Kako in zakaj je plin utekočinjen: proizvodna tehnologija in obseg uporabe utekočinjenega plina

Tehnologije, povezane s proizvodnjo, transportom in predelavo zemeljskega plina, se hitro razvijajo.In veliko ljudi danes sliši okrajšavi LPG in LNG. Skoraj vsak drugi dan se v novicah v tem ali onem kontekstu omenja gorivo zemeljski plin.

Ampak, vidite, da bi jasno razumeli, kaj se dogaja, je pomembno najprej razumeti, kako se plin utekočini, zakaj se to naredi in kakšne koristi prinaša ali ne. In v tem vprašanju je veliko odtenkov.

Za utekočinjenje plinastih ogljikovodikov se gradijo velike visokotehnološke tovarne. Nato bomo natančno preučili, zakaj je vse to potrebno in kako se to zgodi.

Zakaj je zemeljski plin utekočinjen?

Modro gorivo se pridobiva iz zemeljskega drobovja v obliki mešanice metana, etana, propana, butana, helija, dušika, vodikovega sulfida in drugih plinov ter njihovih različnih derivatov.

Nekaj ​​se jih uporablja v kemični industriji, nekaj pa se sežge v kotlih ali turbinah za pridobivanje toplotne in električne energije. Poleg tega se nekaj ekstrahirane količine uporabi kot gorivo za plinske motorje.

Izračuni plinskih delavcev kažejo, da če je treba modro gorivo dostaviti na razdaljo 2500 km ali več, potem je to v utekočinjeni obliki pogosto bolj donosno kot po plinovodu.

Glavni razlog za utekočinjanje zemeljskega plina je poenostavitev njegovega transporta na velike razdalje. Če se potrošnik in vrtina za proizvodnjo plinskega goriva nahajata na kopnem, nedaleč drug od drugega, je lažje in bolj donosno položiti cev med njima.Toda v nekaterih primerih je gradnja avtoceste predraga in problematična zaradi geografskih odtenkov. Zato se zatekajo k različnim tehnologijam za proizvodnjo LNG ali LPG v tekoči obliki.

Ekonomičnost in varnost prometa

Ko se plin utekočini, se prečrpa v tekočo obliko v posebne zabojnike za prevoz po morju, reki, cesti in/ali železnici. Hkrati pa je tehnološko utekočinjanje z energetskega vidika dokaj drag proces.

V različnih obratih to traja do 25% prvotne količine goriva. To pomeni, da morate za proizvodnjo energije, ki jo zahteva tehnologija, zažgati do 1 tono LNG za vsake tri tone v končni obliki. Toda zemeljski plin je zdaj v velikem povpraševanju, vse se izplača.

V utekočinjeni obliki zavzema metan (propan-butan) 500–600-krat manjšo prostornino kot v plinastem stanju.

Čeprav je zemeljski plin tekočina, ni vnetljiv in neeksploziven. Šele po izparevanju med ponovnim uplinjanjem nastane mešanica plinov se izkaže za primernega za vžig kotli in kuhalniki. Če se torej LNG ali LPG uporabljata kot ogljikovodikovo gorivo, ju je treba ponovno uplinjati.

Uporaba na različnih področjih

Najpogosteje se izraza "utekočinjeni plin" in "utekočinjenje plina" omenjata v kontekstu prevoza ogljikovodikov. To pomeni, da se najprej pridobi modro gorivo, nato pa se pretvori v LPG ali LNG. Nastala tekočina se nato transportira in nato vrne v plinasto stanje za eno ali drugo uporabo.

LPG (utekočinjeni naftni plin) je 95 % ali več sestavljen iz mešanice propana in butana, LNG (utekočinjeni zemeljski plin) pa je 85–95 % metana.Gre za podobne in hkrati radikalno različne vrste goriva.

LPG iz propan-butana se uporablja predvsem kot:

• gorivo za plinski motor;
• gorivo za črpanje v plinske rezervoarje avtonomnih ogrevalnih sistemov;
• tekočine za polnjenje vžigalnikov in plinskih jeklenk s prostornino od 200 ml do 50 l.

LNG se običajno proizvaja izključno za prevoz na dolge razdalje. Če za shranjevanje LPG zadošča posoda, ki prenese tlak več atmosfer, potem so za utekočinjen metan potrebni posebni kriogeni rezervoarji.

