Πώς και γιατί υγροποιείται το αέριο: τεχνολογία παραγωγής και εύρος χρήσης του υγροποιημένου αερίου

Οι τεχνολογίες που σχετίζονται με την παραγωγή, τη μεταφορά και την επεξεργασία φυσικού αερίου αναπτύσσονται με γρήγορους ρυθμούς.Και πολλοί άνθρωποι σήμερα ακούν τις συντομογραφίες LPG και LNG. Σχεδόν κάθε δεύτερη μέρα, τα καύσιμα φυσικού αερίου αναφέρονται στις ειδήσεις με το ένα ή το άλλο πλαίσιο.

Αλλά, βλέπετε, για να έχετε μια σαφή κατανόηση του τι συμβαίνει, είναι σημαντικό να καταλάβετε αρχικά πώς υγροποιείται το αέριο, γιατί γίνεται και ποια οφέλη προσφέρει ή όχι. Και υπάρχουν πολλές αποχρώσεις σε αυτό το θέμα.

Για την υγροποίηση των αερίων υδρογονανθράκων κατασκευάζονται μεγάλες μονάδες υψηλής τεχνολογίας. Στη συνέχεια, θα εξετάσουμε προσεκτικά γιατί χρειάζεται όλο αυτό και πώς συμβαίνει.

Γιατί το φυσικό αέριο είναι υγροποιημένο;

Το μπλε καύσιμο εξάγεται από τα έγκατα της γης με τη μορφή μίγματος μεθανίου, αιθανίου, προπανίου, βουτανίου, ηλίου, αζώτου, υδρόθειου και άλλων αερίων, καθώς και των διαφόρων παραγώγων τους.

Μερικά από αυτά χρησιμοποιούνται στη χημική βιομηχανία και μερικά καίγονται σε λέβητες ή τουρμπίνες για την παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, μέρος του εξαγόμενου όγκου χρησιμοποιείται ως καύσιμο κινητήρα αερίου.

Οι υπολογισμοί των εργαζομένων στο φυσικό αέριο δείχνουν ότι εάν το μπλε καύσιμο πρέπει να παραδοθεί σε απόσταση 2.500 km ή περισσότερο, τότε σε υγροποιημένη μορφή είναι συχνά πιο επικερδές να γίνει αυτό παρά με αγωγό

Ο κύριος λόγος για την υγροποίηση του φυσικού αερίου είναι η απλοποίηση της μεταφοράς του σε μεγάλες αποστάσεις. Εάν ο καταναλωτής και το πηγάδι παραγωγής καυσίμου αερίου βρίσκονται σε ξηρά όχι μακριά το ένα από το άλλο, τότε είναι ευκολότερο και πιο κερδοφόρο να τοποθετήσετε έναν σωλήνα μεταξύ τους.Αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις, η κατασκευή ενός αυτοκινητόδρομου είναι πολύ δαπανηρή και προβληματική λόγω γεωγραφικών αποχρώσεων. Ως εκ τούτου, καταφεύγουν σε διάφορες τεχνολογίες για την παραγωγή LNG ή LPG σε υγρή μορφή.

Οικονομικά και ασφάλεια των μεταφορών

Αφού το αέριο υγροποιηθεί, αντλείται σε υγρή μορφή σε ειδικά δοχεία για μεταφορά δια θαλάσσης, ποταμού, οδικού ή/και σιδηροδρόμου. Ταυτόχρονα, τεχνολογικά, η υγροποίηση είναι μια αρκετά δαπανηρή διαδικασία από ενεργειακή άποψη.

Σε διαφορετικές εγκαταστάσεις, αυτό καταλαμβάνει έως και το 25% του αρχικού όγκου καυσίμου. Δηλαδή, για να παραχθεί η ενέργεια που απαιτεί η τεχνολογία, πρέπει να κάψετε έως και 1 τόνο LNG για κάθε τρεις τόνους σε τελική μορφή. Όμως το φυσικό αέριο έχει πλέον μεγάλη ζήτηση, όλα αποδίδουν.

