Что такое СПГ
Сжиженный природный газ (СПГ) — природный газ, преимущественно метан, переведенный в жидкое состояние путем конденсации при криогенных температурах. При атмосферном давлении температура конденсации природного газа составляет порядка −161,5 °С. В процессе сжижения природного газа происходит уменьшение его объема ориентировочно в 600 раз. СПГ представляет собой нетоксичную жидкость с относительно высокой массовой теплотой сгорания.
Производство СПГ
Малотоннажное производство СПГ осуществляется на комплексах по сжижению природного газа (КСПГ), предназначенных для приёма из газотранспортной системы, коммерческого учёта, предварительной подготовки и осушки природного газа, сжижения природного газа и дальнейшего отпуска СПГ потребителю. Типовая производительность малотоннажных КСПГ в среднем составляет менее 10 т/ч СПГ.
Существуют различные технологии производства СПГ, на территории РФ функционируют КСПГ, работающие по циклам высокого давления с применением компрессора и холодильной машины; среднего давления с применением турбодетандерных агрегатов; полного сжижения с внешним закрытым азотным циклом.
С учетом особенностей газотранспортной системы России, в частности наличием газораспределительных станций с большим перепадом входного и выходного давлений, перспективным является устройство КСПГ на ГРС по циклу среднего давления с применением турбодетандерных агрегатов.
Природный газ поступает на КСПГ по отводу от газопровода высокого давления, расположенному до объекта редуцирования газа. Производится коммерческий учет расхода газа через КСПГ, его фильтрация от механических примесей и отделение капельной жидкости. Далее газ поступает в блок комплексной очистки, где происходит удаление воды, диоксида углерода и других примесей перед подачей газа в технологическое оборудование.
Очищенный газ последовательно охлаждается в теплообменных аппаратах криогенного блока, дросселируется и направляется в сепаратор, где происходит разделение полученной парожидкостной смеси. Часть природного газа пропускается через детандерные агрегаты, где газ совершает работу на лопатках турбины, которая может быть использована для генерации электроэнергии на собственные нужды; при расширении газ охлаждается, и его холод рекуперируется в блоке сжижения. Произведенный СПГ отводится на хранение либо отгрузку потребителю, а неожиженная часть потока газа возвращается в газопровод низкого давления.
Принципиальная блок-схема работы КСПГ по циклу с применением турбодетандеров
Особенностью выбранной технологии является необходимость наличия потребителя газа низкого давления для осуществления сброса неожиженной в технологическом процессе части газа. К преимуществам данной технологии относятся низкие эксплуатационные расходы КСПГ, минимальное энергопотребление основного технологического блока и энергетическая автономность за счет генерации энергии на собственные нужды.
Сферы применения СПГ
Существуют различные направления использования СПГ:
В качестве газомоторного топлива на крио-АЗС и экипировочных пунктах. КПГ, получаемый путем регазификации СПГ, является наиболее востребованным ресурсом для легкового автотранспорта и с/х техники, а СПГ – для пассажирского и грузового авто-, ж/д- и водного транспорта.
В качестве топлива энергоустановок предприятий и отдельных объектов энергетики, топлива хозяйственно-бытовых нужд населения. Для автономной газификации потребителей СПГ доставляется до СПХР (систем приема, хранения и регазификации), где проходит через процесс регазификации перед дальнейшей подачей по трубопроводам.
Отдельно необходимо отметить потенциал СПГ в качестве источника:
Тепловой энергии при сжигании топлива;
Холода, который может быть рекуперирован для хозяйственных нужд;
Электрической энергии, которая может быть получена при производстве СПГ на перепаде давления газа и при его регазификации.
Преимущества СПГ перед традиционными видами топлива
СПГ имеет ряд коммерческих, экологических и энергетических преимуществ перед традиционными видами топлива при применении как в качестве моторного топлива, так и топлива энергоустановок.
