Hoe en waarom gas vloeibaar wordt gemaakt: productietechnologie en toepassingsgebied van vloeibaar gas

Technologieën die verband houden met de productie, het transport en de verwerking van aardgas ontwikkelen zich in een snel tempo.En veel mensen horen tegenwoordig de afkortingen LPG en LNG. Bijna elke dag wordt aardgas in een of andere context in het nieuws genoemd.

Maar ziet u, om een ​​duidelijk begrip te krijgen van wat er gebeurt, is het belangrijk om in eerste instantie te begrijpen hoe gas vloeibaar wordt gemaakt, waarom dit wordt gedaan en welke voordelen het wel of niet oplevert. En er zijn veel nuances in deze kwestie.

Om gasvormige koolwaterstoffen vloeibaar te maken worden grote hightech installaties gebouwd. Vervolgens zullen we zorgvuldig bekijken waarom dit allemaal nodig is en hoe het gebeurt.

Waarom wordt aardgas vloeibaar gemaakt?

Blauwe brandstof wordt uit de ingewanden van de aarde gewonnen in de vorm van een mengsel van methaan, ethaan, propaan, butaan, helium, stikstof, waterstofsulfide en andere gassen, evenals hun verschillende derivaten.

Een deel ervan wordt gebruikt in de chemische industrie, een deel wordt verbrand in ketels of turbines om thermische en elektrische energie op te wekken. Bovendien wordt een deel van het gewonnen volume gebruikt als brandstof voor gasmotoren.

Uit berekeningen van gasarbeiders blijkt dat als blauwe brandstof over een afstand van 2.500 km of meer moet worden aangeleverd, het in vloeibare vorm vaak rendabeler is om dit te doen dan via pijpleidingen.

De belangrijkste reden voor het vloeibaar maken van aardgas is om het transport ervan over lange afstanden te vereenvoudigen. Als de consument en de productieput voor gasbrandstof zich op land niet ver van elkaar bevinden, is het gemakkelijker en winstgevender om er een pijp tussen te leggen.Maar in sommige gevallen is de aanleg van een snelweg te duur en problematisch vanwege geografische nuances. Daarom nemen ze hun toevlucht tot verschillende technologieën voor de productie van LNG of LPG in vloeibare vorm.

Economie en veiligheid van transport

Nadat het gas vloeibaar is gemaakt, wordt het in vloeibare vorm in speciale containers gepompt voor transport over zee, rivier, weg en/of spoor. Tegelijkertijd is liquefactie technologisch gezien vanuit energetisch oogpunt een tamelijk kostbaar proces.

Bij verschillende fabrieken kost dit tot 25% van het oorspronkelijke brandstofvolume. Dat wil zeggen: om de energie op te wekken die de technologie nodig heeft, moet je voor elke drie ton LNG in afgewerkte vorm tot 1 ton LNG verbranden. Maar er is nu veel vraag naar aardgas, alles werpt zijn vruchten af.

In vloeibare vorm neemt methaan (propaan-butaan) 500-600 keer minder volume in dan in gasvormige toestand

Hoewel aardgas een vloeistof is, is het niet brandbaar en niet explosief. Pas na verdamping tijdens hervergassing ontstaat het gasmengsel blijkt geschikt om in te branden ketels en fornuizen. Als LNG of LPG als koolwaterstofbrandstof wordt gebruikt, moeten deze daarom opnieuw worden vergast.

Gebruik op verschillende gebieden

Meestal worden de termen “vloeibaar gemaakt gas” en “gasvloeibaar maken” genoemd in de context van het transport van koolwaterstofenergiedragers. Dat wil zeggen dat er eerst blauwe brandstof wordt gewonnen en vervolgens wordt omgezet in LPG of LNG. Vervolgens wordt de resulterende vloeistof getransporteerd en vervolgens teruggebracht naar een gasvormige toestand voor een of ander gebruik.

LPG (vloeibaar petroleumgas) bestaat voor 95% of meer uit een propaan-butaanmengsel, en LNG (vloeibaar aardgas) bestaat voor 85-95% uit methaan.Dit zijn vergelijkbare en tegelijkertijd radicaal verschillende soorten brandstof.

LPG uit propaan-butaan wordt voornamelijk gebruikt als:

• brandstof voor gasmotoren;
• brandstof voor het pompen in gastanks van autonome verwarmingssystemen;
• vloeistoffen voor het bijvullen van aanstekers en gasflessen met een inhoud van 200 ml tot 50 l.

LNG wordt doorgaans uitsluitend geproduceerd voor transport over lange afstanden. Als een container die een druk van meerdere atmosfeer kan weerstaan ​​voldoende is voor de opslag van LPG, dan zijn speciale cryogene tanks voor vloeibaar methaan nodig.

