Сжижение газов — Википедия

Сжиже́ние га́зов включает в себя несколько стадий, необходимых для перевода газа в жидкое состояние. Эти процессы используются для научных, промышленных и коммерческих целей.

Все газы могут быть приведены в жидкое состояние путём простого охлаждения при нормальном атмосферном давлении. Однако, для некоторых газов достаточно определённого повышения давления (углекислый газ, бутан, пропан, аммиак, хлор). Другие (кислород, водород, аргон, гелий, азот и т. д.) находятся в баллонах в сжатом состоянии. Дело в том, что газ не может быть сжижен при сколь угодно высоком давлении, если его температура выше так называемой критической температуры. Первыми были сжижены газы с критической температурой значительно выше комнатной (аммиак, сернистый газ, углекислый газ и пр.), при этом было достаточно одного повышения давления.

Уравнение состояния реальных газов Ван-дер-Ваальса показывает, что всякий газ может быть переведен в жидкое состояние, но необходимым условием для этого является предварительное охлаждение газа до температуры ниже критической. (углекислый газ, например, можно сжижить при комнатной температуре, поскольку его критическая температура равна 31,1 °C. То же можно сказать и о таких газах, как аммиак и хлор

[1].

Сжижение используется для изучения фундаментальных свойств молекул газа (например, межмолекулярных сил взаимодействия), для хранения газов. Газы сжижаются в специальных конденсаторах, которые выделяют теплоту парообразования, и переводятся в газообразное состояние в испарителях, где теплота парообразования поглощается^[2][3]

Все вещества, в том числе и те, которые в «обычных земных условиях» находятся в газообразном состоянии, могут находиться в трёх основных состояниях — жидком, твёрдом и газообразном. Каждое из веществ ведёт себя согласно своей фазовой диаграмме, общий вид которой для всех веществ похож. Согласно этой диаграмме, для сжижения газа необходимо либо понижение температуры, либо увеличение давления, или изменение обоих этих параметров.

Сжижение газов — сложный процесс, который включает в себя множество сжатий и расширений газа для достижения высокого давления и низких температур, используя, например, детандеры.

Жидкий кислород применяется в больницах для преобразования в газообразное состояние и последующего использования пациентами, имеющими проблемы с дыханием. Жидкий азот используется в медицине в криохирургии, а также в области экстракорпорального оплодотворения для замораживания спермы.

Хлор транспортируется в жидком состоянии, после чего он используется для обеззараживания воды, санитарной обработки промышленных отходов и нечистот, отбеливания тканей и многих других целей. Хлор был использован в качестве химического оружия во время Первой мировой войны, и это вещество находилось в снарядах в жидком состоянии, и при разрушении защитной оболочки хлор переходил в газообразное состояние.

За сжижение гелия (

4He) по циклу Хампсона-Линда (цикл основан на эффекте Джоуля-Томсона) голландский учёный Камерлинг-Оннес Хейке получил Нобелевскую премию в 1913 году. При атмосферном давлении температура кипения жидкого гелия составляет 4,22 K (−268,93 °C). При температуре ниже 2,17 K жидкий ⁴He приобретает сверхтекучести, за открытие которой советский учёный П. Л. Капица получил Нобелевскую премию в 1978 году. Жидкий гелий в сверхтекучем состоянии приобретает совершенно новые свойства, такие как нулевая вязкость.

Сжижение воздуха используется для получения азота, кислорода и аргона путём разделения компонентов воздуха в процессе дистилляции.

Жидкий водород используется в качестве ракетного топлива.

Как и зачем сжижается газ

Основным свойством газообразного агрегатного состояния вещества является то, что оно занимает весь предоставленный объем. Газ равномерно распространяется по предоставленной ему емкости. Это характерно и для природного газа — метана. Однако все газы могут переходить и в жидкое состояние, что делает работу с ними намного более удобной.

Два способа получения сжиженного газа

Газ можно превратить в жидкость двумя способами:

• путем понижения температуры;
• путем сжимания под высоким давлением.

Все газы конденсируются в жидкость естественным образом, когда его температура понижается ниже температуры кипения. Однако из-за того, что эти температуры часто очень низкие, требующие больших усилий для их создания и поддержания, чаще используется метод создания высокого давления. Когда газ искусственно сжимается большим давлением, он тоже может принять жидкую форму. Однако это справедливо не для всех веществ.

Технология получения жидких газов

Первыми газами, которые научными методами были превращены в жидкости, стали:

• углекислота;
• сернистый газ;
• аммиак.

Этого удалось достичь именно повышением давления, температура во время процедуры оставалась комнатной. Следующими сжиженными таким образом газами стали:

• пропан;
• бутан;
• этан и другие газы этой группы.

Позже выяснилось, что повышение давления работает не для всех газов. Метан даже при большом давлении в комнатной температуре оставался газообразным. Выходом стало использование критической температуры.

При температуре кипения вещество, находящееся в жидкой форме, переходит в газообразное состояние. Критическая же температура — это температура, при которой газ переходит в жидкость, находясь под определенным давлением. Найдя критическую температуру для природного газа (метана) — -82,5 градусов Цельсия, удалось его перевести в жидкую форму под высоким давлением. При этом в нормальных условиях кипеть метан начинает при температуре -161,5 градусов Цельсия.

Преимущества сжиженного газа

Преобразование газов в жидкую форму помогло решить проблему транспортировки и хранения газов. Хранить жидкости удобнее, чем газы, поскольку для этого не требуется полностью герметичных помещений. Существенно уменьшается и занимаемый объем: для метана он сокращается в 600 раз.

Сжиженный газ легче доставлять и заправлять, особенно это касается пропана, бутана, их смеси, а также углекислого газа. Подробнее о том, как происходит заправка углекислотных баллонов, можно узнать на этой странице сайта «ТОРГГАЗ».

