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

Лучшие производители и модели: характеристики и цены

Страна изготовления определяет функциональность и качество агрегата: учитывая, что он приобретается на многие годы вперёд, не стоит размениваться на сомнительную технику, предлагаемую китайским рынком. Лучше остановить свой выбор на проверенных вариантах от европейских или российских производителей.

Protherm Gepard 23 MOV

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

Известная двухконтурная навесная модель мощностью 23 кВт. Имеет открытую камеру сгорания (естественная тяга) и пластинчатый медный теплообменник: более теплопроводный и стойкий к коррозии. Отличная, учитывая ценовую категорию, автоматика позволяет тонко настроить работу котла и эффективно расходовать топливо (max 1,9 л/ч).

Производитель: Protherm (Протерм), Словакия.

Bosch Gaz WBN6000-24C RN S5700

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

Немецкий БОШ мощностью 24 кВт исполнен из более качественных материалов, не требователен к качеству топлива и теплоносителя. Он полностью адаптирован к российским условиям: он устойчив к перепадам напряжения, давления и к резкому похолоданию (до – 35 °C). Экономичный расход газа (max 1,5 л/ч) обеспечивает модулируемый вентилятор, трехскоростной насос, а также теплоизоляция корпуса.

Производитель: Bosch Thermotechnik (Бош Термотехник), Германия-Россия.

Buderus Logamax U072-18K

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

Можно сказать, что этот недорогой одноконтурный котлоагрегат – один из лучших газовых котлов на сжиженном газе для отопления частного дома: при мощности 18 кВт он весьма умеренно расходует горючее (max 1,5 л/ч). А встроенный мембранный расширительный бак и трёхходовой клапан позволяют легко перевести его на ГВС. При этом модель известна высокой надежностью, характер

Производитель: Buderus (Будерус), Германия-Россия.

BAXI SLIM 1.150 I

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

Известный итальянский напольный котёл небольшой мощности (15 кВт) известен минимальным потреблением газа (max 1,1 л/ч). Он уже с завода комплектуется погодозависимой автоматикой, теплообменником из чугуна и модулем управления, с интегрированной опцией самодиагностики. И ещё немаловажный плюс – скромные габариты: например, его ширина всего 35 см.

Производитель: Baxi (Бакси), Италия.

Wester Лемакс Clever-30

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

Отечественный одноконтурный настенный прибор мощностью 30 кВт, который не зависит от наличия электроэнергии. Может работать в системе и с принудительной, и с естественной циркуляцией теплоносителя, а непрерывная плавная модуляция пламени от 30 % до 100 % позволяет значительно сократить объём потребления горючего (max 1,7 л/ч). При столь высокой экономичности отличается и близкой к европейским производителям надежностью.

Единственный существенный недостаток – стальной теплообменник, для которого характерен ограниченный ресурс (10-14 лет).

Производитель: Lemax (Лемакс), Россия.

Использование сжиженного газа

Большинство различных газов в сжиженном состоянии находят практическое применение:

  • Жидкий хлор используют для дезинфекции и отбеливания тканей, применяется как химическое оружие.
  • Кислород – в лечебных учреждениях для пациентов с проблемами дыхания.
  • Азот – в криохирургии, для замораживания органических тканей.
  • Водород – как реактивное топливо. В последнее время появились автомобили на водородных двигателях.
  • Аргон – в промышленности для резки металлов и плазменной сварки.

Также можно сжижать газы углеводородного класса, наиболее востребованные из которых — пропан и бутан (н-бутан, изобутан):

  • Пропан (C3H8) является веществом органического происхождения класса алканов. Получают из природного газа и при крекинге нефтепродуктов. Бесцветный газ без запаха, малорастворим в воде. Применяют как топливо, для синтеза полипропилена, производства растворителей, в пищевой промышленности (добавка E944).
  • Бутан (C4H10), класс алканов. Бесцветный горючий газ без запаха, легко сжижаемый. Получают из газового конденсата, нефтяного газа (до 12%), при крекинге нефтепродуктов. Используют как топливо, в химической промышленности, в холодильниках как хладоген, в пищевой промышленности (добавка E943).

Старение сжиженного природного газа

СПГ, будучи смесью простых веществ, образует пары состава, отличающегося от состава жидкости, в парах представлены больше всего легколетучие углеводороды. Таким образом, состав остаточного сжиженного природного газа изменяется в сторону обогащения высококипящими компонентами, и это явление называется старением СПГ: теплотворная способность и число Воббе увеличиваются.

