Како и зашто се гас утекује: технологија производње и обим употребе течног гаса

Увод

Тренутно, у котларницама које су део инфраструктуре железничког саобраћаја, у већини случајева угаљ и мазут служе као извор енергије, а дизел гориво је резерва. Тако је, на пример, анализа објеката за снабдевање топлотом Октјабрске железнице, филијале Руских железница, показала да котларнице углавном раде на мазут, а само неке од њих раде на природни гас.

Предности котлова на лож уље укључују њихову потпуну аутономију (могућност коришћења за објекте удаљене од гасовода) и ниску цену компоненте горива (у поређењу са котловима на угаљ, дизел и електричне котлове), недостаци су потреба за организовањем. складиште, обезбедити снабдевање мазутом, контролисати квалитет горива, проблеми загађивања животне средине. Приликом доставе горива у великим количинама потребно је организовати систем истовара (грејање и одвод мазута) и приступне саобраћајнице, потребу за загревањем складишта и мазут цевовода за транспорт горива до котлова и додатне трошкове за чишћење измењивача топлоте за грејање. и филтери за лож уље.

У вези са очекиваним наглим повећањем накнада за штетне емисије у атмосферу, Централна дирекција за топлотно и водоснабдевање Руских железница одлучила је да смањи употребу мазута у железничким котловима. У Мурманској области, где пролази део Октјабрске железничке пруге, представљен је пројекат који има за циљ смањење зависности градских и окружних котларница од мазута, укључујући могућност њиховог преласка на течни природни гас (ЛНГ). Планирана је изградња фабрике ЛНГ у Карелији и гасне инфраструктуре у Северозападном федералном округу.

Удаљавање од мазута повећаће ефикасност котларница у Мурманској области за 40%.

ЛНГ је гориво 21. века

Русија би у блиској будућности могла постати један од водећих произвођача и добављача на светском тржишту течног природног гаса, релативно нове врсте алтернативног горива за нашу земљу.Од укупног природног гаса произведеног у свету, више од 26% се течни и транспортује у течном облику у посебним танкерима из земаља производње у земље потрошача гаса.

Течни природни гас има значајне предности у односу на друге енергенте. Они могу да обезбеде негасификована насеља за кратко време. Поред тога, течни природни гас је еколошки најбезбеднији и најбезбеднији од масовно коришћених горива, што отвара широке перспективе за његову употребу у индустрији и транспорту. Данас се разматра неколико опција за изградњу постројења за утечњавање природног гаса у Русији и терминала за његову испоруку за извоз, од којих би једна требало да буде реализована у луци Приморск, Лењинградска област.

Течни природни гас као алтернативно гориво има низ предности. Прво, течење природног гаса повећава његову густину за 600 пута, што повећава ефикасност и погодност складиштења и транспорта. Друго, ЛНГ није токсичан и није корозиван за метале, то је криогена течност која се чува под благим надпритиском на температури од око 112 К (-161 °Ц) у посуди са топлотном изолацијом. Треће, лакши је од ваздуха, а у случају случајног изливања брзо испарава, за разлику од тешког пропана који се акумулира у природним и вештачким депресијама и ствара опасност од експлозије. Четврто, омогућава гасификацију објеката који се налазе на значајној удаљености од магистралних цевовода. ЛНГ је данас јефтинији од било ког нафтног горива, укључујући и дизел, али их премашује по калоријама.Котлови који раде на течни природни гас имају већу ефикасност - до 94%, не захтевају потрошњу горива за предгревање зими (као мазут и пропан-бутан). Ниска тачка кључања гарантује потпуно испаравање ЛНГ-а на најнижим температурама околине.

Изгледи за течни водоник

Поред директног течења и употребе у овом облику, из природног гаса се може добити и други енергент, водоник. Метан је ЦХ4, пропан је Ц3Х8, а бутан је Ц4Х10.

Компонента водоника је присутна у свим овим фосилним горивима, само треба да је изолујете.

Главне предности водоника су еколошка прихватљивост и широка распрострањеност у природи, међутим, висока цена његовог течења и губици услед константног испаравања негирају ове предности.