Однако метан по-прежнему используется преимущественно в газообразной форме из-за развития трубопроводной технологии в нефтедобывающей промышленности.

Преимущество пропана и бутана

Метан, природный газ, доставляется по трубам благодаря тому, что эта технология ведет к снижению затрат, необходимых для поддержания работы криогенных установок. Сжиженный метан пришлось бы перевозить в специальных танкерах, способных поддерживать нужную температуру и давление одновременно. В местах его использования понадобились бы установки-испарители, которые тоже несут дополнительные сложности.

Эти проблемы обошли стороной пропан, бутан и их смесь. Эти газы сжижаются простым методом повышения давления. Дополнительным их преимуществом является и то, что они могут находиться в емкости одновременно в жидком и газообразном состоянии: газообразная составляющая подается в газовое оборудование, жидкая часть постепенно испаряется по мере уменьшения давления, вызванного расходом газа. Благодаря этому для хранения пропан-бутановой смеси достаточно баллонов, способных выдержать большие внутренние нагрузки.

Похожие статьи

Сжиженный газ — ТеплоВики — энциклопедия отопления

Материал из ТеплоВики — энциклопедия отоплении

Макет цистерны для транспортировки сжиженного газа по железной дороге Транспортировка сжиженного газа автомобилем

Сжиженный природный газ (СПГ) — отделенный от природного газа, сжиженный при охлаждении или под давлением для облегчения хранения или транспортировки. Газ обращается в жидкость при температуре окружающей среды ниже 20 градусов и/или при давлении выше 100 кПа. Состоит в основном из тяжелых газов пропана и бутана.

Производство сжиженного газа

Сжиженный природный газ

Сжиженный природный газ или сокращенно СПГ, как принято называть его в энергетической отрасли (англ. соотв. Liquefied Natural Gas, сокр. LNG) представляет собой обыкновенный природный газ, охлажденный до температуры –162°С (так называемая температура сжижения) для хранения и транспортировки в жидком виде. Хранится сжиженный газ в изотермических резервуарах при температуре кипения, которая поддерживается вследствие испарения СПГ. Данный способ хранения СПГ связан с тем, что для метана, основной составляющей СПГ, критическая температура –83°С, что гораздо ниже температуры окружающей среды, и не предоставляет возможным хранить сжиженный природный газ в резервуарах высокого давления (для справки: критическая температура для этана составляет +32°С, для пропана +97°С). Для использования СПГ подвергается испарению до исходного состояния без присутствия воздуха. При регазификации (возвращении газа в исходное парообразное состояние) из одного кубометра сжиженного газа образуется около 600 кубометров обычного природного газа.

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.

Химический состав СПГ

Сырая нефть и природный газ являются ископаемыми видами топлива, известными как «углеводороды», потому что содержат химические комбинации атомов углерода и водорода. Химический состав природного газа зависит от места добычи газа и его обработки.

Сжиженный природный газ представляет собой смесь

Метан является самым главным компонентом, обычно, хотя и не всегда, более чем на 85% по объему.

Плотность сжиженного газа

Поскольку СПГ представляет собой некую смесь, плотность сжиженного природного газа изменяется незначительно с ее фактическим составом. Плотность сжиженного природного газа, как правило, находится в диапазоне 430–470 кг/м³, а его объем составляет примерно 1/600 объема газа в атмосферных условиях. Это делает его примерно на треть легче, чем воздух.

Другим следствием этих фактов является то, что СПГ имеет меньшую плотность, чем вода, что позволяет ему находиться на поверхности в случае разлива и вернуться к парообразному состоянию достаточно быстро.

Другие свойства СПГ

Сжиженный природный газ не имеет запаха, бесцветный, не вызывает коррозии, не горюч и не токсичен. СПГ хранится и транспортируется при сверхнизких температурах при атмосферном давлении (отсутствие высоких давлений). При воздействии на окружающую среду СПГ быстро испаряется, не оставляя следов на воде или почве.

В своей жидкой форме сжиженный природный газ не имеет способность взрываться или воспламеняться. При испарении природный газ может воспламениться в случае контакта с источником горения, и если концентрация испарений в воздухе будет составлять от 5 до 15 %. Если концентрация паров газа менее 5 процентов, то для начала возгорания испарений недостаточно, а если более 15 процентов, то в окружающей среде будет нехватка кислорода.

Сжиженный нефтяной газ

Судно для транспортировки сжиженного газа

Сжиженный нефтяной газ, (СНГ, по-английски – Liquified Petroleum Gas, LPG) – это смесь двух газов. В обиходе ее называют кратко: пропан. Пропан-бутан получают из нефти и сконденсированных нефтяных попутных газов. Чтобы эта смесь оставалась жидкой, ее хранят и перевозят под давлением в 1,6 МПа (16 атмосфер). В топливной смеси бутан выступает как топливо, а пропан создаёт давление. Газовая смесь пропан-бутан в

2 раза тяжелее воздуха. По сути, газ не имеет запаха, поэтому в его состав добавляется специальное пахучее вещество (одорант) – этил-меркоптал. Антидетационное октановое число у газовой смеси пропан-бутан составляет 110 единиц – в этом её преимущество перед бензином, максимальное октановое число у которого – 98 единиц.

Для потребителей пропан-бутан является отличным топливом в местах, где не подведен природный газ (метан).

Свойства сжиженного нефтяного газа

Процентное соотношение пропана и бутана в смеси регулируется государством и зависит от климатических условий. Например, в зимний период количество пропана должно быть не менее 70-80 % , тогда как летом – всего 40%.