Более высокие показатели массовой низшей теплоты сгорания топлива и коэффициент полезного действия энергетического оборудования
Сжиженный природный газ
Сжи́женный приро́дный газ (СПГ; англ. Liquefied Natural Gas, LNG), природный газ, находящийся в жидком состоянии. Основным отличием сжиженного природного газа от сжиженных углеводородных газов (СУГ) является их состав. СПГ состоит из метана , в то время как СУГи – из пропан-бутановой фракции, выделенной из попутного нефтяного газа .
Природный газ сжижают с целью создания возможности его транспортировки не только по трубопроводам, но и танкерами по морю на большие расстояния, поскольку метан в сжиженном виде занимает объём в 600 раз меньший, чем в газообразном состоянии ( Майорец М. Сжиженный природный газ – будущее мировой энергетики / Максим Майорец, Константин Симонов. – Москва : Альпина Паблишер, 2013. ). Использование морских перевозок позволяет производителю газа расширить рынок сбыта и является экономически более выгодным по сравнению со строительством газопровода на тысячи километров.
На первом этапе технологии сжижения природного газа происходит осушка и очистка газа от примесей: других углеводородов ( этана , пропана и т. д.), сероводорода и диоксида углерода . Далее путём охлаждения до −161,5 °С метан конденсируется, переходя в жидкое состояние. После доставки на береговые терминалы на установках регазификации СПГ снова преобразуется в газообразное состояние и дальше транспортируется до конечных потребителей по обычным трубопроводам.
Опубликовано 19 мая 2022 г. в 15:58 (GMT+3). Последнее обновление 19 мая 2022 г. в 15:58 (GMT+3). Связаться с редакцией
Информация
Области знаний: Топливо Другие наименования: СПГ
- Научно-образовательный портал «Большая российская энциклопедия»
Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС77-84198,
выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 15 ноября 2022 года.
ISSN: 2949-2076 - Учредитель: Автономная некоммерческая организация «Национальный научно-образовательный центр «Большая российская энциклопедия»
Главный редактор: Кравец С. Л.
Телефон редакции: +7 (495) 917 90 00
Эл. почта редакции: secretar@greatbook.ru
- © АНО БРЭ, 2022 — 2023. Все права защищены.
- Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей. - Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.
Новая технология сжижения природного газа
В статье приведены основные сведения о преимуществах технологии сжижения природного газа.
Сжиженный природный газ (СПГ) – газ, переведенный в жидкое состояние при его охлаждении ниже критических температур (т.е. минус 163 0 С), сокращается в объеме в 600 раз, что дает возможность его хранения в теплоизолированных емкостях с последующей их транспортировкой специальными судами-метановозами или по железной дороге, или же автоцистернами в любую часть мира. Именно в этом и состоит его преимущество, заключающееся в части неограниченности его транспортируемости; однако это преимущество существенно снижается из-за более высокой стоимости его получения, в особенности в части повышения энергозатрат, осуществляемых при традиционном способе его получения с применением многокомпонентных газовых смесей [1], в связи с чем и была предложена новая, более дешевая технология сжижения природного газа с использованием преобразованного в жидкость воздуха (повсеместно доступного рабочего хладагента). Более того, все традиционные технологии практически рассчитаны на их использование на поверхности, т.е. в атмосферных условиях, и рассчитаны на большую занимаемую территорию (не менее гектара); последнее обстоятельство совершенно не подходит для их использования в ограниченных объемах подводного замкнутого пространства, не говоря уже о значительном энергопотреблении.
Современные способы производства СПГ основаны на его охлаждении многосмесевыми газовыми хладагентами, получение которых, в свою очередь, довольно существенно различаются между собой технологическими процессами и набором применяемых способов их получения [1]; среди них наибольшее распространение получили технологии компаний Air Products and Chemical, Conoco Philips, Linde, Shell и Liquefin, каждая из которых использует три последовательно развивающиеся группы проектно- конструкторских решений: в первой используют холодильные циклы с чистыми хладагентами, во второй – со смесевыми хладагентами, а в третьей, наконец, используются сложные многокомпонентные смеси углеводородных хладагентов, получение которых, в свою очередь, осуществляется с помощью дополнительного набора оборудования и многократных энергетических затрат.
