天然ガスの抽出、輸送、処理に関連する技術は急速に発展しています。そして今日、多くの人が略称LNG(LPG)とLPG(LNG)を聞いています。ほぼ一日おきに、天然ガス燃料がニュースで取り上げられています。
しかし、何が起こっているのかを明確に理解するためには、最初にガスが液化する方法、これが行われる理由、およびガスがもたらすメリットともたらさないメリットを最初に理解することが重要です。そして、この問題には多くのニュアンスがあります。
ガス状炭化水素を液化するために、大規模なハイテク工場が建設されています。次に、注意深く理解します。なぜこれがすべて必要なのか、それがどのように発生するのかです。
なぜ天然ガスを液化するのですか?
青い燃料は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ヘリウム、窒素、硫化水素、その他のガス、およびそれらのさまざまな誘導体の混合物として地球の腸から抽出されます。
それらの一部は化学産業で使用され、一部はボイラーまたはタービンで燃焼されて熱と電気を生成します。さらに、抽出されたガスの一部はガスエンジンの燃料として使用されます。
ガス業界の計算によると、青い燃料を2500 km以上の距離で輸送する必要がある場合、液化した形でパイプラインを使用するよりも多くの場合、これを行う方が有利です。
天然ガスを液化する主な理由は、長距離輸送の簡素化です。消費者とガス燃料井が互いに近い土地にある場合、それらの間にパイプを敷設する方が簡単で収益性が高くなります。しかし、場合によっては、地理的なニュアンスのため、高速道路の建設は非常に高価で問題が多くなります。したがって、彼らは液体の形でLNGまたはLPGを生産するためのさまざまな技術に頼っています。
経済学と交通安全
ガスは液化された後、海、川、道路、および/または鉄道による輸送のために、特殊なコンテナに液体の形ですでにポンプ輸送されています。同時に、技術的には、液化はエネルギーの観点からかなり高価なプロセスです。
異なるプラントでは、これは最初の燃料量の最大25%を占めます。つまり、テクノロジーが必要とするエネルギーを生成するには、完成した状態で3トンごとに最大1トンのLNGを燃焼する必要があります。しかし、天然ガスは今、大きな需要があり、すべてが報われます。
液化した状態では、メタン(プロパン-ブタン)の体積は、ガス状の場合よりも500〜600倍小さい
天然ガスは液体の状態ですが、不燃性かつ非爆発性です。再ガス化中の蒸発後のみ、得られたガス混合物はボイラーやストーブでの燃焼に適しています。したがって、LNGまたはLPGを炭化水素燃料として使用する場合は、再ガス化する必要があります。
様々な分野での使用
ほとんどの場合、「液化ガス」および「ガス液化」という用語は、炭化水素エネルギーの輸送に関連して言及されます。つまり、青色の燃料が最初に生成され、次にLPGまたはLNGに変換されます。次に、結果として得られた液体が輸送され、1つまたは別のアプリケーションのために再び気体状態に戻ります。
LHG(液化石油ガス)の95%以上は、プロパン-ブタン混合物とLNG(液化天然ガス)の85〜95%のメタンで構成されます。これらは類似した、根本的に異なるタイプの燃料です。
プロパン-ブタンからのLPGは主に次のように使用されます:
- ガスエンジン燃料;
- 自律暖房システムのガスタンクに注入するための燃料;
- 200mlから50リットルの容量のライターとガスボンベに燃料を補給するための液体。
LNGは通常、長距離輸送専用に生産されます。数気圧の圧力に耐えられるLPGを保管するのに十分な容量がある場合、液化メタン用の特別な低温タンクが必要です。
LNG貯蔵装置は高度に技術的であり、多くのスペースを占有します。車でそのような燃料を使用することは、シリンダーのコストが高いために利益がありません。単一の実験モデルの形のLNGトラックはすでに路上を走行していますが、乗用車セグメントでは、この「液体」燃料は近い将来に広く適用される可能性は低いと思われます。
燃料としての液化メタンは現在、ますます使用されています:
- 鉄道機関車;
- 海の船;
- 河川輸送。
LPGとLNGは、エネルギーキャリアとして使用されるだけでなく、ガスおよび石油化学プラントでも液体の形で直接使用されます。彼らは様々なプラスチックや他の炭化水素ベースの材料を作ります。
LPGとLNGの製造技術
メタンを気体から液体に変換するには、-163°Cに冷却する必要があります。しかし、プロパン-ブタンは既に-40°Cで液化します。したがって、どちらの場合も技術とコストは大きく異なります。
LNGの1リットルは約1.38立方メートルです。天然ガス源のm(この数値は温度と圧力に依存します)、約620倍の体積の減少
天然ガスを液化するために、さまざまな企業の次の技術が使用されています。
- AP-SMR(AP-X、AP-C3MR)。
- 最適化されたカスケード
- DMR;
- プリコ;
- MFC
- GTLら
それらのすべては、圧縮および/または熱交換のプロセスに基づいています。液化操作はプラントでいくつかの段階で行われ、その間にガスは徐々に圧縮され、液相への転移温度まで冷却されます。
混合ガスの準備
天然ガスの液化を始める前に、水、ヘリウム、水素、窒素、硫黄化合物、その他の不純物を取り除く必要があります。このために、ガス混合物の深い精製の吸着技術は、通常、分子ふるいを通過させることによって適用されます。
次に、原料の準備の第2段階が行われ、その間に重質炭化水素が除去されます。その結果、不純物は5%未満のエタンとメタン(またはプロパンとブタン)だけがガス中に残り、この部分は冷却されて液化し始めることができます。
天然ガスから不要なものをすべて取り除いた最初の準備は、水、二酸化炭素、硫黄化合物などの攻撃的な影響から冷凍装置を保護するために行われます。
分別により、有害な不純物を取り除き、その後の液化に主ガスのみを割り当てることができます。 1 atmの圧力で、メタンの液体状態への転移温度は-163°С、エタンの-88°С、プロパンの-42°С、およびブタンの-0.5°Сです。
これらの温度差だけが、それらがフラクションに分割され、プラントに入るガスを液化する理由を説明します。すべてのタイプのガス状炭化水素化合物のための単一の液化技術はありません。それぞれに、独自の生産ラインを構築して適用する必要があります。
液化の主なプロセス
ガスを液体状態に変換するための基礎は冷凍サイクルで、その間、熱はある冷媒または別の冷媒によって、低温の媒体から高温の媒体に伝達されます。このプロセスは多段階であり、熱媒体および熱交換器の膨張/収縮のための強力なコンプレッサーが必要です。
圧縮技術はハイテクでエネルギー集約的でコストがかかりますが、1サイクルでガスを5〜12回すぐに圧縮できます
液化のさまざまな段階の冷媒として、次のものが使用されます。
- プロパン;
- メタン;
- エタン;
- 窒素;
- 水(海と浄化);
- 空気。
たとえば、Yamal-LNG Novatekでの天然ガスの一次冷却には、冷たい北極の空気が使用されます。これにより、最小限のコストで原料の温度を即座に+10°Cに下げることができます。そして、暑い夏の月には、それの代わりに、北極海の海水を使用することが計画されています。これは、時期に関係なく、3〜4°Cの深さです。
同時に、空気からその場で直接得られる窒素は、ヤマル半島の最終冷媒として使用されます。その結果、北極圏はLNG生産に必要なすべてのものを提供します-天然ガスの供給源から液化プロセスで使用される作動剤まで。
プロパンはメタンと同様の方法で液化されます。冷却温度のみが必要な低温は非常に低く、マイナス163°Сに対してマイナス42°Сです。したがって、ガスホルダーのガス液化は数倍安価ですが、結果として得られるプロパン-ブタンLPGは市場での需要が少なくなります。
輸送と保管
LNGのほぼ全量が、大型の海ガスタンカーによって1つの海岸から別の海岸に輸送されます。陸上輸送は、「液体ブルー燃料」の温度を約-160°Cの値に維持する必要があるため制限されます。それ以外の場合、メタンはガス状態になり始め、爆発性になります。
LPG輸送には、最大圧力が1.5〜2 MPaの5〜50リットルのシリンダーと、5〜17 MPa用に設計されたより大きなタンクコンテナーが使用されます。
LNGのタンク内の圧力は大気圧に近い。しかし、液体メタンの温度が-160°Cを超えると、液体から気体に変わり始めます。その結果、タンク内の圧力が上昇し始め、重大な危険が生じます。そのため、LNG輸送用のタンカーには、低温維持のための設備と強力な断熱材層が装備されています。
LPGはガスタンクで直接ガスに再ガス化されます。また、LNGの再ガス化は、酸素を利用できない特別な産業プラントで行われます。物理学では、液体メタンは正の温度で徐々にガスに変わります。しかし、これが特別な条件の外の空気中で直接発生した場合、そのようなプロセスは爆発につながります。
LNGの形の天然ガスが工場で液化された後、それは輸送され、次に再び工場で(再ガス化のみ)ガス状態に戻され、さらに使用されます。
液化水素の展望
直接液化してこの形で使用することに加えて、もう1つのエネルギー担体である水素を天然ガスから入手することもできます。メタンはCHです4プロパンC3N8ブタンC4N10.
水素成分はこれらすべての化石燃料に含まれているので、強調する必要があります。
水素の主な利点は、環境にやさしいことと自然界で広く発生することですが、高額な液化と一定の蒸発による損失により、これらの利点は実際には無効になります。
気体の状態から液体に水素を移動させるには、-253°Cに冷却する必要があります。これには、多段冷却システムと圧縮/膨張ユニットが使用されます。そのような技術は高すぎるが、そのコストを削減するための作業が行われている。
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また、LPGやLNGとは異なり、液化水素ははるかに爆発的です。酸素に関連する最小の漏れは、ガスと空気の混合気をもたらし、わずかな火花から発火します。そして、液体水素の貯蔵は特別な低温容器でのみ可能です。水素燃料の短所はまだ多すぎます。
液化ガスを生産する方法とそれが液化される理由:
液化ガスに関するすべて:
いくつかのガス液化技術があります。それらはメタン用に独自のものを、プロパン-ブタン用に独自のものを持っています。同時に、LPGを入手する方が安く、輸送/保管も簡単で安全です。メタンLNGの取得は、より高価で複雑なプロセスです。さらに、その再ガス化には特殊な装置が必要です。同時に、メタンは今日の市場で需要が高いため、大量に液化されます。
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