Как Сжижают газ метан? - VITC33.RU

Как Сжижают газ метан?

Применение сжиженного природного газа (СПГ) в качестве моторного топлива

СПГ (сжиженный природный газ или LNG) Один из наиболее перспективных направлений развития «газомоторки» по коммерческой технике, а также железнодорожной, речным и морским судам и транспортировке природного газа.

СПРАВКА
о применении сжиженного природного газа (СПГ)
в качестве моторного топлива

Свойства. Сжиженный природный газ (СПГ, англ. LNG – liquefied natural gas) получается путем охлаждения до −162 °C. В процессе сжижения плотность газа увеличивается почти в 600 раз, что повышает удобство хранения и транспортировки. Средняя плотности СПГ составляет 440 кг/куб.м.
В жидкой форме природный газ не имеет способность взрываться или воспламеняться, а при испарении может воспламениться только в случае контакта с источником горения и если концентрация газа в воздухе будет составлять от 5 до 15 процентов. Температура воспламенения газа выше, чем у пропана, бензина, ДТ.
СПГ хранится в криоцистернах, транспортируется на специализи¬рованных морских танкерах, для хозяйственного применения преобразуется в газообразное состояние на регазификационных терминалах.
История. Первый завод по сжижению природного газа был построен в 1912 г. В 1941 г. построен завод СПГ для коммерческого использования. В 1959 г. приспособлен танкер для транспортировки СПГ вмести¬мостью 5 тыс.куб.м. Первый специализи¬ро¬ванный СПГ-танкер создан в 1964 году (34,5 тыс.куб.м). В 1971 году построен сфери¬чес¬кий газовоз (88 тыс.куб.м). Современные СПГ танкеры вмещают более 140 тыс.куб.м газа.
Темпы роста потребления СПГ в мире опережают трубопроводный газ. В 2011 году доля СПГ в мировом объеме торговли газом уже составила 32 % (330,8 млрд.куб.м). «GP Morgan» дает прогноз объема производства СПГ в 2030 году до 754 млрд.куб.м.
Основные экспортеры СПГ – Катар, Малайзия, Индонезия, Австралия, Нигерия, Тринидад и Тобаго, Алжир, Россия, Оман.
Основные импортеры СПГ – Япония, Южная Корея, Великобритания, Испания, Индия, Китай, Тайвань, Франция, США.
В России реализуются крупнотоннажные проекты строительства заводов по производству СПГ: расширение завода CПГ Сахалин-2 (Газпром), завод во Владивостоке (СП Газпром и Japan Far East Gas), Ямал-СПГ (НОВАТЭК), Печора СПГ (Аллтэк). Перевозка осуществляется исключительно морским транспортом до специальных терминалов. Источник газа — крупные газовые или газоконденсатные месторождения.
Для среднего и малотоннажного сегмента характерно строительство установок по сжижению газа от 0,5 до 100 тонн в час. Источник газа – трубопровод¬ный газ, низкодебитные месторождения газа, метан угольных пластов, метан с дегазационных скважин угольных шахт, хвостовые газы химических и газохими¬чес¬ких комбинатов и другие.
Развитие малотоннажного производства СПГ началось с размещения терминалов типа пик-шейвинг (для покрытия дефицита газа в трубопроводной системе в пиковые периоды потребления). Второе направление малотоннажного СПГ – автономная газификация – доставка газа в местность, где строи¬тельство трубопроводов не целесообразно или не безопасно.
Третий и самый перспек¬тивный и быстроразвивающийся сегмент – производство моторного топлива. Например, в Армении 80 % легковых автомо¬билей использует природный газ (244 тыс.ед.техники), аналогичная ситуация с развитием газомоторного топлива в Узбекистане (450 тыс.ед), Италии (823 тыс.ед).
Наибольшее количество техники эксплуатируется в Китае, Иране, Пакистане, Аргентине, Индии, Бразилии. Всего в мире насчитывается более 20 млн.ед. техники, использующей природный газ (метан) в качестве моторного топлива.
Китай и США лидируют в развитии технологий в среднетоннажном и малотоннажном сегментах. В Китае насчитывается 168 СПГ-заводов, более 700 СПГ-заправок, в США – 64 СПГ-заправки. Китай планирует в течении – 2 лет построить более 3000 запра¬вок. В Европе заправок мало, и в основном частные СПГ-КПГ заправки (регазифицирующие газ). В Китае развитие СПГ заправок началось с автобусных парков в связи с высоким уровнем безопасности СПГ.
Почти все мировые производители автомобильной техники имеют уже в своем модельном ряду СПГ и КПГ машины. Самый большой модельный ряд газовых двигателей имеет компания YUCHAI (Китай). Широкую программу развития объявил МАН. Развивают уже имеющийся модельный ряд двигателей IVECO, Cummins, VOLVO. Ведут разработку газовых двигателей HOWO, Weichai, WEstport, Daimler.
Все крупнейшие производители речных и морских двигательных установок имеют газовые двигатели или газодизельные (Wartsila, Rolls Roys, GE, MAH и др.).
В США наблюдается небывалый рост интереса к малотоннажным и мини-СПГ (компании GE, Dresser Rand, Gallileo). Газомоторный СПГ – самый быстрорастущий сегмент. СПГ моторное топливо – чище и безопаснее КПГ; чище и дешевле дизельного топлива; по объему хранения близко к дизельному топливу.
Схема грузооборота (инфраструктура) газомоторного СПГ включает в себя: завод по сжижению газа, цистерны транспортировки, крио-заправки, блоки регазификации СПГ в КПГ, заправочные модули, автомобильную технику, центры регулярного обслуживания криогенных баков и баллонов под давлением, кадровый потенциал, научно-прикладную школу.
