Очищенный от песка газ отправляется на берег к Объединенному береговому технологическому комплексу (ОБТК). Это специальное предприятие, предназначенное для подготовки углеводородов к отправке на юг Сахалина по Транссахалинской трубопроводной системе.
Рисунок 5. Проект “Сахалин-2”
Транспортировка в южную часть Сахалина необходима для обеспечения круглогодичного производства. В северной части острова, где ведется добыча, слишком суровые климатические условия, препятствующие доступу обычных видов транспорта. Поэтому была сооружена Транссахалинская трубопроводная система — мощная сеть трубопроводов, включающая в себя подводную и наземную части, по которой сырье через весь остров перекачивается на берег залива Анива на юге острова, практически незамерзающего зимой, которая обеспечивает возможность круглогодичного поступления сырья.
Один из главных элементов трубопроводной системы — Объединенный береговой технологический комплекс (ОБТК). ОБТК — это специализированное перерабатывающее предприятие, имеющее несколько назначений. Общая протяженность подводных трубопроводов составляет 300 км. Они проложены в местах со сложной ледовой обстановкой. Прежде всего оно предназначено для первичной очистки углеводородов, их разделению по видам (сепарации), последующего компримирования (сжатия) и отправки под давлением в пункт назначения. Кроме того, ОБТК производит из части поступившего газа электроэнергию для себя и для платформы ЛУН-А. Для этого в состав комплекса входит энергоустановка мощностью 100 МВт.
На юге Сахалина находится центральная часть всей системы — завод по производству СПГ, терминал отгрузки нефти (ТОН). Пройдя под давлением 800-километровую дистанцию от ОБТК до этого комплекса, природный газ поступает на завод по производству СПГ. Сжижение газа проводится на двух технологических линиях. На заводе СПГ проекта «Сахалин-2» используется специально разработанная компанией «Шелл» технология сжижения газа с применением двойного смешанного хладагента (Double Mixed Refrigerant — DMR), повышающая энергоэффективность производства за счет использования преимуществ холодного сахалинского климата.
Рисунок 6.Месторождения природного газа на Ямале
Ключевым элементом системы безопасности завода является факельная установка. Сжигание на факеле представляет собой процесс, с помощью которого избыточный газ быстро и безопасно подается от завода через вертикальную трубу высотой 125 м (факельный ствол) для незамедлительного воспламенения с помощью «пилотной горелки» — постоянного источника открытого огня, который свидетельствует о нормальной работе.
Основная причина сжигания газа состоит в том, что при этом процессе на окружающую среду оказывается меньшее воздействие, по сравнению с выбросами невоспламененного углеводородного газа.
Резервуар СПГ состоит из нескольких элементов. Внешний резервуар — бетонный, толщина его стен — около 1 м у основания и до 0,5 м вверху. Второй резервуар играет роль пароизоляционного барьера. Он сделан из углеродистой стали и примыкает к внешнему резервуару. Внутренняя емкость построена из специальной 9-процентной никелевой стали, рассчитанной на криогенные температуры. Основное назначение пароизоляционного барьера — препятствовать попаданию кислорода или влаги в резервуар СПГ, а также не допустить попадание испаряющегося газа из резервуара СПГ в атмосферу.
Как сжижают природный газ – особенности процесса
Главными целями в производстве сжиженного продукта являются:
- получение конечного продукта как товарной единицы;
- выделение бутановой, пропановой, этановой газовой фракции;
- выделение гелия.
Фракционирование происходит в условиях пониженных температур (до -168°C). Данные условия приводят к уменьшении плотности сжиженного природного газа по сравнению с обычным в 600 раз. Ориентировочно, согласно данным электронного журнала Neftegaz.ru №12 от 2018 года, путем охлаждения можно сжать 1380 м3 природного газа до 1000 кг СПГ. Таковы примерные соотношения сжиженного газа к природному.
На производстве сжижение газа осуществляется по многоступенчатой технологии. Переход с одной ступени на другую характеризуется сжатием потока в 12 раз, до тех пор, пока не поменяется агрегатное состояние потока. Недостатком данного способа считаются энергетические потери, достигающие на выходе 25%.
На сегодняшний день разработаны две технологии получения СПГ:
- компримирование;
- технология, основанная на теплообменных процессах.
