Как и зачем сжижают газ: технология и нюансы производства сжиженного газа

Более 30 лет в СССР, затем в России сжиженные и сжатые газы применяются в народном хозяйстве. За это время пройден достаточно трудный путь по организации учета сжиженных газов, разработке технологий по их перекачке, измерению, хранению, транспортировке.

От сжигания до признания

Исторически сложилось, что потенциал газа как источника энергии был недооценен в нашей стране.

Не видя экономически обоснованных сфер применения, нефтепромышленники старались избавиться от легких фракций углеводородов, сжигали их без пользы.

В 1946 году выделение газовой промышленности в самостоятельную отрасль революционно изменило ситуацию. Объём добычи этого типа углеводородов резко увеличился, как и соотношение в топливном балансе России.

Когда ученые и инженеры научились сжижать газы, стало возможным строить газосжижающие предприятия и доставлять голубое топливо в отдаленные районы, не оборудованные газопроводом, и использовать в каждом доме, в качестве автомобильного топлива, на производстве, а также экспортировать его за твердую валюту.

Что такое сжиженные углеводородные газы

Они делятся на две группы:

Сжиженный газ: пропан, бутан

В газовом хозяйстве именно СУГ применяются в промышленном масштабе. Их основными компонентами являются пропан и бутан. Также в виде примесей в них содержатся более легкие углеводороды (метан и этан) и более тяжелые (пентан).

Все перечисленные компоненты являются предельными углеводородами. В состав СУГ могут входить также непредельные углеводороды: этилен, пропилен, бутилен.

Бутан-бутилены могут присутствовать в виде изомерных соединений (изобутана и изобутилена).

Технологии сжижения

Сжижать газы научились в начале XX века: в 1913 году за сжижение гелия вручена Нобелевская премия голландцу К. О. Хейке. Некоторые газы доводятся до жидкого состояния простым охлаждением без дополнительных условий. Однако большинство углеводородных «промышленных» газов (углекислый, этан, аммиак, бутан, пропан) сжижаются под давлением.

Производство сжиженного газа осуществляется на газосжижающих заводах, расположенных либо около месторождений углеводородов, либо на пути магистральных газопроводов около крупных транспортных узлов.

Сжиженный (или сжатый) природный газ можно легко доставить автомобильным, железнодорожным или водным транспортом к конечному потребителю, где его можно хранить, после чего снова преобразовать в газообразное состояние и подавать в сеть газоснабжения.

Специальное оборудование

Для того чтобы сжижать газы, используются специальные установки. Они значительно уменьшают объём голубого топлива и повышают плотность энергии. С их помощью можно осуществлять различные способы переработки углеводородов в зависимости от последующего применения, свойств исходного сырья и условий окружающей среды.

Установки по сжижению и сжатию предназначены для обработки газа и имеют блочное (модульное) исполнение либо полностью контейнеризированы.

Благодаря регазификационным станциям становится возможным обеспечение дешёвым природным топливом даже самых отдалённых регионов.

Система регазификации также позволяет хранить природный газ и подавать его необходимое количество в зависимости от потребности (например, в периоды пикового потребления).

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).

Характеристики СУГ

Основное преимущество СУГ – возможность их существования при температуре окружающей среды и умеренных давлениях как в жидком, так и в газообразном состоянии. В жидком состоянии они легко перерабатываются, хранятся и транспортируются, в газообразном имеют лучшую характеристику сгорания.

Состояние углеводородных систем определяется совокупностью влияний различных факторов, поэтому для полной характеристики необходимо знать все параметры. К основным из них, поддающимся непосредственному измерению и влияющим на режимы течения, относятся: давление, температура, плотность, вязкость, концентрация компонентов, соотношение фаз.

Система находится в равновесном состоянии, если все параметры остаются неизменными. При таком состоянии в системе не происходит видимых качественных и количественных метаморфоз. Изменение хотя бы одного параметра нарушает равновесное состояние системы, вызывая тот или иной процесс.

Свойства

При хранении сжиженных газов и транспортировании их агрегатное состояние меняется: часть вещества испаряется, трансформируясь в газообразное состояние, часть конденсируется – переходит в жидкое. Это свойство сжиженных газов является одним из определяющих при проектировании систем хранения и распределения.

