Первый завод по сжижению природного газа был построен и введен в эксплуатацию в 1934г. в г. Чикаго США, с того времени технологии производства СПГ постоянно совершенствовались и развивались с целью повышения эффективности и снижения затрат. Таким образом появились различные технологии получения сжиженного природного газ (далее СПГ) , но все они имеют общую принципиальную схему, которая включает в себя следующие этапы:
Добываемый природный газ представляет из себя смесь газообразных углеводородов с примесями CO2, H2S, H20, Hg. Степень содержания примесей в газе зависит от того прошел ли газ предварительную подготовку на установке подготовки газа или прямиком от кустов направился на завод СПГ.
Качество СПГ должно соответствовать ГОСТ Р 56021-2014. В зависимости от марки выпускаемого СПГ, в нем может содержать различное количество примесей. К примеру, СПГ состоит из метана, а в качестве примесей содержит 3-4%этана, 2-3% пропана, до 2% бутанов и до 1.5% азота. Основной преимущественной характеристикой СПГ является то, что объем СПГ в 600 раз меньше объема природного газа, что облегчает хранение и транспортировку его на большое расстояние. СПГ имеет широкое применение в различных отраслях, таких как энергетика, автомобильный транспорт и промышленность. СПГ является эффективным и экологически чистым видом топлива, поскольку при его сжигании выделяется гораздо меньше вредных веществ и выбросов в атмосферу по сравнению с традиционными видами топлива.
Подробнее остановимся на процессе сжижения природного газа.
Процесс сжижения газа представляет собой переход из газообразного состояния в жидкое. Для перевода газа в жидкое состояние существует два способа. Первый способ -изобарный процесс, при котором давление газа остаётся неизменным, то есть константой. При этом способе охлаждение газа осуществляют за счет внешнего источника охлаждения (хладагента) ниже температуры конденсации. Второй способ подразумевает процессы сжатия и расширения, совершаемых самим газом. Как известно при дросселированние газ охлаждается. Эти способы легли в основу технологических процессов производства СПГ
"Для справки. В термодинамике существует понятие критическая температура - это температуре выше которой газ невозможно перевести в жидкое состояние ни при каком давлении. Для метана она составляет минус 82,4°С"
Азотный цикл
Простейший процесс сжижения представляет из себя охлаждения газа за счет однокомпонентного хладагента - азота, который имеет температуру кипения ниже температуры сжижения газа. Азот легко сжимается, а при расширении достигает температуры ниже - 161°C, которая необходима для перевода метана в жидкое состояние. Простой азотный цикл можно осуществить в один этап или можно разбить его на три и более. К примеру, в Малайзии эксплуатируется завод СПГ с использованием технологией трехступенчатого азотного цикла мощностью 1,2 млн т/год.
Технология SMR
Также в процессе сжижения природного газа может быть использован простой смесевой хладагент (далее SMR - simple mixed refrigerant). Хладагент представляет из себя смесь углеводородов (СН4, С2Н6, С3Н8, С4Н10, изо-пентан) и азота. К примеру, в технологии «арктичискйи каскад» компании ПАО «Новатэк» используется смесь этана и азота.
Технология PCMR
Существует технология смесевого хладагента с предварительным пропановым охлаждением (далее PCMR- propane precooled mixed refrigerant). Данная технология подразумевает наличие витых теплообменников (CWHE - coil wound heat exchangers), в которых происходит ожижение и переохлаждение газа, а пропан служит в качестве хладагента для предварительного охлаждения газа.
Лицензиарами технологического процесса СПГ являются: Black& Veatch-Prico, Linde -Limum, APCI, Air Liquide -Smartfin, Chart -IPSMR, GE/SALOF, APCI, Aragon, Open Art, APCI C1, Gasconsult-ZR -LNG. В Росси имеются собственные технологические разработки к ним относятся: «Арктический каскад» (ПАО «Новатэк»), GMR (ПАО «Газпром»), «Энергия восхода» (НК «Роснефть»). Более подробней с данными технологиями можно ознакомиться перейдя по ссылкам.
Для развития своих компетенций хотел добавить такую характеристику газа, как число Воббе, этот показатель отражен в ГОСТ Р 56021-2014 для производства СПГ. Что это за показатель и как он рассчитываться подробно расскажу в следующем посте.