Да би се водоник прешао из гасовитог стања у течност, мора се охладити на -253 ° Ц. За ово се користе вишестепени системи за хлађење и јединице „компресије/експанзије“. До сада су такве технологије прескупе, али се ради на смањењу њихове цене.

Такође препоручујемо да прочитате наш други чланак, где смо детаљно описали како то учинити генератор водоника за кући својим рукама. Више детаља - идите.

Такође, за разлику од ТНГ-а и ЛНГ-а, течни водоник је много експлозивнији. Његово најмање цурење у комбинацији са кисеоником даје мешавину гаса и ваздуха, која се запали од најмање варнице. А складиштење течног водоника могуће је само у посебним криогеним контејнерима. Још увек има превише недостатака водоничног горива.

Ризик од пожара/експлозије и ублажавање

Сферни контејнер за гас који се обично користи у рафинеријама.

У рафинерији или постројењу за гас, ТНГ се мора складиштити у резервоарима под притиском. Ови контејнери су цилиндрични, хоризонтални или сферни. Обично су ова пловила дизајнирана и произведена у складу са неким правилима. У Сједињеним Државама, овим кодексом управља Америчко друштво машинских инжењера (АСМЕ).

ТНГ контејнери имају сигурносне вентиле тако да када су изложени спољним изворима топлоте, испуштају ТНГ у атмосферу или бакљу.

Ако је резервоар изложен ватри довољног трајања и интензитета, може бити подложан експлозији паре која се шири у кључалу течност (БЛЕВЕ). Ово је обично забринутост за велике рафинерије и петрохемијске фабрике које рукују веома великим контејнерима. По правилу, резервоари су пројектовани тако да ће производ изаћи брже него што притисак може да достигне опасан ниво.

Једно од средстава заштите које се користи у индустријским срединама је опремање таквих контејнера мером која обезбеђује степен отпорности на ватру. Велики сферни ТНГ контејнери могу имати челичне зидове дебљине до 15 цм.Опремљени су сертификованим вентилом за смањење притиска. Велики пожар у близини посуде ће повећати његову температуру и притисак. Горњи сигурносни вентил је дизајниран да смањи вишак притиска и спречи уништавање самог контејнера.Уз довољно трајање и интензитет ватре, притисак који ствара гас кључања и ширења може премашити способност вентила да уклони вишак. Ако се то догоди, преекспонирани контејнер може насилно да пукне, избацујући делове великом брзином, док се ослобођени производи такође могу запалити, потенцијално проузрокујући катастрофалну штету било чему у близини, укључујући и друге контејнере.

Људи могу бити изложени ТНГ-у на радном месту удисањем, контактом са кожом и очима. Управа за безбедност и здравље на раду (ОСХА) поставила је законску границу (Дозвољена граница излагања) за изложеност ТНГ-у на радном месту на 1.000 ппм (1.800 мг/м 3 ) током 8-часовног радног дана. Национални институт за безбедност и здравље на раду (НИОСХ) поставио је препоручену границу изложености (РЕЛ) од 1.000 делова на милион (1.800 мг/м 3 ) током 8-часовног радног дана. На нивоу од 2000 ппм, 10% Доња граница експлозивности, течни нафтни гас се сматра директно опасним по живот и здравље (само из безбедносних разлога везаних за ризик од експлозије).

Зашто течни природни гас?

Плаво гориво се екстрахује из недра земље у облику мешавине метана, етана, пропана, бутана, хелијума, азота, водоник-сулфида и других гасова, као и њихових различитих деривата.

Неки од њих се користе у хемијској индустрији, а неки се спаљују у котловима или турбинама за производњу топлотне и електричне енергије. Осим тога, одређена количина извађеног се користи као гориво за гасне моторе.

Прорачуни радника гаса показују да ако је плаво гориво потребно испоручити на удаљености од 2.500 км или више, онда је често исплативије то учинити у течном облику него цевоводом

Главни разлог за пречишћавање природног гаса је да се поједностави његов транспорт на велике удаљености. Ако се потрошач и бунар за производњу гасног горива налазе близу један другом на копну, онда је лакше и исплативије поставити цев између њих. Али у неким случајевима, изградња аутопута се испоставља прескупом и проблематичном због географских нијанси. Због тога прибегавају различитим технологијама за производњу ЛНГ или ТНГ у течном облику.