Примеры:

  • Для сжиженного газа, содержащего азот, компонент более летучий, чем углеводороды, испарения будут состоять, главным образом, из метана и азота; СПГ с содержанием 1% азота равновесен с паровой фазой с содержанием 20% азота.
  • Старение первоначального объема 50000 м3 хранимого сжиженного газа состава: 1% азота, 89% метана и 10% тяжелых углеводородов приводит к увеличению высшей теплотворной способности на 3 ватт-час в сутки и числа Воббе для среднего объема испарений 2000 нм3/час.

Особые случаи:

Старение и усадка сжиженного газа в хранилищах.
Старение в пониженных точках сети СПГ (продувочные резервуары и т.д.) в зависимости от времени пребывания СПГ в этих местах. В результате может произойти полное испарение метана, разогрев жидкости выше –80°С, опасность замерзания оставшихся тяжелых углеводородов во время прохождения порции свежего СПГ и, как следствие, забивка твердой фазой фильтров СПГ

Следовательно, важно следить за периодическим обновлением СПГ в пониженных точках системы.

Техника безопасности при использовании СПГ

Важной и особо значимой проблемой в технике безопасности является разлив СПГ, его распространение и испарение. На данный процесс влияет понижение давления и теплообмен

Еще одна проблема — это возгорание СПГ. В свободной атмосфере горение внутри смеси метана с воздухом распространяется теплопроводностью и диффузией свободных радикалов со скоростями в пределах 5-15 м/с в зависимости от состава смеси. Это явление медленной дефлаграции (горение без взрыва) не вызывает существенного повышения давления, другими словами, взрыва не происходит, что произошло бы в закрытом объеме. При возгорании СПГ выделяемая теплота рассеивается тепловым излучением и конвекцией; интенсивность теплового излучения пожара на данном расстоянии определяется этим рассеиванием и атмосферным поглощением.

В случае налива в резервуар СПГ с плотностью, отличающейся от плотности уже хранимого СПГ, может случиться, что обе жидкости не перемешаются, образуя два различных слоя (стратификация СПГ). Это расслоение стабильно, если более плотная жидкость находится на дне. В жидкости образуются две ячейки с независимой циркуляцией. Происходит конвективный обмен, теплота и массы обмениваются на границе двух слоев. Когда плотности жидкости в двух ячейках почти сравниваются, граница раздела исчезает, и жидкости в слоях перемешиваются. Это перемешивание, обычно очень быстрое, сопровождается часто внезапным обильным испарением хранимого СПГ. Чтобы не допустить стратификацию используются устройства перемешивания или выбираются соответствующие способы заполнения резервуара.

Подготовка газа к сжижению

Процесс обработки газа в высокой степени зависит от свойств сырого газа, а также от попадания тяжелых углеводородов через сырой газ. Для того чтобы сделать сжижение газа возможным, газ сначала подвергается обработке. При его входе на завод обычно происходит первоначальное разделение фракций и отделяется конденсат.

Поскольку большая часть примесей (вода, СО2, H2S, Hg, N2, He, карбонилсульфид COS, меркаптаны RSH и т.д.) замерзает при температурахСПГ или негативно влияет на качество продукта, соответствующее требуемой товарной спецификации, то и эти компоненты отделяются. Далее отделяются более тяжелые углеводороды для предотвращения их замерзания в процессе сжижения.

В табл. 2 представлены сводные данные по углеводородному сырью, используемому на всех рассматриваемых заводах.

Таблица 2

Составы газа на северных и южных заводах

Компонент

Сырой газ на южных заводах СПГ Сырой газ на северных заводах СПГ
ОАЭ

(усредненный поток)

Оман (усредненный поток)

Катар

Иран (м. Южный

Парс)

Кенай, США Мелкойя, Норвегия (усред.)