Одним из наиболее важных свойств пропана и бутана, является образование (при наличии свободной поверхности над жидкой фазой) двухфазной системы «жидкость-пар». Система «жидкость-пар» образуется вследствие возникновения давления насыщенного пара, т.е. давления пара в присутствии жидкой фазы в баллоне. В процессе наполнения баллона первые порции сжиженного газа быстро испаряются и заполняют весь его объем, создавая в нем определенное давление. При уменьшении давления газ мгновенно испаряется. Испарение сжиженного газа в баллоне продолжается до тех пор, пока образовавшиеся пары сжиженного газа не достигнут насыщения.

Это свойство пропана и бутана позволяет хранить газ в небольших объёмах, что очень важно.

Рассмотрим пример: давление насыщенного пара бутана составляет 0,1 МПа при 0°С и 0,17 МПа при 15°С, а давление насыщенного пара пропана при этих же температурах 0,59 и 0,9 МПа соответственно. Это различие приводит к значительной разнице в давлении смеси при изменении пропорции пропана и бутана. Давление растет при увеличении температуры, что приводит к большим изменениям объема сжиженного газа, находящегося в жидком состоянии. Следовательно, если сжиженный газ в жидком состоянии полностью заполняет баллон и температура продолжает увеличиваться, то давление будет быстро расти, что может привести к разрушению баллона.

Применение

После доставки потребителю сжиженный газ используется в качестве энергоносителя для тех же целей, что и обычный природный газ. Основные области применения СПГ это производство тепла и электричества, использование в качестве топлива для машин и оборудования и в бытовых нуждах. Ниже представлен более широкий список:

• Газификация коммунальных и промышленных объектов, удаленных от магистральных или распределительных трубопроводов;
• Создание топливного резерва у потребителя для покрытия нагрузок в пиковый период;
• Применение сжиженного газа на различных видах транспорта в качестве моторного топлива;
• Получение тепловой и электроэнергии, а также промышленного холода;
• Сжиженный газ как сырье для использования в химической промышленности;

Следует отметить, что вышеуказанные области применения сжиженного газа могут совмещаться между собой. Так, доставляемый судами-газовозами на регазификационный терминал сжиженного газа может быть использован для поставки его на удаленные объекты в качестве топлива для транспорта и создания резерва топлива на период больших нагрузок в магистральных и газораспределительных сетях.

На мировых рынках широкое использование сжиженного природного газа прежде всего обусловлено тем, что, по ценам, сжиженного газа либо находится в одной ценовой категории с жидкими видами топлива (углеводородными), либо дешевле их. Вдобавок к этому, топливо СПГ более экологически чистое.

Использование СПГ в качестве энергоносителя решает следующие задачи:

• Газификация удаленных объектов
• Сокращение издержек, связанных с газификацией, вследствие отказа от разработки, сооружения и обслуживания некоторой части объектов газоснабжения (межпоселковых распределительных газопроводов, газопроводов-отводов)
• Снижение количества выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду при замене, например, каменного угля или мазута природным газом
• Снижение затрат на энергоносители
• Комплексное получение тепловой и электроэнергии;

В настоящее время организация производства и внедрение технологий с использованием сжиженного газа в энергетической отрасли имеет важное перспективное значение.

Сжиженный газ — экологический вид топлива

Использование сжиженного газа для двигателя автомобиля

Имея хорошие энергетические характеристики и высокое октановое число, сжиженный газ используется не для одной лишь газификации населенных пунктов и объектов промышленности, но и как моторное топливо на различных видах транспорта.

Физико-химические, энергетические и экологические свойства природного газа делают его довольно перспективным видом топлива, использование которого может дать ощутимый положительный эффект в некоторых вопросах. Экологическая безопасность и топливная экономичность двигателей, работающих на природном газе, снижение износа деталей газового двигателя, уменьшение расхода масла — вот характерные особенности.

Применение сжиженного газа на транспорте преследует следующие цели:

• Экономию денежных средств на покупку топлива, так как цена эквивалентного количества сжиженного газа ниже, чем бензина или дизельного топлива
• Обеспечение в перспективе устойчивого топливоснабжения (учитывая динамику изменения объемов нефтегазодобычи, сравнительный анализ запасов нефти и газа, прогнозы истощения месторождений).

См.также

Литература

Источники

Сжиженный газ — ТеплоВики — энциклопедия отопления

Материал из ТеплоВики — энциклопедия отоплении

Макет цистерны для транспортировки сжиженного газа по железной дороге Транспортировка сжиженного газа автомобилем

Сжиженный природный газ (СПГ) — отделенный от природного газа, сжиженный при охлаждении или под давлением для облегчения хранения или транспортировки. Газ обращается в жидкость при температуре окружающей среды ниже 20 градусов и/или при давлении выше 100 кПа. Состоит в основном из тяжелых газов пропана и бутана.

Производство сжиженного газа

Сжиженный природный газ

Сжиженный природный газ или сокращенно СПГ, как принято называть его в энергетической отрасли (англ. соотв. Liquefied Natural Gas, сокр. LNG) представляет собой обыкновенный природный газ, охлажденный до температуры –162°С (так называемая температура сжижения) для хранения и транспортировки в жидком виде. Хранится сжиженный газ в изотермических резервуарах при температуре кипения, которая поддерживается вследствие испарения СПГ. Данный способ хранения СПГ связан с тем, что для метана, основной составляющей СПГ, критическая температура –83°С, что гораздо ниже температуры окружающей среды, и не предоставляет возможным хранить сжиженный природный газ в резервуарах высокого давления (для справки: критическая температура для этана составляет +32°С, для пропана +97°С). Для использования СПГ подвергается испарению до исходного состояния без присутствия воздуха. При регазификации (возвращении газа в исходное парообразное состояние) из одного кубометра сжиженного газа образуется около 600 кубометров обычного природного газа.

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.

