Miten ja miksi kaasu nesteytetään: nestekaasun tuotantotekniikka ja käyttöalue

Maakaasun tuotantoon, kuljetukseen ja käsittelyyn liittyvät teknologiat kehittyvät kovaa vauhtia.Ja monet ihmiset kuulevat nykyään lyhenteitä LPG ja LNG. Lähes joka toinen päivä maakaasupolttoaine mainitaan uutisissa jossain yhteydessä.

Mutta näethän, että saadaksesi selkeä käsitys siitä, mitä tapahtuu, on tärkeää aluksi ymmärtää, kuinka kaasu nesteytetään, miksi se tehdään ja mitä hyötyä siitä on tai ei. Ja tässä asiassa on paljon vivahteita.

Kaasumaisten hiilivetyjen nesteyttämiseksi rakennetaan suuria korkean teknologian laitoksia. Seuraavaksi tarkastelemme huolellisesti, miksi kaikkea tätä tarvitaan ja miten se tapahtuu.

Miksi maakaasu nesteytetään?

Sinistä polttoainetta uutetaan maan suolistosta metaanin, etaanin, propaanin, butaanin, heliumin, typen, rikkivedyn ja muiden kaasujen sekä niiden erilaisten johdannaisten seoksena.

Osa niistä käytetään kemianteollisuudessa, ja osa poltetaan kattiloissa tai turbiineissa lämpö- ja sähköenergian tuottamiseksi. Lisäksi osa uutetusta tilavuudesta käytetään kaasumoottorin polttoaineena.

Kaasutyöntekijöiden laskelmat osoittavat, että jos sinistä polttoainetta on toimitettava vähintään 2 500 km:n matkalta, niin nesteytettynä se on usein kannattavampaa kuin putkistoa pitkin.

Pääasiallinen syy maakaasun nesteyttämiseen on yksinkertaistaa sen kuljettamista pitkiä matkoja. Jos kuluttaja ja kaasupolttoaineen tuotantokaivo sijaitsevat maalla, joka ei ole kaukana toisistaan, on helpompaa ja kannattavampaa laskea putki niiden väliin.Mutta joissakin tapauksissa valtatien rakentaminen on liian kallista ja ongelmallista maantieteellisten vivahteiden vuoksi. Siksi he turvautuvat erilaisiin teknologioihin LNG:n tai nestekaasun tuottamiseksi nestemäisessä muodossa.

Kuljetuksen taloudellisuus ja turvallisuus

Kun kaasu on nesteytetty, se pumpataan nestemäiseen muotoon erityisiin säiliöihin kuljetettaviksi meritse, joessa, maanteitse ja/tai rautateitse. Samaan aikaan nesteyttäminen on teknisesti energian kannalta varsin kallis prosessi.

Eri laitoksilla tämä vie jopa 25 % alkuperäisestä polttoainemäärästä. Toisin sanoen tekniikan vaatiman energian tuottamiseksi joudut polttamaan jopa 1 tonni LNG:tä jokaista kolmea tonnia kohden valmiina. Mutta maakaasulla on nyt kova kysyntä, kaikki maksaa.

Nestemäisessä muodossa metaani (propaani-butaani) vie 500–600 kertaa vähemmän tilavuutta kuin kaasumaisessa tilassa

Vaikka maakaasu on nestemäistä, se ei ole syttyvää eikä räjähtävää. Vasta haihdutuksen jälkeen kaasutuksen aikana, tuloksena kaasuseos osoittautuu poltettavaksi sopivaksi kattilat ja liedet. Siksi, jos nesteytettyä maakaasua tai nestekaasua käytetään hiilivetypolttoaineena, ne on kaasutettava uudelleen.

