Что такое сжиженный природный газ (СПГ). Что такое спг в газовой отрасли

Помимо прямого сжижения и использования в таком виде, природный газ также может быть использован для производства водорода, еще одного энергоносителя. Метан — это ч.₄, пропан c₃н₈бутан — это c₄н₁₀н.

Как и зачем сжижают газ: технология производства и сфера использования сжиженного газа

Технологии, связанные с добычей, транспортировкой и переработкой газа, развиваются стремительно. И многие сегодня знакомы с аббревиатурами сжиженный природный газ (LPG) и сжиженный природный газ (LNG). Почти каждый день природный газ в той или иной форме упоминается в новостях.

Однако мы считаем, что для ясного понимания происходящего важно сначала понять, как сжижается природный газ. Существует множество оттенков этой темы.

Для сжижения углеводородов производятся крупные высокотехнологичные установки. Давайте рассмотрим подробнее, что это такое и как это работает.

Зачем сжижают природный газ?

Голубое топливо добывается из земли в виде смеси метана, этана, пропана, бутана, соляра, азота, водорода, других газов и их различных производных.

Некоторые из них используются в химической промышленности, а некоторые сжигаются в котлах или турбинах для производства тепла и электроэнергии. Кроме того, часть экспортируемого газа используется в качестве моторного топлива.

Расчеты газовых компаний показывают, что там, где голубое топливо нужно транспортировать на расстояние более 2500 км, зачастую выгоднее перевести его в жидкое состояние, чем в трубопроводное.

Основная причина использования сжиженного газа — облегчение транспортировки на большие расстояния. Там, где потребители и скважины для добычи топлива находятся не очень далеко от земли, проще и выгоднее проложить между ними трубопроводы. В некоторых случаях, из-за географических сложностей, строительство магистрального трубопровода может быть очень дорогим и проблематичным. По этой причине для получения сжиженного природного газа или газа в жидкой форме используются различные процессы.

Экономика и безопасность перевозок

После сжижения газа его в жидком виде направляют из специальных емкостей в специальные контейнеры для транспортировки морским, речным, автомобильным и/или железнодорожным транспортом. С технической точки зрения, сжижение — это довольно дорогой энергетический процесс.

На различных нефтеперерабатывающих заводах он составляет до 25% от первоначального объема топлива. Другими словами, на каждые три тонны сжиженного природного газа необходимо кремировать до одной тонны сжиженного природного газа для получения необходимой энергии. Однако природный газ в настоящее время пользуется большим спросом, он работает.

Метан (пропан — бутан) в сжиженном виде занимает в 500-600 раз больший объем, чем газ.

Как жидкость, газ является невоспламеняющимся и взрывоопасным. Только после испарения при объединении полученная газовая смесь пригодна для котлов и кухонь. Поэтому СПГ или СНГ должны быть воссоединены, если они будут использоваться в качестве углеводородного топлива.

Использование в различных сферах

В большинстве случаев термины «сжиженный газ» и «сжижение» приводятся в контексте передачи энергетических углеводородных носителей. Это означает, что голубое топливо сначала производится, а затем преобразуется в сжиженный газ или сжиженный природный газ. Полученная жидкость переводится обратно в газ для различных применений.

Сжиженный газ представляет собой смесь из 95% или более пропан-бутана, в то время как сжиженный природный газ на 85-95% состоит из метана. Это похожие и в то же время принципиально разные виды топлива.

СУГ из пропан-бутана в основном используется для следующих целей.

• газомоторного топлива;
• горючего для закачки в газгольдеры автономных систем отопления;
• жидкостей для заправки зажигалок и газовых баллонов емкостью от 200 мл до 50 л.

СПГ обычно производится только на больших расстояниях. Сжиженный газ можно хранить в резервуарах, выдерживающих определенное атмосферное давление, но сжиженный метан требует специальных криогенных резервуаров.

Технологии получения СУГ и СПГ

Чтобы превратить метан из газа в жидкость, его необходимо охладить до -163°C. Пропан — бутан, с другой стороны, сжижается при температуре -40°C. Следовательно, технология и затраты в обоих случаях сильно отличаются.