Химический состав СПГ

Сырая нефть и природный газ являются ископаемыми видами топлива, известными как «углеводороды», потому что содержат химические комбинации атомов углерода и водорода. Химический состав природного газа зависит от места добычи газа и его обработки.

Сжиженный природный газ представляет собой смесь

Метан является самым главным компонентом, обычно, хотя и не всегда, более чем на 85% по объему.

Плотность сжиженного газа

Поскольку СПГ представляет собой некую смесь, плотность сжиженного природного газа изменяется незначительно с ее фактическим составом. Плотность сжиженного природного газа, как правило, находится в диапазоне 430–470 кг/м³, а его объем составляет примерно 1/600 объема газа в атмосферных условиях. Это делает его примерно на треть легче, чем воздух.

Другим следствием этих фактов является то, что СПГ имеет меньшую плотность, чем вода, что позволяет ему находиться на поверхности в случае разлива и вернуться к парообразному состоянию достаточно быстро.

Другие свойства СПГ

Сжиженный природный газ не имеет запаха, бесцветный, не вызывает коррозии, не горюч и не токсичен. СПГ хранится и транспортируется при сверхнизких температурах при атмосферном давлении (отсутствие высоких давлений). При воздействии на окружающую среду СПГ быстро испаряется, не оставляя следов на воде или почве.

В своей жидкой форме сжиженный природный газ не имеет способность взрываться или воспламеняться. При испарении природный газ может воспламениться в случае контакта с источником горения, и если концентрация испарений в воздухе будет составлять от 5 до 15 %. Если концентрация паров газа менее 5 процентов, то для начала возгорания испарений недостаточно, а если более 15 процентов, то в окружающей среде будет нехватка кислорода.

Сжиженный нефтяной газ

Судно для транспортировки сжиженного газа

Сжиженный нефтяной газ, (СНГ, по-английски – Liquified Petroleum Gas, LPG) – это смесь двух газов. В обиходе ее называют кратко: пропан. Пропан-бутан получают из нефти и сконденсированных нефтяных попутных газов. Чтобы эта смесь оставалась жидкой, ее хранят и перевозят под давлением в 1,6 МПа (16 атмосфер). В топливной смеси бутан выступает как топливо, а пропан создаёт давление. Газовая смесь пропан-бутан в 2 раза тяжелее воздуха. По сути, газ не имеет запаха, поэтому в его состав добавляется специальное пахучее вещество (одорант) – этил-меркоптал. Антидетационное октановое число у газовой смеси пропан-бутан составляет 110 единиц – в этом её преимущество перед бензином, максимальное октановое число у которого – 98 единиц.

Для потребителей пропан-бутан является отличным топливом в местах, где не подведен природный газ (метан).

Свойства сжиженного нефтяного газа

Процентное соотношение пропана и бутана в смеси регулируется государством и зависит от климатических условий. Например, в зимний период количество пропана должно быть не менее 70-80 % , тогда как летом – всего 40%.

Одним из наиболее важных свойств пропана и бутана, является образование (при наличии свободной поверхности над жидкой фазой) двухфазной системы «жидкость-пар». Система «жидкость-пар» образуется вследствие возникновения давления насыщенного пара, т.е. давления пара в присутствии жидкой фазы в баллоне. В процессе наполнения баллона первые порции сжиженного газа быстро испаряются и заполняют весь его объем, создавая в нем определенное давление. При уменьшении давления газ мгновенно испаряется. Испарение сжиженного газа в баллоне продолжается до тех пор, пока образовавшиеся пары сжиженного газа не достигнут насыщения.

Это свойство пропана и бутана позволяет хранить газ в небольших объёмах, что очень важно.

Рассмотрим пример: давление насыщенного пара бутана составляет 0,1 МПа при 0°С и 0,17 МПа при 15°С, а давление насыщенного пара пропана при этих же температурах 0,59 и 0,9 МПа соответственно. Это различие приводит к значительной разнице в давлении смеси при изменении пропорции пропана и бутана. Давление растет при увеличении температуры, что приводит к большим изменениям объема сжиженного газа, находящегося в жидком состоянии. Следовательно, если сжиженный газ в жидком состоянии полностью заполняет баллон и температура продолжает увеличиваться, то давление будет быстро расти, что может привести к разрушению баллона.

Применение

После доставки потребителю сжиженный газ используется в качестве энергоносителя для тех же целей, что и обычный природный газ. Основные области применения СПГ это производство тепла и электричества, использование в качестве топлива для машин и оборудования и в бытовых нуждах. Ниже представлен более широкий список:

• Газификация коммунальных и промышленных объектов, удаленных от магистральных или распределительных трубопроводов;
• Создание топливного резерва у потребителя для покрытия нагрузок в пиковый период;
• Применение сжиженного газа на различных видах транспорта в качестве моторного топлива;
• Получение тепловой и электроэнергии, а также промышленного холода;
• Сжиженный газ как сырье для использования в химической промышленности;

Следует отметить, что вышеуказанные области применения сжиженного газа могут совмещаться между собой. Так, доставляемый судами-газовозами на регазификационный терминал сжиженного газа может быть использован для поставки его на удаленные объекты в качестве топлива для транспорта и создания резерва топлива на период больших нагрузок в магистральных и газораспределительных сетях.

На мировых рынках широкое использование сжиженного природного газа прежде всего обусловлено тем, что, по ценам, сжиженного газа либо находится в одной ценовой категории с жидкими видами топлива (углеводородными), либо дешевле их. Вдобавок к этому, топливо СПГ более экологически чистое.