В первом случае протекает процесс конденсации с неизменным давлением, что негативно сказывается на энергоемкости в целом. Во втором варианте поток охлаждается с последующим резким дросселированием до нужных температурных параметров, однако после первого этапа степень сжижения газа составляет всего 4%. Выходом из ситуации является использование каскадных технологий, увеличивающих эффективность охлаждения до 100%.
Особое внимание в производстве СПГ необходимо уделять качественному теплообменному и изоляционную оборудованию, поскольку оно определяет возможность возникновения дополнительных расходов мощности. Так, при перепаде температуры внутри реактора или теплообменника на 1°C при проходе через него 100 000 м3 газовой смеси, затраты на сжатие по мощности увеличиваются на 5 кВт. Существует семь действующих вариантов технологий сжижения газовой смеси:
Существует семь действующих вариантов технологий сжижения газовой смеси:
- для крупнотоннажного производства СПГ в 82% выбирают техпроцессы компании Air Products: AP-SMR, AP-C3MR, AP-X.
- на втором месте стоит технология под названием Optimized Cascade, все права на которую принадлежат компании ConocoPhillips;
- третье место занимают малогабаритные GTL-установки, предназначенные для использования в закрытых промышленных помещениях;
- отдельные установочные единицы в производстве СПГ в мире находят широкое применение в циклах синтеза газомоторного топлива.
Для обеспечения доступности газовых месторождений (касается шельфовой добычи), в эксплуатацию были введены специальные морские суда,а также плавательные платформы (разработка компании Shell) укомплектованные холодильным оборудованием – по сути, сжижение происходит по механизму in siutu.
Сделать однозначный вывод об эффективности работы каждой не представляется возможным, поскольку зависит и определяется только обстоятельствами. Однако, если брать в расчет единичный завод по производству СПГ в России, то комплектация его такова:
- оборудование для подготовки исходных веществ, в частности, система очистки газа;
- оборудование для основного цикла процесса;
- линии оборотной воды, конденсата, технологического пара;
- герметичные резервуары, предназначенные для хранения жидкости, криоцистерного типа (сосуд Дуара);
- оборудование для загрузки транспортировки СПГ без потерь на испарение;
- транспортировочные танкеры и иные средства перевозки;
- установки бесперебойной подачи электроэнергии и холодной воды в качестве хладагента.
Согласно источнику газеты Neftegaz.ru №12, в последнее время наибольшее внимание стало уделяться технологии, экономящей до 50% затрат энергии на получение целевого продукта. Она основана на использовании собственной энергии (потенциальной) сжиженного газа и естественном охлаждении потока при уменьшении давления в магистральном трубопроводе до отметки потребительского давления (ориентировочно с 6 МПа до 1,2 МПа)
Специальное оборудование
Для того чтобы сжижать газы, используются специальные установки. Они значительно уменьшают объём голубого топлива и повышают плотность энергии. С их помощью можно осуществлять различные способы переработки углеводородов в зависимости от последующего применения, свойств исходного сырья и условий окружающей среды.
Установки по сжижению и сжатию предназначены для обработки газа и имеют блочное (модульное) исполнение либо полностью контейнеризированы. Благодаря регазификационным станциям становится возможным обеспечение дешёвым природным топливом даже самых отдалённых регионов. Система регазификации также позволяет хранить природный газ и подавать его необходимое количество в зависимости от потребности (например, в периоды пикового потребления).
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.
Тороидальный газовый баллон ГБО
Этот тип баллонов появился уже в 2000-х годах. На данный момент является наиболее распространенным для легковых автомобилей и кроссоверов. Ключевая особенность установки баллона ГБО тороидального в том, что он помещается в нише под запасное колесо. Таким образом, бак скрыт и не виден в багажнике. Еще водитель может использовать в полной мере грузовую площадку при сложенных сиденьях. Ширина и длина ее не меняется.
Тороидальный баллон ГБО имеет форму бублика и изготавливается из такой же стали, как и цилиндрические аналоги. В центральной части конструкции есть отверстие для мультиклапана.
Однако у такого бака есть и недостатки. Первый момент касается запасного колеса. Поскольку баллон размещается на его месте, запаску нужно куда-то девать. Также у тороидальных баллонов ГБО меньший объем, нежели у цилиндрических. Но они не скрадывают свободное пространство и находятся в нижней части автомобиля строго посредине, не нарушая его устойчивость на дороге.