LNG-opslagapparatuur is hoogtechnologisch en neemt veel ruimte in beslag. Het is niet rendabel om dergelijke brandstof in personenauto's te gebruiken vanwege de hoge kosten van cilinders. LNG-aangedreven vrachtwagens in de vorm van enkele experimentele modellen rijden al op de weg, maar in het personenautosegment is het onwaarschijnlijk dat deze “vloeibare” brandstof in de nabije toekomst op grote schaal zal worden gebruikt.

Vloeibaar methaan als brandstof wordt nu steeds vaker gebruikt:

• diesellocomotieven voor spoorwegen;
• zeeschepen;
• riviervervoer.

Naast het gebruik als energiedrager worden LPG en LNG ook direct in vloeibare vorm gebruikt in gas- en petrochemische installaties. Ze worden gebruikt om verschillende kunststoffen en andere op koolwaterstoffen gebaseerde materialen te maken.

Technologieën voor het verkrijgen van LPG en LNG

Om methaan van gas naar vloeistof om te zetten, moet het worden gekoeld tot -163 °C. En propaan-butaan wordt vloeibaar bij -40°C °C. Dienovereenkomstig zijn de technologieën en kosten in beide gevallen zeer verschillend.

Eén liter LNG is gelijk aan ongeveer 1,38 kubieke meter. m aanvankelijk aardgas (dit cijfer hangt af van temperatuur en druk), volumedaling - ongeveer 620 keer

De volgende technologieën van verschillende bedrijven worden gebruikt om aardgas vloeibaar te maken:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Geoptimaliseerde cascade;
• DMR;
• PRIJS;
• MFC;
• GTL et al.

Ze zijn allemaal gebaseerd op compressie- en/of warmtewisselingsprocessen. Het vloeibaar maken gebeurt in de fabriek in verschillende fasen, waarbij het gas geleidelijk wordt gecomprimeerd en afgekoeld tot de overgangstemperatuur naar de vloeibare fase.

Bereiding van het gasmengsel

Voordat je ruw aardgas vloeibaar kunt maken, moet je er water, helium, waterstof, stikstof, zwavelverbindingen en andere onzuiverheden uit verwijderen. Voor dit doel wordt meestal adsorptietechnologie gebruikt voor een diepe zuivering van het gasmengsel door het door moleculaire zeven te leiden.

Vervolgens vindt de tweede fase van de voorbereiding van de grondstof plaats, waarin zware koolwaterstoffen worden verwijderd. Hierdoor blijven alleen ethaan en methaan (of propaan en butaan) met een volume aan onzuiverheden van minder dan 5% in het gas achter, zodat deze fractie kan worden gekoeld en vloeibaar gemaakt.

De primaire voorbereiding waarbij al het onnodige uit aardgas wordt verwijderd, wordt uitgevoerd om koelapparatuur te beschermen tegen de agressieve effecten van water, kooldioxide, zwavelverbindingen, enz.

Door fractionering kunt u schadelijke onzuiverheden verwijderen en alleen het hoofdgas isoleren voor daaropvolgende vloeibaarmaking. Bij een druk van 1 atm bedraagt ​​de overgangstemperatuur naar de vloeibare toestand voor methaan -163 °C, voor ethaan -88 °C, voor propaan -42 °C en voor butaan -0,5 °C.

Het zijn juist deze temperatuurverschillen die de reden verklaren waarom het gas dat de installatie binnenkomt, in fracties wordt verdeeld en pas daarna vloeibaar wordt gemaakt. Er bestaat niet één enkele liquefactietechnologie voor alle soorten gasvormige koolwaterstofverbindingen. Voor elk van hen is het noodzakelijk om een ​​eigen productielijn te bouwen en te gebruiken.

Basis vloeibaarmakingsproces

De basis voor het omzetten van gas in een vloeibare toestand is de koelcyclus, waarbij warmte door een of ander koelmiddel wordt overgedragen van een omgeving met een lage temperatuur naar een omgeving met een hogere temperatuur. Dit proces bestaat uit meerdere fasen en vereist krachtige compressoren voor de expansie/compressie van het koelmiddel en de warmtewisselaars.

Compressietechnologieën zijn hightech, energie-intensief en kostbaar, maar in één cyclus kunnen gas 5 tot 12 keer tegelijk worden gecomprimeerd

De volgende stoffen worden gebruikt als koelmiddel in verschillende stadia van het vloeibaar maken:

• propaan;
• methaan;
• ethaan;
• stikstof;
• water (zee en gezuiverd);
• lucht.

Voor de primaire koeling van aardgas bij Novatek’s Yamal LNG wordt bijvoorbeeld koele Arctische lucht gebruikt, waardoor de temperatuur van de grondstof tegen minimale kosten onmiddellijk kan worden verlaagd tot +10 °C. En in de hete zomermaanden wordt er in plaats daarvan gebruik gemaakt van zeewater uit de Noordelijke IJszee, dat zich, ongeacht de tijd van het jaar, op een diepte van constant 3-4 ° C bevindt.

