Bagaimana dan mengapa gas dicairkan: teknologi pengeluaran dan skop penggunaan gas cecair

Teknologi yang berkaitan dengan pengeluaran, pengangkutan dan pemprosesan gas asli berkembang dengan pantas.Dan ramai orang hari ini mendengar singkatan LPG dan LNG. Hampir setiap hari, bahan api gas asli disebut dalam berita dalam satu konteks atau yang lain.

Tetapi, anda lihat, untuk mempunyai pemahaman yang jelas tentang apa yang berlaku, adalah penting untuk memahami pada mulanya bagaimana gas dicairkan, mengapa ia dilakukan, dan apa faedah yang diberikan atau tidak diberikan. Dan terdapat banyak nuansa dalam isu ini.

Untuk mencairkan hidrokarbon gas, loji berteknologi tinggi yang besar sedang dibina. Seterusnya, kami akan melihat dengan teliti mengapa semua ini diperlukan dan bagaimana ia berlaku.

Mengapa gas asli dicairkan?

Bahan api biru diekstrak dari perut bumi dalam bentuk campuran metana, etana, propana, butana, helium, nitrogen, hidrogen sulfida dan gas-gas lain, serta pelbagai derivatifnya.

Sebahagian daripadanya digunakan dalam industri kimia, dan sebahagian lagi dibakar dalam dandang atau turbin untuk menjana tenaga haba dan elektrik. Selain itu, sebahagian daripada isipadu yang diekstrak digunakan sebagai bahan api enjin gas.

Pengiraan oleh pekerja gas menunjukkan bahawa jika bahan api biru perlu dihantar pada jarak 2,500 km atau lebih, maka dalam bentuk cecair selalunya lebih menguntungkan untuk melakukan ini daripada melalui saluran paip

Sebab utama untuk mencairkan gas asli adalah untuk memudahkan pengangkutannya dalam jarak yang jauh. Sekiranya pengguna dan telaga pengeluaran bahan api gas terletak di darat tidak jauh antara satu sama lain, maka lebih mudah dan lebih menguntungkan untuk meletakkan paip di antara mereka.Tetapi dalam beberapa kes, membina lebuh raya terlalu mahal dan bermasalah kerana nuansa geografi. Oleh itu, mereka menggunakan pelbagai teknologi untuk menghasilkan LNG atau LPG dalam bentuk cecair.

Ekonomi dan keselamatan pengangkutan

Selepas gas dicairkan, ia dipam ke dalam bentuk cecair ke dalam bekas khas untuk pengangkutan melalui laut, sungai, jalan raya dan/atau kereta api. Pada masa yang sama, dari segi teknologi, pencairan adalah proses yang agak mahal dari sudut tenaga.

Di loji yang berbeza, ini memerlukan sehingga 25% daripada isipadu bahan api asal. Iaitu, untuk menjana tenaga yang diperlukan oleh teknologi, anda perlu membakar sehingga 1 tan LNG untuk setiap tiga tan daripadanya dalam bentuk siap. Tetapi gas asli kini mendapat permintaan tinggi, semuanya membuahkan hasil.

Dalam bentuk cecair, metana (propana-butana) menduduki 500-600 kali lebih sedikit isipadu daripada dalam keadaan gas

Walaupun gas asli adalah cecair, ia tidak mudah terbakar dan tidak boleh meletup. Hanya selepas penyejatan semasa pengegasan semula, terhasil campuran gas ternyata sesuai untuk dibakar dandang dan periuk masak. Oleh itu, jika LNG atau LPG digunakan sebagai bahan api hidrokarbon, maka ia mesti digaskan semula.

Gunakan dalam pelbagai bidang

Selalunya, istilah "gas cecair" dan "pencairan gas" disebut dalam konteks pengangkutan pembawa tenaga hidrokarbon. Iaitu, pertama, bahan api biru diekstrak, dan kemudian ia ditukar kepada LPG atau LNG. Cecair yang terhasil kemudian diangkut dan kemudian dikembalikan ke keadaan gas untuk satu kegunaan atau yang lain.

LPG (gas petroleum cecair) adalah 95% atau lebih terdiri daripada campuran propana-butana, dan LNG (gas asli cecair) ialah 85–95% metana.Ini adalah serupa dan pada masa yang sama jenis bahan api yang berbeza secara radikal.

LPG daripada propana-butana digunakan terutamanya sebagai:

• bahan api enjin gas;
• bahan api untuk mengepam ke dalam tangki gas sistem pemanasan autonomi;
• cecair untuk mengisi semula pemetik api dan silinder gas dengan kapasiti dari 200 ml hingga 50 l.

LNG biasanya dihasilkan secara eksklusif untuk pengangkutan jarak jauh. Jika bekas yang mampu menahan tekanan beberapa atmosfera mencukupi untuk menyimpan LPG, maka tangki kriogenik khas diperlukan untuk metana cecair.