Käyttö eri aloilla

Useimmiten termit "nesteytetty kaasu" ja "kaasun nesteyttäminen" mainitaan hiilivetyenergian kantajien kuljetuksen yhteydessä. Eli ensin uutetaan sinistä polttoainetta ja sitten se muunnetaan nestekaasuksi tai nesteytetyksi maakaasuksi. Tuloksena oleva neste kuljetetaan sitten ja palautetaan sitten kaasumaiseen tilaan yhtä tai toista käyttöä varten.

LPG (nestekaasu) koostuu 95 % tai enemmän propaani-butaaniseoksesta, ja LNG (nesteytetty maakaasu) on 85–95 % metaania.Nämä ovat samanlaisia ​​ja samalla radikaalisti erilaisia ​​polttoainetyyppejä.

Propaani-butaanista valmistettua nestekaasua käytetään pääasiassa:

• kaasumoottorin polttoaine;
• polttoaine pumpattavaksi autonomisten lämmitysjärjestelmien kaasusäiliöihin;
• nesteet sytyttimien ja kaasupullojen täyttöön, tilavuus 200 ml - 50 l.

LNG:tä tuotetaan tyypillisesti yksinomaan pitkän matkan kuljetuksiin. Jos nestekaasun varastointiin riittää usean ilmakehän painetta kestävä säiliö, nesteytetylle metaanille tarvitaan erityisiä kryogeenisiä säiliöitä.

LNG:n varastointilaitteet ovat erittäin teknologisia ja vievät paljon tilaa. Tällaista polttoainetta ei ole kannattavaa käyttää henkilöautoissa sylinterien korkeiden kustannusten vuoksi. LNG-käyttöiset kuorma-autot yksittäisten koemallien muodossa ajavat jo teillä, mutta henkilöautosegmentissä tämä "nestemäinen" polttoaine ei todennäköisesti löydä laajaa käyttöä lähitulevaisuudessa.

Nesteytettyä metaania polttoaineena käytetään nyt yhä enemmän toiminnassa:

• rautateiden dieselveturit;
• merialukset;
• jokikuljetus.

Sen lisäksi, että nestekaasua ja LNG:tä käytetään energian kantajana, niitä käytetään myös suoraan nestemäisessä muodossa kaasu- ja petrokemian laitoksissa. Niitä käytetään erilaisten muovien ja muiden hiilivetypohjaisten materiaalien valmistukseen.

Tekniikat nestekaasun ja nesteytetyn maakaasun saamiseksi

Metaanin muuttamiseksi kaasusta nesteeksi se on jäähdytettävä -163 °C:seen. Ja propaani-butaani nesteytyy -40:ssä °C. Näin ollen tekniikat ja kustannukset ovat molemmissa tapauksissa hyvin erilaisia.

Yksi litra LNG:tä vastaa noin 1,38 kuutiometriä. m alkuperäistä maakaasua (tämä luku riippuu lämpötilasta ja paineesta), tilavuuden lasku - noin 620 kertaa

Maakaasun nesteyttämiseen käytetään seuraavia eri yritysten teknologioita:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimoitu kaskadi;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL et ai.

Ne kaikki perustuvat puristus- ja/tai lämmönvaihtoprosesseihin. Nesteytys tapahtuu laitoksella useissa vaiheissa, jolloin kaasu puristetaan vähitellen ja jäähdytetään nestefaasiin siirtymislämpötilaan.

Kaasuseoksen valmistus

Ennen kuin voit nesteyttää raakamaakaasua, sinun on poistettava siitä vesi, helium, vety, typpi, rikkiyhdisteet ja muut epäpuhtaudet. Tätä tarkoitusta varten käytetään yleensä adsorptioteknologiaa kaasuseoksen syväpuhdistukseen johtamalla se molekyyliseulojen läpi.

Sitten tapahtuu raaka-aineen valmistuksen toinen vaihe, jonka aikana raskaat hiilivedyt poistetaan. Tämän seurauksena kaasuun jää vain etaania ja metaania (tai propaania ja butaania), joiden epäpuhtauksien tilavuus on alle 5%, joten tämä jae voi alkaa jäähtyä ja nesteytyä.

