Сжиженный природный газ (СПГ): технология сжижения и сфера применения

Природный сжиженный газ используется повсеместно как базовое топливо. Его применяют для отопления многоквартирных и частных домов, для работы ТЭЦ (теплоэлектростанций), а также в тяжелой промышленности. Почему используется именно сжиженный газ? Потому что это существенно упрощает его транспортировку. А каким образом он добывается и производится? Какие технологии используются для сжижения природного газа?

СПГ — что это такое

Термин «СПГ» означает сжиженный природный газ. Именно его добывают как энергетический земной ресурс. И нужно понимать, что сжиженный газ не имеет какого-то конкретного химического строения. Это — целая группа газов, но чаще всего — это СН₄, больше известный как «метан».

Добывают сжиженный природный газ из горных пород. Он формируется вблизи нефтяных скважин (заполняя пустое пространство). Занимает огромные объемы, из-за чего и возникают сложности с его добыванием, хранением, транспортировкой.

Как получается сжиженный метан? Его искусственно охлаждают до температуры менее -160 градусов по Цельсию. Из-за этого происходит его конденсация и так называемое «скрапление». То есть, из газообразного состояния природный газ переходит в жидкое, занимая существенно меньшие объемы.

СПГ — что это в нефтянке

Нефтяные скважины — это подземные «бассейны», которые были сформированы на протяжении миллионов лет. И этот процесс обязательно сопровождается выделением природного газа, который заполняет собой все возникающие пустоты. То есть, процесс добычи нефти и природного газа всегда происходит одновременно.

Но нужно учесть, что в том самом «бассейне» природный газ представляет собой смесь из множества химических элементов. Поэтому его при добыче обязательно подвергают первичной переработке и очистке. В противном случае, для использования в качестве энергетического ресурса природный газ не подойдет.

Что такое СПГ в газовой отрасли

В газовой отрасли под сжиженным природным газом подразумевают ресурс, уже пригодный к продаже или использованию в технических целях. То есть, который прошел очистку, сжижение и последующую закачку в газовое хранилище.

В процессе производства природного сжиженного газа в него обязательно ещё добавляется так называемый «одорант». Это то самое вещество, которое придаёт природному газу специфического резкого запаха, что упрощает обнаружение протечек и служит в качестве предупреждения. Ведь сам по себе природный сжиженный газ не имеет ни запаха, ни цвета, ни вкуса (хотя его пары и являются очень вредными для дыхательной системы человека).

Зачем вообще сжижать газ?

Установка сжижения природного газа позволяет уменьшить объем ресурса примерно в 600 раз. То есть, соотношение природного газа к сжиженному составляет 1 к 600. Именно для этого и производится его сжижение: чтобы уменьшить размеры газовых хранилищ и существенно упростить транспортировку энергетического ресурса, ускорить его прокачку. Ведь гораздо дешевле установить специальную камеру, где газ охлаждается до -160 градусов по Цельсию, нежели строить газовые хранилища, в 600 раз превышающие объем имеющихся.

Как выполняется сжижение природного газа? Никаких специальных сверхмощных холодильников для этого не требуется. Выполняется перекачка газа между ступенями: специальными «комнатами», в которых формируется вакуум.

Факт: на сегодня уже разработано аж 7 различных технологий быстрого охлаждения (и, соответственно, сжижения) природного газа. Но самый распространенный, который также используется при добыче энергоресурса в РФ — это дросселирование. То есть, та самая перекачка между ступенями.

Использование жидкого метана в различных сферах

Именно в жидком виде метан, как и любой другой природный газ, не используется. Все устройства для хранения и его транспортировки снабжаются специальными дозирующими форсунками, которые и подают порционно газ. А при нагревании до комнатной температуры он все равно трансформируется в своё привычное газообразное состояние.

Где используется природный газ? Основные сферы:

• производство электрической энергии;
• тяжелое производство (плавка металлов, изготовление строительных материалов);
• пищевая промышленность;
• обогрев многоквартирных и частных домов;
• автомобили (снабженные специальной газобаллонной установкой).