При отборе из резервуаров кипящей жидкости и транспортировании ее по трубопроводу часть жидкости испаряется из-за потерь давления, образуется двухфазный поток, упругость паров которого зависит от температуры потока, которая ниже температуры в резервуаре.

В случае прекращения движения двухфазной жидкости по трубопроводу давление во всех точках выравнивается и становится равным упругости паров.

Сжиженный природный газ: мировое производство и технологии

Часто встречаемая в научной литературе аббревиатура СПГ не всегда понятна читателю или иному заинтересованному лицу, поэтому периодически возникают вопросы, как переводится СПГ и что значит.

Сжиженный природный газ: определение и физико-химические свойства

СПГ или сжиженный природный газ – продукт вторичного воздействия на добываемый метановый, этановый газ, получаемый с целью облегчения его перевозки и хранения. На этапе сжатия в него добавляют азот.

Основной компонент газа – метан, концентрация которого не ниже 75% масс. Чем отличается природный газ от сжиженного газа? Последний обладает следующими характеристиками:

• не имеет цвета и запаха (природный газ имеет запах тухлых яиц, так как в его состав входят сернистые соединения – меркаптаны, а после добычи в него добавляют одоранты, позволяющие вовремя заметить утечку);
• плотность СПГ равна почти половине от плотности воды (0,425-0,46кг/л);
• кипение происходит при температуре -159°C;
• не горюч в данном агрегатном состоянии;
• не имеет токсического действия;
• газ не агрессивен;
• реакция горения паров сопровождается выделением двуокиси углерода и водяного пара;
• в условиях открытого пространства при 25°C и 760 мм. рт. столба сжатый газ принимает первоначальное газообразное состояние, растворяясь в воздухе;
• в процессе испарения газ может воспламеняться при наличии контакта с очагом пламени (концентрация в воздухе, необходимая для воспламенения – 5-15% об. – то есть, ниже и выше данных значений воспламенения не произойдет).

Таким образом, отличия природного газа от сжиженного очевидны.

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:

• 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.

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).

История производства СПГ

Впервые попытки получить сжатый природный газ в масштабах одного производства осуществлялись в начале XX века.

В семнадцатом году XX века американским заводам удалось получить сжиженный газ, имеющий принципиальную разницу с природным газом.

Однако в то время отсутствовали технологические решения для осуществления транспортировки жидкости, что существенно затормозило развитие промышленного комплекса.

Читайте также:  Как проверить напряжение в розетке мультиметром и измерить

Строительство первого отечественного завода по производству СПГ, согласно разработанному проекту, осуществилось в 2006 году. Начало положил разработанный проект «Сахалин-2».

Особую роль в усовершенствовании комплекса сыграл «Газпром», целью которого было реализовать себя как лидера среди существующих на мировом рынке энергетических компаний, поэтому строительство завода СПГ в России, его отлаженное производство и перспективы стало важным этапом, расширяющим влияние компании на мировом рынке. Спустя три года, в 2009, В России произошел торжественный запуск завода СПГ, функционирующий и в 2018 году.

Транспортировка СПГ: экспорт из России

Существует несколько способов транспортировки сжатого газа:

• морскими путями на танкерах;
• с помощью автомобилей, предназначенных для перевозки газа в цистернах;
• железнодорожным способом в криоцистернах.

В пункте прибытия происходит регазификация продукта – возвращение жидкости в газообразное состояние, и подача потребителям по системе газопроводов.

Главными странами-потребителями российского газа считаются Япония, Южная Корея, Бельгия, Испания и Франция.

Мировое производство СПГ

Страны-производители (2009 год): Катар, Малайзия, Индонезия, Австралия, Алжир, Тринидад и Тобаго, лидером из которых является Катар (производство 49,5 млрд м).

Страны- экспортеры (2009 год): Япония, Республика Корея, Испания, Франция, США, Индия, лидером из которых является Япония. Однако к началу 2020 года компании США планируют запуск новых производств с суммарной мощностью более 57,8 млн т/год.