Tegelijkertijd wordt in Yamal stikstof, rechtstreeks ter plaatse uit de lucht verkregen, als laatste koelmiddel gebruikt. Als gevolg hiervan levert het Noordpoolgebied alles wat nodig is om LNG te produceren - van het oorspronkelijke aardgas tot de werkstoffen die worden gebruikt in het vloeibaarmakingsproces.

Propaan wordt op dezelfde manier vloeibaar als methaan. Alleen zijn er veel lagere koeltemperaturen nodig: min 42 °C versus min 163 °C. Daarom vloeibaarmaking gas voor gastanks Het kost meerdere malen minder, maar het resulterende propaan-butaan-LPG zelf is minder in trek op de markt.

Transport en opslag

Vrijwel het gehele volume LNG wordt met grote zeegastankers van de ene kust naar de andere getransporteerd.Transport over land wordt beperkt door de noodzaak om de temperatuur van de “vloeibare blauwe brandstof” op waarden van ongeveer -160 ° C te houden, anders begint methaan in een gastoestand te veranderen en explosief te worden.

Voor het transport van LPG worden cilinders van 5–50 liter met een interne druk tot 1,5–2 MPa en grotere tankcontainers ontworpen voor 5–17 MPa gebruikt.

De druk in de LNG-tank ligt dicht bij de atmosferische druk. Als de temperatuur van vloeibaar methaan echter boven de -160 °C stijgt, zal het van een vloeistof in een gas beginnen te veranderen. Als gevolg hiervan zal de druk in de container beginnen toe te nemen, wat een ernstig gevaar met zich meebrengt. Daarom zijn LNG-tankers uitgerust met onderhoudsunits voor lage temperaturen en een dikke laag warmte-isolatie.

LPG wordt direct in de gastank hervergast tot gas. En de hervergassing van LNG wordt uitgevoerd in speciale industriële installaties zonder toegang tot zuurstof. Volgens de natuurkunde verandert vloeibaar methaan bij positieve temperaturen geleidelijk in gas. Als dit echter buiten speciale omstandigheden direct in de lucht gebeurt, zal een dergelijk proces tot een explosie leiden.

Nadat aardgas in de vorm van LNG in de fabriek vloeibaar is gemaakt, wordt het getransporteerd en vervolgens weer in de fabriek (alleen hervergassing) weer omgezet in een gasvormige toestand voor verder gebruik.

Vooruitzichten voor vloeibare waterstof

Naast directe vloeibaarmaking en toepassing in deze vorm is het ook mogelijk om uit aardgas een andere energiedrager te halen: waterstof. Methaan is CH₄, propaan C₃N₈en butaan C₄N₁₀.

De waterstofcomponent zit in al deze fossiele brandstoffen, je hoeft deze alleen maar te isoleren.

De belangrijkste voordelen van waterstof zijn de milieuvriendelijkheid en het wijdverbreide voorkomen in de natuur, maar de hoge prijs van het vloeibaar maken ervan en de verliezen als gevolg van constante verdamping reduceren deze voordelen tot vrijwel niets.

Om waterstof van een gas in een vloeistof om te zetten, moet het worden gekoeld tot -253 °C. Hiervoor worden meertrapskoelsystemen en “compressie/expansie”-installaties gebruikt. Momenteel zijn dergelijke technologieën te duur, maar er wordt gewerkt aan het verlagen van de kosten ervan.

We raden u ook aan ons andere artikel te lezen, waarin we in detail hebben beschreven hoe u met uw eigen handen een waterstofgenerator voor uw huis kunt maken. Meer details - ga koppeling.

Bovendien is vloeibaar waterstof, in tegenstelling tot LPG en LNG, veel explosiever. Bij het geringste lek ervan ontstaat in combinatie met zuurstof een gas-luchtmengsel dat bij de geringste vonk ontbrandt. En opslag van vloeibare waterstof is alleen mogelijk in speciale cryogene containers. Waterstofbrandstof heeft nog te veel nadelen.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Hoe wordt vloeibaar gas geproduceerd en waarom wordt het vloeibaar gemaakt:

Alles over vloeibaar gemaakte gassen:

Er zijn verschillende technologieën voor het vloeibaar maken van gassen. Voor methaan zijn ze van hen, en voor propaan-butaan zijn ze van hen. Tegelijkertijd is het goedkoper om LPG te verkrijgen en is het gemakkelijker en veiliger te vervoeren/op te slaan. Het produceren van methaan-LNG is een duurder en complexer proces. Bovendien vereist de hervergassing ervan gespecialiseerde apparatuur. Tegelijkertijd is er tegenwoordig meer vraag naar methaan op de markt, dus wordt het in veel grotere volumes vloeibaar gemaakt.

Heeft u verhelderende vragen of uw eigen deskundige mening over het onderwerp gasliquefactie? Wellicht heeft u aan het bovenstaande nog iets toe te voegen. Stel gerust uw vraag en/of commentaar op het artikel in het onderstaande vak.