Esikäsittely, jossa kaikki tarpeeton poistetaan maakaasusta, suoritetaan jäähdytyslaitteiden suojaamiseksi veden, hiilidioksidin, rikkiyhdisteiden jne. aggressiivisilta vaikutuksilta.

Fraktioinnin avulla voit päästä eroon haitallisista epäpuhtauksista ja eristää vain pääkaasun myöhempää nesteyttämistä varten. 1 atm:n paineessa nestemäiseen tilaan siirtymislämpötila metaanilla on -163 °C, etaanilla -88 °C, propaanilla -42 °C ja butaanilla -0,5 °C.

Juuri nämä lämpötilaerot selittävät syyn siihen, miksi laitokseen tuleva kaasu jaetaan jakeisiin ja vasta sitten nesteytetään. Kaikille kaasumaisille hiilivetyyhdisteille ei ole olemassa yhtä nesteytystekniikkaa. Jokaiselle niistä on rakennettava ja käytettävä oma tuotantolinja.

Perus nesteytysprosessi

Kaasun nestemäiseksi muuttamisen perusta on jäähdytyssykli, jonka aikana yksi tai toinen kylmäaine siirtää lämpöä alhaisen lämpötilan ympäristöstä korkeamman lämpötilan ympäristöön. Tämä prosessi on monivaiheinen ja vaatii tehokkaita kompressoreja jäähdytysnesteen ja lämmönvaihtimien laajentamiseen/puristamiseen.

Puristusteknologiat ovat huipputeknologiaa, energiaintensiivisiä ja kalliita, mutta ne mahdollistavat kaasun puristamisen yhdellä kierrolla 5–12 kertaa kerralla

Seuraavia käytetään kylmäaineena nesteyttämisen eri vaiheissa:

• propaani;
• metaani;
• etaani;
• typpi;
• vesi (meri ja puhdistettu);
• ilmaa.

Esimerkiksi Novatekin Yamal LNG:n maakaasun primäärijäähdytykseen käytetään viileää arktista ilmaa, jonka avulla raaka-aineen lämpötila voidaan laskea minimikustannuksin välittömästi +10 °C:seen. Ja kuumina kesäkuukausina sen sijaan tarjotaan Jäämeren merivettä, joka vuodenajasta riippumatta on 3–4 °C:n syvyydessä.

Samaan aikaan Yamalin lopullisena kylmäaineena käytetään typpeä, joka saadaan suoraan paikan päällä ilmasta. Tämän seurauksena arktinen alue tarjoaa kaiken LNG:n tuottamiseen tarvittavan - alkuperäisestä maakaasusta nesteytysprosessissa käytettyihin työstöaineisiin.

Propaani nesteytyy samalla tavalla kuin metaani. Vain se vaatii paljon alhaisempia jäähdytyslämpötiloja - miinus 42 °C vs. miinus 163 °C. Siksi nesteytys kaasu kaasusäiliöihin Se maksaa useita kertoja vähemmän, mutta tuloksena oleva propaani-butaani nestekaasu itsessään on vähemmän kysytty markkinoilla.

Kuljetus ja varastointi

Lähes koko nesteytetyn maakaasun määrä kuljetetaan suurikokoisilla merikaasutankkereilla rannikolta toiselle.Maakuljetusta rajoittaa tarve ylläpitää "nestemäisen sinisen polttoaineen" lämpötila noin -160 ° C:n arvoissa, muuten metaani alkaa muuttua kaasutilaksi ja muuttuu räjähdysalttiiksi.

Nestekaasun kuljetukseen käytetään 5–50 litran sylintereitä, joiden sisäinen paine on enintään 1,5–2 MPa, ja suurempia 5–17 MPa:n säiliökontteja.