Использование СПГ в качестве энергоносителя решает следующие задачи:

• Газификация удаленных объектов
• Сокращение издержек, связанных с газификацией, вследствие отказа от разработки, сооружения и обслуживания некоторой части объектов газоснабжения (межпоселковых распределительных газопроводов, газопроводов-отводов)
• Снижение количества выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду при замене, например, каменного угля или мазута природным газом
• Снижение затрат на энергоносители
• Комплексное получение тепловой и электроэнергии;

В настоящее время организация производства и внедрение технологий с использованием сжиженного газа в энергетической отрасли имеет важное перспективное значение.

Сжиженный газ — экологический вид топлива

Использование сжиженного газа для двигателя автомобиля

Имея хорошие энергетические характеристики и высокое октановое число, сжиженный газ используется не для одной лишь газификации населенных пунктов и объектов промышленности, но и как моторное топливо на различных видах транспорта.

Физико-химические, энергетические и экологические свойства природного газа делают его довольно перспективным видом топлива, использование которого может дать ощутимый положительный эффект в некоторых вопросах. Экологическая безопасность и топливная экономичность двигателей, работающих на природном газе, снижение износа деталей газового двигателя, уменьшение расхода масла — вот характерные особенности.

Применение сжиженного газа на транспорте преследует следующие цели:

• Экономию денежных средств на покупку топлива, так как цена эквивалентного количества сжиженного газа ниже, чем бензина или дизельного топлива
• Обеспечение в перспективе устойчивого топливоснабжения (учитывая динамику изменения объемов нефтегазодобычи, сравнительный анализ запасов нефти и газа, прогнозы истощения месторождений).

См.также

Литература

Источники

Использование сжиженного газа

Сжиженный газ на сегодняшний день находится в списке самых распространённых альтернативных видов топлива. Впрочем, во многих местах газ – вовсе не альтернативный вариант топлива: в определённых районах Индии, в некоторых регионах США, да даже в РФ сжиженный газ применяют не только для отопления, но и для приготовления пищи. Вы пользуетесь сжиженным газом, когда готовите в походах на природе, или используете гриль.

Сжиженный газ славится своей эффективностью и универсальностью, является весьма привлекательным источником энергии для тех людей, кому надоели большие счета за отопление, регулярное увеличение цен на газ. Поговорим о том, каким образом получают сжиженный газ, для чего его применяют и каким образом можно переделать свой автомобиль, чтобы он смог функционировать на этом более дешёвом и лёгком топливе.

Что собой представляет сжиженный газ?

Существует два вида газа, которые можно хранить под умеренным давлением в жидкой форме: бутан и пропан. Есть также изобутан – его химическая формула также проста, как и у бутана, но химическая структура другая. Чаще всего, изобутан и бутан смешиваются в разных пропорциях – в зависимости о того, в каких целях нужно использовать топливо. Пропан является практичным топливом, точка кипения составляет минус 42 градуса. То есть, даже при низких температурах данный газ испаряется моментально – сразу после того, как его извлекают из герметичного контейнера.

Всё это говорит о том, что топливо может сгорать полностью – не нужны разные приборы для выпаривания, для смешивания с воздухом. Вполне достаточно обычного выпускного отверстия. Точка кипения бутана составляет минус 0,6 градусов, это говорит о том, что испарения при низких температурах не происходит. Именно поэтому применение бутана более ограниченное, в чистом виде его почти не используют – лишь совместно с пропаном.

Приблизительного 450 грамм пропана требуются для того, чтобы получить 21548 BTU энергии (где 1 BTU составляет 0,252 ккал). Бутан же производит при том же количестве 21221 BTU.

Поговорим о том, откуда сжиженный газ берётся.

Метан и этан

Иногда к сжиженным газам относят всякий горючий газ, который при нормальным давлении и температуре находится в газообразном состоянии – то есть, речь идёт о газах с высокой точкой кипения, которая максимально соответствует средней температуре атмосферы нашей планеты. Опираясь на всё вышесказанное, можно сделать вывод – метан и этан являются жидкими газами. Однако, согласно информации из различных энциклопедий, давление, которое требуется для того, чтобы разжижать метан и этан, а также объём металла, который нужен для того, чтобы поддерживать газ под давлением, делает их применение невыгодным с экономической точки зрения.

Сжиженный газ – источники

Сжиженный газ (как и природный газ, как и нефть) – это ископаемое топливо. Добывать газ могут из природного газа или нефти посредством рафинирования – то есть, примерно также, как получают из неочищенной нефти бензин. Впрочем, многие энергетические компании всерьёз сжиженным газом не занимаются, хотя и производят его – так как он является подобным продуктом от переработки иных видов топлива.

В случае, когда энергетическая компания занимается добычей природного газа из земли, практически всегда речь идёт о метане. Все сжиженные газы, которые остаются, отделяются от метана до того момента, как он поступит сначала в трубопроводы, а после – в наши дома. Примерно 1-3% — такой объём сжиженных газов, который получается из природного газа.

Из неочищенной нефти сжиженный газ также получают. При процессе переработки производственный выход сжиженных газов составляет около трёх процентов, а если НПЗ переоборудовали для того, чтобы сконцентрироваться на добыче сжиженного газа, этот показатель может возрасти до 40%. Применение сжиженного газа – ещё одна интересная тема, которая волнует многих людей. Поговорим об этом подробнее.

Сжиженный газ – открытие

Сначала газовая промышленность испытывала проблемы с примесями, которые содержатся в газе. Бутан и пропан испарялись легко, создавали более высокое давление паров в процессе хранения и при транспортировке. Изначально решили, что нужно просто «выветривать» природные газы – за счёт этого сжиженный газ просто бы испарился и ушёл в атмосферу. Но один учёный и изобретатель, доктор Вальтер Снеллинг, который трудился в Геологической службе США, начал эксперименты в 1910 году – предметом экспериментов стала конденсированная форма этих веществ, которые на тот момент имели статус «ненужных». Образцы пропана и бутана были созданы к 1911 году, также была представлена система хранения, распределения данных видов топлива. Учёный к 1913 году получил патент на собственный метод получения жидких газов.

