Hvordan og hvorfor gas bliver flydende: produktionsteknologi og anvendelsesområde for flydende gas

Teknologier relateret til produktion, transport og behandling af naturgas udvikler sig i et hastigt tempo.Og mange mennesker hører i dag forkortelserne LPG og LNG. Næsten hver anden dag bliver naturgasbrændstof omtalt i nyhederne i en eller anden sammenhæng.

Men, ser du, for at have en klar forståelse af, hvad der sker, er det vigtigt først at forstå, hvordan gas bliver flydende, hvorfor det gøres, og hvilke fordele det giver eller ikke giver. Og der er mange nuancer i dette nummer.

For at gøre gasformige kulbrinter flydende bygges der store højteknologiske anlæg. Dernæst vil vi nøje se på, hvorfor alt dette er nødvendigt, og hvordan det sker.

Hvorfor bliver naturgas flydende?

Blåt brændstof udvindes fra jordens tarme i form af en blanding af metan, ethan, propan, butan, helium, nitrogen, svovlbrinte og andre gasser samt deres forskellige derivater.

Nogle af dem bruges i den kemiske industri, og nogle bliver brændt i kedler eller turbiner for at generere termisk og elektrisk energi. Plus, noget af det udvundne volumen bruges som gasmotorbrændstof.

Beregninger fra gasarbejdere viser, at hvis blåt brændstof skal leveres over en afstand på 2.500 km eller mere, så er det i flydende form ofte mere rentabelt at gøre dette end ved rørledning

Hovedårsagen til at gøre naturgas flydende er at forenkle dens transport over lange afstande. Hvis forbrugeren og gasbrændstofproduktionsbrønden er placeret på land ikke langt fra hinanden, er det lettere og mere rentabelt at lægge et rør mellem dem.Men i nogle tilfælde er det for dyrt og problematisk at bygge en motorvej på grund af geografiske nuancer. Derfor tyr de til forskellige teknologier til at producere LNG eller LPG i flydende form.

Økonomi og sikkerhed ved transport

Efter at gassen er gjort flydende, pumpes den til flydende form i specielle beholdere til transport ad søvejen, floden, vej og/eller jernbane. Samtidig er likvefaktion teknologisk set en ret bekostelig proces set ud fra et energimæssigt synspunkt.

På forskellige anlæg tager dette op til 25 % af den oprindelige mængde brændstof. Det vil sige, at for at generere den energi, som teknologien kræver, skal du brænde op til 1 ton LNG for hver tre ton af det i færdig form. Men naturgas er nu i stor efterspørgsel, alt betaler sig.

I flydende form optager metan (propan-butan) 500-600 gange mindre volumen end i gasform

Mens naturgas er en væske, er den ikke-brændbar og ikke-eksplosiv. Først efter fordampning under genforgasning vil den resulterende gasblanding viser sig at være velegnet til at brænde ind kedler og komfurer. Derfor, hvis LNG eller LPG bruges som kulbrintebrændstof, så skal de genforgasses.

Brug på forskellige områder

Oftest er udtrykkene "flydende gas" og "gas fortættet" nævnt i forbindelse med transport af kulbrinteenergibærere. Det vil sige, at der først udvindes blåt brændstof, og derefter omdannes det til LPG eller LNG. Den resulterende væske transporteres derefter og returneres derefter til en gasformig tilstand til en eller anden anvendelse.

LPG (flydende petroleumsgas) er 95% eller mere sammensat af en propan-butan-blanding, og LNG (flydende naturgas) er 85-95% metan.Disse er ens og samtidig radikalt forskellige typer brændstof.

LPG fra propan-butan bruges hovedsageligt som:

• gasmotor brændstof;
• brændstof til pumpning i gastanke i autonome varmesystemer;
• væsker til genopfyldning af lightere og gasflasker med en kapacitet fra 200 ml til 50 l.

LNG produceres typisk udelukkende til langdistancetransport. Hvis en beholder, der er i stand til at modstå tryk på flere atmosfærer, er tilstrækkelig til at opbevare LPG, kræves specielle kryogene tanke til flydende metan.