В Российской Федерации, по данным на 2018 год, функционируют 2 завода. Первый из них принадлежит компаниям Газпром, Shell, Mitsui и Mitsubishi, с общей мощностью 10,8 млн т/год СПГ.

Второй завод по производству сжиженного природного газа находится в Ямало-Ненецком автономном округе, принадлежащем компании Новатэк.

В перспективах компании строительство дополнительного завода в рамках проекта Арктик СПГ на Няхартинском месторождении природного газа.

Интересные факты о СПГ

• В конце XX века (1971) В Туркменистане произошла крупнейшая авария при бурении газоразведочной скважины. Группа геологов в процессе работы наткнулась на полость в земле, в результате чего установка со всем оборудованием буквально ушла вниз на несколько сотен метров. В целях безопасности было решено поджечь газ с надеждой скорейшего выгорания. Однако запасы были настолько большими, что газ горит и в настоящее время. Путешественники прозвали место «Дверью в преисподнюю».
• Общая длина газовых трубопроводов России превышает расстояние от спутника Земли до нас в 2 раза. Если переводить величину на размер экватора, то протяженность газопроводов превышает последнюю в 20 раз.
• Размеры наибольшего танкера для транспортировки сжиженного природного газа длиннее футбольного поля в 3,5 раз (345 м).

Сжиженный природный газ (СПГ). Технология сжижения, хранение, транспортировка

Подробности С

Сжиженный природный газ (СПГ, англ. Liquefied Natural Gas, LNG) – природный газ, искусственно переведенный в жидкое состояние для удобства хранения и транспортировки.

Преобразование СПГ обратно в газообразную фазу для потребительских нужд осуществляется на специальных регазификационных терминалах.

Использование природного газа в сжиженной форме позволяет оптимизировать хранение и предоставляет широкие возможности его транспортировки в труднодоступные районы, находящиеся вдали от основных артерий магистральных газопроводов. Многие страны, среди которых США, Франция, Бельгия, Южная Корея и другие, рассматривают сжиженный природный газ как перспективную технологию расширения импорта полезных ископаемых.

На 2018 год 42 государства импортируют СПГ. Основным импортером сжиженного природного газа является Япония – около 100% всего ввозимого в страну газа поставляется в сжиженном виде. На втором месте с небольшим отставанием расположился Китай. В Европе основные объемы закупают Испания, Турция, Франция, Италия, Бельгия.

СПГ – перспективный и развивающийся рынок. По данным специального отчета аналитиков Royal Dutch Shell (2018 год) на СПГ приходится около 40% мирового экспорта газа.

В 2018 году экспортом природного газа в сжиженном состоянии занимаются 18 стран, в том числе и Россия.

По оценкам Международного Энергетического Агентства к 2040 году поставки природного газа в сжижженой форме превзойдут объемы поставки газа традиционным трубопроводным транспортом.

Рукводствуясь такими многообещающими прогнозами, многие страны инвестируют в проекты по производству сжиженного природного газа и развивают соответствующую инфраструктуру. Лидером по производству СПГ является Катар — 77 млн тонн за 2018 год. Кроме него в тройку лидеров входят Австралия и Малайзия.

В России на конец 2018 года функционируют два СПГ проекта: «Сахалин-2» и «Ямал СПГ», на очереди еще как минимум 5 крупных проектов.

Метод производства СПГ

Сжиженный природный газ производят путем проведения нескольких последовательных операций сжатия-охлаждения на специальных ожижительных установках (заводах).

На каждой стадии газ сжимают в 5-12 раз, охлаждают до определенной температуры и направляют на следующую аналогичную ступень. Чистый метан переходит в жидкость при температуре -162,5 С.

В случае природного газа, в зависимости от количества в составе других газов, эта температура может варьироваться, но обычно находится в пределах -158…-163 С.

При сжижении газ уменьшается в объеме до 600 раз. Сжижение газа — довольно энергозатратный процесс. На его проведение может расходоваться до 10% энергии, содержащейся в конечном продукте – СПГ.