Σε υγροποιημένη μορφή, το μεθάνιο (προπάνιο-βουτάνιο) καταλαμβάνει 500-600 φορές λιγότερο όγκο από ό,τι στην αέρια κατάσταση

Ενώ το φυσικό αέριο είναι υγρό, είναι μη εύφλεκτο και μη εκρηκτικό. Μόνο μετά την εξάτμιση κατά την επαναεριοποίηση, το προκύπτον μίγμα αερίων αποδεικνύεται κατάλληλο για καύση λέβητες και κουζίνες. Επομένως, εάν το LNG ή το LPG χρησιμοποιείται ως καύσιμο υδρογονανθράκων, τότε πρέπει να επαναεριοποιηθούν.

Χρήση σε διάφορους τομείς

Τις περισσότερες φορές, οι όροι «υγροποιημένο αέριο» και «υγροποίηση αερίου» αναφέρονται στο πλαίσιο της μεταφοράς ενεργειακών φορέων υδρογονανθράκων. Δηλαδή, πρώτα εξάγεται μπλε καύσιμο, και μετά μετατρέπεται σε υγραέριο ή υγραέριο. Το υγρό που προκύπτει στη συνέχεια μεταφέρεται και στη συνέχεια επιστρέφει σε αέρια κατάσταση για τη μία ή την άλλη χρήση.

Το LPG (υγροποιημένο αέριο πετρελαίου) αποτελείται κατά 95% ή περισσότερο από μείγμα προπανίου-βουτανίου και το LNG (υγροποιημένο φυσικό αέριο) είναι 85–95% μεθάνιο.Πρόκειται για παρόμοιους και ταυτόχρονα ριζικά διαφορετικούς τύπους καυσίμων.

Το υγραέριο από προπάνιο-βουτάνιο χρησιμοποιείται κυρίως ως:

• καύσιμο κινητήρα αερίου?
• καύσιμο για άντληση σε δεξαμενές αερίου αυτόνομων συστημάτων θέρμανσης.
• υγρά για αναπλήρωση αναπτήρων και φιαλών αερίου χωρητικότητας από 200 ml έως 50 l.

Το LNG παράγεται συνήθως αποκλειστικά για μεταφορές μεγάλων αποστάσεων. Εάν ένα δοχείο ικανό να αντέξει την πίεση πολλών ατμοσφαιρών είναι αρκετό για την αποθήκευση υγραερίου, τότε απαιτούνται ειδικές κρυογονικές δεξαμενές για το υγροποιημένο μεθάνιο.

Ο εξοπλισμός αποθήκευσης LNG είναι εξαιρετικά τεχνολογικός και καταλαμβάνει πολύ χώρο. Δεν είναι κερδοφόρα η χρήση τέτοιου καυσίμου σε επιβατικά αυτοκίνητα λόγω του υψηλού κόστους των κυλίνδρων. Φορτηγά που κινούνται με LNG με τη μορφή μεμονωμένων πειραματικών μοντέλων κυκλοφορούν ήδη στους δρόμους, αλλά στην κατηγορία επιβατικών αυτοκινήτων αυτό το «υγρό» καύσιμο είναι απίθανο να βρει ευρεία χρήση στο εγγύς μέλλον.

Το υγροποιημένο μεθάνιο ως καύσιμο χρησιμοποιείται πλέον όλο και περισσότερο στη λειτουργία:

• σιδηροδρομικές μηχανές ντίζελ?
• θαλάσσια σκάφη·
• ποτάμια μεταφορά.

Εκτός από τη χρήση ως φορέας ενέργειας, το LPG και το LNG χρησιμοποιούνται επίσης απευθείας σε υγρή μορφή σε εργοστάσια αερίου και πετροχημικών. Χρησιμοποιούνται για την κατασκευή διαφόρων πλαστικών και άλλων υλικών με βάση τους υδρογονάνθρακες.

Τεχνολογίες απόκτησης LPG και LNG

Για να μετατραπεί το μεθάνιο από αέριο σε υγρό, πρέπει να ψυχθεί στους -163 °C. Και το προπάνιο-βουτάνιο υγροποιείται στους -40 °Γ. Συνεπώς, οι τεχνολογίες και το κόστος και στις δύο περιπτώσεις είναι πολύ διαφορετικά.