Oprema za skladiščenje UZP je visoko tehnološka in zavzame veliko prostora. Uporaba takšnega goriva v osebnih avtomobilih ni donosna zaradi visokih stroškov jeklenk. Tovornjaki s pogonom na utekočinjen zemeljski plin v obliki posameznih poskusnih modelov že vozijo po cestah, v segmentu osebnih vozil pa to »tekoče« gorivo v bližnji prihodnosti verjetno ne bo našlo širše uporabe.

Utekočinjeni metan kot gorivo se zdaj vse pogosteje uporablja pri obratovanju:

• železniške dizelske lokomotive;
• morska plovila;
• rečni promet.

UNP in LNG se poleg uporabe kot nosilca energije uporabljata tudi neposredno v tekoči obliki v plinskih in petrokemičnih obratih. Uporabljajo se za izdelavo različnih plastičnih mas in drugih materialov na osnovi ogljikovodikov.

Tehnologije za pridobivanje LPG in LNG

Za pretvorbo metana iz plina v tekočino ga je treba ohladiti na -163 °C. In propan-butan se pri -40 utekočini °C. Skladno s tem so tehnologije in stroški v obeh primerih zelo različni.

En liter LNG je enak približno 1,38 kubičnega metra. m začetnega zemeljskega plina (ta številka je odvisna od temperature in tlaka), zmanjšanje prostornine - približno 620-krat

Za utekočinjenje zemeljskega plina se uporabljajo naslednje tehnologije različnih podjetij:

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

Vsi temeljijo na procesih stiskanja in/ali izmenjave toplote. Postopek utekočinjanja poteka v napravi v več fazah, med katerimi se plin postopoma stisne in ohladi na temperaturo prehoda v tekočo fazo.

Priprava mešanice plinov

Preden začnete utekočinjati surovi zemeljski plin, morate iz njega odstraniti vodo, helij, vodik, dušik, žveplove spojine in druge nečistoče. V ta namen se običajno uporablja adsorpcijska tehnologija za globinsko čiščenje mešanice plinov s prehajanjem skozi molekularna sita.

Nato pride do druge stopnje priprave surovine, med katero se odstranijo težki ogljikovodiki. Posledično ostaneta v plinu le etan in metan (ali propan in butan) z volumnom nečistoč manj kot 5 %, tako da se ta del lahko začne ohlajati in utekočinjati.

Primarna priprava z odstranitvijo vsega nepotrebnega iz zemeljskega plina se izvaja za zaščito hladilne opreme pred agresivnimi učinki vode, ogljikovega dioksida, žveplovih spojin itd.

Frakcioniranje vam omogoča, da se znebite škodljivih nečistoč in izolirate samo glavni plin za kasnejše utekočinjanje. Pri tlaku 1 atm je temperatura prehoda v tekoče stanje za metan -163 °C, za etan -88 °C, za propan -42 °C in za butan -0,5 °C.

Ravno te temperaturne razlike pojasnjujejo, zakaj se plin, ki vstopa v napravo, razdeli na frakcije in šele nato utekočini. Za vse vrste plinastih ogljikovodikovih spojin ni enotne tehnologije utekočinjanja. Za vsakega od njih je potrebno zgraditi in uporabljati lastno proizvodno linijo.

Osnovni postopek utekočinjanja

Osnova za pretvorbo plina v tekoče stanje je hladilni cikel, med katerim toplota prenaša eno ali drugo hladilno sredstvo iz okolja z nizko temperaturo v okolje z višjo. Ta proces je večstopenjski in zahteva močne kompresorje za ekspanzijo/stiskanje hladilne tekočine in toplotnih izmenjevalnikov.

Tehnologije stiskanja so visokotehnološke, energetsko intenzivne in drage, vendar v enem ciklu omogočajo 5–12-kratno stiskanje plina

Kot hladilno sredstvo na različnih stopnjah utekočinjenja se uporabljajo:

• propan;
• metan;
• etan;
• dušik;
• voda (morska in prečiščena);
• zrak.

Na primer, za primarno hlajenje zemeljskega plina v Novatekovem Yamal LNG se uporablja hladen arktični zrak, ki omogoča, da se temperatura surovine z minimalnimi stroški takoj zniža na +10 °C. In v vročih poletnih mesecih je namesto tega predvidena uporaba morske vode iz Arktičnega oceana, ki je ne glede na letni čas na globini stalnih 3–4 ° C.