Универсальное топливо – сжиженный газ

Хранить сжиженный газ очень просто, он совершенно безопасен, за счёт этого является мобильным. Спектр применений сжиженного газа также велик – возможно, вы уже встречались с некоторыми из них. К примеру, одноразовые зажигалки – в них используется сжиженный газ: смесь изобутана и бутана. Кроме того, при эксплуатации газовых бытовых баллонов мы также сталкивается с сжиженным газом (как и при использовании газовых походных горелок). Если рассматривать многоразовые бытовые баллоны, в них используют пропан, кроме того, данный газ идеально подходит для подогрева баков с холодной водой, его часто применяют для разведения огня в печах, которые есть в «домах на колёсах». Данный газ также может заставить функционировать морозильники и холодильники.

Небольшие баллоны, в которых содержится пропан, можно приобрести почти что в любом бытовом магазине. У баллонов стандартные выпускные отверстия, так что их можно легко крепить к фонарям, походной плитке, не слишком крупным водонагревателям и некоторым иным приспособлениям. Пропан помогает человеку в любой ситуации, когда ему требуется топливо. На судах можно найти сжиженный газ, как и в сельских районах, охотничьих домах, на садовых участках, где услуги энергетических компаний не предоставляются. В Индии, к примеру, в некоторых городах отсутствует качественный природный газ и прочее топливо, здесь сжиженный газ – основной товар, который представлен на энергетическом рынке.

Для приготовления пищи и отопления вместо угля и нефти применяют пропан. Сжиженный газ можно применять не только для бытовых нужд и отдыха. Разные промышленные отрасли применяют его, как источник тепла для обработки керамики, стекла, металлообработки. Промышленным газом заправляются многие промышленные погрузчики, ведь газ способен дать достаточное количество энергии, чтобы рабочие могли осуществить подъём тяжёлых грузов, при этом совсем не обязательно выбрасывать дым, прочее вещества, которые будут загрязнять замкнутое пространство складов. Кроме того, набирает популярность применение сжиженных газов в рамках автомобильной индустрии. Автомобили, разработанные или переоборудованные для функционирования на сжиженном газе, становятся всё более востребованными. Чуть подробнее об этом мы поговорим чуть ниже.

Сжиженный газ и автомобили

Согласно информации от WLPGA(Всемирной Ассоциации сжиженных газов), примерно 9 миллионов машин в 38 государствах мира работают на сжиженном газе. Эта идея не является революционно новой – автомобили, которые могут функционировать на пропане, созданы уже несколько десятков лет назад. Положительная сторона данного подхода в том, что выбросы сокращаются – на 50% меньше выделяется окиси углерода, если сравнивать с бензиновым топливом, углеводородов меньше на 40%. Кроме того, на 50% меньше озона и на 35 – окиси азота. Сжиженный газ, который используют в автомобилях, может стоить дешевле, чем бензиновое топливо. Кроме того, газ – высокооктановое топливо, потребителям предлагается производительность, сопоставимая с дизельным топливом и бензином.

Многие собственники утверждают, что машина, которая использует ГБО (газобалонное оборудование), работает более гладко – за счёт этого износ компонентов двигателя происходит гораздо медленнее.

Самый лёгкий способ начать использование пропана – приобрести автомобиль, который может ездить на газе. Круг производителей такой техники достаточно широк – в том числе можно отметить серьёзные американские автомобильные компании – Форд, Дженерал Моторс, а также Daimler-Chrysler: они уже сегодня в некоторым моделях предлагают возможность использования сжиженного газа в качестве топлива.

Но, практика такова – в салонах данные автомобили вы вряд ли найдёте, их необходимо заказывать. Как правило, заводских моделей, которые могут ездить на сжиженном газе, нет – эта опция подключается на заводе. Примеры машин, которые приспособлены к функционированию на сжиженном газе — ToyotaCamry, FordCrownVictoria, Ford F-150, DodgeRam, ChevroletCavalier.

Редко (обычно в Европе) делают машины, которые могут функционировать только на газе. Двигатель сделан таким образом, что может работать максимально эффективно на пропане – за счёт этого детали изнашиваются медленнее, пробег техники увеличивается. Впрочем, потребителей ещё пугает то, что сегодня пока что сложно отыскать газозаправочные станции. Именно поэтому многие машины, которые могут работать на сжиженном газе, обладают двойной топливной системой – есть два бака: один для пропана, другой для бензина.

Система сама переключается с одной на другую по мере необходимости, за счёт чего обладатели автомобиля могут всегда использовать дешёвый и экологически чистый пропан, если он доступен. Если же нет – бак всегда можно заполнить бензиновым топливом на ближайшей автомобильной заправке. Трудно ли на самом деле отыскать газозаправочную станцию? Если честно – ничего сложного в этом нет. В отличие от прочих альтернативных разновидностей топлива (того же водорода, к примеру), уже есть надёжная и большая инфраструктура для машин, которые функционируют на пропане.

Преобразование автомобилей для работы на сжиженном газе

Чтобы преобразовать автомобиль для работы на газе, необходимо идеально знать все автомобильные системы. Некоторые фирмы предлагают специальные наборы, в которых уже есть всё необходимое для того, чтобы выполнить трансформацию. Если у вас в этой области нет достаточных знаний, обязательно нужно отыскать опытного механика. Хоть пропан и является безопасным, если систему поставить неправильно, с техникой безопасности могут возникнуть серьёзные проблемы.

Самый первый шаг к использованию сжиженного газа в собственном автомобиле – выбор подходящего бака. Чаще всего, на машину ставят двухтопливную систему, то есть, старую систему отключать не нужно – добавляют вторую новую. Бак для пропана в багажнике автомобиля займёт определённое место. Современные баки могут иметь вид «пончика» или «торпеды». Чаще всего, баки, выполненные в форме торпеды, отличаются большой вместительностью, но и места в машине им требуется больше.