Peralatan penyimpanan LNG berteknologi tinggi dan memakan banyak ruang. Ia tidak menguntungkan untuk menggunakan bahan api sedemikian dalam kereta penumpang kerana kos silinder yang tinggi. Trak berkuasa LNG dalam bentuk model eksperimen tunggal sudahpun memandu di jalan raya, tetapi dalam segmen kereta penumpang bahan api "cecair" ini tidak mungkin digunakan secara meluas dalam masa terdekat.

Metana cair sebagai bahan api kini semakin digunakan dalam operasi:

• lokomotif diesel kereta api;
• kapal laut;
• pengangkutan sungai.

Selain digunakan sebagai pembawa tenaga, LPG dan LNG juga digunakan secara langsung dalam bentuk cecair dalam loji gas dan petrokimia. Ia digunakan untuk membuat pelbagai plastik dan bahan berasaskan hidrokarbon lain.

Teknologi untuk mendapatkan LPG dan LNG

Untuk menukar metana daripada gas kepada cecair, ia mesti disejukkan kepada -163 °C. Dan propana-butana mencairkan pada -40 °C. Sehubungan itu, teknologi dan kos dalam kedua-dua kes adalah sangat berbeza.

Satu liter LNG bersamaan dengan kira-kira 1.38 meter padu. m gas asli awal (angka ini bergantung pada suhu dan tekanan), penurunan dalam jumlah - kira-kira 620 kali

Teknologi berikut daripada syarikat yang berbeza digunakan untuk mencairkan gas asli:

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

Kesemuanya adalah berdasarkan proses pemampatan dan/atau pertukaran haba. Operasi pencairan berlaku di loji dalam beberapa peringkat, di mana gas secara beransur-ansur dimampatkan dan disejukkan kepada suhu peralihan ke fasa cecair.

Penyediaan campuran gas

Sebelum anda boleh mencairkan gas asli mentah, anda mesti mengeluarkan air, helium, hidrogen, nitrogen, sebatian sulfur dan kekotoran lain daripadanya. Untuk tujuan ini, teknologi penjerapan biasanya digunakan untuk penulenan dalam campuran gas dengan menyalurkannya melalui penapis molekul.

Kemudian peringkat kedua penyediaan bahan mentah berlaku, di mana hidrokarbon berat dikeluarkan. Akibatnya, hanya etana dan metana (atau propana dan butana) dengan isipadu bendasing kurang daripada 5% kekal dalam gas, supaya pecahan ini boleh mula disejukkan dan dicairkan.

Penyediaan utama dengan penyingkiran semua yang tidak perlu daripada gas asli dijalankan untuk melindungi peralatan penyejukan daripada kesan agresif air, karbon dioksida, sebatian sulfur, dll.

Fraksinasi membolehkan anda menyingkirkan kekotoran berbahaya dan mengasingkan hanya gas utama untuk pencairan berikutnya. Pada tekanan 1 atm, suhu peralihan ke dalam keadaan cecair untuk metana ialah -163 °C, untuk etana -88 °C, untuk propana -42 °C, dan untuk butana -0.5 °C.

Justru perbezaan suhu inilah yang menjelaskan sebab mengapa gas yang memasuki loji dibahagikan kepada pecahan dan hanya kemudian dicairkan. Tiada teknologi pencairan tunggal untuk semua jenis sebatian hidrokarbon gas. Bagi setiap daripada mereka adalah perlu untuk membina dan menggunakan barisan pengeluarannya sendiri.

Proses pencairan asas

Asas untuk menukar gas kepada keadaan cecair ialah kitaran penyejukan, di mana haba dipindahkan oleh satu atau penyejuk lain dari persekitaran dengan suhu rendah ke persekitaran dengan lebih tinggi. Proses ini berbilang peringkat dan memerlukan pemampat berkuasa untuk pengembangan/mampatan penyejuk dan penukar haba.

Teknologi pemampatan adalah berteknologi tinggi, intensif tenaga dan mahal, tetapi dalam satu kitaran ia membenarkan gas dimampatkan 5-12 kali sekaligus

Berikut digunakan sebagai penyejuk pada peringkat pencairan yang berbeza:

• propana;
• metana;
• etana;
• nitrogen;
• air (laut dan disucikan);
• udara.

Contohnya, untuk penyejukan utama gas asli di Yamal LNG Novatek, udara Artik sejuk digunakan, yang membolehkan suhu bahan suapan diturunkan pada kos minimum serta-merta kepada +10 °C. Dan pada bulan-bulan musim panas yang panas, ia sebaliknya disediakan untuk penggunaan air laut dari Lautan Artik, yang, tanpa mengira masa tahun, pada kedalaman malar 3-4 ° C.

Pada masa yang sama, nitrogen, yang diperoleh terus di tapak dari udara, digunakan sebagai penyejuk akhir di Yamal. Akibatnya, Artik menyediakan segala yang diperlukan untuk menghasilkan LNG - daripada gas asli awal kepada agen kerja yang digunakan dalam proses pencairan.