Ένα λίτρο LNG ισούται με περίπου 1,38 κυβικά μέτρα. m αρχικού φυσικού αερίου (αυτός ο αριθμός εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την πίεση), μείωση όγκου - περίπου 620 φορές

Για την υγροποίηση του φυσικού αερίου χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες τεχνολογίες από διαφορετικές εταιρείες:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Βελτιστοποιημένο Cascade;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• Οι GTL et al.

Όλα βασίζονται σε διαδικασίες συμπίεσης και/ή ανταλλαγής θερμότητας. Η λειτουργία υγροποίησης πραγματοποιείται στη μονάδα σε διάφορα στάδια, κατά τα οποία το αέριο συμπιέζεται σταδιακά και ψύχεται στη θερμοκρασία μετάβασης στην υγρή φάση.

Παρασκευή του μίγματος αερίων

Για να μπορέσετε να υγροποιήσετε το ακατέργαστο φυσικό αέριο, πρέπει να αφαιρέσετε νερό, ήλιο, υδρογόνο, άζωτο, ενώσεις θείου και άλλες ακαθαρσίες από αυτό. Για το σκοπό αυτό, η τεχνολογία προσρόφησης χρησιμοποιείται συνήθως για τον βαθύ καθαρισμό του μείγματος αερίων περνώντας το από μοριακά κόσκινα.

Στη συνέχεια εμφανίζεται το δεύτερο στάδιο της προετοιμασίας της πρώτης ύλης, κατά το οποίο αφαιρούνται οι βαρείς υδρογονάνθρακες. Ως αποτέλεσμα, μόνο αιθάνιο και μεθάνιο (ή προπάνιο και βουτάνιο) με όγκο ακαθαρσιών μικρότερο από 5% παραμένουν στο αέριο, έτσι ώστε αυτό το κλάσμα να αρχίσει να ψύχεται και να υγροποιείται.

Η αρχική προετοιμασία με την αφαίρεση όλων των περιττών από το φυσικό αέριο πραγματοποιείται για την προστασία του ψυκτικού εξοπλισμού από τις επιθετικές επιδράσεις του νερού, του διοξειδίου του άνθρακα, των θειούχων ενώσεων κ.λπ.

Η κλασμάτωση σάς επιτρέπει να απαλλαγείτε από επιβλαβείς ακαθαρσίες και να απομονώσετε μόνο το κύριο αέριο για επακόλουθη υγροποίηση. Σε πίεση 1 atm, η θερμοκρασία μετάβασης στην υγρή κατάσταση για το μεθάνιο είναι -163 °C, για το αιθάνιο -88 °C, για το προπάνιο -42 °C και για το βουτάνιο -0,5 °C.

Αυτές ακριβώς οι διαφορές θερμοκρασίας εξηγούν τον λόγο για τον οποίο το αέριο που εισέρχεται στο εργοστάσιο χωρίζεται σε κλάσματα και μόνο τότε υγροποιείται. Δεν υπάρχει ενιαία τεχνολογία υγροποίησης για όλους τους τύπους αέριων ενώσεων υδρογονανθράκων. Για καθένα από αυτά είναι απαραίτητο να κατασκευαστεί και να χρησιμοποιηθεί η δική του γραμμή παραγωγής.

Βασική διαδικασία υγροποίησης

Η βάση για τη μετατροπή του αερίου σε υγρή κατάσταση είναι ο κύκλος ψύξης, κατά τον οποίο η θερμότητα μεταφέρεται από το ένα ή το άλλο ψυκτικό από ένα περιβάλλον με χαμηλή θερμοκρασία σε ένα περιβάλλον με υψηλότερη. Αυτή η διαδικασία είναι πολλαπλών σταδίων και απαιτεί ισχυρούς συμπιεστές για τη διαστολή/συμπίεση του ψυκτικού και των εναλλακτών θερμότητας.

