Hogyan és miért cseppfolyósítják a gázt: gyártási technológia és a cseppfolyósított gáz felhasználási köre

A földgáz előállításához, szállításához és feldolgozásához kapcsolódó technológiák rohamos ütemben fejlődnek.És ma sokan hallják az LPG és LNG rövidítéseket. Szinte minden második nap kerül szóba a hírekben ilyen vagy olyan összefüggésben a földgázüzemanyag.

De látja, ahhoz, hogy világosan megértsük, mi történik, fontos először megérteni, hogyan cseppfolyósítják a gázt, miért történik ez, és milyen előnyökkel jár vagy nem. És nagyon sok árnyalat van ebben a kérdésben.

A gáz halmazállapotú szénhidrogének cseppfolyósítására nagy, csúcstechnológiás üzemeket építenek. Ezután alaposan megvizsgáljuk, miért van szükség erre, és hogyan történik.

Miért cseppfolyósított a földgáz?

A kék üzemanyagot metán, etán, propán, bután, hélium, nitrogén, hidrogén-szulfid és más gázok, valamint ezek különféle származékai keveréke formájában vonják ki a föld beléből.

Egy részüket a vegyiparban használják, más részüket kazánokban vagy turbinákban égetik el hő- és elektromos energia előállítására. Ráadásul a kitermelt mennyiség egy részét gázmotor-üzemanyagként használják fel.

A gázipari dolgozók számításai azt mutatják, hogy ha a kék üzemanyagot 2500 km-es vagy annál nagyobb távolságra kell szállítani, akkor cseppfolyósított formában ezt gyakran kifizetődőbb, mint vezetékes úton.

A földgáz cseppfolyósításának fő oka a nagy távolságra történő szállítás egyszerűsítése. Ha a fogyasztó és a gázüzemanyag-előállító kút egymástól nem messze fekvő földön található, akkor könnyebb és jövedelmezőbb egy csövet fektetni közöttük.De bizonyos esetekben az autópálya építése túl drága és problémás a földrajzi árnyalatok miatt. Ezért különféle technológiákhoz folyamodnak az LNG vagy LPG folyékony formában történő előállításához.

Közlekedés gazdaságossága és biztonsága

A gáz cseppfolyósítása után folyékony formában speciális tartályokba szivattyúzzák tengeri, folyami, közúti és/vagy vasúti szállításhoz. Ugyanakkor technológiailag a cseppfolyósítás energetikai szempontból meglehetősen költséges folyamat.

Különböző üzemekben ez az eredeti üzemanyagmennyiség 25%-át is igénybe veszi. Vagyis a technológia által igényelt energia előállításához minden három tonnára kész formában 1 tonna LNG-t kell elégetni. De a földgázra most nagy a kereslet, minden kifizetődik.

Cseppfolyós formában a metán (propán-bután) 500-600-szor kisebb térfogatot foglal el, mint gáz halmazállapotban

Míg a földgáz folyékony, nem gyúlékony és nem robbanásveszélyes. Csak a visszagázosítás során történő párolgás után a keletkező gázkeverék beégetésre alkalmasnak bizonyul kazánok és tűzhelyek. Ezért, ha LNG-t vagy LPG-t használnak szénhidrogén-üzemanyagként, akkor ezeket újragázosítani kell.

Különféle területeken használható

Leggyakrabban a „cseppfolyósított gáz” és a „gáz cseppfolyósítása” kifejezéseket említik a szénhidrogén energiahordozók szállításával összefüggésben. Vagyis először a kék üzemanyagot vonják ki, majd LPG-vé vagy LNG-vé alakítják. A kapott folyadékot ezután elszállítják, majd visszahelyezik gáz halmazállapotúvá egyik vagy másik felhasználás céljából.

Az LPG (folyékony kőolajgáz) legalább 95%-ban propán-bután keverékből áll, az LNG (folyékony földgáz) pedig 85-95%-ban metán.Ezek hasonló és ugyanakkor gyökeresen eltérő típusú üzemanyagok.

A propán-butánból előállított PB-gázt főként a következőkre használják:

• gázmotor üzemanyag;
• üzemanyag autonóm fűtési rendszerek gáztartályaiba szivattyúzásához;
• folyadékok öngyújtók és gázpalackok utántöltéséhez 200 ml-től 50 l-ig.

Az LNG-t jellemzően kizárólag távolsági szállításra állítják elő. Ha a PB-gáz tárolására elegendő egy több atmoszféra nyomásálló tartály, akkor a cseppfolyósított metánhoz speciális kriogén tartályok szükségesek.

