Kuidas ja miks gaasi veeldatakse: veeldatud gaasi tootmistehnoloogia ja kasutusala

Maagaasi tootmise, transpordi ja töötlemisega seotud tehnoloogiad arenevad kiires tempos.Ja tänapäeval kuulevad paljud inimesed lühendeid LPG ja LNG. Peaaegu ülepäeviti mainitakse ühes või teises kontekstis uudistes maagaasikütust.

Aga näed, toimuvast selgeks arusaamiseks on oluline esialgu mõista, kuidas gaasi veeldatakse, miks seda tehakse ja millist kasu see annab või ei anna. Ja selles küsimuses on palju nüansse.

Gaasiliste süsivesinike veeldamiseks ehitatakse suuri kõrgtehnoloogilisi tehaseid. Järgmisena vaatame hoolikalt, miks seda kõike vaja on ja kuidas see juhtub.

Miks on maagaas veeldatud?

Sinist kütust ammutatakse maa soolestikust metaani, etaani, propaani, butaani, heeliumi, lämmastiku, vesiniksulfiidi ja muude gaaside ning nende erinevate derivaatidena.

Osa neist kasutatakse keemiatööstuses ja osa põletatakse kateldes või turbiinides soojus- ja elektrienergia tootmiseks. Lisaks kasutatakse osa ekstraheeritud mahust gaasimootori kütusena.

Gaasitöötajate arvutused näitavad, et kui sinist kütust on vaja tarnida 2500 km või enama vahemaa tagant, siis vedelal kujul on seda sageli kasulikum teha kui torujuhtme kaudu.

Maagaasi veeldamise peamiseks põhjuseks on selle transportimise lihtsustamine pikkade vahemaade taha. Kui tarbija ja gaasikütuse tootmiskaev asuvad maa-alal, mis ei ole üksteisest kaugel, siis on lihtsam ja tulusam nende vahele toru panna.Kuid mõnel juhul on kiirtee ehitamine geograafiliste nüansside tõttu liiga kulukas ja problemaatiline. Seetõttu kasutavad nad vedelal kujul veeldatud maagaasi või veeldatud naftagaasi tootmiseks erinevaid tehnoloogiaid.

Transpordi ökonoomika ja ohutus

Pärast gaasi veeldamist pumbatakse see vedelal kujul spetsiaalsetesse konteineritesse transportimiseks mööda merd, jõge, maanteed ja/või raudteed. Samas tehnoloogiliselt on vedeldamine energia seisukohast üsna kulukas protsess.

Erinevates tehastes kulub selleks kuni 25% kütuse esialgsest mahust. See tähendab, et tehnoloogiale vajaliku energia tootmiseks tuleb põletada kuni 1 tonn LNG iga kolme tonni valmis kujul. Kuid maagaasil on praegu suur nõudlus, kõik tasub end ära.

Veeldatud kujul võtab metaan (propaan-butaan) 500–600 korda väiksema mahu kui gaasilises olekus

Kuigi maagaas on vedelik, on see mittesüttiv ega plahvatusohtlik. Alles pärast aurustumist taasgaasistamise ajal saadakse tulemuseks gaasisegu osutub sissepõletamiseks sobivaks boilerid ja pliidid. Seega, kui veeldatud maagaasi või LPG-d kasutatakse süsivesinikkütusena, tuleb need uuesti gaasistada.

Kasutamine erinevates valdkondades

Kõige sagedamini mainitakse süsivesinike energiakandjate transpordi kontekstis mõisteid "vedelgaas" ja "gaasi veeldamine". See tähendab, et kõigepealt ekstraheeritakse sinine kütus ja seejärel muudetakse see LPG-ks või LNG-ks. Saadud vedelik transporditakse seejärel üheks või teiseks kasutamiseks tagasi gaasilisse olekusse.

LPG (vedelgaas) koosneb 95% või rohkem propaani-butaani segust ja LNG (vedelgaas) on 85–95% metaanist.Need on sarnased ja samal ajal radikaalselt erinevad kütusetüübid.

Propaanbutaanist valmistatud vedelgaasi kasutatakse peamiselt:

• gaasimootori kütus;
• kütus autonoomsete küttesüsteemide gaasipaakidesse pumpamiseks;
• vedelikud tulemasinate ja gaasiballoonide täitmiseks mahuga 200 ml kuni 50 l.

LNG-d toodetakse tavaliselt eranditult pikamaatranspordi jaoks. Kui vedelgaasi hoidmiseks piisab mitme atmosfääri rõhku taluvast mahutist, siis veeldatud metaani jaoks on vaja spetsiaalseid krüogeenseid paake.

