Gaz nasıl ve neden sıvılaştırılır: üretim teknolojisi ve sıvılaştırılmış gazın kullanım kapsamı

Doğal gazın üretimi, taşınması ve işlenmesiyle ilgili teknolojiler hızla gelişiyor.Günümüzde birçok kişi LPG ve LNG kısaltmalarını duymaktadır. Neredeyse her gün haberlerde şu veya bu bağlamda doğalgaz yakıtından bahsediliyor.

Ancak görüyorsunuz, neler olup bittiğini net bir şekilde anlayabilmek için öncelikle gazın nasıl sıvılaştırıldığını, neden yapıldığını, ne gibi faydalar sağlayıp sağlamadığını anlamak önemlidir. Ve bu konuda pek çok nüans var.

Gaz halindeki hidrokarbonları sıvılaştırmak için büyük yüksek teknolojili tesisler inşa ediliyor. Daha sonra, tüm bunlara neden ihtiyaç duyulduğuna ve nasıl gerçekleştiğine dikkatlice bakacağız.

Doğal gaz neden sıvılaştırılır?

Mavi yakıt, metan, etan, propan, bütan, helyum, nitrojen, hidrojen sülfür ve diğer gazların yanı sıra bunların çeşitli türevlerinin bir karışımı şeklinde dünyanın bağırsaklarından çıkarılır.

Bunlardan bir kısmı kimya sanayinde kullanılırken bir kısmı da kazanlarda ya da türbinlerde yakılarak ısı ve elektrik enerjisi elde ediliyor. Ayrıca, çıkarılan hacmin bir kısmı gaz motoru yakıtı olarak kullanılıyor.

Gaz işçileri tarafından yapılan hesaplamalar, mavi yakıtın 2.500 km veya daha fazla mesafeye iletilmesi gerekiyorsa, bunu sıvılaştırılmış biçimde yapmanın boru hattıyla yapmaktan genellikle daha karlı olduğunu gösteriyor.

Doğal gazın sıvılaştırılmasının temel nedeni, uzun mesafelerde taşınmasını kolaylaştırmaktır. Tüketici ve gaz yakıtı üretim kuyusu birbirinden uzak olmayan bir arazide bulunuyorsa, aralarına boru döşemek daha kolay ve daha karlı olur.Ancak bazı durumlarda otoyol inşa etmek coğrafi farklılıklar nedeniyle çok pahalı ve problemlidir. Bu nedenle sıvı halde LNG veya LPG üretmek için çeşitli teknolojilere başvuruyorlar.

Ulaşımın ekonomisi ve güvenliği

Gaz sıvılaştırıldıktan sonra deniz, nehir, karayolu ve/veya demiryolu ile taşınmak üzere özel konteynerlere sıvı halde pompalanır. Aynı zamanda teknolojik olarak sıvılaştırma enerji açısından oldukça maliyetli bir süreçtir.

Farklı tesislerde bu, orijinal yakıt hacminin %25'ine kadarını gerektirir. Yani teknolojinin gerektirdiği enerjiyi üretebilmek için bitmiş haldeki her 3 ton LNG için 1 tona kadar LNG yakmanız gerekiyor. Ancak doğalgaz artık büyük talep görüyor, her şey karşılığını veriyor.

Sıvılaştırılmış formda metan (propan-bütan), gaz halindeki duruma göre 500-600 kat daha az hacim kaplar

Doğalgaz sıvı bir madde olmasına rağmen yanıcı ve patlayıcı değildir. Sadece yeniden gazlaştırma sırasında buharlaştırmadan sonra ortaya çıkan gaz karışımı yanmaya uygun olduğu ortaya çıktı kazanlar ve ocaklar. Bu nedenle hidrokarbon yakıt olarak LNG veya LPG kullanılıyorsa bunların yeniden gazlaştırılması gerekir.