Сахалин, Россия

Сухой газ Жирный газ
1 C1, % 68,7 87,1 82,8 82,8–97,4 99,7 83,5 Есть Есть
2 C2, % 12,0 7,1 5,2

8,4–11,5

0,07 1,4 То же То же
3 C3, % 6,5 2,2 2,0

0,06

2,2
4 C4, % 2,6 1,3 1,1 2,2
5 C5, % 0,7 0,8 0,6 1,2
6 C6+, % 0,3 0,5 2,6 8,6
7 H2S, % 2,9 0,5 0,5–1,21 0,01 Нет
8 CO2, % 6,1 1 1,8 1,8–2,53 0,07 0,4 5–8% 0,7
9 N2, % 0,1 0,1 3,3 3,3–4,56 0,1 0,5 0,8–3,6% <0,5
10 Hg Есть Есть Есть Есть Есть
11 He Есть
12 COS, ppm 3
13 RSH, ppm 232
14 H2O Есть Есть Есть Есть Есть Есть Есть Есть
Популярные статьи  Изолон – строение, разновидности материала, их характеристики и предназначение

Очевидно, что углеводородные смеси каждого из семи заводов подходят для производства СПГ, поскольку их большую часть составляют легкие соединения метана и этана. Поток газа, поступающий на каждый из рассматриваемых заводов СПГ, содержит воду, азот, углекислый газ. При этом содержание азота варьируется в пределах 0,1–4,5%, СО2 – от 0,07 до 8%. Содержание жирного газа колеблется от 1% на заводе СПГ в ОАЭ до 5– 11% на заводах СПГ Ирана и Аляски.

Кроме того, в составе газа ряда заводов присутствует ртуть, гелий, меркаптаны, другие сернистые примеси. Проблему извлечения сероводорода приходится решать на каждом заводе, кроме завода СПГ в Омане. Ртуть присутствует в газе

Сахалина, Норвегии, Ирана, Катара и Омана. Наличие гелия подтверждается только на проекте Катаргаз2. Присутствие RSH, COS подтверждено в газе проекта СПГ Ирана.

Состав и объем газа влияют не только на количество производимого СПГ, но и на объем и разнообразие побочных продуктов, что показано в табл. 3. Становится ясно, что в первую очередь состав газа влияет на выбор и применение оборудования при обработке газа, а значит, и на весь процесс подготовки газа и конечный выход продукции.

Таблица 3

Побочные продукты в составе газа на рассматриваемых заводах СПГ

Побочный продукт  ОАЭ  Оман  Катар  Иран Мелкойя, Норвегия
СНГ Нет Нет Да Нет Да
Конденсат Да Да Да Да Да
Сера Да Нет Да Да Нет
Этан Нет Нет Нет Нет Да
Пропан Да Нет Нет Да Да
Бутан Да Нет Нет Да Нет
Нафта Нет Нет Да Нет Нет
Керосин Нет Нет Да Нет Нет
Газойль Нет Нет Да Нет Нет
Гелий Да

Для удаления кислых газов на заводах СПГ используется процесс «Hi-Pure» – комбинация процесса с растворителем на основе K2CO3 для удаления основного объема СО2 и процесса с аминовым растворителем на основе ДЭА (диэтаноламин) для удаления остающейся части СО2 и H2S (рис. 1).

Как и зачем сжижают газ: технология производства и сфера использования сжиженного газаРис. 1. Стандартная схема аминовой установки

На заводах СПГ в Иране, Норвегии, Катаре, Омане и на Сахалине применяется система аминовой очистки кислых газов МДЭА (метилдиэтаноламин) с активатором («aMDEA»).

У этого процесса есть ряд преимуществ перед физическими процессами и другими аминовыми процессами: лучшая абсорбционная и избирательная способность, более низкое давление паров, более оптимальные параметры эксплуатационной температуры, потребления энергии и т.д.

Производство СПГ в России

В России первый завод СПГ был построен в 2006 году. Завод, построенный в рамках проекта Сахалин-2 в посёлке Пригородное на юге Сахалина, был запущен 18 февраля года. Оператор строительства и проекта «Сахалин-2» — «Сахалин Энерджи Инвестмент Компани». По результатам работы в 2010 году завод вышел на проектную производственную мощность — 9,6 млн тонн СПГ (что эквивалентно 13 млрд м³ газообразного природного газа). Сейчас запущена уже третья очередь завода.

«Ямал СПГ»: компанией «Новатэк» (владелец контрольного пакета акций), совместно с французской «Total» и китайской «CNPC», реализован проект завода по сжижению природного газа на полуострове Ямал.