Az LNG-tároló berendezések magas technológiájúak és sok helyet foglalnak el. Nem jövedelmező az ilyen üzemanyagot személygépkocsikban használni a hengerek magas költsége miatt. LNG-üzemű teherautók egyedi kísérleti modellek formájában már közlekednek az utakon, de a személygépkocsi-szegmensben ez a „folyékony” üzemanyag a közeljövőben nem valószínű, hogy széles körben elterjedt.

A cseppfolyósított metánt manapság egyre gyakrabban használják üzemanyagként:

• vasúti dízelmozdonyok;
• tengeri hajók;
• folyami közlekedés.

Amellett, hogy energiahordozóként használják, az LPG-t és az LNG-t közvetlenül folyékony formában is használják gáz- és petrolkémiai üzemekben. Különféle műanyagok és egyéb szénhidrogén alapú anyagok készítésére szolgálnak.

LPG és LNG beszerzési technológiái

A metán gázból folyadékká alakításához -163 °C-ra kell hűteni. A propán-bután pedig -40-nél cseppfolyósodik °C. Ennek megfelelően a technológiák és a költségek mindkét esetben nagyon eltérőek.

Egy liter LNG körülbelül 1,38 köbméternek felel meg. m kezdeti földgáz (ez a szám a hőmérséklettől és a nyomástól függ), térfogatcsökkenés - körülbelül 620-szor

A földgáz cseppfolyósításához a különböző cégek alábbi technológiáit alkalmazzák:

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

Mindegyik kompressziós és/vagy hőcserélő folyamaton alapul. A cseppfolyósítási művelet az üzemben több lépcsőben történik, melynek során a gázt fokozatosan összenyomják és a folyadékfázisba való átmenet hőmérsékletére hűtik.

A gázkeverék elkészítése

A nyers földgáz cseppfolyósítása előtt el kell távolítania belőle a vizet, héliumot, hidrogént, nitrogént, kénvegyületeket és egyéb szennyeződéseket. Erre a célra általában az adszorpciós technológiát alkalmazzák a gázelegy mélytisztítására, molekulaszűrőn való átvezetéssel.

Ezután következik a nyersanyag-előkészítés második szakasza, amely során a nehéz szénhidrogéneket eltávolítják. Ennek eredményeként csak az etán és a metán (vagy propán és bután) marad a gázban 5%-nál kisebb mennyiségű szennyeződéssel, így ez a frakció elkezdődik a hűtés és cseppfolyósítás.

Az elsődleges előkészítést minden felesleges földgázból történő eltávolításával azért végezzük, hogy megvédjük a hűtőberendezéseket a víz, szén-dioxid, kénvegyületek stb. agresszív hatásaitól.

A frakcionálás lehetővé teszi, hogy megszabaduljon a káros szennyeződésektől, és csak a fő gázt izolálja a későbbi cseppfolyósításhoz. 1 atm nyomáson a folyékony állapotba való átmenet hőmérséklete metánnál -163 °C, etánnál -88 °C, propánnál -42 °C, butánnál -0,5 °C.

Pontosan ezek a hőmérséklet-különbségek magyarázzák azt az okot, amiért az üzembe kerülő gázt frakciókra osztják, és csak ezután cseppfolyósítják. Nincs egyetlen cseppfolyósítási technológia minden típusú gáz halmazállapotú szénhidrogén-vegyülethez. Mindegyikhez saját gyártósort kell építeni és használni.

Alapvető cseppfolyósítási eljárás

A gáz folyékony halmazállapotúvá alakításának alapja a hűtési ciklus, amelynek során egyik vagy másik hűtőközeg hőt ad át egy alacsony hőmérsékletű környezetből egy magasabb hőmérsékletű környezetbe. Ez a folyamat többlépcsős, és nagy teljesítményű kompresszorokat igényel a hűtőfolyadék és a hőcserélők tágulásához/sűrítéséhez.

A kompressziós technológiák csúcstechnológiásak, energiaigényesek és költségesek, de egy ciklus alatt egyszerre 5-12-szer sűrítik a gázt.

A következőket használják hűtőközegként a cseppfolyósítás különböző szakaszaiban:

• propán;
• metán;
• etán;
• nitrogén;
• víz (tengeri és tisztított);
• levegő.

Például a Novatek Yamal LNG-jénél a földgáz elsődleges hűtésére hideg sarkvidéki levegőt használnak, amely lehetővé teszi az alapanyag hőmérsékletének minimális költséggel történő azonnali +10 °C-ra történő csökkentését. A forró nyári hónapokban pedig ehelyett a Jeges-tengerből származó tengervíz felhasználását biztosítják, amely az évszaktól függetlenül állandó 3–4 °C-os mélységben.

Ugyanakkor a levegőből közvetlenül a helyszínen nyert nitrogént használják végső hűtőközegként Jamalban. Ennek eredményeként az Északi-sarkvidék mindent biztosít az LNG előállításához – a kezdeti földgáztól a cseppfolyósítási folyamatban használt munkaközegekig.