Минимальная стоимость завода «под ключ» приближенно оценивается в интервале: от 320 млн.руб. при производительности 1,5 тонн сжиженного газа в час (18 млн.куб.м в год) до 1 млрд.рублей (10 тонн в час или 83 млн.куб.м в год). Срок строительства завода – 2 года (1-й год – проектирование и заказ оборудования, 2-ой год – строительно-монтажные и пуско-наладочные работы).
В настоящее время в России имеются СПГ объекты:
в г.Санкт-Петербурге – 3 установки общей производительностью 2,8 тонн/час (2 в собственности ОАО «Газпром газэнергосеть», 1 – ЗАО «Криогаз»);
в г.Екатеринбурге – 2 установки по 3,8 тонн/час в стадии пуско-наладки (построены в рамках НИОКР);
в г.Калининграде две линии по 1,5 тонн/час;
в Пермско крае (д.Канюсята Карагайского района) – 1,5 тонн/час.
Газ с указанных заводов применяется для: обеспечения автономной газифика¬ции территорий; поставки на экспорт (Криогаз); работы по НОИКР с железно¬дорожным локомотивом «Газотурбовоз» (г.Екатеринбург); опытных работ по обеспечению газом при проведении ремонтных работ на газопроводах, испытания техники КАМАЗ.
Перспективные направления использования СПГ:
моторное топливо для грузовой и пассажирской техники (100% газ и газодизельный цикл);
топливо для железной дороги (100 % газ);
топливо для речных и морских судов (двухтопливный режим);
топливо для работы буровых установок (двухтопливный режим) и дизель-электрических станций (двухтопливный режим или 100 % газ);
карьерная техника (двух топливный режим, в перспективе – 100 % газ);
сельхозтехника (двух топливный газодизельный режим, 100 % газ);
автономная газификация удалённых и труднодоступных территорий.
По инфраструктуре СПГ в мире имеется много отработанных решений: автомобильные цистерны для транспортировки и заправки, цистерны-контейнеры (рабочее давление менее 7 кгс/кв.см2), стационарные и мобильные заправочные станции, блочно-модульные СПГ-КПГ заправки в контейнерном исполнении, гидравлические дочерние заправочные станции КПГ, автомобильные криогенные баки с многослойной экранно-вакуумной термоизоляцией (рабочее давление менее 16 кгс/см2).
В России газовые двигатели имеют следующие автопроизводители: КАМАЗ, ГАЗ, ПАЗ, НЕФАЗ. На КАМАЗе ведется работа над созданием предсерийных моде¬лей СПГ автомобилей в рамках государственного контракта.
В НТЦ КАМАЗ на шасси КАМАЗ изготовлен мобильный заправщик СПГ (цистерна изготовлена в Китае) . В 2014 году проводятся испытания 4 моделей КАМАЗа и автобусов НЕФАЗ на СПГ.
Китайские производители выражают заинтересованность в организации криогенных баков в России.
Преимущества СПГ перед КПГ. Хранение СПГ при более низком давлении (10 кгс/см2) обеспечивает боль¬шую взрывобезопасность в сравнении со сжатым (КПГ) газом под давлением до 250 кгс/см2);
Емкости хранения СПГ в обязательном порядке оборудуются предохрани-тельной арматурой (два предохранительных клапана на каждом сосуде). В КПГ баллонах предохранительных устройств нет, клапан высокого давления устанавливается в редукторе;
При сжижении природного газа производится его дополнительная очистка от кислых газов (примесей углекислого газа и сероводорода). Благодаря этому увеличивается ресурс работы двигателя и снижается количество вредных выбросов в окружающую среду;
Эффективное хранение природного газа возможно только в его сжиженном виде. Использование КПГ баллонов при этом не рационально.
При сжижении одного килограмма природного газа (до состояния СПГ) его объем снижается в 575 раз (по метану). При сжатии одного килограмма природного газа (до состояния КПГ) до давления 250 кгс/см2 его объем снижается всего в 250 раз;
Сравнительно низкий вес СПГ топливных баков (в сравнении с КПГ баллонами) обеспечивает более высокую дальность пробега техники.
Недоставки СПГ. Стоимость СПГ оборудования выше в сравнении с оборудованием для КПГ ввиду использования более сложных технических решений.
С себестоимости СПГ 40 % занимают дорогостоящие процессы сжижения и регазификации. Вместе с тем, за последние 30-40 лет стоимость производства СПГ снизилась в два раза.
Совместное использование СПГ и КПГ. Развитие системы доставки СПГ позволит существенно расширить применение КПГ в качестве газомоторного топлива. СПГ регазификаторы, на которых получают КПГ из СПГ, целесообразно устанавливать в непосредственной близости к потребителю (автотранспортные парки, существующая сеть АЗС). При этом не имеет значения близость к сетевому трубопроводному газу.
Развитие инфраструктуры природного газа по пути только СПГ (без КПГ) позволит снизить вложение в небольшие или удаленные заправочные станции в виду отсутствия необходимости постройки на них терминалов регазификации.
Базовые технологические подходы сжижения природного газа.
1. Детандерный – выработка холода за счет перепада (снижения) давления в трубо¬провод¬ной системе.
2. Цикл моно-хладогента (азотный).
3. Цикл смешанного хладагента (различные смеси двух, трех и более компо¬нентов).
4. Каскадный –на каждый уровень охлаждения используется свой хладагент и свой теплообменник (например холодильный цикл пропана, потом этана и т.д.).
Во всех подходах в то той или иной степени используется азот.