Химический состав сжиженного природного газа

В отличие от природного газа, СПГ не содержит нежелательных примесей и воды, так как производится из уже подготовленного сырья.

Основной компонент сжиженного природного газа – это метан (85 – 95%). Остальные 5 -15% составляют другие низшие алканы (этан, пропан, бутан), а в некоторых случаях также неорганические газы (преимущественно, азот).

Физические свойства СПГ

Сжиженный природный газ представляет собой бесцветную, прозрачную криогенную жидкость, не имеющую запаха. На открытом пространстве при нормальном давлении и температуре субстанция довольно быстро переходит в газообразное состояние.

Плотность 0,41…0.50 кг/лВязкость 1*104…2*104 Па*с

Температура кипения -158…-163 С

Хранение СПГ

Для хранения природного газа в сжиженном состоянии используются специальные резервуары, которые могут быть как надземного, так и подземного типа. Резервуары подземного типа имеют цилиндрическую форму и выпуклую крышу. Надземные могут быть как цилиндрической, так и шарообразной формы.

СПГ резервуары имеют двойные стенки, между которыми размещается система изоляции, содержащая криогенную жидкость. Емкости изготавливаются из металлов и сплавов с низким коэффициентом теплового расширения.

Вокруг резервуаров сооружаются насыпи и обвалования для сдерживания возможных утечек при хранении. В случае подземного резервуара предусматриваются специальные стенки-замки в грунте и непроницаемый пропласток.

Считается, что подземные резервуары для хранения сжиженного газа более безопасны. Особенно это касается сейсмоактивных районов. Однако затраты на сооружения подземных резервуаров выше, чем для аналогичных надземных емкостей. Поэтому большинство емкостей для хранения сжиженного природного газа делают надземного типа, строго соблюдая при этом регламент безопасности.

Транспортировка СПГ

Сжиженный попутный газ транспортируется в специальных изотермических емкостях, устанавливаемых на суда и наземный транспорт.

Для транспортировки по воде используются специальные газовозы рефрижераторного типа – СПГ-танкеры.

Это суда, оборудованные несколькими независимыми криогенными резервуарами, разделенными жесткой тепловой пеноизоляцией, предназначенные для транспортировки сжиженного природного газа при атмосферном давлении и температуре -162,5 С.

Природный газ в сжиженном состоянии перевозится также и наземными видами транспорта – в специальных цистернах по железной дороге и на автомобилях.

В сжиженном состоянии газ доставляется в пункты регазификации. До конечного потребителя регазифицированный СПГ транспортируется по трубопроводу.

История

Первые попытки сжижения природного газа были предприняты в начале 20-го века и увенчались успехом в США в 1917 году. Однако примерно в это же время промышленники переключили внимание на транспортировку газообразных продуктов по трубопроводам, и развитие технологий сжижения было заморожено.

Следующая попытка производства СПГ была совершена в 1941 году также в США (Кливленд, штат Огайо), но промышленное производство сжиженного природного газа началось только с середины 1960-х годов.

Первая трансконтинентальная транспортировка природного газа в сжиженном состоянии была осуществлена в 1959 году в рамках поставки продукта из США в Великобританию на модернизированном танкере времен Второй мировой войны.

Стремительное развитие рынка СПГ началось в 1990-х годах. А в период 2000 – 2018 гг. экспорт-импорт этого продукта вырос более чем в два раза.

В России первый завод по производству СПГ был заложен в 2006 году в рамках проекта «Сахалин-2». Ввод завода в эксплуатацию состоялся зимой 2009 года.

Как сжижают газ

Опубликовано: 31.12.2016 11:34

Газ – это одно из трех стандартных агрегатных состояний вещества.

Свойство, которое характеризует любое вещество в состоянии газа — это способность занимать весь объем отведенного газу пространства, со временем равномерно распространяясь по всему доступному объему.

Сжиженный природный газ – это вещество с тем же самым составом (в случае природного газа мы говорим про метан – СН4), но в другом агрегатном состоянии. Мы имеем жидкость вместо газа. Итак, как же происходит процесс сжижения метана, пропана и других газов?

