Kaip ir kodėl suskystintos dujos: suskystintųjų dujų gamybos technologija ir panaudojimo sritis

Technologijos, susijusios su gamtinių dujų gamyba, transportavimu ir perdirbimu, vystosi sparčiai.Ir šiandien daugelis žmonių girdi santrumpas LPG ir SGD. Kone kas antrą dieną viename ar kitame kontekste naujienose minimas gamtinių dujų kuras.

Bet, matote, norint aiškiai suprasti, kas vyksta, svarbu iš pradžių suprasti, kaip suskystintos dujos, kodėl tai daroma ir kokią naudą tai duoda ar neduoda. O niuansų šiame numeryje yra daug.

Dujiniams angliavandeniliams suskystinti statomos didelės aukštųjų technologijų gamyklos. Toliau atidžiai išnagrinėsime, kodėl viso to reikia ir kaip tai vyksta.

Kodėl gamtinės dujos yra suskystintos?

Mėlynasis kuras išgaunamas iš žemės gelmių metano, etano, propano, butano, helio, azoto, vandenilio sulfido ir kitų dujų bei įvairių jų darinių pavidalu.

Kai kurie iš jų naudojami chemijos pramonėje, o kai kurie deginami katiluose ar turbinose, gaminant šiluminę ir elektros energiją. Be to, dalis išgaunamo tūrio naudojama kaip dujinių variklių kuras.

Dujų darbuotojų skaičiavimai rodo, kad jei mėlynąjį kurą reikia pristatyti 2500 km ar didesniu atstumu, tada suskystinto pavidalo tai dažnai yra pelningiau nei vamzdynu.

Pagrindinė gamtinių dujų suskystinimo priežastis – supaprastinti jų transportavimą dideliais atstumais. Jei vartotojas ir dujinio kuro gamybos gręžinys yra sausumoje netoli vienas nuo kito, tuomet lengviau ir pelningiau nutiesti vamzdį tarp jų.Tačiau kai kuriais atvejais greitkelio tiesimas yra per brangus ir problemiškas dėl geografinių niuansų. Todėl jie griebiasi įvairių technologijų, skirtų SGD arba SND gamybai skystu pavidalu.

Transporto ekonomika ir sauga

Suskystinus dujas, jos pumpuojamos į skystą formą į specialius konteinerius, skirtus transportuoti jūra, upe, keliais ir (arba) geležinkeliu. Tuo pačiu metu technologiniu požiūriu skystinimas yra pakankamai brangus procesas energetiniu požiūriu.

Skirtingose ​​gamyklose tai sunaudoja iki 25 % pradinio kuro tūrio. Tai reiškia, kad norint pagaminti technologijai reikalingą energiją, reikia sudeginti iki 1 tonos SGD už kas tris tonas gatavų jų. Tačiau gamtinės dujos dabar labai paklausios, viskas atsiperka.

Suskystintas metanas (propanas-butanas) užima 500–600 kartų mažesnį tūrį nei dujinis.

Nors gamtinės dujos yra skystos, jos yra nedegios ir nesprogios. Tik išgaravus pakartotinio dujinimo metu susidaro dujų mišinys pasirodo tinkamas deginti katilai ir viryklės. Todėl, jei SGD arba SND naudojamos kaip angliavandenilių kuras, jos turi būti dujinamos iš naujo.

Naudoti įvairiose srityse

Dažniausiai angliavandenilių energijos nešėjų transportavimo kontekste minimi terminai „suskystintos dujos“ ir „dujų suskystinimas“. Tai yra, pirmiausia išgaunamas mėlynasis kuras, o tada paverčiamas SND arba SGD. Tada susidaręs skystis transportuojamas, o po to grąžinamas į dujinę būseną vienokiam ar kitokiam naudojimui.

LPG (suskystintos naftos dujos) sudaro 95% ar daugiau propano ir butano mišinio, o SGD (suskystintos gamtinės dujos) sudaro 85–95% metano.Tai yra panašios ir tuo pačiu radikaliai skirtingos kuro rūšys.

LPG iš propano-butano dažniausiai naudojamos kaip:

• Dujinių variklių degalai;
• kuras, skirtas pumpuoti į autonominių šildymo sistemų dujų bakus;
• skysčiai žiebtuvėlių ir dujų balionų papildymui, kurių talpa nuo 200 ml iki 50 l.

SGD paprastai gaminamos tik tolimųjų atstumų transportavimui. Jei suskystintoms dujoms laikyti pakanka talpyklos, galinčios atlaikyti kelių atmosferų slėgį, tai suskystintam metanui reikalingos specialios kriogeninės talpyklos.