В отличие от традиционных способов сжижения природного газа (ПГ), нами предложен новый, чрезвычайно простой и менее энергозатратный способ его сжижения в противотоке с жидким воздухом. Такое решение логически опирается на возможность сжижения ПГ в противоточном пластинчатом теплообменнике и основано на противопоставлении температур сжижения этих сред: ПГ – минус 163 о С, а жидкий воздух – минус 196 О С. В результате реализации такого противотока на одном конце противоточного теплообменника будет вытекать СПГ, а на противоположном конце будет вытекать обычный воздух, направляемый в атмосферу или водную толщу. Осуществление такого процесса возможно, когда ПГ, выходящий из пласта, поступает в подводное сооружение, в котором его предварительно очищают от вредных примесей и паров влаги и направляют в противоточный теплообменник (как это обычно производится и в традиционном способе его сжижения) навстречу газовому потоку; в этот же теплообменник направляется жидкий воздух, который прокачивается криогенным насосом из подводного резервуара (следует отметить, что жидкий воздух должен регулярно завозиться подводным танкером/газовозом, челночно курсирующим между приемным терминалом СПГ и газовым/газоконденсатным месторождением); при этом следует отметить, что, поскольку температура природного газа, выходящего из скважины, может иметь различную положительную температуру, морская вода позволяет его охладить хотя бы до +5–10 О С. Таким образом, если прокачивать эти среды (попутный газ и жидкий воздух) в противоточном теплообменнике, то на одном конце мы получим сжиженный природный газ (СПГ), а на противоположном – обычный воздух, который можно выпускать в водную толщу/среду. Полученный таким образом СПГ направляется в подводный резервуар, установленный на месторождении. При этом уместно отметить, что в случае закачки в арктические воды, которые, как правило, обеднены растворенным в воде кислородом воздуха (в то же время хорошо известно, что морская вода обладает способностью поглощать кислород воздуха), то при использовании предложенной подводной технологии сжижения природного газа это весьма положительно отразится на жизнедеятельности органики морской среды.
Наряду с изложенным следует отметить, что в предложенной нами технологии мы не ограничились только процессом сжижения природного газа; на приемных терминалах нового поколения можно будет получать более дешевый жидкий воздух благодаря использованию холода регазификации природного газа также в противоточном теплообменнике с нагнетаемым из атмосферы воздухом: такое решение позволяет снизить температуру нагнетаемого воздухе примерно до минус 140–150 о С с последующим доведением его до жидкого состояния традиционными способами (с помощью использования известного цикла Линде или путем его детандирования (метод П.Л. Капицы – использование турбодетандера, предложенного еще в прошлом веке); более того, из полученного жидкого воздуха дополнительно на приемном терминале можно получать жидкий кислород, жидкий аргон, широко используемые для сварки.
Еще необходимо отметить, что в процессе производства жидкого воздуха необходимо получать и жидкий азот, небольшое количество которого следует постоянно иметь в наличии для регулярной промывки танков после опорожнения СПГ с целью предотвращения образования взрывоопасной смеси паров СПГ и жидкого воздуха в резервуаре.
Таким образом, по существу предложен замкнутый цикл получения жидкого воздуха на приемном терминале; далее этот продукт танкером доставляется на месторождение, сливается в подводный резервуар, из которого жидкий воздух подается в теплообменник, а с противоположного конца подается ПГ, в результате чего в резервуар СПГ поступает требуемый продукт.
После перекачки жидкого воздуха из танкера на прием подводного резервуара на месторождении все емкости танкера промываются жидким азотом для предотвращения образования взрывоопасной смеси паров; таким образом, танкер заполняется СПГ, и с этим грузом танкер направляется на приемный терминал; так осуществляется замкнутый кругооборот: СПГ на жидкий воздух, но при этом непременно все емкости танкера подвергаются промывке.