Получение сжиженного газа возможно двумя способами:

• сжижение любого газа происходит методом понижения его температуры ниже уровня температуры кипения;
• процесс сжижения некоторых газов можно провести более дешевыми методами – путем повышения давления.

Хронологически первыми были получены в жидком состоянии такие газы, как углекислый газ, сернистый газ, аммиак. Процесс сжижения этих газов происходил при повышении давления и нормальной комнатной температуре.

Газы, которые были сжижены далее – пропан, бутан, этан и другие – также проходили процедуру сжижения с повышением давления.

Однако дальше выяснилось, что сжижение газа при компрессорным методом работает не всех газов – природный газ не превращается в сжиженный метан при повышении давления.

Далее было установлено, что возможно получение газа в жидком состоянии абсолютно для всех известных групп газов, однако процесс сжижения определенного газа не даст результата, если этот газ не охлажден до уровня ниже критической температуры.

Если температура кипения – это температура, при которой вещество полностью переходит из состояния газа в состояние жидкости, то критическая температура – это уровень, при котором переход из состояния газа возможен при достижении определенного давления.

Именно таким является процесс получения сжиженного природного газа – охлаждение до критической температуры -82,5оС (при температуре кипения метана в -161,5оС) и повышение давления газа.

Сжижение газа помогает решить вопрос с его хранением и транспортировкой (хранение жидкости более удобно, чем хранение газа, и не требует полностью герметичного помещения) – объем природного газа в жидком состоянии меньше в 600 раз, чем то пространство, которое занимает то же количество газа в обычном виде. Получение сжиженного газа относится к началу ХХ века, когда для его удобной транспортировки впервые была применена технология повышения давления. Однако развитию применения такого газа помешало применение технологии трубопроводной доставки, пришедшей из нефтяной промышленности.

Сжиженный метан и пропан.

Получение сжиженного метана невозможно через повышение давления при комнатной температуре, поэтому для хранения природного газа в жидком состоянии используются криогенные технологии, позволяющие поддерживать температуру ниже уровня испарения газа.

Читайте также:  Жировые фильтры для вытяжки: виды, их плюсы и минусы, правила выбора

Дороговизна применения технологий по хранению и транспортировке сжиженного метана сказывается на ограничении популярности СПГ в сравнении с трубопроводным газом.

Использование сжиженного метана в качестве топлива требует оборудования для сжижения газа, танкеров, позволяющих поддерживать необходимую низкую температуру, терминалов по разжижению СПГ.

В свою очередь, сжиженный пропан может быть получен путем повышения давления. В газгольдерах и баллонах хранение такого газа происходит не в жидком, а в обычном виде – в любой емкости для СУГ пропан-бутановая смесь существует в жидком и газообразном состоянии одновременно (и именно та часть смеси, которая находится в обычном состоянии, подается в трубопровод к газовому котлу).

В этом состоит преимущество пропан-бутана перед сжиженным метаном – для хранения и транспортировки пропан-бутана нужна только емкость, выдерживающая внутреннее давление.

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:

• путем понижения температуры;
• путем сжимания под высоким давлением.

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:

• углекислота;
• сернистый газ;
• аммиак.

Этого удалось достичь именно повышением давления, температура во время процедуры оставалась комнатной. Следующими сжиженными таким образом газами стали:

• пропан;
• бутан;
• этан и другие газы этой группы.

Позже выяснилось, что повышение давления работает не для всех газов. Метан даже при большом давлении в комнатной температуре оставался газообразным. Выходом стало использование критической температуры.

При температуре кипения вещество, находящееся в жидкой форме, переходит в газообразное состояние. Критическая же температура — это температура, при которой газ переходит в жидкость, находясь под определенным давлением.

Найдя критическую температуру для природного газа (метана) — -82,5 градусов Цельсия, удалось его перевести в жидкую форму под высоким давлением.

При этом в нормальных условиях кипеть метан начинает при температуре -161,5 градусов Цельсия.

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».

Однако метан по-прежнему используется преимущественно в газообразной форме из-за развития трубопроводной технологии в нефтедобывающей промышленности.