Справочно: коэффициенты перевода
Вес и объем
1 тонна СПГ эквивалентна 1 380 куб.м традиционного газа.
1 тонна СПГ эквивалентна 1270 л дизельного топлива.
1 000 куб.м КПГ эквивалентно 920 л дизтоплива.
Масса 1 литр ДТ – 0,769 кг.
Масса 1 литр КПГ – 0,144 кг
Масса 1 литр СПГ – 0,255 кг
Удельная масса КПГ бака:
тип 1 (цельнометаллический) 1,15 кг/литр
тип 2 (алюминий-стекловолокно частично) 0,75 кг/литр
тип 3 (алюминий-стекловолокно полностью) 0,40 кг/литр
тип 4 (пластик-стекловолокно) 0,55 кг/литр
тип 4 (пластик – углеволокно) 0,25 кг/литр
Удельная масса СПГ бака 0,39 кг/литр
СПГ топливный бак с внешней оболочкой занимает объем 752 литра. Внутренний резервуар (водяной объем) – 500 л. Эффективный объем – 450 литров СПГ. Масса газа – 192 кг. Объем газа – 240 куб.м. При расходе 40 куб.м на 100 км – пробег транспорта составляет около 600 км.
ВЫВОДЫ
Производство и использование в качестве энергоресурса сжиженного природного газа (СПГ) – одно из наиболее перспективных направлений мировой экономики. Использование СПГ и компримированного природного газа (КПГ) в качестве моторного топлива на автотранспорте – стратегически важное направление развития нефтегазохимического комплекса Российской Федерации и Республики Татарстан. СПГ – новый альтернативный энергоноситель, независимый от газотранспортной системы, источник тепла, электроэнергии, холода.
В целом природный газ – самое дешевое моторное топливо из всех имеющихся на рынке. При условно равном расходе на 100 км пути метан при текущих розничных ценах обходится в 2,6 раза дешевле дизельного топлива.
СПГ из всех видов моторного топлива имеет наиболее стабильный состав (95 – 98 процентов метана), не имеет цвета, запаха, химически не активен, не токсичен, при регазификации его объем увеличивается в 600 раз.
Ожидается, что в ближайшем будущем СПГ будет востребован в секторе магистральных и речных грузоперевозок. В сельском хозяйстве переход от дизельного топлива к СПГ позволит получить абсолютное конкурентное преимущество.
В Республике Татарстан планируется в обозримой перспективе перевести на газомоторное топливо (метан) 50 процентов общественного транспорта, 30 процен¬тов коммунальной и 30 процентов строительной техники.
Сегодня Татарстан имеет возможность:
отработать технологические решения по применению СПГ в качестве газомоторного топлива (через мобильные и стационарные заправки);
отработать все технологические решения по производству СПГ;
создать центр по обеспечению кадрами отраслей промышленности, в которых используется СПГ;
задействовать предприятия региона при строительстве завода по производству СПГ (производство компрессорного, технологического и химического оборудования).
Размещение первого пилотного проекта СПГ-завода в Татарстане будет направлено на динамичное развитие применения СПГ в качестве моторного топлива для городского транспорта, жилищно-коммунальной техники и магистрального транспорта, а также сельскохозяйственной техники.

Читайте также  Какая краска подойдет для ванной комнаты?

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

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/л
Вязкость 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.

Сжиженный природный газ (СПГ), технологии сжижения

Это природный газ, искусственно сжиженный путем охлаждения до −160 °C

Перевод 1 тонны СПГ в кубометры (м 3 ).

