Как и зачем сжижают газ: технология производства и сфера использования сжиженного газа

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.

Значение слова спг. что такое спг?

Что такое спг?

СПГ — это сжиженный природный газ. Он является продуктом вторичного воздействия на добываемый метановый, этановый газ, который получают для облегчения его перевозки и хранения. В процессе сжатия в его состав добавляют азот.Главным составляющим компонентом такого газа является метан.

• бесцветный и не имеет запаха, тогда как у природного газа присутствует запах тухлых яиц, вследствие наличия в составе сернистых соединений – меркаптанов. В добытый газ обязательно добавляют одоранты, которые позволяют своевременно заметить утечку
• плотность СПГ достигает практически 50% от плотности воды — 0,425-0,46кг/л
• процесс кипения начинается при температуре -159°C
• сжиженный газ не горюч
• не обладает токсическим действием
• не агрессивен
• процесс горения паров проходит с выделением двуокиси углерода и водяного пара
• на открытом воздухе при температуре 25°C и давлении 760 мм сжатый газ возвращается в свое первоначальное газообразное состояние и растворяется в воздухе
• во время испарения газ способен воспламениться при условии контакта с очагом пламени.

«спг» — — все сокращения россии!

Зачем сжижают природный газ?

Из недр земли голубое топливо добывается в виде смеси из метана, этана, пропана, бутана, гелия, азота, сероводорода и других газов, а также различных их производных.

Часть из них применяется в химической промышленности, а часть сжигается в котлах или турбинах для генерации тепловой и электрической энергии. Плюс некоторый объем добытого используется в качестве газомоторного горючего.

Расчеты газовиков показывают, что если голубое топливо надо доставить на расстояние в 2500 км и больше, то в сжиженном виде зачастую делать это выгодней, нежели трубопроводным способом

Основная причина сжижения природного газа – упрощение его перевозки на дальние расстояния. Если потребитель и скважина добычи газового топлива находятся на суше недалеко друг от друга, то проще и выгодней проложить между ними трубу. Но в ряде случаев магистраль строить выходит слишком дорого и проблематично из-за географических нюансов. Поэтому и прибегают к различным технологиям получения СПГ либо СУГ в жидком виде.

Оборудование для сжиженного природного газа

Чтобы обеспечить высокий уровень доступности газовых месторождений (касательно шельфовой добычи), используются особые морские суда и плавательные платформы (фирмы Shell), имеющие холодильное оборудование – фактически, газ сжижается по механизму in siutu.На заводе по производству СПГ в России присутствует следующее оборудование:

• аппараты, которые отвечают за исходные вещества, к примеру, система очистки газа
• машины для основного цикла процесса
• системы оборотной воды, конденсата, технологического пара
• герметичные емкости, в которых хранятся жидкости, к примеру, сосуд Дуара
• аппараты для загрузки и перевозки сжиженного газа без потерь на испарение
• танкеры и прочие средства транспортировки
• механизмы бесперебойной подачи электроэнергии и холодной воды, которая выступает хладагентом.

В последние годы все больше внимания уделяется особой технологии, которая позволяет экономить примерно половину затрат энергии на получение конечного продукта. В основе такой технологии лежит использование собственной энергии (потенциальной) сжиженного газа и естественного охлаждения потока в условиях уменьшении давления в магистральном трубопроводе до отметки потребительского давления (примерно с 6 МПа до 1,2 МПа).

Перевод 1 тонны спг в кубометры (м3).

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.

Перевод 1 м³ СПГ в 1 м³ регазифицированного природного газаПропорции тоже зависят от компонентного состава.В среднем принимается соотношение 1: 600.1 м³ СПГ — это примерно 600 м3 природного газа после регазификации.

Процесс сжижения идет ступенями, на каждой из которых газ сжимается в 5-12 раз, затем охлаждается и передается на следующую ступень.  Собственно сжижение происходит при охлаждении после последней стадии сжатия. Процесс сжижения таким образом требует значительного расхода энергии — до 25 % от ее количества, содержащегося в сжиженном газе.

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 м3 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.

