газ в жидкой форме
Как и зачем сжижается газ
Основным свойством газообразного агрегатного состояния вещества является то, что оно занимает весь предоставленный объем. Газ равномерно распространяется по предоставленной ему емкости. Это характерно и для природного газа — метана. Однако все газы могут переходить и в жидкое состояние, что делает работу с ними намного более удобной.
Два способа получения сжиженного газа
Газ можно превратить в жидкость двумя способами:
Все газы конденсируются в жидкость естественным образом, когда его температура понижается ниже температуры кипения. Однако из-за того, что эти температуры часто очень низкие, требующие больших усилий для их создания и поддержания, чаще используется метод создания высокого давления. Когда газ искусственно сжимается большим давлением, он тоже может принять жидкую форму. Однако это справедливо не для всех веществ.
Технология получения жидких газов
Первыми газами, которые научными методами были превращены в жидкости, стали:
Этого удалось достичь именно повышением давления, температура во время процедуры оставалась комнатной. Следующими сжиженными таким образом газами стали:
Преимущества сжиженного газа
Преобразование газов в жидкую форму помогло решить проблему транспортировки и хранения газов. Хранить жидкости удобнее, чем газы, поскольку для этого не требуется полностью герметичных помещений. Существенно уменьшается и занимаемый объем: для метана он сокращается в 600 раз.
Сжиженный газ легче доставлять и заправлять, особенно это касается пропана, бутана, их смеси, а также углекислого газа. Подробнее о том, как происходит заправка углекислотных баллонов, можно узнать на этой странице сайта «ТОРГГАЗ».
Преимущество пропана и бутана
Эти проблемы обошли стороной пропан, бутан и их смесь. Эти газы сжижаются простым методом повышения давления. Дополнительным их преимуществом является и то, что они могут находиться в емкости одновременно в жидком и газообразном состоянии: газообразная составляющая подается в газовое оборудование, жидкая часть постепенно испаряется по мере уменьшения давления, вызванного расходом газа. Благодаря этому для хранения пропан-бутановой смеси достаточно баллонов, способных выдержать большие внутренние нагрузки.
Сжиженный природный газ (СПГ), технологии сжижения
Это природный газ, искусственно сжиженный путем охлаждения до −160 °C
Перевод 1 тонны СПГ в кубометры (м 3 ).
Поэтому, в зависимости от компонентного состава изменяется и количество м 3 газа при переводе из тонн.
Процесс сжижения идет ступенями, на каждой из которых газ сжимается в 5-12 раз, затем охлаждается и передается на следующую ступень.
Ныне применяются 2 техпроцесса:
В процессах сжижения газа важна эффективность теплообменного оборудования и теплоизоляционных материалов.
Применение компрессорно-детандерной схемы позволяет повысить эффективность охлаждения газа до 14 % за счет совершения работы на лопатках турбины.
Термодинамические схемы позволяют достичь 100% эффективности сжижения природного газа:
Известно 7 различных технологий и методы сжижения природного газа:
Процесс сжижения газа
Оборудование СПГ-завода
Существует технология, позволяющая сэкономить на сжижении до 50% энергии, с использованием энергии, теряемой на газораспределительных станциях (ГРС) при дросселировании природного газа от давления магистрального трубопровода (4-6 МПа) до давления потребителя (0,3-1,2 МПа):
Транспортировка СПГ— это процесс, включающий в себя несколько этапов:
Регазифицированный СПГ транспортируется конечным потребителям по газопроводам.
Основные производители СПГ по данным 2009 г:
Производство СПГ в России
На 2021 г в РФ действует 4 СПГ-завода.
По итогам 2015 г производство составило 10,8 млн т/год, превысив проектную мощность на 1,2 млн т/год.
Однако из-за падения цен на мировом рынке доходы от экспорта СПГ в долларовом исчислении сократились по сравнению с 2014 г на 13,3% до 4,5 млрд долл США/год.
Новатэк-Юрхаровнефтегаз (дочернее предприятие Новатэка ) выиграл аукцион на право пользования Няхартинским участком недр в ЯНАО.
Няхартинский участок недр нужен компании для развития проекта Арктик СПГ. Это 2 й проект Новатэка, ориентированный на экспорт СПГ.
В США введены в эксплуатацию 5 терминалов по экспорту СПГ общей мощностью 57,8 млн т/год.
На европейском газовом рынке началось жесткое противостояние американского СПГ и российского сетевого газа.
Что такое сжиженный газ и где его используют
перевозка сжиженный газ
Если необходимо топливо доставить на удаленный объект, то в силу географических нюансов это часто выгоднее сделать не по трубопроводу, а в сжиженном виде. То есть, газ сжиженный упрощает доставку к удаленным объектам.
Что СПГ и СУГ собой представляют
При оптимальной температуре воздуха и нормальном давлении углеводороды пребывают в газообразном состоянии. Но, они переходят в жидкое состояние, если незначительно увеличивают давление (без смены температуры).
Сжижаемый искусственно природный газ (при температуре минус 160 градусов)легче хранить и транспортировать. Объем при этом в сравнении с исходным меньше в 600 раз.
В промышленных условиях также для процессов фракционирования НПГ, проходящих при низких температурах, пользуются природным сжиженным газом, из которого выделяют пропан, этан, бутан, газовый бензин и гелий.
Важно: В воздухе сжиженный газ растворяется, переходя в состояние газообразное. Если уровень концентрации достигнет 5-15%, и произойдет контакт с источником пламени, газ может воспламениться. Если же она меньше 5%, этого не произойдет.
Многие страны, среди которых Испания с Францией, Япония с Бельгией, Южная Корея, СПГ используют не первый год как один из основных источников энергоресурсов, нужный для промышленных нужд, используемый в коммунальных комплексах и в быту, на заводах нефтехимических и в качестве топлива для автомобилей.
Для систем газоснабжения России наибольший интерес представляет технический пропан, пары которого обладают хорошей упругостью. Благодаря этому из наполненного этим газом газгольдера или баллона легко отобрать необходимое количество паров даже при минусовых температурах, что позволяет такие емкости и в зимнее время размещать на улице.
Бутан, в сравнении с пропаном, является более дешевым. При его сгорании 4 атома углерода и 10 водорода в реакции участвуют, что говорит о большой тепловой способности. Но, упругость паров у бутана ниже, что не позволяет применять его при отрицательной температуре.
Также интерес представляет пропан-бутановая смесь. СУГ используют в быту и коммунальной сфере. В российских климатических условиях бесперебойное функционирование резервуарных установок невозможно обеспечить, если бутана в смеси содержится более 60%.
Внешний вид и свойства
Внешне такой газ выглядит как бесцветная жидкость, не имеющая запаха. Он не агрессивен, т.е. не приводит к коррозии. Плотность СПГ меньше вдвое плотности воды. В жидком состоянии он не горюч и не токсичен.
Важно: Чтобы довести субстанцию до исходного состояния, перед использованием газ сжиженный подвергают испарению без доступа кислорода (воздуха). Во время сгорания выделяются диоксид углерода (углекислый газ) и парводяной.
СПГ очень быстро испаряется, не оставляя на почве и воде никаких следов.
Основные технические характеристики
Температура кипения лежит в пределах 158-163 градуса Цельсия. Плотность газа различна на разных месторождениях. Она лежит в диапазоне 430-470 кг/м³. Кроме этого, она определяется давлением в месте проведения ее расчета, и температурой. Поэтому, переводя тонны газа в кубометры, говорят «примерно», т.е. 1 тонна СПГ равна примерно 1,38 тысячам метров кубических.
Стандартные значения этих параметров установлены Национальным институтом NISN. Для температуры – это 20 градусов Цельсия (293,15 К), для давления – 1 атмосфера (101,325 кПа).
Компонентный состав
Экологическое топливо
Сжиженный газ имеет достаточно большое октановое число и отличается высокими энергетическими показателями, что позволяет его использовать для заправки автомобилей. Не нанося вред экологии, использование этого топлива уменьшает расход масла и износ двигателя. Цена его ниже стоимости бензина. К тому же, сжиженные газы безопасны, а заправка производится на специализированных заправочных станциях. Это объясняет, почему его считают более экономичным топливом, чем бензин.
Технология получения СПГ
Сжижение газа происходит в несколько ступеней, на которых его сжимают в 5-12 раз, охлаждают и передают дальше.
На первом этапе из природного газа необходимо удалить воду, чтобы холодильное оборудование обезопасить от ее агрессивного воздействия, а также водород, а также гелий, соединения серы, азот и прочие примеси, для чего применяют абсорбционную глубокую очистку, пропуская смесь через молекулярное сито.
На последней ступени процесса как раз и происходит сжижение охлажденного газа. Процесс достаточно энергозатратный: энергии требуется до 25% от общего количества.
На современных производствах используют 2 технологических процесса:
Использование термодинамических схем дает возможность эффективность довести до 100%:
На современном рынке лидируют несколько таких технологий:
Оборудование, необходимое для производства СПГ
Транспортировка
На данное время к потребителю сжиженный газ доставляется одним из способов:
Производители
Основными странами, производящими сжиженный газ, являются по данным на 2009 год:
Среди импортеров СПГ первое место занимает Япония. Также газ закупают: Испания, США, Франция, Индия.
В России также имеются 2 действующих завода. Один из них — запущенный в 2009 году проект Сахалин-2. Контрольным пакетом владеет Газпром Совладельцами являются: 27,5% Shell, 12,5Mitsui, 10% — Mitsubishi.По итогам 2015 года годовое производство достигло 10,8 миллионов тонн, что больше проектной мощности на 1,2 млн тонн. К сожалению,из-за падения цен на мировом рынке экспорт в последние годы заметно снизился.
Другим значимым игроком в России является компания Новатэк (Ямал-СПГ).
Не остались в стороне и американцы: они в эксплуатацию ввели 5 терминалов для экспорта СПГ, общая мощность которых составляет 57,8 млрд. т/год. Понятно, почему между этими странами не первый год имеется жесткое противостояние.
Сферы применения
Важно: На заправочных станциях продают разные смеси для разных сезонов, которые отличаются процентным составом газовых смесей: в летней, например, бутана должно быть 60%, в зимней – 40.
С требованиями, касающимися сжиженных углеводородных газов, можно ознакомиться в ГОСТ 27578-2018.
Преимущества
Выводы
Жидкий газ: технологии производства одного из главных трендов в отрасли
В промышленности природный газ сжижают как для использования в качестве конечного продукта, так и с целью использования в сочетании с процессами низкотемпературного фракционирования ПНГ и природных газов
Зачем газ делать жидким?
Для начала разберемся, что такое сжиженный природный газ или сокращенно – СПГ. Это природный газ, на 75-99% состоящий из метана, искусственно сжиженный путем охлаждения до −160 °C, для облегчения хранения и транспортировки, ведь при сжижении он уменьшается в объеме примерно в 600 раз. СПГ представляет собой бесцветную жидкость без запаха, плотность которой в 2 раза меньше плотности воды. В жидком состоянии он не горюч, не токсичен и не агрессивен. Иными словами, СПГ представляет собой безопасную, экологически чистую жидкость с высокими энергетическими характеристиками и октановым числом.
Интересно отметить, что в промышленности природный газ сжижают как для использования в качестве конечного продукта, так и с целью использования в сочетании с процессами низкотемпературного фракционирования ПНГ и природных газов, позволяющие выделять из них газовый бензин, бутаны, пропан и этан, а также гелий.
СПГ производится на специальных заводах, которые, чаще всего, располагаются в портах, если речь идет о крупнотоннажном производстве. С терминалов СПГ закачивается в газовозы и отправляется в путешествие по морю. В пункте прибытия СПГ подвергается регазификации (процесс, обратный сжижению) и закачивается в трубопроводы. Так ПГ доходит до конечного потребителя.
Оборудование СПГ-завода, как правило, включает в себя:
Российские поставки СПГ, вероятнее всего, будут направлены, помимо «традиционного» АТР, в те страны, которые не охвачены газопроводами, то есть речь идет, прежде всего, о Великобритании и части стран Южной Европы.
СПГ: секреты «приготовления»
Как же происходит сжижение? Преобразование природного газа в жидкое состояние – это многоступенчатая технология. На каждой ступени газ сжимается в 5-12 раз, затем охлаждается и передается на следующую ступень. 1 тонна СПГ — это примерно 1,38 тыс. м 3 природного газа. Собственно сжижение происходит при охлаждении после последней стадии сжатия.
На сегодняшний день применяются 2 технологических процесса:
При промышленном производстве СПГ наиболее эффективными являются циклы сжижения с использованием внешней холодильной установки (принципы внешнего охлаждения), работающей на углеводородах или азоте. Кроме того, широкое распространение получили циклы на смесях хладагентов, где чаще других используется однопоточный каскадный цикл, у которого удельный расход энергии составляет 0,55-0,6 кВт*ч/кг СПГ.
После сжижения СПГ помещается в специально изолированные резервуары хранения, а затем загружается в танкеры-газовозы для транспортировки. Интересно отметить, во время транспортировки небольшая часть СПГ неизменно «выпаривается» и может использоваться в качестве топлива для двигателей самого танкера. По достижении терминала потребителя сжиженный газ разгружается и помещается в резервуары хранения.
СПГхранилища бывают двух типов: криогенные и резервуары и хранилища под давлением. Кроме того, резервуары имеют горизонтальное и вертикальное расположение, что напрямую влияет на их форму и характеристики — к примеру, горизонтальные резервуары напоминают по форме пулю и предназначены для хранения сжиженных газов под высоким и средним давлением, в то время как вертикальные резервуары обладают сравнительно низким давлением.
Различные характеристики СПГ-хранилищ разных форматов в свою очередь влияют на характеристики самого сжиженного природного газа, позволяя хранить продукт в необходимых кондициях.
Компания самостоятельно разрабатывает и возводит каждый проект «под ключ», неизменно гарантируя качество и результат. На сегодняшний день ТГЕ Газ Инжиниринг занимается не только строительством хранилищ СПГ — в ее профессиональные интересы входит организация перевалочных баз, конструирование заводов по сжижению природного газа, комплексных установок подготовки газа, проектирование резервуаров и многое другое.
Таким образом, компания налаживает оптимальную коммуникацию с клиентами и поддерживает связь с заказчиками, оперативно реагируя на запросы и пожелания.
Сжиженный и сжатый газ: в чем отличия
В условиях отсутствия трубопровода транспортировка газа для потребителя осуществляется разными видами транспорта. Для того, чтобы за один раз перевезти как можно больший объем, меняются физические характеристики смесей: газ сжимают или сжижают.
Сжиженный газ
Процесс сжижения представляет собой охлаждение до низких температур, при которых вещество из газообразного состояния переходит в жидкое. Объем полученного топлива уменьшается в 400-600 раз (в зависимости от типа газа). Транспортировка сжиженного газа подразумевает использование специальных емкостей – криогенных цистерн, поддерживающих низкую температуру на протяжении всего пути доставки.
Перевод в обратное газообразное состояние требует регазификации. Для промышленных масштабов строят специальные регазификационные терминалы.
Сжиженный газ может использоваться как в бытовых, так и в промышленных целях. Пропан в газовых баллонах применяют для налаживания системы отопления в частных домах, а также для подогрева воды, и приготовления пищи.
Сжатый газ
Сжатый или компримированный газ представляет собой аналогичную жидкую субстанцию. Однако данное состояние достигнуто не за счет температурных показателей, а вследствие увеличения в емкости давления. При сжатии объем исходного вещества уменьшается примерно в 200 раз.
Основные отличия
Сжатый и сжиженный газ отличаются конечной стоимостью, которая формируется из способа преобразования исходного вещества, особенностей транспортировки и хранения.
Также различны и области применения газа. Сжиженный используют для работы промышленного оборудования и бытовых нужд (отопление, подогрев воды), а сжатый в качестве альтернативного транспортного топлива.
Сжиженный газ получают чаще всего путем обработки метана, компримированный изготавливают из самых разных видов природного газа, например, пропана или не менее востребованного бутана.