Çeşitli alanlarda kullanım

Çoğu zaman, hidrokarbon enerji taşıyıcılarının taşınması bağlamında “sıvılaştırılmış gaz” ve “gazın sıvılaştırılması” terimleri kullanılmaktadır. Yani önce mavi yakıt çıkarılıyor, daha sonra LPG veya LNG’ye dönüştürülüyor. Ortaya çıkan sıvı daha sonra taşınır ve daha sonra şu veya bu kullanım için gaz haline geri döndürülür.

LPG (sıvılaştırılmış petrol gazı) %95 veya daha fazlası propan-bütan karışımından oluşur ve LNG (sıvılaştırılmış doğal gaz) %85-95 metandan oluşur.Bunlar benzer ve aynı zamanda tamamen farklı yakıt türleridir.

Propan-bütandan elde edilen LPG esas olarak şu şekilde kullanılır:

• gaz motoru yakıtı;
• otonom ısıtma sistemlerinin gaz tanklarına pompalamak için yakıt;
• 200 ml'den 50 l'ye kadar kapasiteye sahip çakmakları ve gaz tüplerini yeniden doldurmak için sıvılar.

LNG genellikle uzun mesafe taşımacılığı için özel olarak üretilir. Birkaç atmosferlik basınca dayanabilen bir kap LPG'yi depolamak için yeterliyse, sıvılaştırılmış metan için özel kriyojenik tanklara ihtiyaç vardır.

LNG depolama ekipmanları son derece teknolojiktir ve çok fazla yer kaplar. Bu tür yakıtların binek araçlarda kullanılması silindir maliyetinin yüksek olması nedeniyle karlı değildir. Tek deneysel modeller şeklindeki LNG ile çalışan kamyonlar halihazırda yollarda kullanılıyor, ancak binek otomobil segmentinde bu "sıvı" yakıtın yakın gelecekte yaygın bir kullanım alanı bulması pek mümkün görünmüyor.

Yakıt olarak sıvılaştırılmış metan artık operasyonlarda giderek daha fazla kullanılıyor:

• demiryolu dizel lokomotifleri;
• deniz gemileri;
• nehir taşımacılığı.

LPG ve LNG enerji taşıyıcısı olarak kullanılmasının yanı sıra gaz ve petrokimya tesislerinde doğrudan sıvı halde de kullanılmaktadır. Çeşitli plastiklerin ve diğer hidrokarbon bazlı malzemelerin yapımında kullanılırlar.

LPG ve LNG elde etme teknolojileri

Metanın gazdan sıvıya dönüştürülmesi için -163 °C'ye soğutulması gerekir. Ve propan-bütan -40'ta sıvılaşır °C. Buna göre her iki durumda da teknolojiler ve maliyetler çok farklıdır.

Bir litre LNG yaklaşık olarak 1,38 metreküpe eşittir. m ilk doğal gaz (bu rakam sıcaklığa ve basınca bağlıdır), hacimde azalma - yaklaşık 620 kat

Doğal gazı sıvılaştırmak için farklı şirketlerin aşağıdaki teknolojileri kullanılmaktadır:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimize Edilmiş Basamak;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL ve ark.

Hepsi sıkıştırma ve/veya ısı değişim işlemlerine dayanmaktadır. Sıvılaştırma işlemi tesiste birkaç aşamada gerçekleştirilir; bu sırada gaz kademeli olarak sıkıştırılır ve sıvı faza geçiş sıcaklığına kadar soğutulur.

Gaz karışımının hazırlanması

Ham doğal gazı sıvılaştırmadan önce, içindeki suyu, helyumu, hidrojeni, nitrojeni, kükürt bileşiklerini ve diğer yabancı maddeleri temizlemeniz gerekir. Bu amaçla genellikle gaz karışımının moleküler eleklerden geçirilerek derinlemesine saflaştırılması için adsorpsiyon teknolojisi kullanılır.

Daha sonra, ağır hidrokarbonların uzaklaştırıldığı, hammadde hazırlamanın ikinci aşaması gerçekleşir. Sonuç olarak, gazda yalnızca %5'ten daha az miktarda safsızlık içeren etan ve metan (veya propan ve bütan) kalır, böylece bu kısım soğutulmaya ve sıvılaştırılmaya başlanabilir.

