Процесс сжижения природного газа

Сжиженный природный газ (СПГ), технологии сжижения

ИА Neftegaz.RU. Сжиженный природный газ (СПГ) - природный газ, искусственно сжиженный путем охлаждения до -160°C, для облегчения хранения и транспортировки.

СПГ представляет собой бесцветную жидкость без запаха, плотность которой в 2 раза меньше плотности воды.
На 75-99% состоит из метана. Температура кипения − 158…−163°C.
В жидком состоянии не горюч, не токсичен, не агрессивен.
Для использования подвергается испарению до исходного состояния.
При сгорании паров образуется диоксид углерода( углекислый газ, CO₂) и водяной пар.
В промышленности газ сжижают как для использования в качестве конечного продукта, так и с целью использования в сочетании с процессами низкотемпературного фракционирования ПНГ и природных газов, позволяющие выделять из этих газов газовый бензин, бутаны, пропан и этан, гелий.
СПГ получают из природного газа путем сжатия с последующим охлаждением.
При сжижении природный газ уменьшается в объеме примерно в 600 раз.

Перевод 1 тонны СПГ в кубометры (м

³).

1 тонна СПГ - это примерно 1,38 тыс м³ 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 м³ газа при переводе из тонн.

Перевод 1 м³ СПГ в 1 м³ регазифицированного природного газа
Пропорции 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.

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.

Чистый СПГ не горит, сам по себе не воспламеняем и не взрывается.
На открытом пространстве при нормальной температуре СПГ возвращается в газообразное состояние и быстро растворяется в воздухе.
При испарении природный газ может воспламениться, если произойдет контакт с источником пламени.
Для воспламенения необходимо иметь концентрацию испарений в воздухе от 5 % до 15 %.
Если концентрация до 5 %, то испарений недостаточно для начала возгорания, а если более 15 %, то в окружающей среде становится слишком мало кислорода.
Для использования СПГ подвергается регазификации - испарению без присутствия воздуха.
СПГ является важным источником энергоресурсов для многих стран, в том числе Японии ,Франции, Бельгии, Испании, Южной Кореи.

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 СПГ - Газпром СПГ технологии

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

Снижение количества вредных выбросов в атмосферу

Меньшая стоимость топлива и экономия на топливных затратах

Увеличение срока службы оборудования вследствие чистоты топлива

Перспективы использования СПГ в качестве моторного топлива на транспорте

Ж/Д транспорт

Грузовой транспорт

Общественный транспорт

Речной транспорт

Эксплуатационные преимущества СПГ по сравнению с мазутом в качестве котельного топлива

Уменьшение энергетических затрат на разогрев и рециркуляцию мазута
Сокращение эксплуатационных расходов на сложное топливное хозяйство
Повышение уровня автоматизации технологических процессов и автономности производственных объектов
Сокращение негативного влияния топлива на активность процессов коррозии и эрозии оборудования
Отсутствие необходимости очистки камер сгорания, горелок, дымовых труб

Сжиженный природный газ — Управление энергетической информации США (EIA)

Что такое СПГ?

Сжиженный природный газ (СПГ) — это природный газ, охлажденный до жидкого состояния ( сжиженный ) при температуре около -260° по Фаренгейту для транспортировки и хранения. Объем природного газа в жидком состоянии примерно в 600 раз меньше его объема в газообразном состоянии в трубопроводе природного газа. Этот процесс сжижения , разработанный в 19 веке, позволяет транспортировать природный газ в места, недоступные для газопроводов, и использовать природный газ в качестве транспортного топлива.

СПГ расширяет рынки сбыта природного газа

В тех случаях, когда трубопроводы для природного газа нецелесообразны или отсутствуют, сжижение природного газа является способом перемещения природного газа из регионов добычи на рынки, например, в США и другие страны и из них. На азиатские страны в совокупности приходится наибольшая доля мирового импорта СПГ.

Предприятия по экспорту СПГ получают природный газ по трубопроводу и сжижают его для транспортировки на специальных океанских судах СПГ или танкерах . Большая часть СПГ перевозится танкерами, называемыми СПГ-танкерами , в больших бортовых переохлаждаемых (криогенных) резервуарах. СПГ также перевозится в меньших контейнерах, соответствующих требованиям Международной организации по стандартизации (ISO), которые можно размещать на кораблях и грузовиках.

На импортных терминалах СПГ выгружается с судов и хранится в криогенных резервуарах для хранения до его возвращения в газообразное состояние или регазификации . После регазификации природный газ транспортируется по газопроводам к электростанциям, работающим на природном газе, к промышленным объектам, а также к бытовым и коммерческим потребителям.

знаете ли вы

Природный газ перевозится на специально сконструированных судах в виде сжиженного природного газа (СПГ). СПГ — это природный газ, охлажденный до -260° по Фаренгейту, температуры, при которой природный газ становится жидким. Объем жидкости в 600 раз меньше газообразной формы.