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
Свойства
При хранении сжиженных газов и транспортировании их агрегатное состояние меняется: часть вещества испаряется, трансформируясь в газообразное состояние, часть конденсируется – переходит в жидкое. Это свойство сжиженных газов является одним из определяющих при проектировании систем хранения и распределения. При отборе из резервуаров кипящей жидкости и транспортировании ее по трубопроводу часть жидкости испаряется из-за потерь давления, образуется двухфазный поток, упругость паров которого зависит от температуры потока, которая ниже температуры в резервуаре. В случае прекращения движения двухфазной жидкости по трубопроводу давление во всех точках выравнивается и становится равным упругости паров.
Температура воспламенения тэр
На экономичность использования ТЭР влияют наличие влаги, различных примесей, способность к спеканию для твердого топлива. Эти характеристики определяют зольность и состав газов, которые поступают в окружающую среду. Чем меньше выбросы в атмосферу, тем чище топливо и меньше требуется затрат на мероприятия по защите окружающей среды.
В энергетике ТЭР используются для получения электроэнергии, тепла, холода и сжатого воздуха. Энергоэффективность этих процессов определяется не только качественными характеристиками ТЭР, но и технологией сжигания. В настоящее время разработаны и используются инновационные технологии, позволяющие значительно повысить энергоэффективность использования низкокалорийных видов ТЭР, обеспечивая экономию более ценных высоко эффективных видов ТЭР.
Моторное топливо
Начиная с 1990-х годов появляются различные проекты использования СПГ в качестве моторного топлива на водном, железнодорожном и даже автомобильном транспорте, чаще всего с использованием переоборудованых газодизельных двигателей.
На судах СПГ как основной вид топлива используется как на грузовых, так и на пассажирских перевозках:
- Первым грузовым судном стал контейнеровоз Isla Bella (спуск на воду 18 апреля 2015 года).
- Первым пассажирским круизным лайнером на СПГ стал AIDAnova (спущен на воду 21 августа 2018 года).
В России налаживается серийный выпуск тепловоза ТЭМ19-001 работающего на СПГ. В США и Европе появляются проекты по переводу грузового автомобильного транспорта на СПГ.
Активно разработываются ракетные двигатели, использующие в качестве топлива «СПГ + жидкий кислород» (данный вид двигателей имеет ряд преимуществ).
Холодный расчёт на СПГ
Технология сжижения природного газа предусматривает охлаждение его до очень низких температур, при которых газ переходит в жидкое состояние (LNG) и значительно уменьшается в объёме. Это означает, что автомобиль не надо оборудовать множеством газовых баллонов, ему достаточно иметь один или два криогенных топливных бака, предназначенных для хранения СПГ. Но этого объёма топлива автопоезду уже хватает для осуществления региональных и даже магистральных перевозок на значительные расстояния. То есть движение на СПГ вполне можно рассматривать, как полноценную альтернативу дизелю на маршрутах длиной в 300–1000 км с одной заправки.
Газовые СПГ-грузовики имеют два основных преимущества, и в качестве примера принято ставить в пример опыт КНР, где сейчас сконцентрирован самый большой парк автотранспорта в мире.
В Китае, где применение СПГ в коммерческих автомобилях в последнее время очень распространилось, отмечают, что литр дизеля сейчас обходится в 7,57 юаней (73,5 руб.), в то время, как один килограмм СПГ стоит всего 4,2 юаня (40,8 руб.). В пересчёте это означает, что автоперевозчики, эксплуатирующие газовые автомобили получают экономию в размере 0,45–0,7 юаня (4,3–6,8 руб.) на каждом километре пути.