Propana mencairkan dengan cara yang sama seperti metana. Cuma ia memerlukan suhu penyejukan yang jauh lebih rendah - tolak 42 °C berbanding tolak 163 °C. Oleh itu pencairan gas untuk tangki gas Kosnya beberapa kali lebih murah, tetapi LPG propana-butana yang dihasilkan itu sendiri kurang mendapat permintaan di pasaran.

Pengangkutan dan penyimpanan

Hampir keseluruhan isipadu LNG diangkut oleh kapal tangki gas laut bersaiz besar dari satu pantai ke pantai yang lain.Pengangkutan melalui darat dihadkan oleh keperluan untuk mengekalkan suhu "bahan api biru cair" pada nilai kira-kira -160 ° C, jika tidak metana mula berubah menjadi keadaan gas dan menjadi meletup.

Untuk mengangkut LPG, silinder 5–50 liter dengan tekanan dalaman sehingga 1.5–2 MPa dan bekas tangki yang lebih besar direka untuk 5–17 MPa digunakan.

Tekanan dalam tangki LNG hampir dengan atmosfera. Walau bagaimanapun, jika suhu cecair metana meningkat melebihi -160 °C, ia akan mula bertukar daripada cecair kepada gas. Akibatnya, tekanan dalam bekas akan mula meningkat, yang menimbulkan bahaya yang serius. Oleh itu, kapal tangki LNG dilengkapi dengan unit penyelenggaraan suhu rendah dan lapisan penebat haba yang tebal.

LPG digaskan semula menjadi gas terus di dalam tangki gas. Dan pengegasan semula LNG dijalankan dalam pemasangan industri khas tanpa akses kepada oksigen. Menurut fizik, cecair metana pada suhu positif secara beransur-ansur berubah menjadi gas. Walau bagaimanapun, jika ini berlaku secara langsung di udara di luar keadaan khas, maka proses sedemikian akan membawa kepada letupan.

Selepas gas asli dalam bentuk LNG dicairkan di loji, ia diangkut, dan kemudian sekali lagi di loji (regasifikasi sahaja) ia ditukar kembali kepada keadaan gas untuk kegunaan selanjutnya.

Prospek untuk hidrogen cecair

Sebagai tambahan kepada pencairan langsung dan penggunaan dalam bentuk ini, ia juga mungkin untuk mendapatkan pembawa tenaga lain daripada gas asli - hidrogen. Metana ialah CH₄, propana C₃N₈, dan butana C₄N₁₀.

Komponen hidrogen terdapat dalam semua bahan api fosil ini, anda hanya perlu mengasingkannya.

Kelebihan utama hidrogen ialah keramahan alam sekitar dan berlaku secara meluas dalam alam semula jadi, bagaimanapun, harga tinggi pencairan dan kehilangannya akibat penyejatan berterusan mengurangkan kelebihan ini kepada hampir tiada.

Untuk mengubah hidrogen daripada gas kepada cecair, ia mesti disejukkan kepada -253 °C. Untuk tujuan ini, sistem penyejukan berbilang peringkat dan pemasangan "mampatan/pengembangan" digunakan. Pada masa ini, teknologi sedemikian terlalu mahal, tetapi kerja sedang dijalankan untuk mengurangkan kosnya.

Kami juga mengesyorkan membaca artikel kami yang lain, di mana kami menerangkan secara terperinci cara membuat penjana hidrogen untuk rumah anda dengan tangan anda sendiri. Butiran lanjut - pergi pautan.

Juga, tidak seperti LPG dan LNG, hidrogen cecair adalah lebih mudah meletup. Sedikit kebocoran dalam kombinasi dengan oksigen menghasilkan campuran gas-udara yang menyala pada percikan api yang sedikit. Dan penyimpanan hidrogen cecair hanya boleh dilakukan dalam bekas kriogenik khas. Bahan api hidrogen masih mempunyai terlalu banyak kelemahan.

Kesimpulan dan video berguna mengenai topik ini

Bagaimana gas cecair dihasilkan dan mengapa ia dicairkan:

Semua tentang gas cecair:

Terdapat beberapa teknologi untuk mencairkan gas. Untuk metana mereka adalah milik mereka, dan untuk propana-butana mereka adalah milik mereka. Pada masa yang sama, lebih murah untuk mendapatkan LPG, dan lebih mudah dan selamat untuk diangkut/disimpan. Menghasilkan LNG metana adalah proses yang lebih mahal dan kompleks. Selain itu, pengegasan semulanya memerlukan peralatan khusus. Pada masa yang sama, metana mendapat permintaan yang lebih besar di pasaran hari ini, jadi ia dicairkan dalam jumlah yang lebih besar.

Adakah anda mempunyai sebarang soalan penjelasan atau pendapat pakar anda sendiri mengenai topik pencairan gas? Mungkin anda mempunyai sesuatu untuk ditambah kepada perkara di atas. Jangan ragu untuk bertanya dan/atau mengulas artikel dalam kotak di bawah.