Економичност и безбедност транспорта

Након што је гас у течном стању, он је већ у облику течности пумпан у посебне контејнере за транспорт морем, реком, друмом и/или железницом. Истовремено, технолошки, течење је прилично скуп процес са енергетске тачке гледишта.

У различитим постројењима ово заузима до 25% првобитне запремине горива. То јест, да би се произвела енергија потребна за технологију, потребно је сагорети до 1 тоне ЛНГ-а на сваке три тоне у готовом облику. Али природни гас је сада веома тражен, све се исплати.

У течном облику, метан (пропан-бутан) заузима 500-600 пута мање запремине него у гасовитом стању

Све док је природни гас у течном стању, није запаљив и није експлозиван. Тек након испаравања током регасификације, добијена гасна смеша је погодна за сагоревање у котловима и пећима за кување. Стога, ако се ЛНГ или ТНГ користе као угљоводоничко гориво, онда се морају поново гасити.

Употреба у разним областима

Најчешће се појмови „течни гас“ и „утечњавање гаса“ помињу у контексту транспорта угљоводоничног енергента. То јест, прво се извлачи плаво гориво, а затим се претвара у ТНГ или ЛНГ. Даље, добијена течност се транспортује и затим поново враћа у гасовито стање за одређену примену.

ТНГ (течни нафтни гас) је 95% или више мешавине пропан-бутана, а ЛНГ (течни природни гас) је 85–95% метана. То су сличне и истовремено радикално различите врсте горива.

ТНГ из пропан-бутана се углавном користи као:

• гориво за гасне моторе;
• гориво за убризгавање у резервоаре за гас аутономних система грејања;
• течности за пуњење упаљача и гасних боца капацитета од 200 мл до 50 литара.

ЛНГ се обично производи искључиво за транспорт на велике удаљености. Ако за складиштење ТНГ-а постоји довољан капацитет који може да издржи притисак од неколико атмосфера, онда су за течни метан потребни посебни криогени резервоари.

Опрема за складиштење ЛНГ-а је високотехнолошка и заузима много простора. Није исплативо користити такво гориво у путничким аутомобилима због високе цене цилиндара. ЛНГ камиони у виду појединачних експерименталних модела већ возе на путевима, али је мало вероватно да ће ово „течно“ гориво у блиској будућности наћи широку примену у сегменту путничких аутомобила.

Течни метан као гориво се сада све више користи у раду:

• железничке дизел локомотиве;
• морска пловила;
• речни транспорт.

Осим што се користе као носиоци енергије, ТНГ и ЛНГ се такође користе директно у течном облику у гасним и петрохемијским постројењима.Користе се за израду разних пластичних маса и других материјала на бази угљоводоника.

Особине и способности течног пропана, бутана и метана

Главна разлика између ТНГ-а и других врста горива је у могућности да брзо промени своје стање из течног у гасовито и обрнуто под одређеним спољним условима. Ови услови укључују температуру околине, унутрашњи притисак у резервоару и запремину супстанце. На пример, бутан се раствара под притиском од 1,6 МПа ако је температура ваздуха 20 ºС. Истовремено, његова тачка кључања је само -1 ºС, тако да ће у јаком мразу остати течна, чак и ако се отвори вентил цилиндра.

Пропан има већу густину енергије од бутана. Његова тачка кључања је -42 ºС, стога, чак иу тешким климатским условима, задржава способност брзог формирања гаса.

Тачка кључања метана је још нижа. Прелази у течно стање на -160 ºС. ЛНГ се практично не користи за домаће услове, међутим, за увоз или транспорт на велике удаљености, способност природног гаса да се течни на одређеној температури и притиску је од великог значаја.

превоз цистерном

Сваки течни угљоводонични гас има висок коефицијент експанзије. Дакле, у напуњеном цилиндру од 50 литара налази се 21 кг течног пропан-бутана. Када сва "течност" испари, формира се 11 кубних метара гасовите супстанце, што је еквивалентно 240 Мцал. Због тога се ова врста горива сматра једним од најефикаснијих и најисплативијих за аутономне системе грејања. Више о томе можете прочитати овде.