Крупнейшие СПГ-проекты в России (на конец 2017 г.)
Проект Акционеры Год запуска Мощность (млн тонн) Сумма инвестиций (млрд долларов)
«Сахалин-2» (Пригородное) «Газпром» (51 %), Shell (26,5 %), Mitsui (12,5 %), Mitsubishi (10 %) 2009 10,8 1,5 (первый этап)
«Ямал СПГ» «Новатэк» (50,1 %), Total (20 %), CNPC (20 %), Фонд шелкового пути (9,9 %) 2018 16,5 27,0
«Балтийский СПГ» «Газпром» 2020 10,0 11,5
«Владивосток-СПГ» «Газпром» 2020 10,0 15,7
«Арктик СПГ-2» «Новатэк» 2022 18,0 18,0
«Дальневосточный СПГ» «Роснефть», ExxonMobil 2024 5,0 13,0
«Печора СПГ» «Роснефть» (50,1 %), Alltech не определён 4,3 4,0

Также планируется к созданию:

  • Проект «Балтийский СПГ» в Ленинградской области. В 2014 году прорабатывалось обоснование инвестиций в проект; начало выпуска продукции запланировано на 2020 год.
  • Для транспортировки газа со Штокмановского месторождения потребителям в Атлантическом регионе (США, страны южной Европы) Газпром планировал (2007 г.) построить завод в Мурманской области (в деревне Териберка);
  • 12 мая 2009 года, выступая на российско-японском бизнес-форуме, Владимир Путин заявил, что в Приморье будет построен второй завод по производству сжиженного природного газа[источник не указан 300 дней].
  • Проект «Владивосток СПГ» предполагает строительство на полуострове Ломоносова (бухта Перевозная) в Хасанском районе завода по производству сжиженного природного газа. Мощность завода, который будет состоять из двух технологических линий, составит не менее 10 млн тонн СПГ в год с возможностью расширения до 15 млн тонн, путём постройки третьей линии. Планируется, что первая линия заработает уже в 2018 году. (реализован не будет)

СПГ и инвестиции

Высокая металлоемкость, сложность технологического процесса, необходимость  серьезных капитальных вложений, а так же длительность всех процессов связанных с созданием инфраструктурных объектов такого рода: обоснование инвестиций, тендерные процедуры, привлечение заемных средств и инвесторов, проектирование и строительство, которое обычно сопряжено с серьёзными логистическими трудностями, — создают препятствия для роста производства в этой сфере.

В некоторых случаях мобильные установки по сжижению могут быть неплохим вариантом. Однако их пиковая производительность весьма скромна, а энергозатратность на единицу газа выше чем у стационарных решений. Кроме того химический состав самого газа может стать непреодолимым препятствием.

Чтобы снизить риски и обеспечить возврат вложенных средств разрабатывают планы по эксплуатации установок на 20 лет вперед. А решение о разработке месторождения часто зависит от того способен ли данный участок поставлять газ в течении длительного промежутка времени.

Заводы разрабатываются под конкретную площадку и технические условия, определяемые во многом составом поступающего газового сырья. Сам завод организован по принципу черного ящика. На входе сырье, на выходе продукты, что требует минимального участия персонала в процессе.

Состав оборудования площадки, его колличество, мощность, последовательность процедур которые требуются для подготовки газовой смеси к сжижению разрабатываются для каждой конкретного завода в соответствии с требованиями Заказачика и потребителей продукции.

Страны-потребители

Основными импортёрами СПГ в 2017 году были (в млрд м³/год):

  • Япония — 113,9;
  • Китай — 52,6;
  • Республика Корея — 51,3;
  • Индия — 25,7;
  • Тайвань — 22,5;
  • Испания — 16,6;
  • Турция — 10,9;
  • Франция — 19,8.

На 2014 год 29 стран импортировали СПГ.

За последние десять лет мировой спрос на СПГ увеличился вдвое, составив в 2016 году 258 млн тонн.

Импорт СПГ в западную Европу

На территории Европы расположено около тридцати крупных регазификационных терминалов, суммарная мощность которых по состоянию на конец 2016 г. превышала 218 млрд м³ в эквиваленте природного газа. Однако в число крупнейших потребителей СПГ европейские страны не входят. Общий импорт СПГ в Европу в 2016 г. составил всего лишь 51 млрд м³ в эквиваленте (15,3 % мирового рынка этого продукта). При этом крупные поставки осуществлялись в Испанию (13,2 млрд м³), Великобританию (10,5 млрд м³), Францию (9,7 млрд м³).