| 2017 г. | 2018 г. | |
|---|---|---|
| Всего грузовиков (кроме пикапов и SUV) | 2 587 741 | 2 794 127 |
| Седельные тягачи, из них: | 585 193 | 470 283 |
| дизельные | 527 247 | 418 914 |
| электротягачи | 321 | 95 |
| газовые | 57 625 | 51 274 |
| Тяжёлые грузовики, из них: | 564 471 | 642 082 |
| дизельные | 560 527 | 629 172 |
| бензиновые | 10 | – |
| электрические | 184 | 1374 |
| газовые | 3750 | 11 536 |
| Среднетоннажные грузовики, из них: | 234 013 | 172 573 |
| дизельные | 232 425 | 171 589 |
| бензиновые | 5 | 65 |
| электрические | 1426 | 385 |
| топливные элементы | – | 39 |
| газовые | 157 | 495 |
| Лёгкие грузовики, из них: | 1 738 310 | 1877 752 |
| дизельные | 1 381 399 | 1 391 515 |
| бензиновые | 306 250 | 442 426 |
| гибридные | 157 | 1044 |
| электрические | 50 377 | 42 589 |
| газовые | 127 | 178 |
| Мини-грузовики, из них: | 560 711 | 628 031 |
| дизельные | 60 418 | 20 462 |
| бензиновые | 493 023 | 576 231 |
| электрические | 7270 | 31 338 |
Выхлопы газовых грузовиков и автобусов наносят намного меньший вред окружающей среде. Выполнение экологических норм Euro 5 у СПГ-транспорта вообще обходится без громоздкой системы нейтрализации и раствора мочевины. А количество СО2 в выхлопе значительно ниже, чем у дизельного двигателя.
Кроме двух главных преимуществ, есть ещё и второстепенные:
- жидкое газовое топливо невозможно украсть;
- зимой не нужно беспокоиться об СПГ, оно никогда не замёрзнет.
Среди мировых лидеров по числу газобаллонных автомобилей лидируют Китай (5,3 млн автомобилей), Пакистан (3,1 млн), Индия и Иран (по 4 млн). Львиная доля (60–70%) приходится на легковой транспорт.
Чтобы понять, сколько в Китае экологически чистого коммерческого транспорта и какова его перспектива, достаточно привести свежую статистику производства. Доля газомоторной коммерческой техники в 2018 году достигла 3,27% для грузовиков и 3,22% для автобусов. Разбиение по классам, видам топлива и используемой тяги даёт богатую пищу для размышлений и о перспективе электрогрузовиков и электробусов, выпуск которых составляет 2,71% и 14%, соответственно.
| 2017 г. | 2018 г. | |
|---|---|---|
| Всего автобусов | 526 049 | 454 423 |
| Большой и особо большой класс, из них: | 93 270 | 77 724 |
| дизельные | 33 333 | 30 348 |
| бензиновые | 38 | 73 |
| гибридные | – | 1 |
| гибридные PHEV | 9188 | 4540 |
| электробусы | 43 371 | 41 114 |
| топливные элементы | 1 | 175 |
| газовые | 7339 | 8495 |
| Средний класс, из них: | 85 115 | 72 682 |
| дизельные | 38 980 | 25 406 |
| бензиновые | 4736 | 5428 |
| гибридные | 3163 | 3661 |
| гибридные PHEV | 35 283 | 34 405 |
| электробусы | 31 | 240 |
| газовые | 2922 | 3542 |
| Малый класс, из них: | 347 664 | 334 322 |
| дизельные | 252 632 | 230 543 |
| бензиновые | 66 316 | 54 030 |
| гибридные | 61 | 3 |
| гибридные PHEV | 299 | 1 472 |
| электробусы | 26 837 | 22 972 |
| топливные элементы | 98 | 390 |
| газовые | 1 421 | 24 912 |
Ёмкости для газа
Они могут иметь объём от 0,4 до 50 л. Такие баллоны могут использоваться в течение десятков лет. Эти ёмкости могут применяться не только для выдачи потребителям, но и для хранения или промежуточной транспортировки. Ёмкости в обязательном порядке должны соответствовать требованиям ГОСТа 949-73.
Для указанного использования применяются цельнолитые баллоны, имеющие в своём составе конструкционную сталь марки 45Д, а также легированную марки 40ХГСА. Каждая модель используется с условием, что давление газа не превысит предельную величину. При ёмкости не выше 20 л она составляет 20 МПа, для больших может достигать 20 МПа.
Углекислотный огнетушительИсточник tps72.com
Толщина стенок баллона составляет 7 мм. Резервуары делают из трубчатых металлических заготовок, диаметр которых соответствует размеру баллона. С одной стороны, методом обжима делают сферическую поверхность, с другой — создают горловину, через которую будет поступать сжиженный газ. На неё необходимо напрессовать кольцо, которое позволит надёжно прикрепить вентиль. Колпак будет надет на него для того, чтобы защитить от механических повреждений.