LNG-lagringsudstyr er højteknologisk og fylder meget. Det er ikke rentabelt at bruge sådant brændstof i personbiler på grund af de høje omkostninger til cylindre. LNG-drevne lastbiler i form af enkelte eksperimentelle modeller kører allerede på vejene, men i personbilsegmentet vil dette "flydende" brændstof næppe finde udbredt anvendelse i den nærmeste fremtid.

Flydende metan som brændstof bruges nu i stigende grad i drift:

• jernbane diesellokomotiver;
• søfartøjer;
• flodtransport.

Udover at blive brugt som energibærer, anvendes LPG og LNG også direkte i flydende form i gas- og petrokemiske anlæg. De bruges til at fremstille forskellige plastik og andre kulbrinte-baserede materialer.

Teknologier til at opnå LPG og LNG

For at omdanne metan fra gas til væske skal den afkøles til -163 °C. Og propan-butan bliver flydende ved -40 °C. Derfor er teknologier og omkostninger i begge tilfælde meget forskellige.

En liter LNG svarer til cirka 1,38 kubikmeter. m indledende naturgas (dette tal afhænger af temperatur og tryk), fald i volumen - omkring 620 gange

Følgende teknologier fra forskellige virksomheder bruges til at gøre naturgas flydende:

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

Alle er baseret på kompressions- og/eller varmevekslingsprocesser. Flydningsoperationen foregår på anlægget i flere trin, hvor gassen gradvist komprimeres og afkøles til overgangstemperaturen til væskefasen.

Forberedelse af gasblandingen

Før du kan gøre rå naturgas flydende, skal du fjerne vand, helium, brint, nitrogen, svovlforbindelser og andre urenheder fra den. Til dette formål anvendes adsorptionsteknologi normalt til dyb rensning af gasblandingen ved at lede den gennem molekylsigter.

Derefter sker det andet trin af råmaterialefremstilling, hvor tunge carbonhydrider fjernes. Som følge heraf er der kun ethan og methan (eller propan og butan) med et volumen af ​​urenheder på mindre end 5% tilbage i gassen, så denne fraktion kan begynde at blive afkølet og fortættet.

Primær forberedelse med fjernelse af alt unødvendigt fra naturgas udføres for at beskytte køleudstyr mod de aggressive virkninger af vand, kuldioxid, svovlforbindelser osv.

Fraktionering giver dig mulighed for at slippe af med skadelige urenheder og kun isolere hovedgassen til efterfølgende fortætning. Ved et tryk på 1 atm er overgangstemperaturen til flydende tilstand for metan -163 °C, for ethan -88 °C, for propan -42 °C og for butan -0,5 °C.

Det er netop disse temperaturforskelle, der forklarer årsagen til, at gassen, der kommer ind i anlægget, opdeles i fraktioner og først derefter gøres flydende. Der er ingen enkelt flydende teknologi for alle typer gasformige kulbrinteforbindelser. For hver af dem er det nødvendigt at bygge og bruge sin egen produktionslinje.

Grundlæggende likvefaktionsproces

Grundlaget for omdannelse af gas til flydende tilstand er kølecyklussen, hvor varme overføres af et eller andet kølemiddel fra et miljø med en lav temperatur til et miljø med en højere. Denne proces er flertrins og kræver kraftige kompressorer til ekspansion/kompression af kølevæsken og varmevekslerne.

Kompressionsteknologier er højteknologiske, energikrævende og dyre, men i én cyklus tillader de gas at blive komprimeret 5-12 gange på én gang

Følgende bruges som kølemiddel på forskellige stadier af fortætning:

• propan;
• metan;
• ethan;
• nitrogen;
• vand (hav og renset);
• luft.

For eksempel, til den primære køling af naturgas på Novatek’s Yamal LNG, bruges kølig arktisk luft, som gør det muligt at sænke temperaturen på råmaterialet med minimale omkostninger øjeblikkeligt til +10 °C. Og i de varme sommermåneder er det i stedet sørget for brug af havvand fra det arktiske hav, som uanset årstiden i en dybde på konstant 3-4 ° C.