Приликом рада са угљоводоничним гасовима, треба узети у обзир њихову спору дифузију у атмосферу, као и њихову ниску запаљивост и границе експлозивности када су изложени ваздуху. Због тога се са таквим супстанцама мора правилно руковати, узимајући у обзир њихова својства и посебне безбедносне захтеве.

Табела имовине

Течни нафтни гас - како је бољи од других горива

Индустрија коришћења ТНГ-а је прилично широка, што је због његових термичких и физичких карактеристика и оперативних предности у односу на друге врсте горива.

Транспорт. Главни проблем испоруке конвенционалног гаса у насеља је потреба за полагањем гасовода чија дужина може достићи неколико хиљада километара. Превоз течног пропан-бутана не захтева изградњу сложених комуникација. За то се користе обични цилиндри или други резервоари, који се транспортују друмским, железничким или поморским транспортом на било коју удаљеност. С обзиром на високу енергетску ефикасност овог производа (један СПБ цилиндар може да кува оброке за породицу месец дана), предности су очигледне.

произведених ресурса. Намене коришћења течних угљоводоника су сличне намени коришћења магистралног гаса. То укључује: гасификацију приватних објеката и насеља, производњу електричне енергије путем гасних генератора, рад мотора возила, производњу производа хемијске индустрије.

Висока калорична вредност. Течни пропан, бутан и метан се врло брзо претварају у гасовиту материју чијим сагоревањем се ослобађа велика количина топлоте.За бутан - 10,8 Мцал / кг, за пропан - 10,9 Мцал / кг, за метан - 11,9 Мцал / кг. Ефикасност термичке опреме која ради на ТНГ је много већа од ефикасности уређаја који користе чврста горива као сировину.

Лакоћа подешавања. Снабдевање потрошача сировинама може се регулисати како у ручном тако иу аутоматском режиму. Да бисте то урадили, постоји читав низ уређаја одговорних за регулацију и сигурност рада течног гаса.

Високи октан. СПБ има октански број од 120, што га чини ефикаснијом сировином за моторе са унутрашњим сагоревањем од бензина. Када се као моторно гориво користи пропан-бутан, повећава се период ремонта мотора и смањује се потрошња мазива.

Смањење трошкова гасификације насеља. Врло често се ТНГ користи за елиминисање вршног оптерећења на главним системима за дистрибуцију гаса. Штавише, исплативије је инсталирати аутономни систем гасификације за удаљено насеље него повлачити мрежу цевовода. У поређењу са полагањем мрежног гаса, специфичне капиталне инвестиције се смањују за 2-3 пута. Иначе, више информација можете пронаћи овде, у одељку о аутономној гасификацији приватних објеката.

Хлађење гасом

У раду инсталација могу се користити системи за хлађење гасом различитих принципа. У индустријској имплементацији, постоје три главне методе течења:

• каскада - гас секвенцијално пролази кроз низ измењивача топлоте повезаних на системе за хлађење са различитим тачкама кључања расхладног средства. Као резултат, гас се кондензује и улази у резервоар за складиштење.
• мешани расхладни флуиди - гас улази у измењивач топлоте, тамо улази мешавина течних расхладних средстава са различитим тачкама кључања, који, кључајући, секвенцијално смањују температуру долазног гаса.
• турбо експанзија – разликује се од наведених метода по томе што се користи метода адијабатског ширења гаса. Оне. ако у класичним инсталацијама смањимо температуру због кључања расхладног средства и измењивача топлоте, онда се овде топлотна енергија гаса троши на рад турбине. За метан су коришћене инсталације на бази турбо експандера.

амерички гас

САД нису само дом смањене технологије производње гаса, већ и највећи произвођач ЛНГ-а из сопствене сировине. Стога, када је администрација Доналда Трампа изнела амбициозни програм Енергетски план – Америка прва са циљем да земља постане главна енергетска сила у свету, сви играчи на глобалној гасној платформи треба да слушају ово.

Овакав политички заокрет у САД није био велико изненађење. Став америчких републиканаца о угљоводоницима је јасан и једноставан. Ово је јефтина енергија.

Прогнозе за амерички извоз ЛНГ су различите. Највећа интрига у трговинским "гасним" одлукама развија се у земљама ЕУ. Пред нама се отвара слика најјаче конкуренције између руског „класичног“ гаса преко Северног тока 2 и америчког увозног ЛНГ. Многе европске земље, укључујући Француску и Немачку, виде тренутну ситуацију као одличну прилику за диверсификацију извора гаса у Европи.

Што се тиче азијског тржишта, трговински рат између САД и Кине довео је до потпуног одбијања кинеских енергетичара да увезу амерички ЛНГ.Овај потез отвара огромне могућности за дуготрајно и у огромним количинама снабдевање Кине руским гасом гасоводима.

Предности течног гаса

Октански број

Октански број гасног горива је већи од бензина, тако да је отпорност на ударце течног гаса већа чак и од најквалитетнијег бензина. Ово омогућава већу економичност горива у мотору са већим степеном компресије. Просечан октански број течног гаса - 105 - је недостижан за било коју марку бензина. Истовремено, брзина сагоревања гаса је нешто нижа од оне код бензина. Ово смањује оптерећење на зидовима цилиндара, клипној групи и радилици и омогућава да мотор ради глатко и тихо.

Дифузија

Гас се лако меша са ваздухом и равномерније пуни цилиндре хомогеном смешом, тако да мотор ради углађеније и тише. Смеша гаса у потпуности сагорева, тако да нема наслага угљеника на клиповима, вентилима и свећицама. Гасно гориво не испире уљни филм са зидова цилиндра, а такође се не меша са уљем у кућишту радилице, чиме се не нарушавају својства подмазивања уља. Као резултат тога, цилиндри и клипови се мање троше.

Притисак у резервоару

ТНГ се разликује од осталих горива за аутомобиле присуством парне фазе изнад површине течне фазе. У процесу пуњења цилиндра, прве порције течног гаса брзо испаравају и испуњавају целу запремину. Притисак у цилиндру зависи од притиска засићене паре, који опет зависи од температуре течне фазе и процента пропана и бутана у њој. Притисак засићене паре карактерише испарљивост ХОС-а.Испарљивост пропана је већа од оне бутана, па је његов притисак на ниским температурама много већи.

Издувавање

Приликом сагоревања ослобађа се мање угљеникових и азотних оксида и несагорелих угљоводоника од бензина или дизел горива, без ослобађања ароматичних угљоводоника или сумпор-диоксида.

нечистоће

Висококвалитетно гасно гориво не садржи хемијске нечистоће као што су сумпор, олово, алкалије које појачавају корозивна својства горива и уништавају делове коморе за сагоревање, система за убризгавање, ламбда сонде (сензор који одређује количину кисеоника у гориву). смеша), издувни гасови катализатора.

Процес производње

Сировина за производњу је природни гас и расхладно средство.

Постоје две технологије за производњу ЛНГ:

• отворени циклус;
• циклус експанзије азота.

Технологија отвореног циклуса користи притисак гаса да генерише енергију потребну за хлађење. Метан који пролази кроз турбине се хлади и шири, а излаз је течност. Ово је једноставан метод, али има један значајан недостатак - само 15% метана је у течном стању, а остатак, не добија довољно притиска, напушта систем.

Технологије производње ЛНГ

Ако у близини постројења постоје директни потрошачи гаса, онда се ова технологија може безбедно користити, јер је јефтинија - минимална количина електричне енергије се троши на процес производње. Резултат је нижа цена финалног производа. Али ако нема потрошача, онда није економски изводљиво користити овај метод - велики губици сировине.

Технологија производње помоћу азота:

• у затвореном кругу који садржи турбине и компресоре, азот стално циркулише;
• након што се азот охлади, шаље се у измењивач топлоте, где се метан испоручује паралелно;
• гас се хлади и течни;
• азот се шаље у компресор и турбину на хлађење и пролазак кроз следећи циклус.

Мембранска технологија одвајања гаса

Предности ове технологије:

• 100% коришћење сировина;
• компактност опреме и једноставност њеног рада;
• висока поузданост и сигурност.

Постоји само један недостатак - велика потрошња електричне енергије (до 0,5 кВ / х се троши на сваки 1 нм3 / х готових производа), што значајно повећава трошкове.

Дијаграм распореда азотних постројења

Пречишћавање и течност гаса

У суштини, течност природног гаса је процес пречишћавања и хлађења. Само потребна температура је минус 161 степен Целзијуса.

Да би се постигао овај ред температура користи се ефекат Џоула Томпсона (промена температуре гаса при адијабатском пригушивању – споро струјање гаса под дејством константног пада притиска кроз пригушницу). Уз његову помоћ, температура пречишћеног гаса пада на вредност на којој се метан кондензује. (напомена захтева појашњење)

Постројење за течење мора имати одвојене линије за третман расхладног средства и линије за опоравак. Штавише, појединачне фракције гаса које долазе са поља (пропан, етан, метан) могу деловати као расхладно средство у различитим фазама хлађења.

Дебутанизација је део процеса дестилације сировина у фракције, при чему се одвајају фракције чија је температура кондензације виша, што омогућава пречишћавање финалног производа од нежељених примеса.Сваки производ кондензације се чува као вредан нуспроизвод за извоз.

Кондензат се такође додаје коначном производу.Стабилизатори, који смањују притисак паре кондензатног горива, чинећи га погоднијим за складиштење и транспорт. Они такође омогућавају да се процес преласка метана из течног стања назад у гас (регасификација) учини подеснијим и јефтинијим за крајњег корисника.

Како добити

ЛНГ се производи из природног гаса компресијом након чега следи хлађење. Када је течни, природни гас се смањује у запремини за око 600 пута. Процес утечњавања се одвија у фазама, у свакој од којих се гас компресује 5-12 пута, затим се хлади и преноси у следећу фазу. Стварно течење се дешава током хлађења након последње фазе компресије. Процес укапљивања стога захтева значајну потрошњу енергије[извор није наведен 715 дана] од 8 до 10% његове количине садржане у течном гасу.

У процесу утечњавања користе се разне врсте инсталација - пригушница, турбо-екпандер, турбина-вортекс итд.

Изградња фабрике ЛНГ

Типично, ЛНГ постројење се састоји од:

• постројења за предтретман и течност гаса;
• ЛНГ производне линије;
• резервоари за складиштење;
• опрема за утовар танкера;
• додатне услуге за снабдевање постројења струјом и водом за хлађење.

Технологија течења

Процеси течења великих ЛНГ постројења:

• АП-Ц3МРТМ - Аир Продуцтс & Цхемицалс, Инц. (АПЦИ)
• АП-Кс - Аир Продуцтс & Цхемицалс, Инц. (АПЦИ)
• #АП-СМР (Сингле Микед Рефригерант) - Аир Продуцтс & Цхемицалс, Инц. (АПЦИ)
• Цасцаде-ЦоноцоПхиллипс
• МФЦ (мешовита каскада флуида) - Линде
• ПРИЦО (СМР) - Блацк & Веатцх
• ДМР (двоструко мешано расхладно средство)
• Ликуефин-Аир течност

ЛНГ и инвестиције

Висок метални интензитет, сложеност технолошког процеса, потреба за озбиљним капиталним улагањима, као и трајање свих процеса везаних за стварање инфраструктурних објеката ове врсте: оправданост улагања, тендерске процедуре, привлачење позајмљених средстава и инвеститора, пројектовање и изградња, што је обично повезано са озбиљним логистичким потешкоћама, — стварају препреке за раст производње у овој области.

У неким случајевима, мобилна постројења за течење могу бити добра опција. Међутим, њихове вршне перформансе су веома скромне, а потрошња енергије по јединици гаса је већа него код стационарних решења. Поред тога, сам хемијски састав гаса може постати непремостива препрека.

Да би се смањили ризици и обезбедио повраћај улагања, израђују се планови за рад постројења за 20 година унапред. А одлука о развоју поља често зависи од тога да ли је дато подручје у стању да снабдева гасом у дужем временском периоду.

Постројења се развијају за одређену локацију и техничке услове, који су у великој мери детерминисани саставом улазне гасне сировине. Сама биљка је организована по принципу црне кутије. На улазу сировина, на излазу производа, што захтева минимално учешће особља у процесу.

Састав опреме градилишта, њена количина, капацитет, редослед поступака који су потребни за припрему мешавине гаса за утечњавање развијају се за свако конкретно постројење у складу са захтевима Купца и потрошача производа.