Преимущество пропана и бутана

Метан, природный газ, доставляется по трубам благодаря тому, что эта технология ведет к снижению затрат, необходимых для поддержания работы криогенных установок.

Сжиженный метан пришлось бы перевозить в специальных танкерах, способных поддерживать нужную температуру и давление одновременно.

В местах его использования понадобились бы установки-испарители, которые тоже несут дополнительные сложности.

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.

Развитие технологий производства сжиженного природного газа

О.В. Крюков (ОАО «Гипрогазцентр»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №1/2015

Как известно, в настоящее время и в среднесрочной перспективе природный газ остается жизненно важным компонентом в обеспечении глобальных энергетических потребностей ввиду своих преимуществ перед другими видами ископаемого топлива и в силу постоянно растущей потребности в нем.

В настоящее время большая часть газа доставляется потребителям по магистральным трубопроводам в газообразной форме [1].

В то же время в ряде случаев для труднодоступных удаленных месторождений транспорт сжиженного природного газа (СПГ) оказывается предпочтительнее, чем традиционный трубопроводный.

Расчеты показали, что перевозка СПГ танкерами с учетом строительства мощностей сжижения и регазификации оказывается экономически рентабельной при расстояниях от 2500 км [2, 3] (хотя пример с Сахалинским заводом СПГ доказывает актуальность и исключений).

Кроме того, индустрия СПГ является сегодня лидером в глобализации газовой индустрии и вышла далеко за рамки отдельных регионов, чего не было в начале 1990-х годов.

Пока спрос на СПГ растет, техническое обеспечение конкурентоспособных проектов СПГ в современной окружающей среде является непростой задачей.

Важной особенностью заводов СПГ является то, что большинство затратных статей диктуется специфичными параметрами: качеством добываемого сырого газа, природными и климатическими условиями, топографией, объемами морских работ, доступностью инфраструктуры, экономическими и политическими условиями.

Особый интерес в связи с этим представляют технологии подготовки газа и его сжижения, которые сегодня уже используются на современных заводах СПГ и которые можно классифицировать по разным признакам. Но особенно важно, что они располагаются в комфортных южных или более суровых северных широтах [3, 4].

Исходя из этого, можно проанализировать различия этих двух групп, учесть особенности и недостатки каждой, применить опыт строительства и эксплуатации при реализации новых проектов СПГ в России, в частности в арктических условиях.

Но даже с учетом имеющегося опыта перспективное развитие арктических территорий, где находится до 25% неразведанных запасов углеводородов, может быть обеспечено в дальнейшем инновациями, дающими повышение эффективности и конкурентоспособности.

История производства СПГ

Эксперименты по сжижению природного газа начались в конце 19-го века. Но только в 1941 г. был построен коммерческий завод СПГ в Кливленде (США, штат Огайо). То, что СПГ может транспортироваться судами на большие расстояния, было продемонстрировано на примере перевозки СПГ танкером «Methane Pioneer» в 1959 г.

Первым экспортным заводом СПГ с базисной нагрузкой стал проект «Camel» в Арзеве (Алжир), который был запущен в 1964 г. Первым заводом, где в 1969 г. начали производить СПГ в северных условиях, стал завод в США на Аляске.

Большая часть разработок по технологиям подготовки газа к сжижению и по его сжижению выполнялась ранее и делается в настоящее время группами ученых, работающих в штатном составе коммерческих предприятий.

Основные участники международного бизнеса СПГ и даты запуска заводов по годам представлены в табл. 1.

На начало 2014 г. действовало 32 завода СПГ в 19 странах мира; 11 производств СПГ в пяти странах мира находятся в стадии строительства; в восьми странах проектируется строительство еще 16 заводов СПГ. В России, кроме завода СПГ на о.

Сахалине, существует проект строительства завода «Балтийский СПГ» в Ленинградской области, запланирован завод СПГ на Ямале с привлечением иностранных партнеров.

Есть предложения по строительству мощностей СПГ для разработки Штокмановского, Южно-Тамбейского месторождений и для реализации проектов «Сахалин-1» и «Сахалин-3».