Преимущества сжиженного природного газа

1. В процессе сжижения плотность газа увеличивается в сотни раз, что повышает эффективность и удобство хранения, а также транспортировки и потребления энергоносителя.
2. Сжиженный природный газ – нетоксичная криогенная жидкость, хранение которой осуществляется в теплоизолированной емкости при температуре –162°С. Большие объемы СПГ возможно хранить в специальных наземных резервуарах при атмосферном давлении.
3. Возможность межконтинентальных перевозок СПГ специальными танкерами-газовозами, а также перевозка железнодорожным и автомобильным видами транспорта в цистернах.
4. Сжиженный природный газ дает возможность газификации объектов, удаленных от магистральных трубопроводов на большие расстояния, путем создания резерва СПГ непосредственно у потребителя, избегая строительства дорогостоящих трубопроводных систем.

С точки зрения потребителя, преимущества сжиженного природного газа, исходя из его состава и физических свойств, состоят еще и в том, что СПГ является не только источником сухого природного газа, транспортируемого по газопроводам, а также источником ШФЛУ (широкая фракция легких углеводородов – этана, пропана, бутанов и пентанов), входящих в состав СПГ и выделяемых из СПГ при регазификации.

Эти углеводороды используются в качестве нефтехимического сырья и в качестве источника экологически чистого топлива для различных видов транспорта (а также в быту). В процессе регазификации на терминале СПГ будет происходить выделение фракции С2 или С3 .

Сжиженный природный газ представляет собой безопасный, экологически чистый вид топлива с высокими энергетическими характеристиками и октановым числом. Цена СПГ по стоимости у потребителя ниже цены сжиженного нефтяного газа, мазута и тем более дизельного топлива.

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 2022 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 2022 г на 13,3% до 4,5 млрд долл США/год.

2м крупным игроком на рынке российского СПГ становится компания НОВАТЭК, которая в январе 2022 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 2й 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.

Сжиженный природный газ в россии

Первые попытки получить сжатый природный газ на одном производстве были осуществлены в начале XX века. В 1917 году на американском заводе специалисты получили сжиженный газ, который имел принципиальное отличие от природного газа. К сожалению, в те годы не было разработано технологических решений для реализации транспортировки жидкости, что в значительной мере остановило развитие промышленного комплекса.
Первый отечественный завод по изготовлению СПГ был построен в 2006 году. Строительство завода состоялось благодаря реализации проекта «Сахалин-2». Особый вклад в модернизацию комплекса сделала компания «Газпром», которая старалась реализовать себя в качестве лидера среди работающих на глобальном рынке энергетических компаний.
По территории России транспортировка сжатого газа осуществляется такими методами:

• по морским путям танкерами
• при помощи автомобилей, которые предназначены для перевозки газа в цистернах
• железнодорожный транспорт при помощи криоцистерн.

В месте назначения осуществляется регазификация материала, то есть возвращение жидкости в газ, и подача клиентам по системе газопроводов.Среди основных потребителей российского газа — Япония, Южная Корея, Бельгия, Испания и Франция.

Температура сжиженного газа

Чрезвычайно низкая температура СПГ делает его криогенной жидкостью. Как правило, вещества, температура которых составляет –100°С (–48°F) или еще ниже, считаются криогенными и требуют специальных технологий для обработки. Для сравнения, самая низкая зарегистрированная температура на Земле составляет –89,2°С (Антарктика), а в населенном пункте –77,8°С (поселок Оймякон, Якутия).

Криогенная температура сжиженного природного газа означает, что контакт с СПГ может вызвать изменение свойств контактирующих материалов, которые впоследствии станут ломкими и потеряют свою прочность и функциональность. Поэтому в отрасли СПГ используют специальные материалы и технологии.

Технологии получения суг и спг

Чтобы перевести метан из газового состояния в жидкое, его необходимо охладить до -163 °С. А пропан-бутан сжижается уже при -40 ° С. Соответственно технологии и затраты в обоих случаях сильно различаются.

Один литр СПГ равен приблизительно 1,38 куб. м исходного природного газа (цифра эта зависит от температуры и давления), уменьшение в объеме – порядка 620 раз

Для сжижения природного газа используются следующие технологии от разных фирм:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimized Cascade;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL и др.

В основе всех них лежат процессы компримирования и/или теплового обмена. Операция по сжижению происходит на заводе в несколько этапов, в ходе которых газ постепенно сжимается и охлаждается до температуры перехода в жидкую фазу.