Для баллонов предусмотрена специальная маркировка. Общий цвет является чёрным, для надписей применяется оранжевый цвет. Не ёмкостях должны быть надписи «Углекислота», «Двуокись углерода» или «CO2».
Устройство баллонов предусматривает наличие таких элементов:
- Для устойчивости в баллоне используется специальный башмак прямоугольной формы.
- Резервуар, в который закачивается сжиженный газ.
- Запорный латунный вентиль, использующий правую резьбу.
- Предохранительный стальной колпак.
- Кольца из резины, которые располагаются вдоль цилиндрической части резервуара.
Через каждые пять лет эксплуатации баллоны должны проходить осмотр и аттестацию, которая подтверждает исправность и пригодность для последующего использования. Дата последнего освидетельствования указывается на баллоне. Надпись помещают на зачищенную горловину и обводят кружком, нарисованным жёлтой краской.
Самостоятельная заправка баллонаИсточник ballony.com.ua
Зачем сжижают природный газ?
Из недр земли голубое топливо добывается в виде смеси из метана, этана, пропана, бутана, гелия, азота, сероводорода и других газов, а также различных их производных.
Часть из них применяется в химической промышленности, а часть сжигается в котлах или турбинах для генерации тепловой и электрической энергии. Плюс некоторый объем добытого используется в качестве газомоторного горючего.
Основная причина сжижения природного газа – упрощение его перевозки на дальние расстояния. Если потребитель и скважина добычи газового топлива находятся на суше недалеко друг от друга, то проще и выгодней проложить между ними трубу. Но в ряде случаев магистраль строить выходит слишком дорого и проблематично из-за географических нюансов. Поэтому и прибегают к различным технологиям получения СПГ либо СУГ в жидком виде.
Экономика и безопасность перевозок
После того как газ сжижен, он уже в виде жидкости закачивается в специальные емкости для перевозки морским, речным, автомобильным и/или железнодорожным транспортом. При этом технологически сжижение является достаточно затратным с энергетической точки зрения процессом.
На разных заводах на это уходит до 25% от исходного объема топлива. То есть для выработки нужной по технологии энергии приходиться сжигать до 1 тонны СПГ на каждые его три тонны в готовом виде. Но природный газ сейчас сильно востребован, все окупается.
Пока природный газ находится в состоянии жидкости, он не горюч и взрывобезопасен. Только после испарения в ходе регазификации, полученная газовая смесь оказывается пригодна для сжигания в котлах и варочных плитах. Поэтому, если СПГ или СУГ используются как углеводородное топливо, то их обязательно приходится регазифицировать.
Использование в различных сферах
Чаще всего термины «сжиженный газ» и «сжижение газа» упоминаются в контексте перевозки углеводородного энергоносителя. То есть сначала происходит добыча голубого топлива, а потом его преобразование в СУГ или СПГ. Дальше полученную жидкость перевозят и после вновь возвращают в газообразное состояние для того или иного применения.
СУГ из пропан-бутана в основном используют в качестве:
- газомоторного топлива;
- горючего для закачки в газгольдеры автономных систем отопления;
- жидкостей для заправки зажигалок и газовых баллонов емкостью от 200 мл до 50 л.
СПГ обычно производят исключительно для перевозки на дальние расстояния. Если для хранения СУГ достаточно емкости, способной выдержать давление в несколько атмосфер, то для сжиженного метана требуются специальные криогенные резервуары.
Оборудование для хранения СПГ отличается высокой технологичностью и занимает много места. Использовать такое топливо в легковых автомобилях не выгодно из-за дороговизны баллонов. Грузовики на СПГ в виде единичных экспериментальных моделей уже по дорогам ездят, но в сегменте легковушек это «жидкое» горючее вряд ли в ближайшем будущем найдет себе широкое применение.
Сжиженный метан как топливо сейчас все чаще используется при эксплуатации:
- железнодорожных тепловозов;
- морских судов;
- речного транспорта.
Помимо использования в качестве энергоносителя LPG и LNG также применяются непосредственно в жидком виде на газо-нефтехимических заводах. Из них делают различные пластмассы и иные материалы на углеводородной основе.