В проектах, связанных со сжиженным газом, был задействован большой ряд российских организаций:ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Московский газоперерабатывающий завод,Сосногорский и Оренбургский ГПЗ,ОАО «Машиностроительный завод «Арсенал»», ОАО «НПО Гелиймаш»,ОАО «Криогенмаш», ОАО «Уралкриомаш», ОАО «Гипрогазцентр» и другие.

Вся система СПГ включает элементы добычи, обработки, перекачивания, сжижения, хранения, погрузки, перевозки и разгрузки, регазификации. Проекты СПГ требуют достаточного количества времени, денег и усилий на стадии дизайна, при экономической оценке, строительстве и коммерческом внедрении. Обычно проходит более 10 лет со стадии дизайна до реализации.

Поэтому общепринятой является практика заключать 20-летние контракты. Запасов газа на месторождении должно быть достаточно на 20–25 лет для того, чтобы оно могло рассматриваться в качестве источника легких углеводородов для СПГ.

Определяющими факторами выступают природа газа, доступное давление в пласте, связанность как свободного, так и растворенного газа с сырой нефтью, транспортные факторы, включая расстояние до морского порта.

За прошедшие годы индустрия СПГ сделала большой скачок. Если совокупность всех инноваций за это время условно принять за 100%, то 15% – это улучшение процесса, 15% – улучшение оборудования, а 70% приходится на теплоэнергетическую интеграцию. При этом капитальные затраты снизились на 30%, также произошло уменьшение расходов на транспорт газа по трубопроводам.

Есть явный тренд в сторону увеличения объемов технологических линий. С 1964 г. мощность отдельно взятой технологической линии увеличилась в 20 раз. При этом по нынешнему состоянию экономики и технологий газовые ресурсы, которые считаются труднодоступными, оцениваются в 127,5 трлн. м3.

Поэтому актуальная проблема заключается в транспортировки сжатого топлива на большие дистанции и через значительные водные пространства.

Таблица 1

Введение в эксплуатацию заводов СПГ в мире

Читайте также:  Беспроводные пылесосы electrolux: обзор ведущих моделей бренда

При неравномерном распределении ресурсов природного газа в мире задача реализации этих ресурсов по трубопроводам может оказаться невыполнимой или экономически непривлекательной. Для рынков, удаленных более чем на 1500 миль (более 2500 км), вариант СПГ оказался достаточно экономичным. Во многом по этой причине с 2005 по 2018 г. объемы глобальных поставок СПГ должны удвоиться.

Рынки СПГ находились в основном в местах с высоким индустриальным ростом. Некоторые контракты заключались по фиксированным ценам; это изменилось в 1991 г., когда стоимость СПГ начали привязывать к нефти и нефтепродуктам. Пропорция торговли на рынке спот увеличилась с 4% в 1990 г. до 18% к 2012 г.

В стоимостной цепочке СПГ сжижение природного газа является частью, требующей наибольших вложений и эксплуатационных расходов. Многие процессы сжижения отличаются только холодильными циклами. Процессы с одним смешанным хладагентом подходят для производственных линий объемом 1…3 млн. т в год. В основе технологических процессов с объемами от 3 до 10 млн.

т в год лежит использование двух последовательных холодильных циклов, минимизирующих перепад давления в контуре природного газа. Применение третьего холодильного цикла позволило обойти такие «узкие» места в технологическом процессе, как диаметр криогенного теплообменника и объем холодильного компрессора для цикла с пропаном.

Исследования различных процессов сжижения показывают, что каждый из них ненамного эффективнее остальных. Скорее, каждая технология имеет конкурентные преимущества при определенных условиях. Вряд ли стоит ожидать больших изменений капитальных затрат из-за небольших усовершенствований процесса, поскольку сам процесс основан на неизменных законах термодинамики.

В связи с этим индустрия СПГ остается весьма капиталоемкой.

Возможно, что производство СПГ через 30 лет будет отличаться от той, которая существует сегодня. За рубежом накоплен значительный опыт в проектировании, изготовлении и эксплуатации автомобилей и судов на СПГ.

Благодаря решению ряда технических задач, снижению инвестиционной активности по береговым комплексам СПГ, в силу сложности нахождения доступного газа проекты плавучих установок СПГ привлекают все большее внимание всех участников индустрии СПГ.

