Làm thế nào và tại sao khí hóa lỏng: công nghệ sản xuất và phạm vi sử dụng khí hóa lỏng
Các công nghệ liên quan đến sản xuất, vận chuyển và chế biến khí đốt tự nhiên đang phát triển với tốc độ chóng mặt.Và nhiều người ngày nay nghe thấy chữ viết tắt LPG và LNG. Hầu như mỗi ngày, nhiên liệu khí đốt tự nhiên đều được nhắc đến trong tin tức trong bối cảnh này hay bối cảnh khác.
Tuy nhiên, bạn thấy đấy, để hiểu rõ ràng về những gì đang xảy ra, điều quan trọng ban đầu là phải hiểu khí được hóa lỏng như thế nào, tại sao nó được thực hiện và nó mang lại lợi ích gì hoặc không mang lại lợi ích gì. Và có rất nhiều sắc thái trong vấn đề này.
Để hóa lỏng hydrocarbon dạng khí, các nhà máy công nghệ cao lớn đang được xây dựng. Tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét cẩn thận lý do tại sao tất cả những điều này lại cần thiết và nó diễn ra như thế nào.
Nội dung của bài viết:
Tại sao khí thiên nhiên bị hóa lỏng?
Nhiên liệu màu xanh được chiết xuất từ lòng trái đất dưới dạng hỗn hợp metan, etan, propan, butan, heli, nitơ, hydro sunfua và các loại khí khác, cũng như các dẫn xuất khác nhau của chúng.
Một số được sử dụng trong công nghiệp hóa chất, một số được đốt trong nồi hơi hoặc tua-bin để tạo ra nhiệt và năng lượng điện. Ngoài ra, một phần khối lượng chiết xuất được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ xăng.
Lý do chính để hóa lỏng khí tự nhiên là để đơn giản hóa việc vận chuyển nó trên một khoảng cách dài. Nếu người tiêu dùng và giếng sản xuất nhiên liệu khí nằm trên khu đất không xa nhau thì việc đặt đường ống giữa chúng sẽ dễ dàng và có lợi hơn.Nhưng trong một số trường hợp, việc xây dựng đường cao tốc quá tốn kém và gặp nhiều vấn đề do các sắc thái địa lý. Vì vậy, họ sử dụng nhiều công nghệ khác nhau để sản xuất LNG hoặc LPG ở dạng lỏng.
Kinh tế và an toàn giao thông
Khí sau khi hóa lỏng sẽ được bơm ở dạng lỏng vào các thùng chứa chuyên dụng để vận chuyển bằng đường biển, đường sông, đường bộ và/hoặc đường sắt. Đồng thời, về mặt công nghệ, hóa lỏng là một quá trình khá tốn kém xét về mặt năng lượng.
Ở các nhà máy khác nhau, việc này chiếm tới 25% khối lượng nhiên liệu ban đầu. Nghĩa là, để tạo ra năng lượng theo yêu cầu của công nghệ, bạn phải đốt tới 1 tấn LNG cho mỗi ba tấn LNG ở dạng thành phẩm. Nhưng khí đốt tự nhiên hiện đang có nhu cầu lớn, mọi thứ đều được đền đáp xứng đáng.
Mặc dù khí tự nhiên là chất lỏng nhưng nó không cháy và không nổ. Chỉ sau khi bay hơi trong quá trình tái hóa khí, kết quả hỗn hợp khí hóa ra lại thích hợp để đốt trong nồi hơi và bếp nấu. Vì vậy, nếu LNG hoặc LPG được sử dụng làm nhiên liệu hydrocarbon thì chúng phải được tái hóa khí.
Sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau
Thông thường, các thuật ngữ “khí hóa lỏng” và “khí hóa lỏng” được đề cập trong bối cảnh vận chuyển các chất mang năng lượng hydrocarbon. Tức là, đầu tiên nhiên liệu màu xanh lam được chiết xuất, sau đó được chuyển thành LPG hoặc LNG. Chất lỏng thu được sau đó được vận chuyển và trở lại trạng thái khí để sử dụng cho mục đích này hay mục đích khác.
LPG từ propan-butan chủ yếu được sử dụng làm:
- nhiên liệu động cơ xăng;
- nhiên liệu để bơm vào bình gas của hệ thống sưởi tự động;
- chất lỏng để nạp bật lửa và bình gas có dung tích từ 200 ml đến 50 l.
LNG thường được sản xuất dành riêng cho vận chuyển đường dài. Nếu một thùng chứa có khả năng chịu được áp suất vài atm đủ để lưu trữ LPG, thì cần phải có bể đông lạnh đặc biệt để chứa khí metan hóa lỏng.
