כיצד ומדוע גז נוזלי: טכנולוגיית הפקה והיקף השימוש בגז נוזלי

טכנולוגיות הקשורות לייצור, שינוע ועיבוד של גז טבעי מתפתחות בקצב מהיר.ואנשים רבים שומעים היום את הקיצורים LPG ו-LNG. כמעט כל יומיים מוזכר דלק גז טבעי בחדשות בהקשר זה או אחר.

אבל, אתה מבין, כדי לקבל הבנה ברורה של מה שקורה, חשוב להבין בהתחלה איך הגז עובר נוזלי, למה זה נעשה, ואילו יתרונות זה מספק או לא. ויש הרבה ניואנסים בנושא הזה.

כדי להזרים פחמימנים גזיים, נבנים מפעלי היי-טק גדולים. לאחר מכן, נבחן היטב מדוע כל זה נחוץ וכיצד זה קורה.

מדוע גז טבעי נוזלי?

דלק כחול מופק מבטן האדמה בצורה של תערובת של מתאן, אתאן, פרופאן, בוטאן, הליום, חנקן, מימן גופרתי וגזים נוספים, כמו גם נגזרותיהם השונות.

חלקם משמשים בתעשייה הכימית, וחלקם נשרפים בדודים או בטורבינות להפקת אנרגיה תרמית וחשמלית. בנוסף, חלק מהנפח שחולץ משמש כדלק למנוע גז.

חישובים של עובדי גז מראים שאם צריך לספק דלק כחול למרחק של 2,500 ק"מ או יותר, אז במצב נוזלי זה לרוב משתלם יותר לעשות זאת מאשר בצינור

הסיבה העיקרית להנזלת גז טבעי היא לפשט את הובלתו למרחקים ארוכים. אם הצרכן ובאר ייצור דלק הגז ממוקמים על קרקע לא רחוק זה מזה, אז קל ורווחי יותר להניח צינור ביניהם.אבל במקרים מסוימים, בניית כביש מהיר היא יקרה מדי ובעייתית בגלל ניואנסים גיאוגרפיים. לכן, הם פונים לטכנולוגיות שונות לייצור LNG או גפ"מ בצורה נוזלית.

כלכלה ובטיחות תחבורה

לאחר הנזלת הגז הוא נשאב לצורת נוזל לתוך מיכלים מיוחדים להובלה בים, בנהר, בכביש ו/או ברכבת. יחד עם זאת, מבחינה טכנולוגית, נזילות היא תהליך יקר למדי מבחינה אנרגטית.

במפעלים שונים זה לוקח עד 25% מנפח הדלק המקורי. כלומר, כדי להפיק את האנרגיה הנדרשת על ידי הטכנולוגיה, אתה צריך לשרוף עד 1 טון של LNG על כל שלושה טון שלו בצורה מוגמרת. אבל לגז טבעי יש עכשיו ביקוש גדול, הכל משתלם.

בצורה נוזלית, מתאן (פרופאן-בוטאן) תופס פי 500-600 פחות נפח מאשר במצב הגז.

בעוד שגז טבעי הוא נוזל, הוא אינו דליק ואינו נפיץ. רק לאחר אידוי במהלך הגיזוז מחדש, המתקבל תערובת גז מסתבר שמתאים לצריבה דוודים וכיריים. לכן, אם LNG או גפ"מ משמשים כדלק פחמימני, אז יש לגייס אותם מחדש.

שימוש בתחומים שונים

לרוב, המונחים "גז נוזלי" ו"הנזלת גז" מוזכרים בהקשר של שינוע של נושאי אנרגיה פחמימניים. כלומר, ראשית, דלק כחול מופק, ולאחר מכן הוא מומר לגפ"מ או LNG. הנוזל שנוצר לאחר מכן מועבר ואז מוחזר למצב גזי לשימוש כזה או אחר.

גפ"מ (גז נפט נוזלי) מורכב ב-95% או יותר מתערובת פרופאן-בוטאן, ו-LNG (גז טבעי נוזלי) הוא 85-95% מתאן.מדובר בסוגי דלק דומים ובו זמנית שונים בתכלית.

גפ"מ מפרופאן-בוטאן משמש בעיקר כ:

• דלק מנוע גז;
• דלק לשאיבת מיכלי גז של מערכות חימום אוטונומיות;
• נוזלים למילוי מציתים ובלוני גז בנפח של 200 מ"ל עד 50 ליטר.

LNG מיוצר בדרך כלל אך ורק לתחבורה למרחקים ארוכים. אם מיכל המסוגל לעמוד בלחץ של מספר אטמוספרות מספיק לאחסון גפ"מ, נדרשים מיכלים קריוגניים מיוחדים למתאן נוזלי.

ציוד אחסון LNG הינו טכנולוגי ביותר ותופס מקום רב. זה לא משתלם להשתמש בדלק כזה במכוניות נוסעים בגלל העלות הגבוהה של צילינדרים. משאיות מונעות LNG בצורת דגמים ניסיוניים בודדים כבר נוסעות על הכבישים, אך בגזרת מכוניות הנוסעים לא סביר שימצא שימוש נרחב בדלק "נוזלי" זה בעתיד הקרוב.