Технические инновации и интеграция усилий могут обеспечить дальнейший успех подобных проектов; для этого требуется решение комплекса разноаспектных задач – экономических, технических и природоохранных.

Однако уже сегодня, как и в течение последних лет, индустрия СПГ заслуженно занимает свое важное место на энергетическом рынке и, скорее всего, сохранит это положение в обозримом будущем.

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

Жидкий газ: технологии производства одного из главных трендов в отрасли

Санкт-Петербург, 08 июл — ИА Neftegaz.RU.

Не секрет, что глобальный рынок сжиженного природного газа (СПГ) с каждым годом становится все шире, что отражает не только значительный рост поставок данной продукции в Азиатско-Тихоокеанский регион, но и значительное увеличение мощностей по сжижению во всем мире.

О том, по каким причинам СПГ становится все популярнее, почему технологии сжижения считаются одними из самых перспективных и какие компании вносят значительный вклад в развитие этого сегмента рынка – в материале Neftegaz.RU.

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: 

• установку предварительной очистки газа, принимающий терминал или отгрузочный терминал с блоком сжижения; 
• технологические линии производства СПГ (при наличии экспортного терминала с блоком сжижения); 
• резервуары для хранения, в т.ч. специальные криоцистерны, распределительную газовую сеть, станцию автоналива, причал загрузки СПГ на суда.

Почему же популярность СПГ в мире в последние годы начала так активно расти? Дело в том, что сжиженный газ, во-первых, позволяет подключить к рынку новых игроков, которые находятся далеко от потребителей, а, во-вторых, он будет играть все более важную роль в жидком виде как моторное топливо для транспортных средств, прежде всего — для судов, поскольку позволяет существенно снизить вредные выбросы в атмосферу.  

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. м3 природного газа. Собственно сжижение происходит при охлаждении после последней стадии сжатия. 

Сначала удаляются все примеси (двуокись углерода, иногда минимальные остатки соединений серы), затем извлекается вода, которая в противном случае может превратиться в ледяные кристаллы и закупорить установку сжижения. Следующий этап — удаление большинства тяжелых углеводородов, после чего остаются главным образом метан и этан. Затем газ постепенно охлаждается.  

Очистка и фракционирование реализуются, как и основная доля охлаждения, под высоким давлением. Холод производится одним или несколькими холодильными циклами, позволяющими снизить температуру до -160°С. Тогда газ и становится жидкостью при атмосферном давлении. 

На сегодняшний день применяются 2 технологических процесса: 

• конденсация при постоянном давлении (компримирование), что довольно неэффективно из-за энергоемкости; 
• теплообменные процессы: рефрижераторный — с использованием охладителя и турбодетандерный/дросселирование с получением необходимой температуры при резком расширении газа. 

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. 

Где хранят СПГ? 

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.  

Приемный терминал СПГ, как и резервуары хранения — менее сложные сооружения, если сравнивать их, например, с отгрузочным терминалом, но, тем не менее, их строительство тоже требует от строительных компаний высочайших компетенций.

Далеко не каждая фирма может «с нуля» спроектировать и построить комплекс газовых хранилищ, поэтому нефтегазовые компании логично прибегают к услугам проверенных профильных организаций, таких как ТГЕ Газ Инжиниринг, обладающей полным инструментарием для проведения подобных работ.

За почти 40 лет на рынке компания заслужила мировую славу и репутацию одной из наиболее технологически «подкованных» фирм. 

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. 

За все время работы команда ТГЕ Газ Инжиниринг реализовала только в Азии более 2 млн м3 установленных резервуаров, а суммарное значение на порядок превышает 3,2 млн м3.

ТГЕ Газ Инжиниринг регулярно стремится расширять свое присутствие по всему миру и открывает множество представительств во всех крупных городах планеты, включая Россию — здесь офис компании можно найти в г. Санкт-Петербурге.  

Таким образом, компания налаживает оптимальную коммуникацию с клиентами и поддерживает связь с заказчиками, оперативно реагируя на запросы и пожелания.