Samtidig bruges nitrogen, der opnås direkte på stedet fra luften, som det endelige kølemiddel i Yamal. Som følge heraf leverer Arktis alt, hvad der er nødvendigt for at producere LNG - fra den oprindelige naturgas til de arbejdsmidler, der bruges i fortætningsprocessen.

Propan bliver flydende på samme måde som metan. Kun det kræver meget lavere køletemperaturer - minus 42 °C mod minus 163 °C. Derfor likvefaktion gas til gastanke Det koster flere gange mindre, men selve den resulterende propan-butan LPG er mindre efterspurgt på markedet.

Transport og opbevaring

Næsten hele mængden af ​​LNG transporteres med store søgastankskibe fra den ene kyst til den anden.Transport over land er begrænset af behovet for at holde temperaturen på det "flydende blå brændstof" ved værdier på omkring -160 ° C, ellers begynder metan at omdannes til en gastilstand og bliver eksplosiv.

Til transport af LPG anvendes flasker på 5–50 liter med et internt tryk på op til 1,5–2 MPa og større tankbeholdere designet til 5–17 MPa.

Trykket i LNG-tanken er tæt på atmosfærisk. Men hvis temperaturen af ​​flydende metan stiger til over -160 °C, vil den begynde at omdanne sig fra en væske til en gas. Som følge heraf vil trykket i beholderen begynde at stige, hvilket udgør en alvorlig fare. Derfor er LNG-tankskibe udstyret med lavtemperaturvedligeholdelsesenheder og et tykt lag varmeisolering.

LPG genforgasses til gas direkte i gastanken. Og LNG-genforgasning udføres i specielle industrielle installationer uden adgang til ilt. Ifølge fysikken bliver flydende metan ved positive temperaturer gradvist til gas. Men hvis dette sker direkte i luften uden for særlige forhold, vil en sådan proces føre til en eksplosion.

Efter at naturgas i form af LNG er gjort flydende på anlægget, transporteres den, og derefter igen på anlægget (kun genforgasning) omdannes den tilbage til en gasformig tilstand til videre brug.

Udsigter for flydende brint

Udover direkte fortætning og anvendelse i denne form er det også muligt at opnå en anden energibærer fra naturgas - brint. Metan er CH₄, propan C₃N₈og butan C₄N₁₀.

Brintkomponenten er til stede i alle disse fossile brændstoffer, du skal bare isolere den.

De vigtigste fordele ved brint er miljøvenlighed og udbredt forekomst i naturen, men den høje pris på dets fortætning og tab på grund af konstant fordampning reducerer disse fordele til næsten ingenting

For at omdanne brint fra en gas til en væske skal den afkøles til -253 °C. Til dette formål anvendes flertrins kølesystemer og "kompression/ekspansion" installationer. I øjeblikket er sådanne teknologier for dyre, men der arbejdes på at reducere deres omkostninger.

Vi anbefaler også at læse vores anden artikel, hvor vi i detaljer beskrev, hvordan man laver en brintgenerator til dit hjem med dine egne hænder. Flere detaljer - gå link.

Også i modsætning til LPG og LNG er flydende brint meget mere eksplosivt. Den mindste lækage af det i kombination med ilt giver en gas-luftblanding, der antændes ved den mindste gnist. Og opbevaring af flydende brint er kun mulig i specielle kryogene beholdere. Brintbrændstof har stadig for mange ulemper.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Hvordan fremstilles flydende gas, og hvorfor bliver det flydende:

Alt om flydende gasser:

Der er flere teknologier til at gøre gasser flydende. For metan er de deres, og for propan-butan er de deres. Samtidig er det billigere at skaffe LPG, og det er nemmere og mere sikkert at transportere/opbevare. At producere metan LNG er en dyrere og mere kompleks proces. Derudover kræver dets genforgasning specialiseret udstyr. Samtidig er metan i højere grad efterspurgt på markedet i dag, så det bliver flydende i meget større mængder.

Har du nogle afklarende spørgsmål eller din egen ekspertudtalelse om emnet gaslikvefaktion? Måske har du noget at tilføje til ovenstående. Spørg og/eller kommenter gerne artiklen i boksen nedenfor.