Морской танкер СПГ

Источник: Стоковая фотография (защищено авторским правом)

В Соединенных Штатах некоторые электростанции производят и хранят СПГ на месте для выработки электроэнергии, когда потребность в электроэнергии высока, например, в холодную или жаркую погоду или когда пропускная способность трубопровода ограничена или недостаточна для удовлетворения возросшего спроса на природный газ со стороны других потребителей. Этот процесс называется пиковое бритье . Электростанции берут природный газ из газопроводов, сжижают его на малых установках по сжижению и хранят в криогенных резервуарах. При необходимости СПГ регазифицируется и сжигается на электростанциях. Некоторые суда, грузовики и автобусы имеют специально разработанные резервуары для СПГ для использования СПГ в качестве топлива.

Пик импорта СПГ в США пришелся на 2007 г.

США импортировали очень небольшие объемы СПГ до 1995 г., а затем импорт СПГ в целом увеличивался каждый год, пока не достиг пика в 2007 г. и составил около 771 млрд куб. общий объем импорта природного газа. С 2007 года импорт СПГ снижался в большинстве лет, поскольку увеличение добычи природного газа в США и расширение сети газопроводов снизили потребность в импорте природного газа.

В 2021 году Соединенные Штаты импортировали около 21,59 млрд куб. футов СПГ всего из двух стран. Это равнялось примерно 1% от общего объема импорта природного газа в США в 2021 году.

Регазификационный терминал Эверетта недалеко от Бостона, штат Массачусетс, получает большую часть импорта СПГ в США, а в 2021 году на него поступило 99% от общего объема импорта СПГ в США, все из Тринидада. и Тобаго. В штатах Новой Англии: Коннектикут, Мэн, Массачусетс, Нью-Гемпшир, Род-Айленд и Вермонт могут быть значительные ограничения на трубопровод, когда потребность в отоплении существенно возрастает в периоды очень холодной погоды. Импорт СПГ помогает удовлетворить спрос на природный газ в Новой Англии, поскольку в настоящее время этот регион имеет ограниченные трубопроводные соединения с северо-востоком и другими регионами добычи природного газа в США.

Нажмите, чтобы увеличить

Экспортные мощности и экспорт СПГ в США значительно выросли в период с 2016 по 2021 год

Соединенные Штаты были нетто-экспортером СПГ в 2017–2021 годах (экспорт превышал импорт), в основном из-за увеличения поставок природного газа в США производства, снижение импорта природного газа по трубопроводам и в виде СПГ, а также увеличение мощностей экспортных терминалов СПГ.

Общая экспортная мощность СПГ в США увеличилась с менее чем 1 миллиарда кубических футов в сутки (млрд. куб. футов в сутки) в 2015 г. до примерно 10,78 млрд. куб. футов в сутки в конце 2021 г. Общая пиковая экспортная мощность в 2021 г. составила около 12,98 млрд кубических футов в сутки. В 2015 году общий объем экспорта СПГ из США составил около 28 миллиардов кубических футов в семь стран. В 2021 году экспорт СПГ из США достиг рекордного уровня — около 3561 млрд куб. футов в 45 стран, а экспорт СПГ составил 54% от общего объема экспорта природного газа США. В 2021 году около половины экспорта СПГ пришлось на пять стран.

В 2021 году газовозы перевезли почти весь экспорт СПГ из США. Около 1,4 миллиарда кубических футов американского экспорта СПГ осуществлялось грузовиками в контейнерах ISO в Канаду и Мексику, причем 91% приходилось на Мексику.

Иногда, когда цены на природный газ благоприятны для этого, Соединенные Штаты реэкспортируют часть первоначально импортированного СПГ. Однако в 2021 году Соединенные Штаты не реэкспортировали СПГ.

Экспортные терминалы СПГ потребляют часть природного газа, поставляемого на объект, для работы оборудования по сжижению. По оценкам Управления энергетической информации США (EIA), от 8% до 10% объема природного газа, поставляемого на объекты экспорта СПГ, используется для сжижения, а дополнительные объемы используются для процессов, не связанных напрямую со сжижением на экспортных терминалах, таких как - производство электроэнергии на месте. ¹

Ожидается, что в ближайшие годы экспорт СПГ из США увеличится по мере ввода в эксплуатацию новых мощностей по экспорту СПГ в США. См. подробную информацию о существующих и строящихся крупных объектах по сжижению газа в США (xls).

¹ EIA не публикует агрегированные данные конкретно об объемах природного газа, потребленного для сжижения СПГ. Эти объемы включены, но не детализированы, в данные о потреблении природного газа для трубопроводного и распределительного использования.

Последнее обновление: 19 мая 2022 г., самые последние данные доступны на момент обновления; данные за 2021 год предварительные.

Как работает завод СПГ?

Природный газ необходимо сжижать на заводе по производству СПГ для транспортировки. В этой статье объясняется, как работает это ключевое звено в цепочке создания стоимости СПГ.