A propán a metánhoz hasonló módon cseppfolyósodik. Csak ez sokkal alacsonyabb hűtési hőmérsékletet igényel - mínusz 42 °C a mínusz 163 °C-kal szemben. Ezért cseppfolyósítás gáz gáztartályokhoz Többször kevesebbe kerül, de maga a keletkező propán-bután PB-gáz kevésbé keresett a piacon.

Szállítás és tárolás

Az LNG szinte teljes mennyiségét nagyméretű tengeri gázszállító tartályhajók szállítják egyik partról a másikra.A szárazföldi szállítást korlátozza, hogy a „folyékony kék üzemanyag” hőmérsékletét körülbelül -160 ° C-on kell tartani, különben a metán gázállapotba kezd átalakulni és robbanásveszélyessé válik.

PB-gáz szállítására 5–50 literes, akár 1,5–2 MPa belső nyomású palackokat és nagyobb, 5–17 MPa-ra tervezett tartálykonténereket használnak.

Az LNG-tartályban a nyomás közel a légköri nyomáshoz. Ha azonban a folyékony metán hőmérséklete -160 °C fölé emelkedik, akkor folyadékból gázzá kezd átalakulni. Ennek eredményeként a nyomás a tartályban növekedni kezd, ami komoly veszélyt jelent. Ezért az LNG tartályhajókat alacsony hőmérsékletű karbantartó egységekkel és vastag hőszigetelő réteggel látják el.

A PB-gázt közvetlenül a gáztartályban újragázosítják. Az LNG újragázosítását pedig speciális ipari létesítményekben végzik, oxigénhez való hozzáférés nélkül. A fizika szerint a folyékony metán pozitív hőmérsékleten fokozatosan gázzá alakul. Ha azonban ez közvetlenül a levegőben történik különleges körülmények között, akkor egy ilyen folyamat robbanáshoz vezet.

Miután az üzemben a földgázt LNG formájában cseppfolyósítják, elszállítják, majd az üzemben (csak újragázosítás) újra gáz halmazállapotúvá alakítják további felhasználás céljából.

A cseppfolyósított hidrogén kilátásai

A közvetlen cseppfolyósításon és ebben a formában történő felhasználáson kívül lehetőség van a földgázból egy másik energiahordozó - hidrogén beszerzésére is. A metán CH₄, propán C₃N₈és bután C₄N₁₀.

A hidrogénkomponens jelen van ezekben a fosszilis tüzelőanyagokban, csak el kell különíteni.

A hidrogén fő előnye a környezetbarátság és a természetben való elterjedtsége, azonban cseppfolyósításának magas ára és az állandó párolgásból adódó veszteségei szinte semmire csökkentik ezeket az előnyöket.

Ahhoz, hogy a hidrogént gázból folyadékká alakítsuk, azt -253 °C-ra kell lehűteni. Erre a célra többlépcsős hűtőrendszereket és „kompressziós/tágulási” rendszereket használnak. Jelenleg az ilyen technológiák túl drágák, de folyamatban van a költségek csökkentése.

Javasoljuk, hogy olvassa el másik cikkünket is, ahol részletesen leírtuk, hogyan készíthet saját kezűleg hidrogéngenerátort otthonába. További részletek - menj link.

Ezenkívül az LPG-vel és az LNG-vel ellentétben a cseppfolyósított hidrogén sokkal robbanékonyabb. A legkisebb szivárgás oxigénnel kombinálva gáz-levegő keveréket hoz létre, amely a legkisebb szikra hatására meggyullad. A folyékony hidrogén tárolása csak speciális kriogén tartályokban lehetséges. A hidrogén üzemanyagnak még mindig túl sok hátránya van.

Következtetések és hasznos videó a témában

Hogyan állítják elő a cseppfolyósított gázt és miért cseppfolyósítják:

Minden a cseppfolyósított gázokról:

Számos technológia létezik a gázok cseppfolyósítására. A metánnál az övék, a propán-butánnál pedig az övék. Ugyanakkor olcsóbb a PB-gáz beszerzése, szállítása/tárolása egyszerűbb és biztonságosabb. A metán LNG előállítása drágább és összetettebb folyamat. Ráadásul az újragázosításhoz speciális berendezésekre van szükség. Ugyanakkor a metánra ma már nagyobb a kereslet a piacon, így sokkal nagyobb mennyiségben cseppfolyósítják.

Van-e tisztázó kérdése vagy saját szakértői véleménye a gázcseppfolyósítás témakörében? Talán van hozzáfűznivalója a fentiekhez. Nyugodtan kérdezzen és/vagy kommenteljen az alábbi mezőben található cikkhez.