1 тонна СПГ — это примерно 1,38 тыс м 3 природного газа после регазификации.
Примерно — потому что плотность газа и компонентный на разных месторождения разная.
Формулу Менделеева — Клайперона никто не отменял.
Кроме метана в состав природного газа могут входить: этан, пропан, бутан и некоторые другие вещества.
Плотность газа изменяется в интервале 0,68 — 0,85 кг/м³, но зависит не только от состава, но и от давления и температуры в месте расчета плотности газа.
Стандартные условия для температуры и давления – это установленные стандартом физические условия, с которыми соотносят свойства веществ, зависящие от этих условий.

Национальный институт стандартов и технологий (NIST) устанавливает температуру 20 °C (293,15 K) и абсолютное давление 1 атм (101.325 кПа), и этот стандарт называют нормальной температурой и давлением (NTP).
Плотность компонентов газа сильно различается:

  • Метан — 0,668 кг/м³,
  • Этан — 1,263 кг/м³,
  • Пропан — 1,872 кг/м³.

Поэтому, в зависимости от компонентного состава изменяется и количество м 3 газа при переводе из тонн.

Процесс сжижения идет ступенями, на каждой из которых газ сжимается в 5-12 раз, затем охлаждается и передается на следующую ступень.

Ныне применяются 2 техпроцесса:

  • 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.

В процессах сжижения газа важна эффективность теплообменного оборудования и теплоизоляционных материалов.

При теплообмене в криогенной области увеличение разности температурного перепада между потоками всего на 0,5ºС может привести к дополнительному расходу мощности в интервале 2 — 5 кВт на сжатие каждых 100 тыс м 3 газа.

Недостаток технологии дросселирования — низкий коэффициент ожижения — до 4%, что предполагает многократную перегонку.

Применение компрессорно-детандерной схемы позволяет повысить эффективность охлаждения газа до 14 % за счет совершения работы на лопатках турбины.

Термодинамические схемы позволяют достичь 100% эффективности сжижения природного газа:

  • каскадный цикл с последовательным использованием в качестве хладагентов пропана, этилена и метана путем последовательного снижения их температуры кипения,
  • цикл с двойным хладагентом — смесью этана и метана,
  • расширительные циклы сжижения.

Известно 7 различных технологий и методы сжижения природного газа:

  • для производства больших объемов СПГ лидируют техпроцессы AP-SMR™, AP-C3MR™ и AP-X™ с долей рынка 82% компании Air Products,
  • технология Optimized Cascade, разработанная ConocoPhillips,
  • использование компактных GTL-установок, предназначенных для внутреннего использования на промышленных предприятиях,
  • локальные установки производства СПГ могут найти широкое применение для производства газомоторного топлива (ГМТ),
  • использование морских судов с установкой сжижения природного газа (FLNG), которые открывают доступ к газовым месторождениям, недоступным для объектов газопроводной инфраструктуры,
  • использование морских плавающих платформ СПГ, к примеру, которая строится компанией Shell в 25 км от западного берега Австралии.
Читайте также  Как рассчитать доставка газа?

Процесс сжижения газа

Оборудование СПГ-завода

  • установка предварительной очистки и сжижения газа,
  • технологические линии производства СПГ,
  • резервуары для хранения, в тч специальные криоцистерны, устроенные по принципу сосуда Дюара,
  • для загрузки на танкеры — газовозы,
  • для обеспечения завода электроэнергией и водой для охлаждения.

Существует технология, позволяющая сэкономить на сжижении до 50% энергии, с использованием энергии, теряемой на газораспределительных станциях (ГРС) при дросселировании природного газа от давления магистрального трубопровода (4-6 МПа) до давления потребителя (0,3-1,2 МПа):

  • используется как собственно потенциальная энергия сжатого газа, так и естественное охлаждение газа при снижении давления.
  • дополнительно экономится энергия, необходимая для подогрева газа перед подачей к потребителю.

Транспортировка СПГ— это процесс, включающий в себя несколько этапов:

  • морской переход танкера — газовоза,
  • автодоставка с использованием спецавтотранспорта,
  • ж/д доставка с использованием вагонов-цистерн,
  • регазификация СПГ до газообразного состояния.

Регазифицированный СПГ транспортируется конечным потребителям по газопроводам.

Основные производители СПГ по данным 2009 г:

Катар -49,4 млрд м³, Малайзия — 29,5 млрд м³; Индонезия-26,0 млрд м³; Австралия — 24,2 млрд м³; Алжир — 20,9 млрд м³; Тринидад и Тобаго -19,7 млрд м³.

Основные импортеры СПГ в 2009 г: Япония — 85,9 млрд м³; Республика Корея -34,3 млрд м³; Испания- 27,0 млрд м³; Франция- 13,1 млрд м³; США — 12,8 млрд м³; Индия-12,6 млрд м³.

Производство СПГ в России

На 2021 г в РФ действует 4 СПГ-завода.

СПГ-завод проекта Сахалин-2 запущен в 2009 г, контрольный пакет принадлежит Газпрому, у Shell доля участия 27,5%, японских Mitsui и Mitsubishi — 12,5% и 10% .