А вот бытовые газовые баллоны, как правило, используют не метан, а пропан-бутан. В техническом плане это схожие ресурсы, но их характеристики все же отличаются.

Как выглядит сжиженный газ — характеристики

Сжиженный природный газ не имеет цвета, запаха. Он считается относительно нейтральным веществом, не вступающим в реакцию с окружающей средой. Но при контакте с кислородом, где катализатором выступает высокая температура, происходит детонация (возгорание).

Сжиженный газ находится в жидком состоянии. При распылении в окружающую среду — происходит термическая реакция с выделением большого количества холода. В этом можно убедиться и самостоятельно, воспользовавшись обычной бытовой зажигалкой. Если поднести сопло к руке, нажать на кнопку, то место, куда попадает газ, будет быстро охлаждаться (хотя температура самой зажигалки — такая же, как и у окружающей среды).

Плотность жидкого метана

Плотность жидкого метана — 16,04 г/моль (молярный вес). Это чуть меньше, нежели у воды.

Вес природного газа (тонна) в 1 м³

Сжиженный газ в чем измеряется? Преимущественно — в кубических метрах. В газообразном состоянии его вес составляет 0,668 кг/м³. Соответственно, после сжижения — примерно в 600 раз больше. Добавление одоранта на его вес практически никак не влияет. А 1 л сжиженного газа сколько м3 не сжиженного? Порядка 600 литров, то есть, 0,6 м³.

Технология сжижения природного газа

Для производства сжиженного природного газа используются СПГ-установки. Это многоступенчатая система, при перекачке через которую газ очищается от примесей, обезвоживается, из него убирается углекислый газ, а после — охлаждается, за счет чего и происходит сжатие до приемлемых для хранения объемов.

Подготовка газовой смеси

Первоначальный природный газ закачивается в сепаратор, который отделяет из него углекислый газ. Это происходит естественным образом, так как метан (пропан, бутан, этан) и CO₂ имеют разную плотность и удельный вес на каждый кубический метр. Вместе с этим природный газ очищается от примеси H₂S. После — поступает в установку для обезвоживания (вода обладает большей удельной плотностью и весом).

Температура сжижения

Температура сжижения природного газа составляет -160 градусов по Цельсию. Дальнейшее её снижение практически никак не влияет на плотность и занимаемый объем, даже при достижении температуры «абсолютного нуля».

Давление сжижения метана

Можно ли сжижать метан? Да, но только если используемое для хранения хранилище рассчитано на удельное давление. А оно составляет около 45,8 кг/см². Это сила воздействия сжиженного газа на стенки. Если материал не рассчитан на такую нагрузку, то с большой долей вероятности возникнет разрыв оболочки и утечка природного газа.

Устройство завода по производству СПГ

Производственная линия СПГ-завода условно разделяется на следующие линии:

• установка предварительной очистки (где из газа удаляются основные примеси);
• технологическая производственная линия (которая и выполняет доставку, контроль всех промышленных процессов);
• криптоцистерны, которые используются в качестве временного хранилища (все они построены по принципу «сосуда Дюбуа»);
• линия для загрузки газовозов (танкеров, начального узла газопровода);
• система обеспечения завода электроэнергией и водой.

СПГ-установки — масштабируемые. И нужно понимать: что SPG — это транспортируемый ресурс. Его не усваивают в местах добычи. Поэтому существуют СПГ-установки, монтируемые непосредственно на танкерах и прочих газовозах. Их задача — это контроль соблюдения технических характеристик, необходимых для нормального хранения и транспортировки природного сжиженного газа.

Производство СПГ в России

Производство СПГ в России — второе во всём мире по объему (после США). Но при этом в РФ — крупнейший запас хранилищ для сжиженного природного газа (порядка 38 триллионов метров кубических для хранения уже «скрапленного» газа). Его продажа ведётся в Европу, Китай, Индию, азиатские и африканские страны.

Новые стратегии России в сфере СПГ

Сейчас Россия рассматривает возможность существенно расширения количества стран, куда будет в дальнейшем поставляться природный сжиженный газ. На текущий момент — их 22. До 2025 года планируется их увеличить до 32. Два основных газовых оператора — это Газпром (Сахалин-2), а также Ямал СПГ (Новатэк).

Главные экспортёры и импортёры

Главные экспортёры сжиженного природного газа в мире:

• США;
• Российская Федерация;
• Иран;
• Катар;
• Туркмения;
• Саудовская Аравия;
• ОАЭ;
• Нигерия;
• Венесуэла.

Указанные страны добывают и производят порядка 80% всех мировых запасов сжиженного природного газа. А на сколько его ещё хватит? Последнюю глобальную оценку оставшегося объема проводили ещё в 2012 году. Тогда ученые утверждали, что имеющихся мировых запасов природного газа хватит ещё примерно на 56 лет. Но это актуально для той ситуации, если объемы добычи не будут увеличиваться и останутся на прежнем уровня. Но уже в 2022 году уровень производства сжиженного природного газа увеличился почти на 30%.

А вот крупнейшими импортерами газа в мире являются Китай, Европейские страны, Северная и Южная Америка. Но в промышленности его используют практически по всему миру. Более того, сейчас наблюдается тенденция, согласно которой выполняется постепенный переход на акцент в использовании именно газа, а не нефти.

Интересные факты

Разобравшись с тем, что такое СПГ в нефтянке, газовой и промышленной отраслях будет интересным узнать следующее:

1. Самые первые попытки сжижения природного газа применялись ещё в начале 20-го века. А технологии, которые используются сейчас, окончательно были разработаны только в 70-х годах прошлого столетия.
2. Сейчас многие судоходные транспортные средства (крупногабаритные) постепенно переводят на использование природного газа. Потому что это банально выгодней, а ещё для окружающей среды наносится меньший экологический ущерб в сравнении с использованием нефти.
3. Газгольдеры, то есть, массивные цистерны для хранения сжиженного газа под землей, производятся таким образом, чтобы после их списания была возможна эксплуатация в иных целях. Например, в Санкт-Петербурге один из газгольдеров используется как планетарий с одним из крупнейших куполов в мире (37 метра).
4. Специфический запах природного газа достигается за счет добавления в него одоранта. Сейчас для этого используют преимущественно этилмеркаптан. Это вещество абсолютно безопасное для человеческого организма (в малых объемах). Его пропорциональное добавление составляет не более 0,5% от общего удельного объема.
5. Для закачки бытовых баллонов природным газом используется несколько иная технология сжижения. По сути, там задействуется установка, которая сжимает газ до того значения, когда происходит его переход в жидкое состояние.

СУГ и СПГ — в чем разница

СУГ — это сжиженный углеводородный газ. Именно его добывают в нефтяных бассейнах. СПГ — это сжиженный природный газ, добываемый из подземных пустот, сформировавшихся из-за распада органических соединений (при которых и происходит выделение метана в больших объемах). Иногда его ещё обозначают как LNG. То есть, можно понимать, что LNG — это тот же самый природный сжиженный газ. Оба эти газа являются условно взаимозаменяемыми. Но при этом технические их характеристики отличаются. Например, у сжиженного природного газа выше удельный вес на каждый кубический метр.

Полезное видео

Хотите лучше понять, как работает СПГ завод, как транспортируется добытого газа, отправка в газгольдеры и газопроводы? Ответы на вопросы есть в видео.

Добываемый природный газ хоть и пригоден для усвоения, но его сложно транспортировать в его естественном газообразном виде. Для упрощения этого процесса выполняется сжижение, то есть, уплотнение его объема. Современные технологии позволяют сжать газ аж в 600 раз! За счет этого можно экономить деньги на строительстве газгольдеров — специальных резервуаров для хранения газа (в том числе при транспортировке).