Одна из причин низкой активности европейских стран на рынке СПГ — его высокая стоимость, другая причина — давно отлаженные трубопроводные поставки газа из России. В результате существующие регазификационные мощности не востребованы, терминалы работают с довольно низкой загрузкой. В 2016 г. загрузка мощностей терминалов колебалась от 19 % в Нидерландах и 20 % в Великобритании до 31 % в Бельгии и 37 % в Италии.

В октябре 2019 года глава немецкой энергетической компании «Uniper» Андреас Ширенбек оценил в перспективе дефицит газа на континенте, который может достичь 300 миллиардов кубометров в год. По его словам, нынешняя ситуация с СПГ на европейском рынке говорит об увеличении поставок, которые обеспечит в основном Россия. По его словам, альтернативных источников практически нет. Норвегия сделать это не в состоянии из-за истощения месторождений в Северном море, а Алжир снизил экспорт на 20 процентов и сдаёт позиции крупного европейского поставщика из-за повышения внутреннего спроса.

Популярные статьи  Как правильно загружать посуду в посудомоечную машину: правила эксплуатации посудомойки

Процесс производства

Исходным сырьем для производства служит природный газ и хладагент.

Существует две технологии производства СПГ:

  • открытого цикла;
  • цикл расширения азота.

Технология открытого цикла предполагает использование давления газа для выработки энергии, необходимой при охлаждении. Метан, пропускаемый по турбинам, охлаждается и расширяется, на выходе получается жидкость. Это простой способ, но он имеет один существенный недостаток – сжижается только 15% метана, а остальная его часть, не набирая достаточного давления, покидает систему.

Как и зачем сжижают газ: технология производства и сфера использования сжиженного газаТехнологии производства СПГ

Если поблизости завода есть непосредственные потребители газа, то можно смело использовать данную технологию, поскольку она менее затратная – расходуется минимальное количество электроэнергии на производственный процесс. Как следствие – более низкая себестоимость конечного продукта. Но если потребителей нет, то применять данный метод экономически нецелесообразно – большие потери исходного сырья.

Технология производства с использованием азота:

  • в замкнутом контуре, содержащем турбины и компрессоры, постоянно циркулирует азот;
  • после охлаждения азота, он направляется в теплообменное устройство, куда параллельно доставляется и метан;
  • газ охлаждается и сжижается;
  • азот направляется в компрессор и турбину для охлаждения и прохождения следующего цикла.

Как и зачем сжижают газ: технология производства и сфера использования сжиженного газаТехнология мембранного разделения газов

Преимущества этой технологии:

  • 100% использование исходного сырья;
  • компактность оборудования и простота его эксплуатации;
  • высокая надежность и безопасность.

Недостаток только один – высокое потребление электроэнергии (на каждый 1 нм3/ч готовой продукции расходуется до 0,5 кВт/ч), что значительно повышает себестоимость.

Как и зачем сжижают газ: технология производства и сфера использования сжиженного газаСхема компоновки станции по производству азота

Зачем сжижают природный газ?

Из недр земли голубое топливо добывается в виде смеси из метана, этана, пропана, бутана, гелия, азота, сероводорода и других газов, а также различных их производных.

Часть из них применяется в химической промышленности, а часть сжигается в котлах или турбинах для генерации тепловой и электрической энергии. Плюс некоторый объем добытого используется в качестве газомоторного горючего.

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

Расчеты газовиков показывают, что если голубое топливо надо доставить на расстояние в 2500 км и больше, то в сжиженном виде зачастую делать это выгодней, нежели трубопроводным способом

Основная причина сжижения природного газа – упрощение его перевозки на дальние расстояния. Если потребитель и скважина добычи газового топлива находятся на суше недалеко друг от друга, то проще и выгодней проложить между ними трубу. Но в ряде случаев магистраль строить выходит слишком дорого и проблематично из-за географических нюансов. Поэтому и прибегают к различным технологиям получения СПГ либо СУГ в жидком виде.

Экономика и безопасность перевозок

После того как газ сжижен, он уже в виде жидкости закачивается в специальные емкости для перевозки морским, речным, автомобильным и/или железнодорожным транспортом. При этом технологически сжижение является достаточно затратным с энергетической точки зрения процессом.

На разных заводах на это уходит до 25% от исходного объема топлива. То есть для выработки нужной по технологии энергии приходиться сжигать до 1 тонны СПГ на каждые его три тонны в готовом виде. Но природный газ сейчас сильно востребован, все окупается.