Hkrati se dušik, pridobljen neposredno na mestu iz zraka, uporablja kot končno hladilno sredstvo v Yamalu. Kot rezultat, Arktika zagotavlja vse, kar je potrebno za proizvodnjo LNG - od začetnega zemeljskega plina do delovnih sredstev, ki se uporabljajo v procesu utekočinjanja.

Propan se utekočini na podoben način kot metan. Le da zahteva precej nižje temperature hlajenja - minus 42 °C proti minus 163 °C. Zato utekočinjenje plin za plinske rezervoarje Stane nekajkrat manj, vendar je sam po sebi nastali propan-butan LPG manj povpraševan na trgu.

Prevoz in skladiščenje

Skoraj celotno količino LNG prevažajo veliki morski tankerji za plin z ene obale na drugo.Prevoz po kopnem je omejen s potrebo po vzdrževanju temperature "tekočega modrega goriva" pri vrednostih približno -160 ° C, sicer se metan začne spreminjati v plinasto stanje in postane eksploziven.

Za prevoz utekočinjenega naftnega plina se uporabljajo jeklenke prostornine 5–50 litrov z notranjim tlakom do 1,5–2 MPa in večje posode cisterne za 5–17 MPa.

Tlak v rezervoarju LNG je blizu atmosferskega. Če pa se temperatura tekočega metana dvigne nad -160 °C, se začne iz tekočine spreminjati v plin. Posledično bo pritisk v posodi začel naraščati, kar predstavlja resno nevarnost. Zato so tankerji za UZP opremljeni z enotami za vzdrževanje nizkih temperatur in debelo plastjo toplotne izolacije.

LPG se ponovno uplini v plin neposredno v rezervoarju za plin. Ponovno uplinjanje UZP se izvaja v posebnih industrijskih napravah brez dostopa kisika. Glede na fiziko se tekoči metan pri pozitivnih temperaturah postopoma spremeni v plin. Če pa se to zgodi neposredno v zraku izven posebnih pogojev, bo tak proces povzročil eksplozijo.

Ko se zemeljski plin v obliki LNG v napravi utekočini, se transportira, nato pa se ponovno v napravi (samo ponovno uplinjanje) pretvori nazaj v plinasto stanje za nadaljnjo uporabo.

Obeti za utekočinjeni vodik

Poleg neposrednega utekočinjenja in uporabe v tej obliki je mogoče iz zemeljskega plina pridobiti še en energent – ​​vodik. Metan je CH₄, propan C₃n₈in butan C₄n₁₀.

Vodikova komponenta je prisotna v vseh teh fosilnih gorivih, le izolirati jo morate.

Glavne prednosti vodika so prijaznost do okolja in razširjenost v naravi, vendar visoka cena njegovega utekočinjanja in izgube zaradi nenehnega izhlapevanja zmanjšajo te prednosti skoraj na nič.

Za pretvorbo vodika iz plina v tekočino ga je treba ohladiti na -253 °C. V ta namen se uporabljajo večstopenjski hladilni sistemi in "kompresijske/ekspanzijske" instalacije. Trenutno so takšne tehnologije predrage, vendar poteka delo za znižanje njihovih stroškov.

Priporočamo tudi branje našega drugega članka, kjer smo podrobno opisali, kako narediti generator vodika za vaš dom z lastnimi rokami. Več podrobnosti - pojdi povezava.

Poleg tega je za razliko od LPG in LNG utekočinjeni vodik veliko bolj eksploziven. Njegovo najmanjše puščanje v kombinaciji s kisikom povzroči mešanico plina in zraka, ki se vname že ob najmanjši iskri. In shranjevanje tekočega vodika je možno le v posebnih kriogenih posodah. Vodikovo gorivo ima še vedno preveč slabosti.

Zaključki in uporaben video na to temo

Kako se proizvaja utekočinjeni plin in zakaj je utekočinjen:

Vse o utekočinjenih plinih:

Obstaja več tehnologij za utekočinjanje plinov. Za metan so njihovi, za propan-butan pa njihovi. Hkrati je cenejša pridobitev LPG, lažji in varnejši za transport/skladiščenje. Proizvodnja metana LNG je dražji in kompleksnejši proces. Poleg tega njegovo ponovno uplinjanje zahteva posebno opremo. Hkrati je danes na trgu večje povpraševanje po metanu, zato se ga utekočinja v veliko večjih količinah.

Imate kakšno pojasnjevalno vprašanje ali svoje strokovno mnenje na temo utekočinjanja plina? Morda imate kaj dodati k zgornjemu. Vprašajte in/ali komentirajte članek v spodnjem polju.