В программе UniSim Design была построена модель описанной выше технологии сжижения воздуха (рисунок 1).
Блок сжижения представляет собой ряд ребристо-пластинчатых теплообменников, в которых в противотоке будет происходить теплообмен между жидким воздухом и природным газом. В первом теплообменном аппарате природный газ охлаждается до минус 20 0 С, во втором до минус 40 0 С, в третьем до минус 70 0 С, на выходе из четвертого он будет иметь температуру минус 161 0 С при давлении 6 МПа. Далее природный газ дросселируется до 130 кПа и поступает в сепаратор, где СПГ отделяется от отпарного газа и поступает в резервуар для хранения.
Жидкий воздух поступает в блок сжижения с температурой минус 192 0 С при давлении 400 кПа, а выходит из него с температурой 0 0 С при давлении 150 кПа.
В качестве цикла получения жидкого воздуха был выбран цикл низкого давления (Капицы), так как он является самым энергетически выгодным, в случае если не требуется дальнейшее разделение на компоненты.
Затраты энергии в данной технологии будут приходиться на сжатие воздуха в компрессорах в цикле низкого давления. Они изначально составляют 1696 кВт*ч/т (с учетом возврата части энергии (198 кВт*ч/т СПГ) в турбодетандере), а при использовании холода от регазификации СПГ они сократятся до 1543 кВт*ч/т СПГ.
Расчеты показали, что для производства 1 т СПГ требуется 1,98 т жидкого воздуха, а для получения 1,98 тонн жидкого воздуха требуется сжимать 25 тонн воздуха по циклу низкого давления (до 0,8 МПа). Именно поэтому требуются такие большие энергозатраты, а использование холода от регазификации не дает значительного эффекта (эффективность повышается на 9 %), так как на охлаждение 25 тонн воздуха будет приходиться холод всего от тонны СПГ.
Полученные результаты показали, что данная технология сжижения является энергетически невыгодной по сравнению с традиционными технологиями сжижения (C3MR, DMR, MFC), энергозатраты которых могут составить порядка 350 кВт*ч/т СПГ [4]. Также при данной технологии половина резервуаров танкеров не будет заполнена при транспортировке СПГ, так как необходимо почти 2 тонны жидкого воздуха на 1 тонну СПГ, и еще потребуются дополнительные затраты на получение азота для продувки резервуаров перед загрузкой СПГ.
Таким образом, использование жидкого воздуха в качестве хладагента для получения СПГ не обладает термодинамической и энергетической эффективностью, применение исследованной технологии не целесообразно.
Статья «Новая технология сжижения природного газа» опубликована в журнале «Neftegaz.RU» (№2, Февраль 2023)
Сжиженный природный газ – топливо будущего
Транспортная отрасль уже давно пытается решить проблему сокращения выбросов выхлопных газов. Одним из возможных выходов стало использование альтернативных видов топлива – этанола или биодизеля. Грузовики могут ездить на каждом из них. Однако для российского рынка наибольший потенциал имеют автомобили на сжиженном природном газе (СПГ) – метане, 40% мирового запаса которого сосредоточено в России.
Что такое СПГ
СПГ расшифровывается как сжиженный природный газ. Также можно встретить термин «сжиженный метан», который является основным компонентом СПГ (от 90% до 98%). Для получения СПГ природный газ охлаждают до температуры -161,5°С. Благодаря конденсации, его объем уменьшается в 600 раз (!). Современные технологии позволяют хранить СПГ около 100 дней.
Преимущества использования СПГ для большегрузного транспорта
За последние 4 года российский парк машин, работающих на газомоторном топливе, вырос примерно в полтора раза – до 160 000 транспортных средств. Предположительно, к 2025 году их будет уже четверть миллиона. Чем вызван такой интерес к газовому топливу?