LNG hoidla seadmed on kõrgelt tehnoloogilised ja võtavad palju ruumi. Sõiduautodes pole sellist kütust silindrite kõrge hinna tõttu tulus kasutada. Maanteedel sõidavad juba praegu üksikute eksperimentaalmudelite kujul LNG-mootoriga veokid, kuid sõiduautode segmendis see "vedel" kütus tõenäoliselt lähitulevikus laialdast kasutust ei leia.

Veeldatud metaani kasutatakse kütusena nüüd üha enam töös:

• raudtee diiselvedurid;
• merelaevad;
• jõetransport.

Lisaks energiakandjana kasutamisele kasutatakse LPG-d ja LNG-d vahetult vedelal kujul gaasi- ja naftakeemiatehastes. Neid kasutatakse mitmesuguste plastide ja muude süsivesinikel põhinevate materjalide valmistamiseks.

LPG ja LNG saamise tehnoloogiad

Metaani gaasist vedelaks muutmiseks tuleb see jahutada temperatuurini -163 °C. Ja propaan-butaan vedeldub -40 juures °C. Seega on tehnoloogiad ja kulud mõlemal juhul väga erinevad.

Üks liiter LNG-d võrdub ligikaudu 1,38 kuupmeetriga. m esialgset maagaasi (see näitaja sõltub temperatuurist ja rõhust), mahu vähenemine - umbes 620 korda

Maagaasi veeldamiseks kasutatakse järgmisi erinevate ettevõtete tehnoloogiaid:

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

Kõik need põhinevad kokkusurumis- ja/või soojusvahetusprotsessidel. Vedeldamine toimub tehases mitmes etapis, mille käigus gaas surutakse järk-järgult kokku ja jahutatakse vedelasse faasi ülemineku temperatuurini.

Gaasisegu valmistamine

Enne toormaagaasi veeldamist peate sellest eemaldama vee, heeliumi, vesiniku, lämmastiku, väävliühendid ja muud lisandid. Sel eesmärgil kasutatakse tavaliselt adsorptsioonitehnoloogiat gaasisegu sügavpuhastamiseks, juhtides selle läbi molekulaarsõelade.

Seejärel toimub lähteaine valmistamise teine ​​etapp, mille käigus eemaldatakse rasked süsivesinikud. Selle tulemusena jäävad gaasi ainult etaan ja metaan (või propaan ja butaan), mille lisandite maht on alla 5%, nii et seda fraktsiooni saab hakata jahutama ja veelduma.

Esmane ettevalmistus koos maagaasist kõige ebavajaliku eemaldamisega viiakse läbi selleks, et kaitsta külmutusseadmeid vee, süsinikdioksiidi, väävliühendite jms agressiivse mõju eest.

Fraktsioneerimine võimaldab teil vabaneda kahjulikest lisanditest ja eraldada ainult põhigaas järgnevaks veeldamiseks. Rõhul 1 atm on vedelasse olekusse ülemineku temperatuur metaani puhul -163 °C, etaani puhul -88 °C, propaani puhul -42 °C ja butaani puhul -0,5 °C.

Just need temperatuuride erinevused selgitavad põhjust, miks tehasesse sisenev gaas jagatakse fraktsioonideks ja alles seejärel vedeldatakse. Igat tüüpi gaasiliste süsivesinikühendite jaoks puudub ühtne vedeldamistehnoloogia. Igaühe neist on vaja ehitada ja kasutada oma tootmisliin.

Põhiline vedeldamise protsess

Gaasi vedelasse olekusse muutmise aluseks on külmutustsükkel, mille käigus kandub soojus ühe või teise külmaaine abil madala temperatuuriga keskkonnast kõrgema temperatuuriga keskkonda. See protsess on mitmeastmeline ja nõuab võimsaid kompressoreid jahutusvedeliku ja soojusvahetite paisutamiseks/surumiseks.

Kompressioonitehnoloogiad on kõrgtehnoloogilised, energiamahukad ja kulukad, kuid võimaldavad ühe tsükli jooksul gaasi kokku suruda 5–12 korda korraga

Erinevates vedeldamisetappides kasutatakse külmutusagensina järgmist:

• propaan;
• metaan;
• etaan;
• lämmastik;
• vesi (meri ja puhastatud);
• õhku.

Näiteks maagaasi esmaseks jahutamiseks Novateki Yamali LNG-s kasutatakse jahedat arktilist õhku, mis võimaldab lähteaine temperatuuri minimaalsete kuludega kohe alandada +10 °C-ni. Ja kuumadel suvekuudel on selle asemel ette nähtud Põhja-Jäämere merevee kasutamine, mis olenemata aastaajast on püsivalt 3–4 ° C sügavusel.

