Как и защо се втечнява газът: технология на производство и сфера на използване на втечнения газ

Технологиите, свързани с добива, транспортирането и преработката на природен газ, се развиват с бързи темпове. И много хора днес са чували съкращенията СПГ (LPG) и СУГ (LNG). Почти всеки ден в новините в един или друг контекст се споменава природно газово гориво.

Но, съгласете се, за да имате ясно разбиране за случващото се, е важно отначало да разберете как се втечнява газът, защо се прави и каква полза носи или не носи. А нюанси по този въпрос съществуват в изобилие.

За да се произведе втечняване на газообразни въглеводороди, се строят големи високотехнологични заводи. По-нататък ние внимателно ще разберем: за какво е необходимо всичко това и как става.

Защо втечняват природния газ?

От недрата на земята синьото гориво се добива под формата на смес от метан, етан, пропан, бутан, хелий, азот, сероводород и други газове, както и различни техни производни.

Част от тях се използва в химическата промишленост, а част се изгаря в котли или турбини за генериране на топлинна и електрическа енергия. Плюс това, известен обем от добитото се използва като газомоторно гориво.

Изчисленията на газовиците показват, че ако синьото гориво трябва да се достави на разстояние от 2500 km и повече, то в втечнен вид често е по-изгодно да се прави това, отколкото по тръбопроводен начин.

Основната причина за втечняване на природния газ е опростяване на неговия превоз на дълги разстояния. Ако потребителят и сондажът за добив на газово гориво се намират на сушата близо един до друг, то е по-лесно и по-изгодно да се прокара тръба между тях. Но в редица случаи изграждането на магистрала се оказва твърде скъпо и проблематично поради географски нюанси. Затова се прибягва до различни технологии за получаване на СПГ или СУГ в течно състояние.

Икономика и безопасност на превозите

След като газът бъде втечнен, той вече в течна форма се нагнетява в специални съдове за превоз по море, река, с автомобилен и/или железопътен транспорт. При това технологично втечняването е доста скъп от енергийна гледна точка процес.

В различни заводи за това отиват до 25% от първоначалния обем гориво. Тоест за изработване на необходимата по технология енергия се налага да се изгаря до 1 тон СПГ на всеки негови три тона в готов вид. Но природният газ в момента е силно търсен, всичко се изплаща.

Във втечнен вид метанът (пропан-бутан) заема 500–600 пъти по-малък обем, отколкото в газообразно състояние

Докато природният газ е в течно състояние, той не е горим и е взривобезопасен. Едва след изпаряване в хода на регазификация, получената газова смес се оказва подходяща за изгаряне в котли и готварски печки. Затова, ако СПГ или СУГ се използват като въглеводородно гориво, те задължително трябва да бъдат регазифицирани.

Използване в различни сфери

Най-често термините «втечнен газ» и «втечняване на газ» се споменават в контекста на транспортиране на въглеводороден енергоносител. Тоест първо става добивът на синьо гориво, а след това неговото преобразуване в СУГ или СПГ. След това получената течност се транспортира и после отново се връща в газообразно състояние за едно или друго приложение.

СУГ (втечнен въглеводороден газ) на 95% и повече се състои от пропан-бутанова смес, а СПГ (втечнен природен газ) на 85–95% от метан. Това са сходни и едновременно коренно различни видове гориво.

СУГ от пропан-бутан основно се използва като:

• газомоторно гориво;
• гориво за пълнене в газхолдери на автономни отоплителни системи;
• течности за зареждане на запалки и газови бутилки с вместимост от 200 мл до 50 л.

СПГ обикновено се произвежда изключително за транспортиране на дълги разстояния. Ако за съхранение на СУГ е достатъчен съд, способен да издържи налягане от няколко атмосфери, то за втечнения метан са необходими специални криогенни резервоари.

Оборудването за съхранение на СПГ се отличава с висока технологичност и заема много място. Използването на такова гориво в леки автомобили не е изгодно поради скъпотията на бутилките. Камионите на СПГ под формата на единични експериментални модели вече се движат по пътищата, но в сегмента на леките автомобили това «течно» гориво едва ли в близко бъдеще ще намери широко приложение.

Втечненият метан като гориво сега все по-често се използва при експлоатацията на:

• железопътни тепловози;
• морски кораби;
• речен транспорт.

Освен използването като енергоносител, LPG и LNG също се прилагат директно в течен вид в газо-нефтохимическите заводи. От тях се правят различни пластмаси и други материали на въглеводородна основа.

Технологии за получаване на СУГ и СПГ

За да се преведе метанът от газообразно състояние в течно, той трябва да се охлади до -163 °С. А пропан-бутанът се втечнява още при -40 °С. Съответно технологиите и разходите и в двата случая се различават значително.

Един литър СПГ е равен приблизително на 1,38 куб. м изходен природен газ (тази цифра зависи от температурата и налягането), намалението в обема е от порядъка на 620 пъти

За втечняване на природен газ се използват следните технологии от различни фирми:

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

В основата на всички тях лежат процеси на компресиране и/или топлообмен. Операцията по втечняване се извършва в завода на няколко етапа, по време на които газът постепенно се компресира и охлажда до температурата на преминаване в течна фаза.

Подготовка на газовата смес

Преди да започне втечняването на суровия природен газ, от него трябва да се премахнат водата, хелият, водородът, азотът, серните съединения и други примеси. За това обикновено се прилага адсорбционна технология за дълбоко пречистване на газовата смес чрез преминаването ѝ през молекулярни сита.

След това се извършва вторият етап на подготовка на суровината, по време на който се отстраняват тежките въглеводороди. В крайна сметка в газа остават само етан и метан (или пропан и бутан) с обем на примесите под 5%, за да може тази фракция да започне да се охлажда и втечнява.