По итогам 2015 г производство составило 10,8 млн т/год, превысив проектную мощность на 1,2 млн т/год.

Однако из-за падения цен на мировом рынке доходы от экспорта СПГ в долларовом исчислении сократились по сравнению с 2014 г на 13,3% до 4,5 млрд долл США/год.

2 м крупным игроком на рынке российского СПГ становится компания НОВАТЭК, которая в январе 2018 г ввела в эксплуатацию СПГ — завод на проекте Ямал-СПГ.

Новатэк-Юрхаровнефтегаз (дочернее предприятие Новатэка ) выиграл аукцион на право пользования Няхартинским участком недр в ЯНАО.

Няхартинский участок недр нужен компании для развития проекта Арктик СПГ. Это 2 й проект Новатэка, ориентированный на экспорт СПГ.

В США введены в эксплуатацию 5 терминалов по экспорту СПГ общей мощностью 57,8 млн т/год.

На европейском газовом рынке началось жесткое противостояние американского СПГ и российского сетевого газа.

Что такое сжиженный газ и где его используют

В голубом топливе, добываемом из недр, присутствуют разные газы: метан, бутан, пропан, азот, гелий, сероводород. Одни из них являются компонентами химических производств, другие – сжигаются для получения энергии (электрической и тепловой). Некоторые служат газомоторным топливом.

перевозка сжиженный газ

Если необходимо топливо доставить на удаленный объект, то в силу географических нюансов это часто выгоднее сделать не по трубопроводу, а в сжиженном виде. То есть, газ сжиженный упрощает доставку к удаленным объектам.

Что СПГ и СУГ собой представляют

При оптимальной температуре воздуха и нормальном давлении углеводороды пребывают в газообразном состоянии. Но, они переходят в жидкое состояние, если незначительно увеличивают давление (без смены температуры).

Сжижаемый искусственно природный газ (при температуре минус 160 градусов)легче хранить и транспортировать. Объем при этом в сравнении с исходным меньше в 600 раз.

В промышленных условиях также для процессов фракционирования НПГ, проходящих при низких температурах, пользуются природным сжиженным газом, из которого выделяют пропан, этан, бутан, газовый бензин и гелий.

Важно: В воздухе сжиженный газ растворяется, переходя в состояние газообразное. Если уровень концентрации достигнет 5-15%, и произойдет контакт с источником пламени, газ может воспламениться. Если же она меньше 5%, этого не произойдет.

Многие страны, среди которых Испания с Францией, Япония с Бельгией, Южная Корея, СПГ используют не первый год как один из основных источников энергоресурсов, нужный для промышленных нужд, используемый в коммунальных комплексах и в быту, на заводах нефтехимических и в качестве топлива для автомобилей.

Для систем газоснабжения России наибольший интерес представляет технический пропан, пары которого обладают хорошей упругостью. Благодаря этому из наполненного этим газом газгольдера или баллона легко отобрать необходимое количество паров даже при минусовых температурах, что позволяет такие емкости и в зимнее время размещать на улице.

Бутан, в сравнении с пропаном, является более дешевым. При его сгорании 4 атома углерода и 10 водорода в реакции участвуют, что говорит о большой тепловой способности. Но, упругость паров у бутана ниже, что не позволяет применять его при отрицательной температуре.

Также интерес представляет пропан-бутановая смесь. СУГ используют в быту и коммунальной сфере. В российских климатических условиях бесперебойное функционирование резервуарных установок невозможно обеспечить, если бутана в смеси содержится более 60%.

Внешний вид и свойства

Внешне такой газ выглядит как бесцветная жидкость, не имеющая запаха. Он не агрессивен, т.е. не приводит к коррозии. Плотность СПГ меньше вдвое плотности воды. В жидком состоянии он не горюч и не токсичен.

Важно: Чтобы довести субстанцию до исходного состояния, перед использованием газ сжиженный подвергают испарению без доступа кислорода (воздуха). Во время сгорания выделяются диоксид углерода (углекислый газ) и парводяной.

СПГ очень быстро испаряется, не оставляя на почве и воде никаких следов.

Основные технические характеристики

Температура кипения лежит в пределах 158-163 градуса Цельсия. Плотность газа различна на разных месторождениях. Она лежит в диапазоне 430-470 кг/м³. Кроме этого, она определяется давлением в месте проведения ее расчета, и температурой. Поэтому, переводя тонны газа в кубометры, говорят «примерно», т.е. 1 тонна СПГ равна примерно 1,38 тысячам метров кубических.

Стандартные значения этих параметров установлены Национальным институтом NISN. Для температуры – это 20 градусов Цельсия (293,15 К), для давления – 1 атмосфера (101,325 кПа).

Компонентный состав

На 75-99 процентов его составляет метан. Помимо него в составе присутствуют: этан,сероводород, пропан и др. Плотность компонентов отличается значительно:

  • у пропана она равна 1,872 кг/м³;
  • у этана — 1,263 кг/м³;
  • у метана – 0,668 кг/м³.