SGD saugyklų įranga yra labai technologiška ir užima daug vietos. Lengvuosiuose automobiliuose tokį kurą naudoti neapsimoka dėl brangių balionų. SGD varomi sunkvežimiai pavienių eksperimentinių modelių pavidalu jau važinėja keliais, tačiau lengvųjų automobilių segmente šis „skystasis“ kuras greičiausiai nebus plačiai naudojamas artimiausiu metu.

Dabar vis dažniau naudojamas suskystintas metanas kaip kuras:

• Geležinkelio dyzeliniai lokomotyvai;
• jūrų laivai;
• upių transportas.

SND ir SGD ne tik naudojami kaip energijos nešiklis, bet ir tiesiogiai skystos formos dujų ir naftos chemijos gamyklose. Iš jų gaminami įvairūs plastikai ir kitos angliavandenilių pagrindu pagamintos medžiagos.

SND ir SGD gavimo technologijos

Norint paversti metaną iš dujų į skystį, jis turi būti atvėsintas iki -163 °C. O propanas-butanas suskystėja prie -40 °C. Atitinkamai technologijos ir sąnaudos abiem atvejais labai skiriasi.

Vienas litras SGD prilygsta maždaug 1,38 kubinio metro. m pradinių gamtinių dujų (šis skaičius priklauso nuo temperatūros ir slėgio), tūrio sumažėjimas – apie 620 kartų

Gamtinėms dujoms suskystinti naudojamos šios skirtingų įmonių technologijos:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimizuota kaskada;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL ir kt.

Visi jie yra pagrįsti suspaudimo ir (arba) šilumos mainų procesais. Skystinimo operacija gamykloje vyksta keliais etapais, kurių metu dujos palaipsniui suspaudžiamos ir atšaldomos iki perėjimo į skystąją fazę temperatūros.

Dujų mišinio paruošimas

Prieš pradėdami suskystinti žalias gamtines dujas, turite iš jų pašalinti vandenį, helią, vandenilį, azotą, sieros junginius ir kitas priemaišas. Šiuo tikslu dažniausiai naudojama adsorbcijos technologija giluminiam dujų mišinio valymui, perleidžiant jį per molekulinius sietus.

Tada vyksta antrasis žaliavos paruošimo etapas, kurio metu pašalinami sunkieji angliavandeniliai. Dėl to dujose lieka tik etanas ir metanas (arba propanas ir butanas), kurių priemaišų tūris yra mažesnis nei 5%, todėl ši frakcija gali pradėti aušinti ir suskystinti.

Pirminis paruošimas iš gamtinių dujų pašalinant viską, kas nereikalinga, atliekamas siekiant apsaugoti šaldymo įrangą nuo agresyvaus vandens, anglies dioksido, sieros junginių ir kt.

Frakcionavimas leidžia atsikratyti kenksmingų priemaišų ir izoliuoti tik pagrindines dujas tolesniam skystinimui. Esant 1 atm slėgiui, metano perėjimo į skystą būseną temperatūra yra -163 °C, etano -88 °C, propano -42 °C, o butano -0,5 °C.

Būtent šie temperatūrų skirtumai paaiškina priežastį, kodėl į gamyklą patenkančios dujos suskirstomos į frakcijas ir tik tada suskystinamos. Nėra vienos suskystinimo technologijos visų tipų dujiniams angliavandenilių junginiams. Kiekvienam iš jų būtina sukurti ir naudoti savo gamybos liniją.

Pagrindinis skystinimo procesas

Dujų pavertimo skysta būsena pagrindas yra šaldymo ciklas, kurio metu šiluma perduodama vienu ar kitu šaltnešiu iš aplinkos, kurioje žema temperatūra, į aplinką, kurioje aukštesnė. Šis procesas yra kelių pakopų ir reikalauja galingų kompresorių, skirtų aušinimo skysčiui ir šilumokaičiams išplėsti/suspausti.

Suspaudimo technologijos yra pažangios, daug energijos reikalaujančios ir brangios, tačiau per vieną ciklą dujos vienu metu gali suspausti 5–12 kartų.

Skirtinguose suskystinimo etapuose kaip šaltnešis naudojamas:

• propanas;
• metanas;
• etanas;
• azotas;
• vanduo (jūros ir išgrynintas);
• oro.

Pavyzdžiui, pirminiam gamtinių dujų aušinimui Novatek Yamal SGD naudojamas vėsus arktinis oras, kuris leidžia minimaliomis sąnaudomis iš karto sumažinti žaliavos temperatūrą iki +10 °C. O karštais vasaros mėnesiais vietoj to numatyta naudoti jūros vandenį iš Arkties vandenyno, kuris, nepriklausomai nuo metų laiko, pastovaus 3–4 °C gylyje.