Баки, форма которых «пончик», могут быть установлены точно туда, где обычно находится запасное колесо. Размер такого бака более маленький, но запаску придётся переносить в другое место. Если автомобиль большой, на него можно поставить сразу несколько баков – это позволит значительно увеличить вместительность. После того как установка бака произведена, в кузове машины необходимо выполнить отверстие – чтобы произвести заправку газом. Как правило, отверстие делается около горловины бензобака или с тыльной части кузова.

Чтобы добиться идеального расположения, потребуется минимум трубок, чтобы выполнить соединение к баку. Топливные трубки, сами по себе, выполнены из меди – за счёт этого они являются гибкими, что при подсоединении очень важно. Кроме того, бак следует подключить к заправочной горловине, провода обычно проходят по днищу автомобиля прямо к двигателю. Клапан электромагнитный ставят между двигателем и баком – на топливной магистрали. Данный клапан необходим для того, чтобы прерывать подачу газа в тот момент, когда автомобиль функционирует на бензиновом топливе, или же, когда двигатель не работает вообще. Здесь также имеется встроенный фильтр, который способен устранить любые примеси, если таковые окажутся в топливе.

Вапоризатор – ещё один очень важный компонент. Данное устройство выполняет примерно то же, что делает карбюратор в обычном бензиновом двигателе. Вапоризатор использует тепло, которое даёт охлаждающая жидкость для того, чтобы пропан обрёл газообразное состояние. Регулятор содержит в себе электронную схему, которая нужна для сокращения подачи газа в том случае, если произойдёт остановка двигателя. Регулятор обычно меньше, если сравнивать с карбюратором, так что подыскать для него место в моторном отсеке не сложно. От датчиков машины этот прибор получает информацию (или же от блока управления двигателем), за счёт этого осуществляется контроль количества того газа, которое поступает в цилиндры.

Важно, чтобы система должна быть соединена с электрической системой автомобиля – чтобы автоматическое переключение баков было возможно (посредством ручного переключателя, который есть на приборной панели), и топливомер оставался работоспособным. Связь с блоком управления также должна быть установлена – чтобы регулятор работы двигателя воспринимал разные параметры топлива. Машины, оснащённые электронной системой впрыскивания топлива, возможно будут нуждаться в электронном эмуляторе.

Когда автомобиль функционирует на газе, топливный инжектор остальным датчикам автомобиля не будет направлять информацию – будет гореть контрольный сигнал двигателя, также будут даваться неверные диагностическое показания. Именно эмулятор может сделать так, чтобы данные сигналы игнорировались, а блок управления в этом случае будет работать так, как нужно.

Комплекты для трансформации автомобилей поставляют только с подробными инструкциями, выше мы рассмотрели простой краткий обзор. Чуть позже мы поговорим о том, безопасно ли использование сжиженного газа.

Обратите внимание: всё это – не является руководством к действию, вам не нужно прямо сейчас идти в мастерскую и переделывать свою машину! Информация даётся только для того, чтобы у вас было общее представление обо всём процессе. Если у вас отсутствует опыт работы с автомобильными электрическими и топливными системами, для любых изменений обязательно нужно обратиться к специалистам.

Хранение и безопасность

Жидкие газы являются весьма безопасными, если проводить сравнение с прочими видами топлива. Температура воспламенения пропана очень велика – примерно 450-500 градусов (у бензина данный показатель составляет всего-то 257 градусов). Данный факт указывает на то, что вероятность самопроизвольного возгорания достаточно мала. Более того, из-за давления, которое требуется для того, чтобы поддерживать в жидком виде пропан, баллоны, которые используют для хранения газа, гораздо прочнее стандартных бензобаков. Коэффициент безопасности увеличивается за счёт специального клапана отсечки топлива.

Рассмотрим некоторые рекомендации по поводу хранения сжиженного газа. Следует помнить, что баки, где хранится пропан, пустыми не бывают на самом деле. Когда бак заполнен, большое количество пропана находится под давлением в жидком виде. Но, если речь идёт о нормальном давлении, сжиженным остаётся не весь пропан – небольшие количество газа будет в газообразном состоянии, оно же будет занимать часть пространства в баке. Правило здесь простое – давление падает быстрее, чем больше количество пропана, то есть в сжиженном виде будет меньшее количество пропана, а в газообразном – большее.

Важно, чтобы баллоны были заполнены только на 80%. Из-за изменения температуры, давление внутри бака может измениться. Если целый бак будет заполнен пасмурным, прохладным днём, а на следующей день вы оставите машину на солнце, из-за увеличения температуры увеличится давление в баке – из-за этого может произойти взрыв, даже если в запасе было 20% свободного объёма.

Что такое сжиженный природный газ

В одной и той же емкости сжиженного природного газа уместится в 600 раз больше, чем обычного. В России уже успели построить первый завод СПГ и праздновали его открытие в 2009 году.

 — единый оператор по расширению использования природного газа в качестве моторного топлива.

Из газа в жидкость

 

Природный газ, охлажденный после очистки от примесей до температуры конденсации (-161,5 °С), превращается в жидкость, называемую сжиженным природным газом (СПГ). Объем газа при сжижении уменьшается в 600 раз, что является одним из основных преимуществ этой технологии.

Для далеких районов

СПГ производится на так называемых ожижительных установках (заводах), после чего может быть перевезен в специальных криогенных емкостях — морских танкерах или цистернах для сухопутного транспорта. Это позволяет доставлять газ в те районы, которые находятся далеко от магистральных газопроводов, традиционно используемых для транспортировки обычного природного газа.