Экологическое топливо

Сжиженный газ имеет достаточно большое октановое число и отличается высокими энергетическими показателями, что позволяет его использовать для заправки автомобилей. Не нанося вред экологии, использование этого топлива уменьшает расход масла и износ двигателя. Цена его ниже стоимости бензина. К тому же, сжиженные газы безопасны, а заправка производится на специализированных заправочных станциях. Это объясняет, почему его считают более экономичным топливом, чем бензин.

Технология получения СПГ

Сжижение газа происходит в несколько ступеней, на которых его сжимают в 5-12 раз, охлаждают и передают дальше.

На первом этапе из природного газа необходимо удалить воду, чтобы холодильное оборудование обезопасить от ее агрессивного воздействия, а также водород, а также гелий, соединения серы, азот и прочие примеси, для чего применяют абсорбционную глубокую очистку, пропуская смесь через молекулярное сито.

Далее следует второй этап, заключающийся в удалении из смеси тяжелых углеводородов. В результате фракционирования остается газ, в котором находятся только метан и этан (или бутан и пропан). Полученная фракция содержит менее 5% примесей.

На последней ступени процесса как раз и происходит сжижение охлажденного газа. Процесс достаточно энергозатратный: энергии требуется до 25% от общего количества.

На современных производствах используют 2 технологических процесса:

  • компримирование, т.е. проходящее при постоянном давлении конденсирование. Недостатком является большая энергоемкость, из-за чего способ считается малоэффективным;
  • метод на основе теплообменных процессов, т.е. рефрижераторный, предусматривающий использование охладителя, а также турбодетандерный, называемый также дросселированием. Он позволяет при быстром расширении газа получать нужную температуру. К минусам метода относят невысокий коэффициент ожижения – на уровне 4%, что требует многократной перегонки. Повысить его до 14% удается, применяя компрессорно-детандерную схему.

Использование термодинамических схем дает возможность эффективность довести до 100%:

  • применение цикла каскадного снижения температуры кипения. Хладагентами на разных стадиях выступают: пропан, азот, этан, метан, очищенная или морская вода, воздух;
  • цикл, использующий одновременно 2 хладагента –этан с метаном;
  • использование расширительных циклов в технологии сжижения.

На современном рынке лидируют несколько таких технологий:

  • до 82% общего рынка принадлежит технологиям AP-C3MR™, AP-SMR™ и AP-X™, которые используют для получения значительных объемов СПГ;
  • Optimized Cascade, разработчиком которой является ConocoPhillips;
  • на производствах (для внутреннего использования) применяют компактные установки GTL;
  • для получения СПГ, участвующего в производстве ГМТ (топлива газомоторного) широко пользуются локальными установками;
  • FLNG – использование морских танкеров и судов с установками сжижения газа. Это позволяет иметь доступ к месторождениям, которые для газопроводной инфраструктуры недоступны;
  • применение плавающих платформ СПГ (пример – строящаяся в 25-километровой зоне в Австралии компанией Shell).

Оборудование, необходимое для производства СПГ

  • установка, применяемая для очистки исходного сырья и сжижения;
  • технологическая линия;
  • емкости для хранения сжиженного газа (криоцистерны);
  • газовозы для загрузки танкеров.

Транспортировка

На данное время к потребителю сжиженный газ доставляется одним из способов:

  • морскими крупногабаритными танкерами-газовозами, оборудованными установками, поддерживающими низкую температуру, и имеющими толсты теплоизоляционный слой;
  • спецавтотранспортом (по суше);
  • железной дорогой (в вагонах-цистернах);
  • по газопроводу (предварительно проводят регазификацию, т.е. доведение до состояния газообразного).

Производители

Основными странами, производящими сжиженный газ, являются по данным на 2009 год:

  • Катар – объем достигает почти 50 млрд м³;
  • Малайзия и Индонезия – соответственно 29,5 и 25 млрд. кубов;
  • Австралия и Алжир – 24 и 21 млрд м³.

Среди импортеров СПГ первое место занимает Япония. Также газ закупают: Испания, США, Франция, Индия.

В России также имеются 2 действующих завода. Один из них — запущенный в 2009 году проект Сахалин-2. Контрольным пакетом владеет Газпром Совладельцами являются: 27,5% Shell, 12,5Mitsui, 10% — Mitsubishi.По итогам 2015 года годовое производство достигло 10,8 миллионов тонн, что больше проектной мощности на 1,2 млн тонн. К сожалению,из-за падения цен на мировом рынке экспорт в последние годы заметно снизился.

Читайте также  Можно ли подвести газ к участку без дома?

Другим значимым игроком в России является компания Новатэк (Ямал-СПГ).

Не остались в стороне и американцы: они в эксплуатацию ввели 5 терминалов для экспорта СПГ, общая мощность которых составляет 57,8 млрд. т/год. Понятно, почему между этими странами не первый год имеется жесткое противостояние.