Thiết bị lưu trữ LNG có tính công nghệ cao và chiếm nhiều không gian. Việc sử dụng loại nhiên liệu này trên ô tô du lịch sẽ không mang lại lợi nhuận do chi phí xi lanh cao. Xe tải chạy bằng LNG dưới dạng mô hình thử nghiệm đơn lẻ đã chạy trên đường, nhưng trong phân khúc xe du lịch, loại nhiên liệu “lỏng” này khó có thể được sử dụng rộng rãi trong tương lai gần.
Khí mê-tan hóa lỏng làm nhiên liệu hiện nay được sử dụng ngày càng nhiều trong hoạt động:
- đầu máy diesel đường sắt;
- tàu biển;
- vận tải đường sông.
Ngoài vai trò là chất mang năng lượng, LPG và LNG còn được sử dụng trực tiếp ở dạng lỏng trong các nhà máy khí đốt và hóa dầu. Chúng được sử dụng để sản xuất nhiều loại nhựa và vật liệu gốc hydrocarbon khác.
Công nghệ thu hồi LPG và LNG
Để chuyển khí metan từ thể khí sang thể lỏng, nó phải được làm lạnh đến -163°C. Và hóa lỏng propan-butan ở -40 °C. Theo đó, công nghệ và chi phí trong cả hai trường hợp đều rất khác nhau.
Các công nghệ sau đây của các công ty khác nhau được sử dụng để hóa lỏng khí tự nhiên:
- AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
- Cascade được tối ưu hóa;
- DMR;
- GIÁ;
- MFC;
- GTL và cộng sự.
Tất cả đều dựa trên quá trình nén và/hoặc trao đổi nhiệt. Hoạt động hóa lỏng diễn ra tại nhà máy theo nhiều giai đoạn, trong đó khí được nén dần dần và làm lạnh đến nhiệt độ chuyển sang pha lỏng.
Chuẩn bị hỗn hợp khí
Trước khi hóa lỏng khí tự nhiên thô, bạn phải loại bỏ nước, heli, hydro, nitơ, hợp chất lưu huỳnh và các tạp chất khác khỏi nó. Với mục đích này, công nghệ hấp phụ thường được sử dụng để làm sạch sâu hỗn hợp khí bằng cách cho nó qua sàng phân tử.
Sau đó, giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu thứ hai diễn ra, trong đó các hydrocacbon nặng được loại bỏ. Kết quả là, chỉ còn lại etan và metan (hoặc propan và butan) với thể tích tạp chất dưới 5%, do đó phần này có thể bắt đầu được làm lạnh và hóa lỏng.
Phân đoạn cho phép bạn loại bỏ các tạp chất có hại và chỉ cô lập khí chính cho quá trình hóa lỏng tiếp theo. Ở áp suất 1 atm, nhiệt độ chuyển sang trạng thái lỏng đối với metan là -163 °C, đối với etan -88 °C, đối với propan -42 °C và đối với butan -0,5 °C.
Chính sự chênh lệch nhiệt độ này đã giải thích lý do tại sao khí đi vào nhà máy được chia thành các phần nhỏ và chỉ sau đó mới được hóa lỏng. Không có công nghệ hóa lỏng duy nhất cho tất cả các loại hợp chất hydrocarbon dạng khí. Đối với mỗi người trong số họ cần phải xây dựng và sử dụng dây chuyền sản xuất riêng.
Quá trình hóa lỏng cơ bản
Cơ sở để chuyển khí sang trạng thái lỏng là chu trình làm lạnh, trong đó nhiệt được truyền bởi chất làm lạnh này hoặc chất làm lạnh khác từ môi trường có nhiệt độ thấp sang môi trường có nhiệt độ cao hơn. Quá trình này gồm nhiều giai đoạn và đòi hỏi máy nén mạnh mẽ để giãn nở/nén chất làm mát và bộ trao đổi nhiệt.
Những chất sau đây được sử dụng làm chất làm lạnh ở các giai đoạn hóa lỏng khác nhau:
- propan;
- khí mêtan;
- etan;
- nitơ;
- nước (biển và tinh khiết);
- không khí.
Ví dụ, để làm mát sơ cấp khí tự nhiên tại Yamal LNG của Novatek, không khí mát mẻ ở Bắc Cực được sử dụng, cho phép hạ nhiệt độ của nguyên liệu ngay lập tức xuống +10°C với chi phí tối thiểu. Và trong những tháng hè nóng nực, thay vào đó, nó được cung cấp để sử dụng nước biển từ Bắc Băng Dương, bất kể thời gian nào trong năm, ở độ sâu không đổi 3–4 ° C.
Đồng thời, nitơ, thu được trực tiếp từ không khí tại chỗ, được sử dụng làm chất làm lạnh cuối cùng ở Yamal. Kết quả là Bắc Cực cung cấp mọi thứ cần thiết để sản xuất LNG - từ khí tự nhiên ban đầu đến các tác nhân được sử dụng trong quá trình hóa lỏng.