Първичната подготовка с отстраняване от природния газ на всичко ненужно се извършва, за да се защити хладилното оборудване от агресивното въздействие на водата, въглеродния диоксид, серните съединения и т.н.

Фракционирането позволява да се отстранят вредните примеси и да се отдели само основният газ за последващо втечняване. При налягане от 1 атм температурата на преминаване в течно състояние при метана е -163 °C, при етана -88 °C, при пропана -42 °C, а при бутана -0,5 °C.

Точно тези температурни разлики обясняват причината, защо се разделят на фракции и едва след това се втечнява газът, постъпващ в завода. Единна технология за втечняване за всички видове газообразни въглеводородни съединения не съществува. За всеки от тях се налага да се изгради и приложи своя технологична линия.

Основен процес на втечняване

Основа за превръщането на газа в течно състояние е хладилният цикъл, по време на който чрез един или друг хладилен агент топлината се пренася от среда с ниска температура към среда с по-висока. Този процес е многостъпален и изисква наличието на мощни компресори за разширяване/компресиране на топлоносителя и топлообменници.

Технологиите за компресиране са високотехнологични, енергоемки и скъпи, но за един цикъл те позволяват газът да се компресира веднага от 5 до 12 пъти.

Като хладилен агент на различните етапи на втечняване се прилагат:

• пропан;
• метан;
• етан;
• азот;
• вода (морска и пречистена);
• въздух.

Например, за първично охлаждане на природния газ в «Ямал-СПГ» на Новатек се използва прохладен арктически въздух, който позволява да се понижи температурата на суровината с минимални разходи веднага до +10 °C. А в горещите летни месеци вместо него е предвидено използването на морска вода от Северния ледовит океан, която независимо от времето на годината на дълбочина има постоянни 3–4 °C.

При това като краен хладилен агент в Ямал използват азот, получен директно на място от въздуха. В резултат на това Арктика предоставя всичко необходимо за получаване на ВПГ – от изходния природен газ до използваните в процеса на втечняване работни агенти.

Пропан се втечнява по аналогична на метана схема. Само че температурите на охлаждане са му необходими много по-ниски – минус 42 °C срещу минус 163 °C. Затова втечняването на газ за газхолдери струва в пъти по-евтино, но самият получаван пропан-бутанов СУГ е по-слабо търсен на пазара.

Транспортиране и съхранение

Практически целият обем ВПГ се превозва от едрогабаритни морски танкери-газовози от единия бряг до другия. Транспортирането по суша е ограничено от необходимостта да се поддържа температурата на „синьото течно гориво“ на стойности около -160 °C, иначе метанът започва да преминава в газово състояние и става взривоопасен.

За превоз на СУГ се използват бутилки 5–50 литра с налягане вътре до 1,5–2 MPa и по-големи резервоари-цистерни, проектирани за 5–17 MPa.

Налягането в съда с ВПГ е близко до атмосферното. Обаче, ако температурата на течния метан се повиши над -160 °C, той ще започне да се превръща от течност в газ. В резултат налягането в съда ще започне да се покачва, което представлява сериозна опасност. Затова танкерите за превоз на ВПГ се оборудват с инсталации за поддържане на ниски температури и мощен слой топлоизолатор.

СУГ се регазифицира в газ директно в газхолдера. А регазификацията на ВПГ се извършва на специални промишлени инсталации без достъп на кислород. По физика течният метан при положителна температура постепенно се превръща в газ. Обаче ако това се случва директно на въздуха извън специални условия, то такъв процес ще доведе до експлозия.

След като природният газ под формата на ВПГ се втечни в завода, той се превозва, а после отново в завода (само регазификационен) се превръща обратно в газообразно състояние за по-нататъшно използване.

Перспективи на втечнения водород

Освен директното втечняване и използване в такъв вид от природния газ може да се получи още един енергоносител – водород. Метанът е СН₄, пропанът е С₃Н₈, а бутанът е С₄Н₁₀.

Водородната съставка присъства във всички тези изкопаеми горива, трябва само да се отдели тя.

Главните предимства на водорода – екологичност и широка разпространеност в природата, но високата цена на неговото втечняване и загубите от постоянното изпаряване свеждат практически до нула тези плюсове.

За да се премине водород от газообразно състояние в течност, той трябва да се охлади до -253 °C. За това се използват многостепенни системи за охлаждане и инсталации за „сгъстяване/разширяване“. Засега подобни технологии са твърде скъпи, но се работи по тяхното поевтиняване.

Препоръчваме ви също да прочетете друга наша статия, в която подробно разказахме как да направите водороден генератор за дома със собствените си ръце. Подробно – отидете на линка.

Освен това, за разлика от LPG и LNG, втечненият водород е много по-взривоопасен. Най-малкото му изтичане във връзка с кислорода образува газово-въздушна смес, която се възпламенява от най-малката искра. А съхранението на течен водород е възможно само в специални криогенни контейнери. Недостатъците на водородното гориво засега са твърде много.

Изводи и полезно видео по темата

Как се произвежда втечнен газ и защо се втечнява:

Всичко за втечнените газове:

Съществуват няколко технологии за втечняване на газове. За метана те са едни, а за пропан-бутана – други. При това LPG се получава по-евтино, а транспортирането/съхранението му е по-лесно и по-безопасно. Получаването на метанов LNG е по-скъп и сложен процес. Плюс регазификацията му изисква специализирано оборудване. При това метанът е по-търсен днес на пазара, поради което го втечняват в много по-големи обеми.

Имате ли уточняващи въпроси или свое експертно мнение по темата за втечняване на газ? Може би имате какво да добавите към гореизложеното. Не се колебайте, питайте и/или коментирайте статията в разположения по-долу блок.