Кроме того, СПГ может быть использован как топливо, по степени экологичности значительно превосходящее дизельное.

Природный газ в сжиженном виде долго хранится, что позволяет создавать запасы. Перед поставкой непосредственно потребителю СПГ возвращают в первоначальное газообразное состояние на регазификационных терминалах.

Первое сжижение

Первые попытки сжижать природный газ в промышленных целях относятся к началу XX века. В 1917 году в США был получен первый СПГ, но развитие трубопроводных систем доставки надолго отложило совершенствование этой технологии. В 1941 году была совершена следующая попытка произвести СПГ, но промышленных масштабов производство достигло только с середины 1960-х годов.

На сегодняшний день основными экспортерами СПГ являются Катар, Малайзия, Индонезия, Австралия.

В России строительство первого завода СПГ началось в 2006 году в рамках проекта «Сахалин-2». Входя в этот проект, «Газпром» сделал еще один шаг для реализации своей стратегической цели — стать лидером среди глобальных энергетических компаний посредством освоения новых рынков, диверсификации видов деятельности, обеспечения надежности поставок. Строительство завода СПГ с этой точки зрения является особенно важным, так как позволит расширить географию деятельности «Газпрома» и выйти на мировой рынок СПГ. Торжественное открытие завода состоялось зимой 2009 года.

• Как можно добывать природный газ из угольных пластов

  Метан необходимо извлекать из шахт, чтобы не происходило взрывов. Превратить это в промысел впервые решили в США. Теперь 10% газа, который там добывается, имеет именно такое происхождение. В России добыча из угольных пластов тоже перспективна.

• Как строят подводные газопроводы

  Глубина моря может достигать нескольких километров. Проложить трубы по дну — сложная задача. Но по дну Северного моря идут 6000 км трубопроводов, некоторые из которых там уже 40 лет.

Применение СПГ. Где используют сжиженный природный газ

После доставки потребителю сжиженный природный газ используется в качестве энергоносителя для тех же целей, что и обычный природный газ. Основные области применения СПГ это производство тепла и электричества, использование в качестве топлива для машин и оборудования и в бытовых нуждах. Ниже представлен более широкий список.

Использование сжиженного природного газа

1. Газификация коммунальных и промышленных объектов, удаленных от магистральных или распределительных трубопроводов
2. Создание топливного резерва у потребителя для покрытия нагрузок в пиковый период (т. н. пик-шейвинг, от англ. LNG Peak Shaving)
3. Применение СПГ на различных видах транспорта в качестве моторного топлива
4. Получение тепловой и электроэнергии, а также промышленного холода
5. СПГ как сырье для использования в химической промышленности

Следует отметить, что вышеуказанные области применения СПГ могут совмещаться между собой. Так, доставляемый судами-газовозами на регазификационный терминал СПГ может быть использован для поставки его на удаленные объекты в качестве топлива для транспорта и создания резерва топлива на период больших нагрузок в магистральных и газораспределительных сетях.

На мировых рынках широкое использование сжиженного природного газа прежде всего обусловлено тем, что, по ценам, СПГ либо находится в одной ценовой категории с жидкими видами топлива (углеводородными), либо дешевле их. Вдобавок к этому, топливо СПГ более экологически чистое.

Использование СПГ в качестве энергоносителя решает следующие задачи:

• Газификация удаленных объектов
• Сокращение издержек, связанных с газификацией, вследствие отказа от разработки, сооружения и обслуживания некоторой части объектов газоснабжения (межпоселковых распределительных газопроводов, газопроводов-отводов)
• Снижение количества выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду при замене, например, каменного угля или мазута природным газом
• Снижение затрат на энергоносители
• Комплексное получение тепловой и электроэнергии

В настоящее время организация производства и внедрение технологий с использованием сжиженного газа в энергетической отрасли имеет важное перспективное значение.

СПГ — экологический вид топлива

Имея хорошие энергетические характеристики и высокое октановое число, сжиженный газ используется не для одной лишь газификации населенных пунктов и объектов промышленности, но и как моторное топливо на различных видах транспорта. Физико-химические, энергетические и экологические свойства природного газа делают его довольно перспективным видом топлива, использование которого может дать ощутимый положительный эффект в некоторых вопросах. Экологическая безопасность и топливная экономичность двигателей, работающих на природном газе, снижение износа деталей газового двигателя, уменьшение расхода масла — вот характерные особенности.

Применение СПГ на транспорте преследует следующие цели:

• Экономию денежных средств на покупку топлива, так как цена эквивалентного количества сжиженного газа ниже, чем бензина или дизельного топлива
• Обеспечение в перспективе устойчивого топливоснабжения  (учитывая динамику изменения объемов нефтегазодобычи, сравнительный анализ запасов нефти и газа, прогнозы истощения месторождений)

СПГ как моторное топливо для автомобильного транспорта применяют в Соединенных Штатах Америки, Франции, Нидерландах, Норвегии, Германии и  других странах. Помимо автотранспорта, сжиженный газ в качестве моторного топлива применяется и на других видах транспорта (водный — газовозы, железнодорожный — газотепловозы). На сегодняшний день уже  насчитывается более двух сотен морских  судов-метановозов, которые используются для транспортировки СПГ  и применяют его в качестве моторного топлива. Во многих развитых странах ведутся работы по использованию сжиженного природного газа на морском, речном и ж/д транспорте.

Грузовой автомобиль Kenworth T800 (газовый двигатель на сжиженном газе СПГ/LNG)		Грузовой автомобиль Peterbilt’s Model 386 (газовый двигатель на сжиженном газе СПГ/LNG)

На сегодняшний день применение СПГ в качестве моторного топлива – довольно интенсивно развивающееся направление, которое  в дальнейшем должно стать самостоятельной отраслью экономики развитых стран.