LNG-säiliön paine on lähellä ilmakehän painetta. Jos nestemäisen metaanin lämpötila kuitenkin nousee yli -160 °C, se alkaa muuttua nesteestä kaasuksi. Tämän seurauksena säiliön paine alkaa nousta, mikä aiheuttaa vakavan vaaran. Siksi LNG-säiliöalukset on varustettu matalan lämpötilan huoltoyksiköillä ja paksulla lämpöeristekerroksella.

Nestekaasu kaasutetaan uudelleen kaasuksi suoraan kaasusäiliössä. Ja LNG:n uudelleenkaasutus suoritetaan erityisissä teollisuuslaitoksissa ilman happea. Fysiikan mukaan nestemäinen metaani muuttuu positiivisissa lämpötiloissa vähitellen kaasuksi. Jos tämä kuitenkin tapahtuu suoraan ilmassa erityisolosuhteiden ulkopuolella, tällainen prosessi johtaa räjähdykseen.

Kun maakaasu nesteytetyn maakaasun muodossa on nesteytetty laitoksella, se kuljetetaan ja sitten taas laitoksella (vain uudelleenkaasutus) muutetaan takaisin kaasumaiseen tilaan myöhempää käyttöä varten.

Nesteytetyn vedyn näkymät

Suoran nesteyttämisen ja tässä muodossa käytön lisäksi maakaasusta on mahdollista saada toinen energian kantaja - vety. Metaani on CH₄, propaani C₃N₈ja butaani C₄N₁₀.

Vetykomponentti on läsnä kaikissa näissä fossiilisissa polttoaineissa, sinun on vain eristettävä se.

Vedyn tärkeimmät edut ovat ympäristöystävällisyys ja laaja esiintyminen luonnossa, mutta sen nesteytymisen korkea hinta ja jatkuvasta haihtumisen aiheuttamat häviöt vähentävät nämä edut lähes olemattomiin.

Vedyn muuttamiseksi kaasusta nesteeksi se on jäähdytettävä -253 °C:seen. Tätä tarkoitusta varten käytetään monivaiheisia jäähdytysjärjestelmiä ja "puristus/laajennus" -asennuksia. Tällä hetkellä tällaiset tekniikat ovat liian kalliita, mutta työtä niiden kustannusten alentamiseksi on meneillään.

Suosittelemme myös lukemaan toisen artikkelimme, jossa kuvailimme yksityiskohtaisesti kuinka tehdä vetygeneraattori kotiisi omin käsin. Lisätiedot - mene linkki.

Lisäksi, toisin kuin nestekaasu ja LNG, nesteytetty vety on paljon räjähdysherkkäämpi. Sen pieninkin vuoto yhdessä hapen kanssa tuottaa kaasu-ilmaseoksen, joka syttyy pienimmästäkin kipinästä. Ja nestemäisen vedyn varastointi on mahdollista vain erityisissä kryogeenisissa säiliöissä. Vetypolttoaineella on edelleen liian monia haittoja.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Miten nestekaasua tuotetaan ja miksi se nesteytetään:

Kaikki nesteytetyistä kaasuista:

Kaasujen nesteyttämiseen on olemassa useita tekniikoita. Metaanille ne ovat heidän, ja propaani-butaanille ne ovat heidän. Samalla nestekaasun saaminen on halvempaa, ja sen kuljettaminen/varastointi on helpompaa ja turvallisempaa. Metaanin LNG:n tuotanto on kalliimpi ja monimutkaisempi prosessi. Lisäksi sen kaasutus vaatii erikoislaitteita. Samaan aikaan metaanilla on nykyään enemmän kysyntää markkinoilla, joten sitä nesteytetään paljon suurempia määriä.

Onko sinulla tarkentavia kysymyksiä tai omaa asiantuntijalausuntoa kaasun nesteyttämiseen liittyen? Ehkä sinulla on jotain lisättävää yllä olevaan. Voit vapaasti kysyä ja/tai kommentoida artikkelia alla olevassa laatikossa.