Tuo pačiu metu azotas, gaunamas tiesiogiai vietoje iš oro, Jamalyje naudojamas kaip galutinis šaltnešis. Dėl to Arktis aprūpina viskuo, ko reikia SGD gamybai – nuo ​​pradinių gamtinių dujų iki darbinių medžiagų, naudojamų skystinimo procese.

Propanas skystėja panašiai kaip metanas. Tik tam reikia daug žemesnės aušinimo temperatūros – minus 42 °C, palyginti su minus 163 °C. Todėl suskystinimas dujos dujų bakams Tai kainuoja kelis kartus pigiau, tačiau pačios gautos propano-butano SND rinkoje yra mažiau paklausios.

Transportavimas ir sandėliavimas

Beveik visas SGD kiekis gabenamas didelių gabaritų jūrų dujų tanklaiviais iš vienos pakrantės į kitą.Gabenimą sausuma riboja poreikis palaikyti „skysto mėlynojo kuro“ temperatūrą maždaug -160 ° C, kitaip metanas pradeda virsti dujine būsena ir tampa sprogus.

SND transportavimui naudojami 5–50 litrų talpos balionai, kurių vidinis slėgis iki 1,5–2 MPa, ir didesnės talpyklos, skirtos 5–17 MPa.

Slėgis SGD bake yra artimas atmosferiniam. Tačiau jei skysto metano temperatūra pakyla virš -160 °C, jis iš skysčio pradės virsti dujomis. Dėl to slėgis talpykloje pradės didėti, o tai kelia rimtą pavojų. Todėl SGD tanklaiviuose sumontuoti žemos temperatūros palaikymo įrenginiai ir storas šilumos izoliacijos sluoksnis.

SND iš naujo dujinamos į dujas tiesiai dujų bake. O SGD išdujinimas vykdomas specialiuose pramoniniuose įrenginiuose, kuriuose nėra prieigos prie deguonies. Anot fizikos, skystas metanas esant teigiamai temperatūrai palaipsniui virsta dujomis. Tačiau jei tai atsitiks tiesiai ore ne ypatingomis sąlygomis, toks procesas sukels sprogimą.

Gamykloje suskystinus gamtines dujas SGD pavidalu, jos transportuojamos, o vėliau gamykloje (tik išdujinimas) vėl paverčiamos į dujinę būseną tolesniam naudojimui.

Suskystinto vandenilio perspektyvos

Be tiesioginio suskystinimo ir naudojimo tokia forma, iš gamtinių dujų galima gauti ir kitą energijos nešiklį – vandenilį. Metanas yra CH₄, propanas C₃N₈ir butanas C₄N₁₀.

Vandenilio komponentas yra visuose šiuose iškastiniuose kuruose, jums tereikia jį izoliuoti.

Pagrindiniai vandenilio privalumai yra ekologiškumas ir paplitimas gamtoje, tačiau didelė jo suskystinimo kaina ir nuostoliai dėl nuolatinio garavimo šiuos privalumus beveik nesumažina.

Norint paversti vandenilį iš dujų į skystį, jis turi būti atvėsintas iki -253 °C. Šiuo tikslu naudojamos kelių pakopų aušinimo sistemos ir „suspaudimo/išsiplėtimo“ įrenginiai. Šiuo metu tokios technologijos yra per brangios, tačiau vyksta darbas siekiant sumažinti jų kainą.

Taip pat rekomenduojame perskaityti kitą mūsų straipsnį, kuriame išsamiai aprašėme, kaip savo rankomis pasidaryti vandenilio generatorių savo namams. Daugiau informacijos - eik nuoroda.

Be to, skirtingai nei SND ir SGD, suskystintas vandenilis yra daug sprogstamesnis. Mažiausias jo nuotėkis kartu su deguonimi sukuria dujų ir oro mišinį, kuris užsidega nuo menkiausios kibirkšties. O skystą vandenilį laikyti galima tik specialiuose kriogeniniuose induose. Vandenilio kuras vis dar turi per daug trūkumų.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Kaip gaminamos suskystintos dujos ir kodėl jos suskystintos:

Viskas apie suskystintas dujas:

Yra keletas dujų suskystinimo technologijų. Dėl metano jie yra jų, o dėl propano-butano jie yra jų. Tuo pačiu pigiau gauti SND, lengviau ir saugiau transportuoti/sandėliuoti. Metano SGD gamyba yra brangesnis ir sudėtingesnis procesas. Be to, jo dujinimas reikalauja specializuotos įrangos. Tuo pačiu metanas šiandien turi didesnę paklausą rinkoje, todėl suskystinamas daug didesniais kiekiais.

Turite aiškinamųjų klausimų ar savo ekspertų nuomonės dujų skystinimo tema? Galbūt jūs turite ką pridėti prie aukščiau pateiktų dalykų. Nedvejodami klauskite ir (arba) pakomentuokite straipsnį žemiau esančiame laukelyje.