מתאן נוזלי כדלק משמש כיום יותר ויותר בפעולה:

• קטרי דיזל לרכבת;
• כלי ים;
• תחבורה בנהר.

בנוסף לשימוש כמוביל אנרגיה, גפ"מ ו-LNG משמשים גם ישירות בצורה נוזלית במפעלי גז ופטרוכימיה. הם משמשים לייצור פלסטיקים שונים וחומרים אחרים המבוססים על פחמימנים.

טכנולוגיות להשגת גפ"מ ו-LNG

כדי להמיר מתאן מגז לנוזל, יש לקרר אותו ל-163 מעלות צלזיוס. ופרופאן-בוטאן מתנזל ב-40- °ג. בהתאם לכך, הטכנולוגיות והעלויות בשני המקרים שונות מאוד.

ליטר אחד של LNG שווה לכ-1.38 מטר מעוקב. מ' של גז טבעי ראשוני (נתון זה תלוי בטמפרטורה ובלחץ), ירידה בנפח - כ-620 פעמים

הטכנולוגיות הבאות מחברות שונות משמשות להנזלת גז טבעי:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• אשד אופטימלי;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL et al.

כולם מבוססים על תהליכי דחיסה ו/או חילופי חום. פעולת ההנזלה מתבצעת במפעל במספר שלבים, במהלכם הגז נדחס בהדרגה ומקורר אותו עד לטמפרטורת המעבר לשלב הנוזלי.

הכנת תערובת הגז

לפני שתוכל לנזל גז טבעי גולמי, עליך להסיר ממנו מים, הליום, מימן, חנקן, תרכובות גופרית וזיהומים אחרים. לשם כך, טכנולוגיית ספיחה משמשת בדרך כלל לטיהור עמוק של תערובת הגז על ידי מעברה דרך מסננות מולקולריות.

לאחר מכן מתרחש השלב השני של הכנת חומרי הזנה, במהלכו מסירים פחמימנים כבדים. כתוצאה מכך נשארים בגז רק אתאן ומתאן (או פרופאן ובוטאן) בעלי נפח זיהומים של פחות מ-5%, כך שניתן להתחיל לקרר ולהנזל שבריר זה.

הכנה ראשונית עם סילוק כל מיותר מהגז הטבעי מתבצעת על מנת להגן על ציוד קירור מהשפעות אגרסיביות של מים, פחמן דו חמצני, תרכובות גופרית וכו'.

פיצול מאפשר לך להיפטר מזיהומים מזיקים ולבודד רק את הגז העיקרי להנזלה לאחר מכן. בלחץ של 1 atm, טמפרטורת המעבר למצב נוזלי עבור מתאן היא -163 מעלות צלזיוס, עבור אתאן -88 מעלות צלזיוס, עבור פרופאן -42 מעלות צלזיוס, ועבור בוטאן -0.5 מעלות צלזיוס.

בדיוק הפרשי הטמפרטורות הללו מסבירים את הסיבה לכך שהגז הנכנס למפעל מחולק לשברים ורק אז מנוזל. אין טכנולוגיית הנזלה אחת לכל סוגי תרכובות פחמימנים גזיות. עבור כל אחד מהם יש צורך לבנות ולהשתמש בקו ייצור משלו.

תהליך הנזלה בסיסי

הבסיס להמרת גז למצב נוזלי הוא מחזור הקירור, שבמהלכו מועבר חום על ידי קירור כזה או אחר מסביבה עם טמפרטורה נמוכה לסביבה עם טמפרטורה גבוהה יותר. תהליך זה הינו רב שלבי ודורש מדחסים חזקים להרחבה/דחיסה של נוזל הקירור ומחלפי החום.

טכנולוגיות הדחיסה הן היי-טק, עתירות אנרגיה ויקרות, אך במחזור אחד הן מאפשרות לדחוס גז 5-12 פעמים בבת אחת

הבאים משמשים כחומר קירור בשלבים שונים של נזילות:

• פרופאן;
• מתאן;
• אתאן;
• חַנקָן;
• מים (ים ומטוהרים);
• אוויר.

לדוגמה, לקירור ראשוני של גז טבעי ב-Yamal LNG של Novatek, נעשה שימוש באוויר ארקטי קריר, המאפשר להוריד את טמפרטורת חומרי ההזנה בעלות מינימלית באופן מיידי ל-+10 מעלות צלזיוס. ובחודשי הקיץ החמים, הוא מסופק במקום זאת לשימוש במי ים מהאוקיינוס ​​הארקטי, אשר, ללא קשר לזמן של השנה, בעומק קבוע של 3-4 מעלות צלזיוס.

במקביל, חנקן, המתקבל ישירות באתר מהאוויר, משמש כחומר הקירור הסופי בימאל. כתוצאה מכך, הארקטי מספק את כל הדרוש להפקת LNG - מהגז הטבעי הראשוני ועד לחומרי העבודה המשמשים בתהליך ההנזלה.

פרופאן מתנוזל בצורה דומה למתאן. רק שהוא דורש טמפרטורות קירור נמוכות בהרבה - מינוס 42 מעלות צלזיוס מול מינוס 163 מעלות צלזיוס. לכן נזילות גז למיכלי גז זה עולה פי כמה פחות, אבל הגפ"מ של פרופאן-בוטאן עצמו הוא פחות מבוקש בשוק.

הובלה ואחסנה

כמעט כל נפח ה-LNG מועבר על ידי מכליות גז ימיות גדולות מחוף אחד למשנהו.הובלה ביבשה מוגבלת על ידי הצורך לשמור על הטמפרטורה של "הדלק הכחול הנוזלי" בערכים של כ-160 מעלות צלזיוס, אחרת מתאן מתחיל להפוך למצב גז והופך לנפיץ.

להובלת גפ"מ משתמשים בגלילים של 5-50 ליטר בלחץ פנימי של עד 1.5-2 מגפ"ס ומיכלי מיכל גדולים יותר המיועדים ל-5-17 מגפ"ס.

הלחץ במיכל ה-LNG קרוב לאטמוספרי. עם זאת, אם הטמפרטורה של מתאן נוזלי תעלה מעל -160 מעלות צלזיוס, הוא יתחיל להפוך מנוזל לגז. כתוצאה מכך, הלחץ במיכל יתחיל לעלות, דבר המהווה סכנה חמורה. לכן, מכליות LNG מצוידות ביחידות תחזוקה בטמפרטורה נמוכה ובשכבה עבה של בידוד חום.

גפ"מ עובר גאזה מחדש לגז ישירות במיכל הגז. וגיזת LNG מחדש מתבצעת במתקנים תעשייתיים מיוחדים ללא גישה לחמצן. לפי הפיזיקה, מתאן נוזלי בטמפרטורות חיוביות הופך בהדרגה לגז. עם זאת, אם זה קורה ישירות באוויר מחוץ לתנאים מיוחדים, אז תהליך כזה יוביל לפיצוץ.

לאחר שהגז הטבעי בצורת LNG עובר נוזלי במפעל, הוא מועבר, ולאחר מכן שוב במפעל (גיזה מחדש בלבד) הוא הופך חזרה למצב גזי לשימוש נוסף.

סיכויי מימן נוזלי

בנוסף להנזלה ישירה ושימוש בצורה זו, ניתן להשיג גם נושא אנרגיה נוסף מגז טבעי - מימן. מתאן הוא CH₄, פרופאן C₃נ₈, ובוטאן C₄נ₁₀.

רכיב המימן קיים בכל הדלקים המאובנים האלה, אתה רק צריך לבודד אותו.

היתרונות העיקריים של המימן הם ידידותיות לסביבה והתרחשות נרחבת בטבע, אולם המחיר הגבוה של הנזלתו וההפסדים עקב אידוי מתמיד מפחיתים את היתרונות הללו לכמעט כלום.

כדי להפוך מימן מגז לנוזל, יש לקרר אותו ל-253 מעלות צלזיוס. לשם כך נעשה שימוש במערכות קירור רב-שלביות ובמתקני "דחיסה/הרחבה". נכון לעכשיו, טכנולוגיות כאלה יקרות מדי, אך נמשכת עבודה להורדת עלותן.

אנו ממליצים גם לקרוא את המאמר השני שלנו, שבו תיארנו בפירוט כיצד להכין מחולל מימן לבית שלך במו ידיך. פרטים נוספים - לך קישור.

כמו כן, בניגוד לגפ"מ ו-LNG, מימן נוזלי הוא הרבה יותר נפיץ. הדליפה הקלה ביותר שלו בשילוב עם חמצן מייצרת תערובת גז-אוויר שמתלקחת בניצוץ הקטן ביותר. ואחסון מימן נוזלי אפשרי רק במיכלים קריוגניים מיוחדים. לדלק מימן עדיין יש יותר מדי חסרונות.

מסקנות וסרטון שימושי בנושא

כיצד מיוצר גז נוזלי ומדוע הוא נוזלי:

הכל על גזים נוזליים:

קיימות מספר טכנולוגיות להנזלת גזים. עבור מתאן הם שלהם, ועבור פרופאן-בוטאן הם שלהם. יחד עם זאת, זול יותר להשיג גפ"מ, וקל ובטוח יותר להובלה/אחסון. ייצור מתאן LNG הוא תהליך יקר ומורכב יותר. בנוסף, הגיזה מחדש שלו דורשת ציוד מיוחד. יחד עם זאת, למתאן יש היום ביקוש גדול יותר בשוק, ולכן הוא מנוזל בכמויות גדולות בהרבה.

האם יש לך שאלות הבהרה או חוות דעת מומחה משלך בנושא נזילות גז? אולי יש לך מה להוסיף על האמור לעיל. אתם מוזמנים לשאול ו/או להגיב על המאמר בתיבה למטה.