Samal ajal kasutatakse Jamalis lõpliku külmutusagensina otse kohapeal õhust saadavat lämmastikku. Selle tulemusena pakub Arktika kõike veeldatud maagaasi tootmiseks vajalikku – alates algsest maagaasist kuni vedeldamisprotsessis kasutatavate tööaineteni.

Propaan vedeldub sarnaselt metaaniga. Ainult see nõuab palju madalamat jahutustemperatuuri – miinus 42 °C versus miinus 163 °C. Seetõttu vedeldamine gaas gaasipaakide jaoks See maksab mitu korda vähem, kuid saadud propaan-butaan LPG ise on turul vähem nõutud.

Transport ja ladustamine

Peaaegu kogu LNG maht veetakse suurte meregaasitankeritega ühelt rannikult teisele.Maismaavedu piirab vajadus hoida "vedela sinise kütuse" temperatuuri umbes -160 ° C juures, vastasel juhul hakkab metaan muutuma gaasiliseks ja muutub plahvatusohtlikuks.

LPG transportimiseks kasutatakse 5–50-liitriseid balloone siserõhuga kuni 1,5–2 MPa ja suuremaid paakkonteinereid, mis on mõeldud 5–17 MPa.

Rõhk LNG paagis on atmosfäärilähedane. Kui aga vedela metaani temperatuur tõuseb üle -160 °C, hakkab see muutuma vedelikust gaasiks. Selle tulemusena hakkab rõhk konteineris tõusma, mis kujutab endast tõsist ohtu. Seetõttu on LNG tankerid varustatud madala temperatuuriga hooldusseadmete ja paksu soojusisolatsioonikihiga.

LPG taasgaasistatakse gaasiks otse gaasipaagis. Ja LNG taasgaasistamine toimub spetsiaalsetes tööstusrajatistes, kus puudub juurdepääs hapnikule. Füüsika järgi muutub vedel metaan positiivsel temperatuuril järk-järgult gaasiks. Kui see aga juhtub otse õhus väljaspool eritingimusi, siis viib selline protsess plahvatuseni.

Pärast maagaasi veeldatud maagaasi veeldamist tehases transporditakse see edasi ja seejärel taas tehases (ainult taasgaasistamine) muudetakse see edasiseks kasutamiseks uuesti gaasiliseks.

Veeldatud vesiniku väljavaated

Lisaks otsesele veeldamisele ja sellisel kujul kasutamisele on maagaasist võimalik saada ka teist energiakandjat - vesinikku. Metaan on CH₄, propaan C₃N₈ja butaan C₄N₁₀.

Vesinikukomponent on kõigis neis fossiilkütustes olemas, peate selle lihtsalt isoleerima.

Vesiniku peamised eelised on keskkonnasõbralikkus ja laialdane esinemine looduses, kuid selle veeldamise kõrge hind ja pidevast aurustumisest tulenevad kaod vähendavad need eelised peaaegu olematuks

Vesiniku muutmiseks gaasist vedelikuks tuleb see jahutada temperatuurini -253 °C. Sel eesmärgil kasutatakse mitmeastmelisi jahutussüsteeme ja kokkusurumis-/paisutamisseadmeid. Praegu on sellised tehnoloogiad liiga kallid, kuid töö nende maksumuse vähendamiseks käib.

Soovitame lugeda ka meie teist artiklit, kus kirjeldasime üksikasjalikult, kuidas oma kätega oma kodu jaoks vesinikugeneraatorit teha. Täpsemalt - mine link.

Samuti on veeldatud vesinik erinevalt LPG-st ja LNG-st palju plahvatusohtlikum. Selle väikseim leke koos hapnikuga tekitab gaasi-õhu segu, mis süttib vähimagi sädeme korral. Ja vedela vesiniku ladustamine on võimalik ainult spetsiaalsetes krüogeensetes mahutites. Vesinikkütusel on ikka liiga palju miinuseid.

Järeldused ja kasulik video sellel teemal

Kuidas veeldatud gaasi toodetakse ja miks seda veeldatakse:

Kõik veeldatud gaaside kohta:

Gaaside veeldamiseks on mitmeid tehnoloogiaid. Metaani jaoks on nad nende omad ja propaani-butaani jaoks on nad nende omad. Samas on LPG hankimine odavam ning seda on lihtsam ja turvalisem transportida/laduda. Metaani LNG tootmine on kallim ja keerulisem protsess. Lisaks nõuab selle taasgaasistamiseks spetsiaalset varustust. Samas on metaan täna turul suurem nõudlus, mistõttu seda veeldatakse palju suuremates kogustes.

Kas teil on täpsustavaid küsimusi või oma ekspertarvamust gaasi veeldamise teemal? Võib-olla on teil ülaltoodule midagi lisada. Küsige julgelt ja/või kommenteerige artiklit allolevas kastis.