Soğutma ekipmanlarını suyun, karbondioksitin, kükürt bileşiklerinin vb. agresif etkilerinden korumak için gereksiz her şeyin doğal gazdan uzaklaştırılmasıyla ilgili birincil hazırlık yapılır.

Fraksiyonlama, zararlı yabancı maddelerden kurtulmanıza ve sonraki sıvılaştırma için yalnızca ana gazı izole etmenize olanak tanır. 1 atm basınçta, metan için sıvı duruma geçiş sıcaklığı -163 °C, etan için -88 °C, propan için -42 °C ve bütan için -0,5 °C'dir.

Tesise giren gazın neden parçalara bölündüğünü ve ancak daha sonra sıvılaştırıldığını açıklayan tam da bu sıcaklık farklılıklarıdır. Tüm gaz halindeki hidrokarbon bileşikleri için tek bir sıvılaştırma teknolojisi yoktur. Her birinin kendi üretim hattını kurması ve kullanması gerekiyor.

Temel sıvılaştırma işlemi

Gazı sıvı duruma dönüştürmenin temeli, ısının bir veya başka bir soğutucu akışkan tarafından düşük sıcaklıktaki bir ortamdan daha yüksek olan bir ortama aktarıldığı soğutma döngüsüdür. Bu süreç çok aşamalıdır ve soğutucu ve ısı eşanjörlerinin genleştirilmesi/sıkıştırılması için güçlü kompresörler gerektirir.

Sıkıştırma teknolojileri ileri teknolojidir, enerji yoğundur ve maliyetlidir, ancak tek çevrimde gazın aynı anda 5-12 kez sıkıştırılmasına olanak tanır

Aşağıdakiler sıvılaştırmanın farklı aşamalarında soğutucu olarak kullanılır:

• propan;
• metan;
• etan;
• azot;
• su (deniz ve arıtılmış);
• hava.

Örneğin, Novatek'in Yamal LNG'sinde doğal gazın birincil soğutulması için, hammadde sıcaklığının minimum maliyetle anında +10 °C'ye düşürülmesine olanak tanıyan soğuk Arktik havası kullanılıyor. Sıcak yaz aylarında ise yılın zamanına bakılmaksızın sabit 3-4 ° C derinlikte olan Arktik Okyanusu'ndan gelen deniz suyunun kullanılması sağlanmaktadır.

Aynı zamanda Yamal'da son soğutucu olarak doğrudan sahada havadan elde edilen nitrojen kullanılıyor. Sonuç olarak Kuzey Kutbu, ilk doğal gazdan sıvılaştırma sürecinde kullanılan çalışma maddelerine kadar LNG üretmek için gereken her şeyi sağlıyor.

Propan metana benzer şekilde sıvılaşır. Sadece çok daha düşük soğutma sıcaklıkları gerektirir - eksi 42 °C'ye karşılık eksi 163 °C. Bu nedenle sıvılaşma gaz tankları için gaz Maliyeti birkaç kat daha azdır, ancak sonuçta ortaya çıkan propan-bütan LPG'nin kendisi piyasada daha az talep görmektedir.

Nakliye ve depolama

LNG'nin neredeyse tamamı büyük boyutlu deniz gazı tankerleriyle bir kıyıdan diğerine taşınıyor.Kara yoluyla ulaşım, "sıvı mavi yakıtın" sıcaklığının yaklaşık -160 ° C değerlerinde tutulması ihtiyacı nedeniyle sınırlıdır, aksi takdirde metan gaz haline dönüşmeye başlar ve patlayıcı hale gelir.

LPG'yi taşımak için, iç basıncı 1,5-2 MPa'ya kadar olan 5-50 litrelik silindirler ve 5-17 MPa için tasarlanmış daha büyük tank konteynerleri kullanılır.