Οι τεχνολογίες συμπίεσης είναι υψηλής τεχνολογίας, ενεργοβόρες και δαπανηρές, αλλά σε έναν κύκλο επιτρέπουν τη συμπίεση του αερίου 5-12 φορές ταυτόχρονα

Τα ακόλουθα χρησιμοποιούνται ως ψυκτικό σε διαφορετικά στάδια υγροποίησης:

• προπάνιο?
• μεθάνιο;
• αιθάνιο;
• άζωτο;
• νερό (θάλασσα και καθαρό)?
• αέρας.

Για παράδειγμα, για την κύρια ψύξη φυσικού αερίου στο Yamal LNG της Novatek, χρησιμοποιείται ψυχρός αρκτικός αέρας, ο οποίος επιτρέπει τη μείωση της θερμοκρασίας της πρώτης ύλης με ελάχιστο κόστος αμέσως στους +10 °C. Και τους ζεστούς καλοκαιρινούς μήνες, αντίθετα, προβλέπεται η χρήση θαλασσινού νερού από τον Αρκτικό Ωκεανό, το οποίο, ανεξάρτητα από την εποχή του χρόνου, σε βάθος σταθερού 3–4 °C.

Ταυτόχρονα, το άζωτο, που λαμβάνεται απευθείας επί τόπου από τον αέρα, χρησιμοποιείται ως τελικό ψυκτικό μέσο στο Yamal. Ως αποτέλεσμα, η Αρκτική παρέχει ό,τι χρειάζεται για την παραγωγή LNG - από το αρχικό φυσικό αέριο έως τους λειτουργικούς παράγοντες που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία υγροποίησης.

Το προπάνιο υγροποιείται με παρόμοιο τρόπο με το μεθάνιο. Μόνο που απαιτεί πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες ψύξης - μείον 42 °C έναντι μείον 163 °C. Επομένως υγροποίηση αέριο για δεξαμενές αερίου Κοστίζει αρκετές φορές λιγότερο, αλλά το ίδιο το υγραέριο προπανίου-βουτανίου που προκύπτει έχει μικρότερη ζήτηση στην αγορά.

Μεταφορά και αποθήκευση

Σχεδόν ολόκληρος ο όγκος του LNG μεταφέρεται με μεγάλου μεγέθους θαλάσσια δεξαμενόπλοια αερίου από τη μια ακτή στην άλλη.Η χερσαία μεταφορά περιορίζεται από την ανάγκη διατήρησης της θερμοκρασίας του «υγρού μπλε καυσίμου» σε τιμές περίπου -160 ° C, διαφορετικά το μεθάνιο αρχίζει να μετατρέπεται σε κατάσταση αερίου και γίνεται εκρηκτικό.

Για τη μεταφορά υγραερίου, χρησιμοποιούνται φιάλες 5–50 λίτρων με εσωτερική πίεση έως 1,5–2 MPa και μεγαλύτερα δοχεία δεξαμενής σχεδιασμένα για 5–17 MPa.

Η πίεση στη δεξαμενή LNG είναι κοντά στην ατμοσφαιρική. Ωστόσο, εάν η θερμοκρασία του υγρού μεθανίου ανέβει πάνω από -160 °C, θα αρχίσει να μετατρέπεται από υγρό σε αέριο. Ως αποτέλεσμα, η πίεση στο δοχείο θα αρχίσει να αυξάνεται, γεγονός που αποτελεί σοβαρό κίνδυνο. Ως εκ τούτου, τα δεξαμενόπλοια LNG είναι εξοπλισμένα με μονάδες συντήρησης χαμηλής θερμοκρασίας και ένα παχύ στρώμα θερμομόνωσης.

Το υγραέριο επαναεριοποιείται σε αέριο απευθείας στη δεξαμενή αερίου. Και η επαναεριοποίηση LNG πραγματοποιείται σε ειδικές βιομηχανικές εγκαταστάσεις χωρίς πρόσβαση σε οξυγόνο. Σύμφωνα με τη φυσική, το υγρό μεθάνιο σε θετικές θερμοκρασίες σταδιακά μετατρέπεται σε αέριο. Ωστόσο, εάν αυτό συμβεί απευθείας στον αέρα εκτός ειδικών συνθηκών, τότε μια τέτοια διαδικασία θα οδηγήσει σε έκρηξη.

Αφού υγροποιηθεί το φυσικό αέριο με τη μορφή LNG στη μονάδα, μεταφέρεται και στη συνέχεια πάλι στη μονάδα (μόνο επαναεριοποίηση) μετατρέπεται ξανά σε αέρια κατάσταση για περαιτέρω χρήση.

Προοπτικές για υγροποιημένο υδρογόνο

Εκτός από την άμεση υγροποίηση και χρήση σε αυτή τη μορφή, είναι επίσης δυνατό να ληφθεί ένας άλλος φορέας ενέργειας από φυσικό αέριο - υδρογόνο. Το μεθάνιο είναι CH₄, προπάνιο C₃Ν₈και βουτάνιο C₄Ν₁₀.

Το συστατικό υδρογόνου υπάρχει σε όλα αυτά τα ορυκτά καύσιμα, απλά πρέπει να το απομονώσετε.

Τα κύρια πλεονεκτήματα του υδρογόνου είναι η φιλικότητα προς το περιβάλλον και η ευρέως διαδεδομένη εμφάνιση στη φύση, ωστόσο, η υψηλή τιμή της υγροποίησής του και οι απώλειες λόγω συνεχούς εξάτμισης μειώνουν αυτά τα πλεονεκτήματα σχεδόν σε τίποτα.

Για να μετατραπεί το υδρογόνο από αέριο σε υγρό, πρέπει να ψυχθεί στους -253 °C. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται συστήματα ψύξης πολλαπλών σταδίων και εγκαταστάσεις «συμπίεσης/εκτόνωσης». Επί του παρόντος, τέτοιες τεχνολογίες είναι πολύ ακριβές, αλλά γίνονται εργασίες για τη μείωση του κόστους τους.

Συνιστούμε επίσης να διαβάσετε το άλλο άρθρο μας, όπου περιγράψαμε λεπτομερώς πώς να φτιάξετε μια γεννήτρια υδρογόνου για το σπίτι σας με τα χέρια σας. Περισσότερες λεπτομέρειες - πηγαίνετε Σύνδεσμος.

Επίσης, σε αντίθεση με το LPG και το LNG, το υγροποιημένο υδρογόνο είναι πολύ πιο εκρηκτικό. Η παραμικρή διαρροή του σε συνδυασμό με οξυγόνο παράγει ένα μείγμα αερίου-αέρα που αναφλέγεται με την παραμικρή σπίθα. Και η αποθήκευση υγρού υδρογόνου είναι δυνατή μόνο σε ειδικά κρυογονικά δοχεία. Το καύσιμο υδρογόνου εξακολουθεί να έχει πάρα πολλά μειονεκτήματα.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Πώς παράγεται το υγροποιημένο αέριο και γιατί υγροποιείται:

Όλα για τα υγροποιημένα αέρια:

Υπάρχουν διάφορες τεχνολογίες για την υγροποίηση αερίων. Για το μεθάνιο είναι δικά τους, και για το προπάνιο-βουτάνιο είναι δικά τους. Ταυτόχρονα, η απόκτηση υγραερίου είναι φθηνότερη και η μεταφορά/αποθήκευση είναι ευκολότερη και ασφαλέστερη. Η παραγωγή μεθανίου LNG είναι μια πιο δαπανηρή και πολύπλοκη διαδικασία. Επιπλέον, η επαναεριοποίησή του απαιτεί εξειδικευμένο εξοπλισμό. Παράλληλα, το μεθάνιο έχει μεγαλύτερη ζήτηση στην αγορά σήμερα, με αποτέλεσμα να υγροποιείται σε πολύ μεγαλύτερους όγκους.

Έχετε διευκρινιστικές ερωτήσεις ή δική σας γνώμη ειδικού για το θέμα της υγροποίησης αερίων; Ίσως έχετε κάτι να προσθέσετε στα παραπάνω. Μη διστάσετε να ρωτήσετε και/ή να σχολιάσετε το άρθρο στο παρακάτω πλαίσιο.