Сферы применения

Помимо того, что сжиженный газ (марка ПБА, применяемая при температуре воздуха не ниже -20 градусов, и ПА) используют в автомобильной сфере, как топливо более экономичное, безопасное, дешевое и не приносящие вреда экологии, оно используется в отопительных системах, в промышленности (как источник тепла и холода в металлообработке, обработке керамики и стекла), для нужд бытовых и коммунальных (марки БТ, ПБТ, ПТ).

Главными игроками в сегменте топлива являются бутан, метан и пропан, которые объединяют такие показатели:

  • отсутствующий запах. Напротив, такому топливу придают для быстрого обнаружения утечки ароматический маркер;
  • безопасность, т.е. устойчивость к возможному возгоранию, которое происходит при температуре плюс 429 градусов (бутан), при 466 (бутан) и при 537 (метан). Для сравнения ДТ и бензин воспламеняются при достижении отметки в 250-300 градусов;
  • сгорание полное, благодаря чему сводится к минимуму вред от выбросов в окружающее пространство;
  • минимальный нагар, позволяющий продлить срок службы поршневых цилиндров, свечей и камеры сгорания двигателя;
  • большое октановое число: 110 у метана и 100 у смеси пропан-бутановой. Нужно отметить, что применять смеси можно в различных климатических зонах, но с учетом того, что они в сжиженном состоянии не морозоустойчивы, зато невосприимчивы к зонам с жарким климатом: эти составляющие в смеси дополняют друг друга и образуют субстанцию достаточно стабильную. В отличие о них, пропан на высокую температуру реагирует, что приводит к тому, что в баллонах, где он хранится, повышается давление.

Важно: На заправочных станциях продают разные смеси для разных сезонов, которые отличаются процентным составом газовых смесей: в летней, например, бутана должно быть 60%, в зимней – 40.

С требованиями, касающимися сжиженных углеводородных газов, можно ознакомиться в ГОСТ 27578-2018.

Преимущества

  • Удобство хранения энергоносителя (за счет большой плотности газа сжиженного), доставки и потребления. Хранится жидкость криогенная нетоксичная при минус 162 градусах Цельсия. Для больших объемов используют наземные емкости, где она находится под атмосферным давлением;
  • Перевозки межконтинентальные, для которых используют танкеры-газовозы, автоцистерны или железнодорожные цистерны;
  • Открывает возможность газификации удаленных на значительные расстояния от газовых магистралей, объектов. Отпадает необходимость строительства дорогостоящих трубопроводов.

Выводы

Для сжижения газа разработано несколько технологий: свои — для метана и для бутана. Получение СУГ менее затратное, а в хранении и перевозке он проще, чем СПГ. Получение последнего более сложно и затратно, а к этому добавляется регазификация, для которой требуется специальное оборудование. Метан на данный момент востребован больше, поэтому сжижают его в объемах намного больших.

Сжиженный метан в грузовиках. Какие есть нюансы и сколько можно проехать на одной заправке 10:55, 10 сентября 2020 Версия для печати

Газификация автомобилей развивается двумя путями: двигатель работает либо исключительно на газе, либо по газодизельному циклу. Оба имеют свои плюсы, но второй путь для перевозчиков интереснее — у такой машины больший запас хода.

Летом этого года Volvo Trucks поставила в Россию 14 тягачей Volvo FH LNG. Ранее Iveco отгрузила российским перевозчикам более 150 своих газовых грузовиков, включая Iveco Stralis NP LNG. Есть примеры и внутри страны: КАМАЗ активно продвигает газовый магистральный тягач КАМАЗ-5490 NEO, а «Группа ГАЗ» в августе этого года начала производство нового городского автобуса ЛиАЗ-5292 LNG. Что это — временное явление или тенденция?

Думается, что второе. Правда, идею внедрения сжиженного газа в моторы все трактуют по-разному. Один из лидеров европейского рынка газомоторной техники, компания Iveco, строит исключительно монотопливные газовые двигатели. Они работают как на сжатом, так и на сжиженном природном газе с искровым зажиганием и степенью сжатия около 11. Еще один представитель большой семерки — Scania пошла по такому же пути: монотопливный двигатель, искровое зажигание, степень сжатия 12,6. Производители, у которых нет собственного моторного производства, устанавливают двигатели компании Cummins. Она поставляет полную линейку газовых моторов с рабочим объемом от 5,9 до 9,1 л. с. искровым зажиганием. Российские машиностроители — КАМАЗ и «Автодизель» движутся в этом же направлении. А вот Volvo Trucks пошла путем совершенствования газодизельного цикла с подачей в цилиндры двигателя запальной дозы дизельного топлива.

Iveco строит исключительно монотопливные газовые двигатели. Они работают как на сжатом, так и на сжиженном природном газе LNG (Liquid Natural Gas).

Еще три года назад Volvo Trucks запустила в серию грузовики Volvo FH и FM на сжиженном природном газе. Система питания таких машин включает криобак, рассчитанный на 115 кг (275 л), 155 кг (375 л) или 205 кг (495 л) сжиженного газа, и бак для дизельного топлива емкостью 170 л. Запас хода грузовика с самым вместительным криобаком составляет около 1000 км.