Как выглядит цепочка создания стоимости СПГ?

Процесс, описанный ниже, представляет собой обобщение различных звеньев типичной цепочки создания стоимости СПГ. Возможны отклонения от этого конкретно описанного процесса.

По сути, цепочку создания стоимости СПГ можно разделить на четыре основных этапа; добыча и разведка природного газа, сжижение и хранение, отгрузка и, наконец, получение, регазификация и распределение. Добыча и разведка включают добычу необработанного природного газа из резервуаров, предварительную переработку на месте и доставку газа с места добычи на очистные сооружения, часто расположенные поблизости. При доставке на очистные сооружения или завод по сжижению газа, далее именуемый заводом СПГ, газ обрабатывается и обрабатывается в рамках цикла сжижения газа, прежде чем его хранят и готовят к транспортировке. Из-за мощностей и технологий СПГ, таких как хладагенты и охладители, СПГ чаще всего транспортируется с использованием специальных танкеров для перевозки СПГ, перевозящих большие количества СПГ по морю. Загрузка СПГ происходит на экспортной площадке, а затем отправляется на береговой приемный терминал или на морскую установку, имеющую возможности для приема. Затем он нагревается для целей регазификации и подготавливается для подачи в газовую сеть, где его можно использовать в качестве топлива, например, для выработки электроэнергии.

Традиционная цепочка создания стоимости СПГ, состоящая из добычи и разведки природного газа, сжижения и хранения, отгрузки и, наконец, приемки, регазификации и распределения

В этой статье основное внимание будет уделено второму звену цепочки, а именно процессу, происходящему завод перед отправкой.

Что такое завод СПГ?

Завод СПГ оформляет «черный ящик» производства СПГ, куда поступает полностью или частично необработанный, сырой природный газ в газообразном состоянии, а отгружается очищенный СПГ. В целом на заводе происходят два основных процесса: процесс подготовки газа и процесс сжижения. Если природный газ продается в газообразном состоянии, оборудование для сжижения не требуется. Обычно это относится к областям с доступом к трубопроводной сети. Однако, когда рынки газа и газовые месторождения находятся далеко друг от друга, себестоимость добычи достаточно низка, а морские порты, где можно построить завод, находятся относительно близко к газовому месторождению, условия облегчают производство СПГ.

Площадки заводов СПГ могут быть потенциально огромными и составлять дорогостоящую часть проекта СПГ. Производственные мощности и размер завода различаются, но ключевая инфраструктура в дополнение к специальному оборудованию для обработки и сжижения газа включает оборудование для обработки отпарного газа (BOG), такого как вентиляция, сжигание в факелах или повторное сжижение, системы отправки и криогенные резервуары для хранения. Отдельные системы часто тесно интегрированы. Заводу также необходима инфраструктура для отгрузки СПГ на суда, в случае чего может использоваться либо причальная, либо безпричальная система перекачки.

Заводы СПГ чаще всего размещаются на суше, но для морских газовых месторождений производство, обработка, сжижение, хранение и транспортировка могут осуществляться с использованием плавучих установок по сжижению природного газа (СПГ).

СПГ хранится в специальных резервуарах на заводе СПГ перед экспортом

Как работает подготовка природного газа перед сжижением?

Колодезный поток растительного сырья поступает в газообразном виде по трубе. Природный газ, добываемый из-под земли, содержит примеси, воду и другие сопутствующие жидкости, поэтому перед сжижением газ должен пройти процесс очистки для удаления нежелательных веществ. Газ проходит через ряд сосудов, компрессоров и труб, где газ поэтапно отделяется от более тяжелых жидкостей и примесей.

Сначала удаляют воду и конденсат, затем удаляют кислые газы (двуокись углерода, CO2), сероводород (HS2) и ртуть (Hg). Эти вещества нежелательны, так как могут вызывать образование льда при сжижении и коррозию в трубопроводах и теплообменниках СПГ. Оставшаяся смесь предварительно охлаждается, а затем перед сжижением из смеси отделяются другие, более тяжелые сжиженные газы. Удаленные углеводороды можно хранить и продавать отдельно. Остальной газ в основном состоит из метана и некоторого количества этана, который подвергается сжижению.

Как происходит сжижение СПГ?

Транспортировка сжатого газа на большие расстояния по трубе может быть дорогостоящей и трудоемкой, но при охлаждении природного газа до -162°C он превращается в жидкое вещество, а его объем уменьшается в 600 раз. Это позволяет транспортировать газ морским транспортом, и этот процесс стал возможен на заводе СПГ. Процесс сжижения и охлаждения СПГ основан на термодинамических циклах охлаждения и происходит в криогенных теплообменниках, которые поглощают тепло природного газа. Вскипающий газ и паровой газ могут использоваться в качестве топлива для турбин, используемых для производства электроэнергии на месте.