Меньший расход топлива
Средний расход топлива грузовиков на СПГ составляет около 25 кг на 100 км (при средней массе груза 15,3 тонн). Согласно испытаниям, проведенным Scania, СПГ наиболее рентабелен для транспортных средств весом до 13,8 тонн. Чем тяжелее транспортное средство, тем менее выгоден газ по сравнению с дизельным топливом.
Экологичное решение
Транспортные средства, работающие на газе, соответствуют строгим стандартам с низким уровнем выбросов. По сравнению с дизельным топливом, СПГ выбрасывает в воздух меньше углекислого газа, оксидов серы и оксидов азота.
Согласно статистике, в 2020 году более 5 миллионов тонн загрязняющих веществ попало в атмосферу из-за автомобильного транспорта в России. По данным Автостата, стандартам Евро-5 и выше в России соответствуют только 3,5% парка автобусов, 8% грузовых автомобилей, 8% легких коммерческих автомобилей и 22,6% легковых автомобилей. По состоянию на 1 января 2021 года более половины российского грузового автопарка не соответствует нормам Евро-2. Поэтому проблемы токсичности транспорта и объемы имеют одно из приоритетных направлений.
Большее расстояние на одном баке
Большегрузные автомобили, работающие на СПГ, могут проехать до 1 500 км на одной заправке. В этом преимущество этого вида топлива перед КПГ (компримированным природным газом) и электродвигателем.
Низкий уровень шума
Автомобили, работающие на сжиженном метане, тише, чем дизельные авто. Это намного комфортнее для водителя и экологичнее – для окружающей среды. Особенно, если речь идет о грузовиках, передвигающихся по городу.
Не нужно использовать AdBlue
В большинстве двигателей, работающих на СПГ, AdBlue не требуется, так как природный газ при сгорании не выделяет вредных химических веществ. В долгосрочной перспективе это дает дополнительную экономию средств для перевозчика.
Заправки в России
В российской сети приема карты насчитывает свыше 1 000 точек обслуживания, где можно заправиться газомоторным топливом. С их расположением можно ознакомиться на сайте, выбрав фильтр по типу топлива.
Количество станций СПГ будет только увеличиваться, учитывая повышенный спрос. Способствовать этому будет и растущее внимание к вопросу со стороны правительства. Разработанная Минэнерго при участии Минпромторга и Минтранса шестилетняя программа «Развитие рынка газомоторного топлива» до 2024 года предполагает выделение из бюджета 174,7 миллиарда рублей.
Программой также предусмотрена компенсация нефтяным и газовым компаниям до 40% расходов на строительство новых газовых заправок (всего планируют построить 1,3 тысяч точек). Еще 67,5 миллиардов рублей Минпромторг планирует потратить на поддержку газового автопарка.
Минусы СПГ
Как и любой вид топлива, СПГ также имеет свои недостатки. Среди них – потеря энергии во время простоев. Газ нельзя долго хранить в баке грузовика, который по каким-то причинам не находится в движении. После длительного простоя СПГ необходимо заменить.
Грузовик с двигателем на газу значительно дороже дизельного аналога – примерно на 2 миллиона рублей. Да и затраты на его обслуживание выше, например, за счет частой замены свечей.
Кроме того, несмотря на популярность автомобилей на газу, точек их обслуживания по-прежнему не хватает. Строительство станций СПГ обходится недешево. Поэтому большинство компаний, решивших строить такие станции, получают дополнительную поддержку из государственных средств.
По разным оценкам, на мировую транспортную отрасль приходится от 15 до 20% глобальных выбросов углекислого газа. И в эпоху борьбы за экологию перевозчики будут вынуждены перейти на альтернативные виды топлива.
По оценкам специалистов ООО «Газпром газомоторное топливо», потенциальный спрос на сжиженный природный газ в качестве моторного топлива в России к 2030 году составит 5,2 миллионов тонн в год. При этом, вероятно, транспортные средства на СПГ избавят от платы за проезд или введут для них льготные условия. Поэтому такие грузовики смогут получить большее распространение и в России.
По материалам интернет-источников