Технологии, применяемые при хранении газа в криобаке, сохраняют постоянную температуру топлива до –160 °С, обеспечивая отсутствие чувствительности топлива к температуре окружающей среды.

Основой для битопливного двигателя Volvo Trucks стал серийный 6‑цилиндровый рядный дизель D13К рабочим объемом 12,8 л. с. системой впрыска Common Rail. Модернизация коснулась головки блока цилиндров и топливной аппаратуры. Газовая система состоит из криобака, в котором сжиженный природный газ хранится при температуре от –140 до –120 °С и давлении 4–10 бар. Там же определенная часть жидкой фазы переходит в газообразное состояние. По отзывам специалистов, технологии, применяемые при хранении газа в криобаке, сохраняют постоянную температуру топлива до –160 °С, обеспечивая отсутствие чувствительности топлива к температуре окружающей среды. Процесс этот практически непрерывен, количество испаряемого топлива зависит от уровня сжиженного метана, интенсивности потребления газа двигателем, температуры и давления заправляемого метана. При превышении в криобаке давления в 16 бар избыток газа сбрасывается в атмосферу через предохранительный клапан.

Природный газ — реальная возможность значительно сократить затраты на топливо, говорят эксперты «Скания».

Первые 14 автомобилей Volvo FH LNG не так давно пополнили автопарк подмосковной компании «ЭйСиРейл». Седельные тягачи с колесной формулой 4х2 оснащены 13‑литровыми двигателями мощностью 460 л. с. экологического класса Евро-6, которые выдают 2300 Нм крутящего момента. Баки сжиженного природного газа рассчитаны на хранение 205 кг топлива.

Выбор в пользу автомобилей Volvo FH LNG был сделан еще и потому, что в Московской области — основном регионе транспортных операций «ЭйСиРейл» — были открыты сразу две газозаправочных станции оператора LNG-инфраструктуры, компании «Новатэк». LNG — Liquid Natural Gas. Обладая запасом хода до 1000 км, тягачи Volvo FH LNG планово заезжают на дозаправку сжиженным природным газом.

Широкому коммерческому использованию СПГ в нашей стране пока препятствует более высокая стоимость производства автомобилей, работающих на СПГ, а также необходимость хранения топлива в дорогостоящих криогенных резервуарах.

Однако с учетом повышения экологических требований к двигателям доля автомобильного транспорта, работающего на СПГ, особенно среди тяжелых грузовиков и автобусов, будет возрастать. Опять же, недавно кабинет министров РФ увеличил размер субсидий регионам для перевода автотранспорта с традиционного топлива на газ с 25 до 75 млн руб. Вполне вероятно, что к 2024 году объем потребления природного газа в качестве моторного топлива составит 2,7 млрд м3. Предпосылки к этому есть.

Роберто Каматта, бизнес-директор ООО «Ивеко Руссия»

— Мы предлагаем решения для газомоторного топлива не только для магистральных перевозок, но также и для сферы дистрибуции. Согласно нашим внутренним расчетам, один газовый тягач в сравнении с дизельным может сэкономить 2342 тыс. руб. в течение пяти лет при пробеге 150 000 км. Представьте, какова будет экономия в пересчете на весь парк! Согласен, что первоначальные вложения довольно высокие, особенно если речь идет о технике на сжиженном природном газе, баллоны для которого должны быть сверхпрочными. Но если перевозчик подсчитает общую стоимость владения, то увидит реальную экономию. В Европе это решение очень востребованно, и мы полагаем, что доля газомоторного парка в России будет уверенно расти. Так что мы не зря показали на недавней выставке одну из наших новинок — Iveco Stralis NP LNG.

Юрий Панов, кандидат технических наук, профессор МАДИ

— Думаю, что многие боятся газа. Это общепринятые стереотипы, базирующиеся на не очень удачном опыте прошлых лет. К счастью, есть молодые специалисты, знающие положительный и, в том числе, зарубежный опыт. Метан себя окупает на больших ежедневных пробегах. В этой связи его очень интересная ниша — коммунальная техника. Сегодня в Москве и других городах не спешат покупать газовые КАМАЗы. А ведь ими удобно подметать улицы вблизи АГНКС. Другая тема для метана — доставка легких грузов, возможно, каршеринг. Хотя есть регионы, где природный газ внедряется хорошо. Это, например, Белгород, Воронеж, Новгород Великий, Владимир. Для популяризации использования газа на транспорте сделать, конечно, надо еще много. Пока не совсем понятен процесс сертификации газобаллонного оборудования. Нужна ли нам сертификация ГБО итальянского, голландского, польского производства, если они уже прошли омологацию в Евросоюзе по 115‑му правилу ЕЭК ООН? Ведь наш Технический регламент Таможенного союза (ТР ТС 018) пишет, что на ГБО действует именно 115‑е правило.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: