ nén là công nghệ cao, tốn nhiều năng lượng và tốn kém, nhưng trong một chu kỳ, chúng cho phép khí được nén ngay lập tức 5 Lần12 lần

Là một chất làm lạnh ở các giai đoạn hóa lỏng khác nhau, những điều sau đây được sử dụng:

• propan;
• mêtan;
• etan;
• nitơ
• nước (biển và tinh khiết);
• không khí

Ví dụ, để làm mát chính khí tự nhiên tại Yamal-LNG Novatek, không khí mát mẻ ở Bắc cực được sử dụng, cho phép hạ nhiệt độ của nguyên liệu với chi phí tối thiểu ngay lập tức xuống +10 °. Và trong những tháng mùa hè nóng nực, thay vì nó, người ta dự định sử dụng nước biển từ Bắc Băng Dương, bất kể thời gian nào trong năm, ở độ sâu 3-4 ° C.

Đồng thời, nitơ thu được trực tiếp tại chỗ từ không khí được sử dụng làm chất làm lạnh cuối cùng trên Bán đảo Yamal. Do đó, Bắc Cực cung cấp mọi thứ cần thiết cho sản xuất LNG - từ nguồn khí đốt tự nhiên đến các tác nhân làm việc được sử dụng trong quá trình hóa lỏng.

Propane được hóa lỏng theo cách tương tự như metan. Chỉ cần nhiệt độ làm mát thấp hơn nhiều - âm 42 ° C so với âm 163 ° C. Do đó hóa lỏng bình gas chi phí ít hơn nhiều lần, nhưng bản thân LPG propan-butan có nhu cầu ít hơn trên thị trường.

Vận chuyển và lưu trữ

Gần như toàn bộ khối lượng LNG được vận chuyển bằng tàu chở khí biển lớn từ bờ biển này sang bờ biển khác. Vận chuyển bằng đường bộ bị hạn chế bởi nhu cầu duy trì nhiệt độ của "nhiên liệu lỏng màu xanh" ở các giá trị khoảng -160 ° C, nếu không, khí mê-tan bắt đầu chuyển sang trạng thái khí và trở thành chất nổ.

Các xi lanh 5 55050 lít với áp suất bên trong lên tới 1,5 Cung2 MPa và dung tích bể lớn hơn được thiết kế cho 5 cạn17 MPa được sử dụng để vận chuyển LPG

Áp suất trong bể LNG gần với khí quyển. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ của metan lỏng tăng lên trên -160 ° C, thì nó sẽ bắt đầu chuyển từ dạng lỏng sang dạng khí. Do đó, áp suất trong bể sẽ bắt đầu tăng lên, gây nguy hiểm nghiêm trọng. Do đó, tàu chở dầu để vận chuyển LNG được trang bị các cài đặt để duy trì nhiệt độ thấp và một lớp cách nhiệt mạnh mẽ.

LPG được tái sinh thành khí trực tiếp trong bình chứa khí. Và sự tái tạo LNG được thực hiện tại các nhà máy công nghiệp đặc biệt mà không cần tiếp cận oxy. Trong vật lý, metan lỏng được chuyển dần thành khí ở nhiệt độ dương. Tuy nhiên, nếu điều này xảy ra trực tiếp trong không khí bên ngoài các điều kiện đặc biệt, thì quá trình như vậy sẽ dẫn đến một vụ nổ.

Sau khi khí tự nhiên ở dạng LNG được hóa lỏng tại nhà máy, nó được vận chuyển, và sau đó một lần nữa tại nhà máy (chỉ tái chế) được chuyển trở lại trạng thái khí để sử dụng tiếp.

Triển vọng cho hydro hóa lỏng

Ngoài việc hóa lỏng trực tiếp và sử dụng ở dạng này, thêm một chất mang năng lượng, hydro, cũng có thể thu được từ khí tự nhiên. Mêtan là CH₄propan C₃N₈nhưng butan C₄N₁₀.

Thành phần hydro có mặt trong tất cả các nhiên liệu hóa thạch này, bạn chỉ cần làm nổi bật nó.

Những ưu điểm chính của hydro là sự thân thiện với môi trường và sự xuất hiện rộng rãi trong tự nhiên, tuy nhiên, giá hóa lỏng và tổn thất cao do sự bốc hơi liên tục thực tế phủ nhận những lợi thế này

Để chuyển hydro từ trạng thái khí sang chất lỏng, nó cần được làm lạnh đến -253 ° C. Đối với điều này, các hệ thống làm mát đa tầng và các đơn vị nén / mở rộng được sử dụng. Trong khi các công nghệ như vậy là quá đắt, nhưng công việc đang được thực hiện để giảm chi phí của họ.

Chúng tôi cũng khuyên bạn nên đọc bài viết khác của chúng tôi, nơi chúng tôi đã mô tả chi tiết cách tạo ra một máy phát hydro cho ngôi nhà của bạn bằng chính đôi tay của bạn. Thêm chi tiết - đi bằng liên kết.

Ngoài ra, không giống như LPG và LNG, hydro hóa lỏng bùng nổ hơn nhiều. Rò rỉ nhỏ nhất liên quan đến oxy tạo ra hỗn hợp khí-không khí, bắt lửa từ tia lửa nhỏ nhất. Và lưu trữ hydro lỏng chỉ có thể trong các thùng chứa đặc biệt. Vẫn còn quá nhiều khuyết điểm của nhiên liệu hydro.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Làm thế nào để sản xuất khí hóa lỏng và tại sao nó được hóa lỏng:

Tất cả về khí hóa lỏng:

Có một số công nghệ hóa lỏng khí. Họ có riêng của họ cho mêtan, và riêng của họ cho propan-butan. Đồng thời, rẻ hơn để có được LPG, và việc vận chuyển / lưu trữ sẽ dễ dàng và an toàn hơn. Thu được mêtan LNG là một quá trình tốn kém và phức tạp hơn. Thêm vào đó, sự phục hồi của nó đòi hỏi thiết bị chuyên dụng. Đồng thời, khí mê-tan có nhu cầu cao hơn trên thị trường hiện nay, do đó nó được hóa lỏng nhiều với khối lượng lớn.

Bạn có làm rõ câu hỏi hoặc ý kiến ​​chuyên gia của bạn về chủ đề hóa lỏng khí? Có lẽ bạn có một cái gì đó để thêm vào ở trên. Hãy hỏi và / hoặc nhận xét về bài viết trong hộp bên dưới.