LNG tankındaki basınç atmosferik basınca yakındır. Ancak sıvı metanın sıcaklığı -160 °C'nin üzerine çıkarsa sıvıdan gaza dönüşmeye başlayacaktır. Bunun sonucunda kap içindeki basınç artmaya başlayacak ve bu da ciddi bir tehlike oluşturmaktadır. Bu nedenle LNG tankerleri düşük sıcaklık bakım üniteleri ve kalın bir ısı yalıtımı tabakasıyla donatılmıştır.

LPG, gaz tankında doğrudan gaza dönüştürülür. LNG'nin yeniden gazlaştırılması ise oksijene erişimi olmayan özel endüstriyel tesislerde gerçekleştirilmektedir. Fiziğe göre pozitif sıcaklıklardaki sıvı metan yavaş yavaş gaza dönüşür. Ancak bunun özel durumlar dışında doğrudan havada gerçekleşmesi durumunda böyle bir süreç patlamaya yol açacaktır.

LNG formundaki doğal gaz tesiste sıvılaştırıldıktan sonra taşınır ve daha sonra tekrar tesiste (sadece yeniden gazlaştırma) daha sonra kullanılmak üzere tekrar gaz haline dönüştürülür.

Sıvılaştırılmış hidrojen için beklentiler

Doğrudan sıvılaştırma ve bu formda kullanmanın yanı sıra, doğal gazdan başka bir enerji taşıyıcısı olan hidrojen elde etmek de mümkündür. Metan CH'dir₄, propan C₃N₈ve bütan C₄N₁₀.

Hidrojen bileşeni tüm bu fosil yakıtlarda mevcut, onu izole etmeniz yeterli.

Hidrojenin temel avantajları çevre dostu olması ve doğada yaygın olarak bulunmasıdır, ancak sıvılaştırmanın yüksek fiyatı ve sürekli buharlaşma nedeniyle oluşan kayıplar bu avantajları neredeyse sıfıra indirmektedir.

Hidrojenin gazdan sıvıya dönüştürülmesi için -253 °C'ye soğutulması gerekir. Bu amaçla çok kademeli soğutma sistemleri ve “sıkıştırma/genleşme” tesisatları kullanılmaktadır. Şu anda bu tür teknolojiler çok pahalı, ancak maliyetlerinin düşürülmesi için çalışmalar sürüyor.

Ayrıca eviniz için kendi ellerinizle nasıl hidrojen jeneratörü yapacağınızı ayrıntılı olarak anlattığımız diğer makalemizi de okumanızı öneririz. Daha fazla ayrıntı - git bağlantı.

Ayrıca LPG ve LNG'den farklı olarak sıvılaştırılmış hidrojen çok daha patlayıcıdır. Oksijenle birlikte en ufak bir sızıntısı, en ufak bir kıvılcımla tutuşan bir gaz-hava karışımı üretir. Sıvı hidrojenin depolanması ise yalnızca özel kriyojenik kaplarda mümkündür. Hidrojen yakıtının hala çok fazla dezavantajı var.

Konuyla ilgili sonuçlar ve faydalı video

Sıvılaştırılmış gaz nasıl üretilir ve neden sıvılaştırılır:

Sıvılaştırılmış gazlar hakkında her şey:

Gazları sıvılaştırmak için çeşitli teknolojiler vardır. Metan konusunda kendilerinin, propan-bütan konusunda ise kendilerinindir. Aynı zamanda LPG elde etmek daha ucuz, taşıması/depolaması daha kolay ve güvenlidir. Metan LNG üretmek daha pahalı ve karmaşık bir süreçtir. Ayrıca yeniden gaza dönüştürülmesi özel ekipman gerektirir. Aynı zamanda metan bugün piyasada daha fazla talep görüyor ve bu nedenle çok daha büyük hacimlerde sıvılaştırılıyor.

Gazın sıvılaştırılması konusuyla ilgili açıklayıcı sorularınız veya kendi uzman görüşünüz var mı? Belki yukarıdakilere ekleyecekleriniz vardır. Aşağıdaki kutuda makale hakkında soru sormaktan ve/veya yorum yapmaktan çekinmeyin.