Сжижение природного газа эквивалентно примерно 1,38 кубическим метрам сырого газа (это число зависит от температуры и давления), при этом объем уменьшается примерно в 620 раз!

Для сжижения природного газа различными компаниями используются следующие технологии.

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimized Cascade;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL и др.

Все они основаны на процедурах сжатия и/или теплообмена. Сжижение происходит в установках на разных стадиях, где газ постепенно стравливается и охлаждается до температуры движения жидкой фазы.

Подготовка газовой смеси

Перед сжижением из природного газа должны быть удалены вода, солярка, водород, азот, соединения серы и другие примеси. Обычно это делается с помощью методов более глубокой очистки газовой смеси путем пересечения ее с молекулярным ситом.

Далее следует второй этап подготовки сырья, из которого удаляются более тяжелые углеводороды. В результате остаются только этнан и метан (или пропан и бутан) с менее чем 5% примесей газа, и эта фракция может быть охлаждена и сжижена.

Первичная обработка осуществляется путем удаления из природного газа всех нежелательных компонентов для защиты хладагента от агрессивного воздействия воды, карбоновых кислот и сернистых соединений.

Расщепление освобождает его от вредных примесей и позволяет отделить только основные газы для последующего сжижения. 1 ATM метан имеет температуру перехода в жидкое состояние -163°C, этин -88°C, пропан -42°C и бутан -0,5°C.

Эти температурные различия объясняют, почему газ разделяется на фракции и впоследствии сжижается на заводах. Не существует единой технологии сжижения для всех типов углеводородных газов. Для каждого из них должны быть изготовлены и использованы отдельные технологические линии.

Основной процесс сжижения

В основе сжижения газа лежит цикл хладагента, который переносит тепло из низкотемпературной среды в высокотемпературную с помощью одного или другого хладагента. Процедура многогранна и требует мощных компрессоров для расширения/сжатия охлаждающей жидкости и теплообменника.

Технология сжатия очень сложная, энергоэффективная и дорогая, но позволяет сжимать газ 5-12 раз за один раз.

На разных стадиях процесса сжижения в качестве охладителей используются различные вещества.

• пропан;
• метан;
• этан;
• азот;
• вода (морская и очищенная);
• воздух.

Например, на «Ямал СПГ» компании «Новатэк» для первичного охлаждения природного газа используется холодный арктический воздух, что позволяет снизить температуру сырья до +10°C при минимальных затратах. Морская вода также используется в Северном Ледовитом океане в жаркие летние месяцы. Северный Ледовитый океан имеет постоянную глубину 3-4 °C независимо от года.

Резервуары для сжиженного природного газа имеют двойные стенки, содержащие систему изоляции с криогенной жидкостью. Баки изготавливаются из металлов и сплавов с низким коэффициентом теплового расширения.

Температура сжиженного газа

СПГ является криогенной жидкостью из-за своей очень низкой температуры. Вещества с температурой ниже -100°C (-48°F) обычно считаются криогенными и требуют специальных методов обработки. Для сравнения, самая низкая температура, зафиксированная на Земле, составляет -89,2°C (Антарктида), а в населенных пунктах -77,8°C (село Оймякон, Якутия). Чрезвычайно низкие температуры сжиженного природного газа означают, что контакт со сжиженным природным газом может привести к изменению свойств материалов, с которыми он контактирует, делая их хрупкими и потенциально теряющими прочность и функциональность. Поэтому в промышленности сжиженного природного газа используются специальные материалы и технологии.

Нефть и природный газ являются ископаемым топливом, известным как «углеводороды». Это объясняется тем, что они содержат химическую комбинацию атомов углерода и водорода. Химический состав природного газа зависит от места его добычи и способа переработки. Сжиженный природный газ представляет собой смесь метана, этана, пропана, бутана и небольшого количества тяжелых углеводородов, а также некоторых примесей, в основном соединений азота и серы, воды, диоксида углерода и сероводорода, которые могут присутствовать в природном газе, но должны быть получены из него. От разжижения. Метан является наиболее важным компонентом, обычно, но не всегда, превышающим 85% по объему.

Плотность сжиженного газа

Поскольку сжиженный природный газ является своего рода смесью, плотность сжиженного природного газа немного варьируется в зависимости от его фактического состава. Плотность сжиженного природного газа обычно составляет от 430 до 470 килограммов на кубический метр, что составляет примерно 1/600 часть объема природного газа при атмосферных условиях. Это делает его примерно на одну треть легче воздуха. Еще одним следствием этих событий является то, что СПГ имеет меньшую плотность, чем вода. Это позволяет СПГ оставаться на поверхности в случае утечки и довольно быстро возвращаться в парообразное состояние.

Сжиженный природный газ не имеет запаха, цвета, не вызывает коррозии, не воспламеняется и не токсичен. СПГ хранится и транспортируется под атмосферным давлением (без высокого давления) при очень низких температурах. При попадании в окружающую среду СПГ быстро испаряется, не оставляя следов в воде или на земле.

Сжиженный природный газ не взрывается и не воспламеняется в жидком состоянии. По мере испарения газ может вступать в контакт с источниками горения, что может привести к воспламенению газа, если концентрация паров в воздухе составляет от 5 до 15%. Если концентрация паров газа ниже 5%, то паров недостаточно для возникновения пожара; если она превышает 15%, то в окружающей среде недостаточно кислорода.

Преимущества сжиженного природного газа

1. В процессе сжижения плотность газа увеличивается в сотни раз, что повышает эффективность и удобство хранения, а также транспортировки и потребления энергоносителя.
2. Сжиженный природный газ – нетоксичная криогенная жидкость, хранение которой осуществляется в теплоизолированной емкости при температуре –162°С. Большие объемы СПГ возможно хранить в специальных наземных резервуарах при атмосферном давлении.
3. Возможность межконтинентальных перевозок СПГ специальными танкерами-газовозами, а также перевозка железнодорожным и автомобильным видами транспорта в цистернах.
4. Сжиженный природный газ дает возможность газификации объектов, удаленных от магистральных трубопроводов на большие расстояния, путем создания резерва СПГ непосредственно у потребителя, избегая строительства дорогостоящих трубопроводных систем.

С точки зрения потребителя, преимущество СПГ, исходя из его состава и физических свойств, заключается в том, что он является не только источником сухого природного газа, транспортируемого по трубопроводам, но и источником жидких углеводородов (широкая часть легких углеводородов). -этан, пропан, бутан и пентан), которые входят в состав СПГ и отделяются от него в процессе газификации. Эти углеводороды используются как сырье для производства нефтехимической продукции и как источник экологически чистого топлива для различных видов транспорта (и бытового использования). В процессе регазификации терминалы СПГ отделяют C₂+ или C₃+. Возможность транспортировки сжиженного природного газа не только выгодна потребителям, но и решает проблемы производителей при транспортировке сжиженного природного газа с газовых месторождений.

Сжиженный природный газ — это безопасное и экологически чистое топливо, обладающее высокой энергией и высоким октановым числом. Потребительские цены на сжиженный природный газ ниже, чем на сжиженный нефтяной газ, мазут и тем более дизельное топливо.

При теплообмене в криогенных пространствах увеличение разницы температур между токами всего на 0,5ºС может привести к дополнительному потреблению электроэнергии в 2-5 кВт на каждые 100 000 м3 сжатого газа.

Химический состав сжиженного природного газа

В отличие от природного газа, СПГ производится из уже подготовленного сырья и не содержит нежелательных примесей или воды.

Основным компонентом сжиженного природного газа является метан (85-95%). Другие низшие алканы (этан, пропан, бутан) и иногда неорганические газы (в основном азот) составляют оставшиеся 5-15%.

Хранение СПГ

Для хранения сжиженного природного газа используются специальные резервуары. Сжиженный природный газ может находиться на поверхности или под землей. Подземные резервуары имеют цилиндрическую форму и выпуклую крышу. Поверхность имеет цилиндрическую или сферическую форму.

Резервуары для сжиженного природного газа имеют двойные стенки, содержащие систему изоляции с криогенной жидкостью. Баки изготавливаются из металлов и сплавов с низким коэффициентом теплового расширения.

Вокруг резервуаров строятся дамбы и насыпи, чтобы уменьшить возможные утечки во время хранения. Для подземных резервуаров на земле имеется специальный лагвол и непроницаемый промежуточный слой.

Подземные резервуары для хранения сжиженного нефтяного газа считаются более безопасными. Это особенно актуально для сейсмически активных районов. Однако стоимость строительства подземных резервуаров выше, чем аналогичных наземных резервуаров. Поэтому большинство резервуаров для хранения сжиженного природного газа — наземного типа, в строгом соответствии с правилами безопасности.

Транспортировка СПГ

Сжиженный природный газ транспортируется в специальных изотермических цистернах, установленных на судах и наземных транспортных средствах.

Для морских перевозок используются специальные газотранспортные рефрижераторы (СПГ-танкеры). Это суда с несколькими отдельными криогенными резервуарами, разделенными жесткой изоляционной пеной, предназначенные для транспортировки сжиженного природного газа при атмосферном давлении и температуре -162,5°C. Сжиженный природный газ также транспортируется по суше, специализированными танкерами и по железной дороге.

Сжиженный газ транспортируется на регазификационные заводы. Газифицированный СПГ транспортируется к конечным потребителям по трубопроводам.

Бутан дешевле пропана. При сгорании в реакции участвуют четыре атома углерода и десять атомов водорода, что указывает на высокую теплотворную способность. Однако пары бутана обладают низкой эластичностью, что препятствует их использованию при отрицательных температурах.

Сжиженный природный газ в России

Первые попытки производства сжатого природного газа на одном заводе были предприняты в начале 20-го века. В 1917 году эксперты приобрели на одном из заводов в США сжиженный природный газ, который принципиально отличался от природного газа. К сожалению, в то время не были разработаны технические решения для осуществления транспортировки жидкостей. Этот факт привел к тому, что развитие индустриальных парков остановилось. Первый отечественный завод по производству сжиженного природного газа был построен в 2006 году. Строительство этого завода было обусловлено реализацией проекта «Сахалин-2». Газпром стремится к модернизации Группы и старается утвердиться в качестве ведущей энергетической компании, работающей на мировом рынке. Три года спустя, в 2009 году, он открыл второй завод в Ямалоненецком автономном округе. Этот завод принадлежит корпорации «Новатэк». В ближайшем будущем в рамках проекта «Арктик СПГ» будет построен еще один завод на Няхартинском газовом месторождении. Сжатый газ транспортируется по территории России по

• по морским путям танкерами
• при помощи автомобилей, которые предназначены для перевозки газа в цистернах
• железнодорожный транспорт при помощи криоцистерн.

На месте назначения материал снова газифицируется. То есть жидкость снова превращается в газ и отправляется потребителю по системе газопроводов. Среди основных потребителей российского газа — Япония, Южная Корея, Бельгия, Испания и Франция.

Применение СПГ

Сжиженный природный газ используется так же, как и природный газ. Основные области применения следующие.

• производство тепла и электричества
• топливо для машин и оборудования
• бытовые нужды.

за счет использования сжиженного природного газа в качестве энергоносителя.

• обеспечение газом удаленных объектов
• уменьшение издержек, которые связанны с газификацией, в результате отказа от разработки, постройки и обслуживания некоторой части объектов газоснабжения
• уменьшение объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, к примеру, вследствие замены каменного угля или мазута природным газом
• уменьшение расходов на энергоносители
• комплексная система получения тепловой и электроэнергии.

Благодаря своим высоким энергетическим свойствам и высокому октановому числу СПГ используется не только для газификации населенных пунктов и промышленных объектов, но и в качестве топлива для различных видов транспорта. Особенности природного газа:.