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

В сжиженном виде метан (пропан-бутан) занимает в 500–600 раз меньший объем, нежели в газообразном состоянии

Пока природный газ находится в состоянии жидкости, он не горюч и взрывобезопасен. Только после испарения в ходе регазификации, полученная газовая смесь оказывается пригодна для сжигания в котлах и варочных плитах. Поэтому, если СПГ или СУГ используются как углеводородное топливо, то их обязательно приходится регазифицировать.

Использование в различных сферах

Чаще всего термины «сжиженный газ» и «сжижение газа» упоминаются в контексте перевозки углеводородного энергоносителя. То есть сначала происходит добыча голубого топлива, а потом его преобразование в СУГ или СПГ. Дальше полученную жидкость перевозят и после вновь возвращают в газообразное состояние для того или иного применения.

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

СУГ (сжиженный углеводородный газ) на 95% и более состоит из пропан-бутановой смеси, а СПГ (сжиженный природный газ) на 85–95% из метана. Это схожие и одновременно кардинально разные виды топлива

СУГ из пропан-бутана в основном используют в качестве:

  • 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 производят исключительно для перевозки на дальние расстояния. Если для хранения СУГ достаточно емкости, способной выдержать давление в несколько атмосфер, то для сжиженного метана требуются специальные криогенные резервуары.

Оборудование для хранения СПГ отличается высокой технологичностью и занимает много места. Использовать такое топливо в легковых автомобилях не выгодно из-за дороговизны баллонов. Грузовики на СПГ в виде единичных экспериментальных моделей уже по дорогам ездят, но в сегменте легковушек это «жидкое» горючее вряд ли в ближайшем будущем найдет себе широкое применение.

Сжиженный метан как топливо сейчас все чаще используется при эксплуатации:

  • железнодорожных тепловозов;
  • морских судов;
  • речного транспорта.

Помимо использования в качестве энергоносителя LPG и LNG также применяются непосредственно в жидком виде на газо-нефтехимических заводах. Из них делают различные пластмассы и иные материалы на углеводородной основе.

Как сжижают природный газ – особенности процесса

Главными целями в производстве сжиженного продукта являются:

  • получение конечного продукта как товарной единицы;
  • выделение бутановой, пропановой, этановой газовой фракции;
  • выделение гелия.

Фракционирование происходит в условиях пониженных температур (до -168°C). Данные условия приводят к уменьшении плотности сжиженного природного газа по сравнению с обычным в 600 раз. Ориентировочно, согласно данным электронного журнала Neftegaz.ru №12 от 2018 года, путем охлаждения можно сжать 1380 м3 природного газа до 1000 кг СПГ. Таковы примерные соотношения сжиженного газа к природному.

На производстве сжижение газа осуществляется по многоступенчатой технологии. Переход с одной ступени на другую характеризуется сжатием потока в 12 раз, до тех пор, пока не поменяется агрегатное состояние потока. Недостатком данного способа считаются энергетические потери, достигающие на выходе 25%.

На сегодняшний день разработаны две технологии получения СПГ:

  • компримирование;
  • технология, основанная на теплообменных процессах.

В первом случае протекает процесс конденсации с неизменным давлением, что негативно сказывается на энергоемкости в целом. Во втором варианте поток охлаждается с последующим резким дросселированием до нужных температурных параметров, однако после первого этапа степень сжижения газа составляет всего 4%. Выходом из ситуации является использование каскадных технологий, увеличивающих эффективность охлаждения до 100%.

Особое внимание в производстве СПГ необходимо уделять качественному теплообменному и изоляционную оборудованию, поскольку оно определяет возможность возникновения дополнительных расходов мощности. Так, при перепаде температуры внутри реактора или теплообменника на 1°C при проходе через него 100 000 м3 газовой смеси, затраты на сжатие по мощности увеличиваются на 5 кВт. Существует семь действующих вариантов технологий сжижения газовой смеси:

Существует семь действующих вариантов технологий сжижения газовой смеси:

  • для крупнотоннажного производства СПГ в 82% выбирают техпроцессы компании Air Products: AP-SMR, AP-C3MR, AP-X.
  • на втором месте стоит технология под названием Optimized Cascade, все права на которую принадлежат компании ConocoPhillips;
  • третье место занимают малогабаритные GTL-установки, предназначенные для использования в закрытых промышленных помещениях;
  • отдельные установочные единицы в производстве СПГ в мире находят широкое применение в циклах синтеза газомоторного топлива.