Propane hóa lỏng theo cách tương tự như metan. Chỉ có điều nó yêu cầu nhiệt độ làm mát thấp hơn nhiều - âm 42 °C so với âm 163 °C. Do đó hóa lỏng gas cho bình gas Nó có giá thấp hơn nhiều lần, nhưng bản thân LPG propan-butan lại có ít nhu cầu hơn trên thị trường.
Vận chuyển và lưu trữ
Hầu như toàn bộ khối lượng LNG được vận chuyển bằng tàu chở khí đốt biển cỡ lớn từ bờ biển này sang bờ biển khác.Việc vận chuyển bằng đường bộ bị hạn chế do nhu cầu duy trì nhiệt độ của “nhiên liệu lỏng màu xanh” ở giá trị khoảng -160 ° C, nếu không khí mêtan bắt đầu chuyển sang trạng thái khí và trở nên dễ nổ.
Áp suất trong bể LNG gần bằng áp suất khí quyển. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ của metan lỏng tăng lên trên -160°C, nó sẽ bắt đầu chuyển từ thể lỏng sang thể khí. Kết quả là áp suất trong thùng chứa sẽ bắt đầu tăng lên, gây nguy hiểm nghiêm trọng. Do đó, tàu chở LNG được trang bị bộ phận bảo trì nhiệt độ thấp và lớp cách nhiệt dày.
LPG được tái khí hóa thành khí trực tiếp trong bình chứa khí. Và quá trình tái hóa khí LNG được thực hiện trong các cơ sở công nghiệp đặc biệt mà không cần tiếp cận với oxy. Theo vật lý, khí metan lỏng ở nhiệt độ dương dần dần biến thành khí. Tuy nhiên, nếu điều này xảy ra trực tiếp trong không khí ngoài những điều kiện đặc biệt thì quá trình như vậy sẽ dẫn đến một vụ nổ.
Sau khi khí tự nhiên ở dạng LNG được hóa lỏng tại nhà máy, nó được vận chuyển và sau đó trở lại nhà máy (chỉ tái khí hóa) nó được chuyển trở lại trạng thái khí để sử dụng tiếp.
Triển vọng của hydro hóa lỏng
Ngoài việc hóa lỏng trực tiếp và sử dụng ở dạng này, còn có thể thu được một chất mang năng lượng khác từ khí tự nhiên - hydro. Mêtan là CH4, propan C3N8và butan C4N10.
Thành phần hydro có mặt trong tất cả các loại nhiên liệu hóa thạch này, bạn chỉ cần cô lập nó.
Để biến hydro từ thể khí thành thể lỏng, nó phải được làm lạnh đến -253°C. Với mục đích này, hệ thống làm mát nhiều giai đoạn và lắp đặt “nén/mở rộng” được sử dụng. Hiện tại, những công nghệ như vậy quá đắt tiền, nhưng công việc đang được tiến hành để giảm chi phí.
Chúng tôi cũng khuyên bạn nên đọc bài viết khác của chúng tôi, trong đó chúng tôi đã mô tả chi tiết cách tự tay bạn chế tạo máy tạo hydro cho ngôi nhà của mình. Thêm chi tiết - đi liên kết.
Ngoài ra, không giống như LPG và LNG, hydro hóa lỏng dễ nổ hơn nhiều. Sự rò rỉ nhỏ nhất của nó kết hợp với oxy tạo ra hỗn hợp khí-không khí đốt cháy ở tia lửa nhỏ nhất. Và việc lưu trữ hydro lỏng chỉ có thể thực hiện được trong các thùng chứa đông lạnh đặc biệt. Nhiên liệu hydro vẫn còn quá nhiều nhược điểm.
Kết luận và video hữu ích về chủ đề này
Khí hóa lỏng được sản xuất như thế nào và tại sao nó lại hóa lỏng:
Tất cả về khí hóa lỏng:
Có một số công nghệ hóa lỏng khí. Đối với metan, chúng là của họ và đối với propan-butan, chúng là của họ. Đồng thời, việc mua LPG sẽ rẻ hơn và việc vận chuyển/lưu trữ dễ dàng và an toàn hơn. Sản xuất khí metan LNG là một quá trình tốn kém và phức tạp hơn. Thêm vào đó, quá trình tái hóa khí của nó đòi hỏi phải có thiết bị chuyên dụng. Đồng thời, khí mêtan hiện có nhu cầu lớn hơn trên thị trường nên nó được hóa lỏng với khối lượng lớn hơn nhiều.
Bạn có bất kỳ câu hỏi làm rõ hoặc ý kiến chuyên môn của riêng bạn về chủ đề hóa lỏng khí? Có lẽ bạn có một cái gì đó để thêm vào ở trên. Vui lòng hỏi và/hoặc bình luận về bài viết ở ô bên dưới.