Для обеспечения доступности газовых месторождений (касается шельфовой добычи), в эксплуатацию были введены специальные морские суда,а также плавательные платформы (разработка компании Shell) укомплектованные холодильным оборудованием – по сути, сжижение происходит по механизму in siutu.

Сделать однозначный вывод об эффективности работы каждой не представляется возможным, поскольку зависит и определяется только обстоятельствами. Однако, если брать в расчет единичный завод по производству СПГ в России, то комплектация его такова:

  • оборудование для подготовки исходных веществ, в частности, система очистки газа;
  • оборудование для основного цикла процесса;
  • линии оборотной воды, конденсата, технологического пара;
  • герметичные резервуары, предназначенные для хранения жидкости, криоцистерного типа (сосуд Дуара);
  • оборудование для загрузки транспортировки СПГ без потерь на испарение;
  • транспортировочные танкеры и иные средства перевозки;
  • установки бесперебойной подачи электроэнергии и холодной воды в качестве хладагента.
Популярные статьи  Красим мебель своими руками, хитрости + советы мебельщика

Согласно источнику газеты Neftegaz.ru №12, в последнее время наибольшее внимание стало уделяться технологии, экономящей до 50% затрат энергии на получение целевого продукта. Она основана на использовании собственной энергии (потенциальной) сжиженного газа и естественном охлаждении потока при уменьшении давления в магистральном трубопроводе до отметки потребительского давления (ориентировочно с 6 МПа до 1,2 МПа)

Применение СПГ в котельной

На рис. 3 представлен общий вид производственно-отопительной котельной, работающей на СПГ.

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

Система приема, хранения и регазификации размещается на открытой площадке и функционирует следующим образом: сжиженный природный газ доставляется в криогенных цистернах железнодорожным транспортом и переливается в стационарный резервуар системы хранения по криогенному трубопроводу за счет перепада давления. Из резервуара СПГ подается в атмосферные испарители, где происходит газификация и подогрев природного газа. Температура газа после испарителей на 3-5 ОС ниже температуры окружающей среды. В холодное время года природный газ дополнительно подогревается при помощи электроподогревателей. Температура газа на выходе из подогревателей автоматически поддерживается в диапазоне от -10 до 0 ОС. Подогрев осуществляют как прямым, так и непрямым способом. В первом случае горячий теплоноситель отдает тепло газу, во втором — промежуточный теплоноситель (обогревается горячим источником) нагревает газ. Чаще всего, горячим теплоносителем выступает вода, а промежуточным — газ пропан. Далее газ поступает на газорегуляторный пункт, где в автоматическом режиме редуцируется до рабочего давления горелок. Подготовленный газ по внутренней трубопроводной сети подводится к газопотребляющему оборудованию.

Возможности системы хранения, приема и регазификации позволяют обеспечить длительное хранение и выдачу СПГ потребителю, при этом давление газа в системе хранения поддерживается автоматически. Вся система обеспечена приборами визуального и дистанционного контроля давления и уровня, а также предохранительными устройствами, обеспечивающими ее безопасную эксплуатацию.

Основные показатели котельных при применении различных видов топлива и сравнение эффективности использования СПГ, выполненное для условий Северо-Западного региона, представлены в таблице (цены 2010 г.).

Характеристика Топливо
СПГ Мазут

М100

Каменный

уголь

Дизельное

топливо

ДТ-ЕВРО-4

Низшая теплота сгорания, МДж/кг 48,4 41,3 25,0 42,2
Среднее значение КПД котельных, % 92 80 60 89
Удельный расход топлива, кг/Гкал 95 132 476 110
Отпускная цена топлива, руб./т 15500 13500 4000 24000
Стоимость производства единицы тепловой энергии (топливная составляющая), руб./Гкал 1465 1776 1905 2649

СПГ обладает наивысшей теплотой сгорания, наивысшим значением КПД котельных установок, средней стоимостью и позволяет получать тепловую энергию дешевле, чем при использовании альтернативных энергоносителей, таких как мазут, уголь, дизельное топливо.

С 1996 г на территории ЛПДС «Красный бор» (Ленинградская область) действует первая в России котельная, переведенная на СПГ В состав системы газификации СПГ котельной входит следующее типовое оборудование: компактная система хранения и выдачи СПГ БСХП-25/0,6; атмосферные испарители ИА-65; газорегуляторный пункт ПШГР Мощность котельной — 4 Гкал. Вместимость резервуара СПГ — до 25 м3 (15000 нм3 ПГ). Давление в хранилище — до 0,6 МПа. Производительность по газу: номинальная — 100 нм3/ч, максимальная — 270 нм3/ч. Расход СПГ при номинальной производительности — 4 м3/сут.

Охлаждение газа

В работе установок могут применяться разные по своему принципу системы охлаждения газа. В промышленной реализации различают три основных метода сжижения:

  • каскадный — газ последовательно проходит через ряд теплообменников подключенных к системам охлаждения с разными температурами кипения хладагента. В результате газ конденсируется и поступает в накопительный резервуар.
  • смешанные хладагенты — газ поступает в теплообменник, туда же поступает смесь жидких хладагентов с разными температурами кипения, которые закипая последовательно снижают температуру поступающего газа.
  • турбо-расширение — отличается от вышеописанных методов тем, что используется метод адиабатного расширения газа. Т.е. если в классических установках мы снижаем температуру за счет кипения хладагента и теплообменников, то тут тепловая энергия газа расходуется на работу турбины. Для метана нашли применение установки на основе турбо-детандеров.

СПГ — экологический вид топлива

Имея хорошие энергетические характеристики и высокое октановое число, сжиженный газ используется не для одной лишь газификации населенных пунктов и объектов промышленности, но и как моторное топливо на различных видах транспорта. Физико-химические, энергетические и экологические свойства природного газа делают его довольно перспективным видом топлива, использование которого может дать ощутимый положительный эффект в некоторых вопросах. Экологическая безопасность и топливная экономичность двигателей, работающих на природном газе, снижение износа деталей газового двигателя, уменьшение расхода масла — вот характерные особенности.

Применение СПГ на транспорте преследует следующие цели:

  • Экономию денежных средств на покупку топлива, так как цена эквивалентного количества сжиженного газа ниже, чем бензина или дизельного топлива
  • Обеспечение в перспективе устойчивого топливоснабжения  (учитывая динамику изменения объемов нефтегазодобычи, сравнительный анализ запасов нефти и газа, прогнозы истощения месторождений)

СПГ как моторное топливо для автомобильного транспорта применяют в Соединенных Штатах Америки, Франции, Нидерландах, Норвегии, Германии и  других странах. Помимо автотранспорта, сжиженный газ в качестве моторного топлива применяется и на других видах транспорта (водный — газовозы, железнодорожный — газотепловозы). На сегодняшний день уже  насчитывается более двух сотен морских  судов-метановозов, которые используются для транспортировки СПГ  и применяют его в качестве моторного топлива. Во многих развитых странах ведутся работы по использованию сжиженного природного газа на морском, речном и ж/д транспорте.

Грузовой автомобиль Kenworth T800 (газовый двигатель на сжиженном газе СПГ/LNG) Грузовой автомобиль Peterbilt’s Model 386 (газовый двигатель на сжиженном газе СПГ/LNG)

На сегодняшний день применение СПГ в качестве моторного топлива – довольно интенсивно развивающееся направление, которое  в дальнейшем должно стать самостоятельной отраслью экономики развитых стран.

Расход сжиженного газа

Объём затрачиваемого на обогрев топлива зависит от условий эксплуатации прибора и его технических характеристик, как правило – мощности и КПД. Так, например, согласно паспортным данным, для котла АО Жуковский АОГВ-17,4-3 мощностью 17 кВт с КПД 90 % расход сжиженного газа равен 0,7 кг/ч или 1,3 л/ч.

Зная, что стоимость дозаправки в 2020 году составляет 12-23 руб./л, взяв среднее значение, можно примерно рассчитать затраты на обогрев дома за определенный отрезок времени:

  • за сутки (24 часа) – 1,3 × 24 = 31 л × 17 ≈ 527–558 рублей;
  • за месяц (30 дней) – 31 × 30 = 930 л × 17 ≈ 15810–16740 рублей;
  • за сезон (полгода) – 930 × 6 = 5580 л × 17 ≈ 94860–100440 рублей.

Необходимо учитывать, что в баллоне на 50 л, по факту находится 40–42 л пропан-бутановой смеси: около 15–20 % свободного объёма используется для увеличения площади испарения газа, а перенаполнение приводит к снижению его выработки. Значит, что при расходе 1,3 л/ч одного баллона хватает ≈ на 1,5 дня.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: