천연 가스의 추출, 운송 및 처리와 관련된 기술이 빠르게 발전하고 있습니다. 그리고 오늘날 많은 사람들이 LNG (LPG)와 LPG (LNG)라는 약어를 들었습니다. 거의 매일이 뉴스에서 천연 가스 연료가 어떤 맥락에서 언급되고 있습니다.
그러나 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 명확한 이해를 위해서는 가스가 액화되는 방법, 이것이 수행되는 이유 및 제공하거나 제공하지 않는 이점을 처음에 이해하는 것이 중요합니다. 그리고이 문제에는 많은 뉘앙스가 있습니다.
기체 탄화수소를 액화하기 위해 대형 첨단 시설이 건설되고 있습니다. 다음으로 우리는이 모든 것이 왜 필요한지 그리고 어떻게 발생하는지 신중하게 이해할 것입니다.
왜 천연 가스를 액화합니까?
청색 연료는 지구의 장에서 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 헬륨, 질소, 황화수소 및 기타 가스의 혼합물 및 다양한 유도체로 추출됩니다.
그중 일부는 화학 산업에서 사용되고 일부는 보일러 나 터빈에서 연소되어 열과 전기를 발생시킵니다. 또한 추출 된 일부는 가스 엔진 연료로 사용됩니다.
가스 산업의 계산에 따르면, 청색 연료를 2500km 이상의 거리에서 공급해야하는 경우 액화 형태로 파이프 라인보다이 방법을 사용하는 것이 더 유리합니다
천연 가스를 액화하는 주된 이유는 장거리 운송이 단순화되기 때문입니다. 소비자와 가스 연료 우물이 서로 가까운 땅에 있다면, 그들 사이에 파이프를 놓는 것이 더 쉽고 더 유리합니다. 그러나 어떤 경우에는 고속도로를 건설하는 것이 지리적 뉘앙스로 인해 너무 비싸고 문제가 있습니다. 따라서 액체 형태의 LNG 또는 LPG를 생산하기위한 다양한 기술에 의존합니다.
경제 및 교통 보안
가스가 액화 된 후에는 이미 바다, 강, 도로 및 / 또는 철도로 운송하기 위해 액체 형태로 특수 용기에 펌핑됩니다. 동시에 기술적으로 액화는 에너지 관점에서 상당히 비싼 공정입니다.
다른 공장에서는 초기 연료량의 최대 25 %를 차지합니다. 즉, 기술에 필요한 에너지를 생성하려면 완성 된 형태로 3 톤마다 1 톤의 LNG를 태워야합니다. 그러나 천연 가스는 현재 큰 수요가 있으며 모든 것이 지불됩니다.
액화 형태에서, 메탄 (프로판-부탄)은 기체 상태보다 500-600 배 작은 부피를 차지합니다.
천연 가스는 액체 상태이지만 불연성 및 비 폭발성입니다. 재기 화 중 증발 후에 만 생성 된 가스 혼합물은 보일러 및 스토브에서의 연소에 적합합니다. 따라서 LNG 또는 LPG를 탄화수소 연료로 사용하는 경우 재기 화해야합니다.
다양한 분야에서 사용
대부분의 경우, "액화 가스"및 "가스 액화"라는 용어는 탄화수소 에너지의 수송과 관련하여 언급된다. 즉, 최초의 청색 연료 생산이 발생한 다음 LPG 또는 LNG로 전환됩니다. 다음으로, 생성 된 액체는 운송 된 후 하나 또는 다른 응용을 위해 다시 기체 상태로 복귀된다.
95 % 이상의 LHG (액화 석유 가스)는 프로판-부탄 혼합물과 85-95 %의 메탄의 LNG (액화 천연 가스)로 구성됩니다. 이들은 유사하고 근본적으로 다른 유형의 연료입니다.
프로판-부탄의 LPG는 주로 다음과 같이 사용됩니다.
- 가스 엔진 연료;
- 자율 난방 시스템의 가스 탱크에 분사하기위한 연료;
- 200 ml ~ 50 리터 용량의 라이터 및 가스 실린더에 연료를 보급하기위한 액체.
LNG는 일반적으로 장거리 운송 전용으로 생산됩니다. 여러 대기압을 견딜 수있는 LPG를 보관할 수있는 충분한 용량이있는 경우 액화 메탄에 특수 극저온 탱크가 필요합니다.
LNG 저장 장비는 고도로 기술적이고 많은 공간을 차지합니다. 실린더에서 높은 비용으로 인해 자동차에서 이러한 연료를 사용하는 것은 수익성이 없습니다. 단일 실험 모델 형태의 LNG 트럭은 이미 도로를 주행하고 있지만 승용차 부문에서는이“액체”연료가 가까운 시일 내에 광범위하게 적용되지는 않을 것입니다.
연료로서 액화 메탄은 이제 운영에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
- 철도 기관차;
- 바다 선박;
- 강 운송.
LPG 및 LNG는 에너지 운반선으로 사용되는 것 외에도 가스 및 석유 화학 플랜트에서 액체 형태로 직접 사용됩니다. 그들은 다양한 플라스틱 및 기타 탄화수소 기반 재료를 만듭니다.
LPG 및 LNG 생산 기술
메탄을 기체에서 액체로 전환하려면 -163 ° C로 냉각해야합니다. 그러나 프로판-부탄은 이미 -40 ° C에서 액화됩니다. 따라서 두 경우 모두 기술과 비용이 매우 다릅니다.
1 리터의 LNG는 약 1.38 입방 미터입니다. 천연 가스 공급원의 m (이 수치는 온도와 압력에 따라 다름), 약 620 배의 부피 감소
천연 가스를 액화시키는 데 다른 회사의 다음 기술이 사용됩니다.
- AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
- 최적화 된 캐스케이드
- DMR;
- 프리 코;
- MFC
- GTL et al.
그들 모두는 압축 및 / 또는 열교환 과정을 기반으로합니다. 액화 작업은 플랜트에서 여러 단계로 이루어지며,이 단계에서 가스는 점차 압축되어 액체 상태로 전환되는 온도로 냉각됩니다.
가스 혼합물 준비
원료 천연 가스를 액화하기 전에 물, 헬륨, 수소, 질소, 황 화합물 및 기타 불순물을 제거해야합니다. 이를 위해 가스 혼합물의 정밀 정제 기술은 일반적으로 분 자체를 통과시켜 적용됩니다.
그런 다음 공급 원료 준비의 두 번째 단계가 발생하며 그 동안 중질 탄화수소가 제거됩니다. 결과적으로, 불순물이 5 % 미만인 에탄 및 메탄 (또는 프로판 및 부탄)만이 가스에 잔류하여,이 분획이 냉각 및 액화되기 시작할 수있다.
물, 이산화탄소, 황 화합물 등의 공격적인 영향으로부터 냉동 장비를 보호하기 위해 천연 가스에서 불필요한 모든 것을 제거하여 초기 준비가 수행됩니다.
분별을 통해 유해한 불순물을 제거하고 후속 액화를 위해 주 가스 만 할당 할 수 있습니다. 1 기압의 압력에서 메탄의 액체 상태로의 전이 온도는 -163 ° С, 에탄 -88 ° С, 프로판 -42 ° С 및 부탄 -0.5 ° С입니다.
이 온도 차이만으로 왜 그것들이 분수로 나뉘고 그 후에 만 식물에 들어가는 가스를 액화시키는 이유를 설명합니다. 모든 유형의 기체 탄화수소 화합물에 대한 단일 액화 기술은 없습니다. 각각에 대해 자체 생산 라인을 구축하고 적용해야합니다.
액화의 주요 과정
가스를 액체 상태로 변환하는 기초는 냉각 사이클이며,이 동안 하나의 냉매에 의해 또는 다른 매체에 의해 저온의 매체로부터 다른 매체에 의해 열이 전달된다. 이 공정은 다단계이며 열 운반기 및 열교환 기의 팽창 / 수축을위한 강력한 압축기의 가용성이 필요합니다.
압축 기술은 첨단 기술, 에너지 집약적이며 비용이 많이 들지만 한 번의 사이클로 5 ~ 12 배의 가스를 즉시 압축 할 수 있습니다.
다양한 액화 단계에서 냉매로 다음이 사용됩니다.
- 프로판;
- 메탄;
- 에탄;
- 질소;
- 물 (바다 및 정제);
- 공기.
예를 들어, Yamal-LNG Novatek에서 천연 가스의 1 차 냉각을 위해 시원한 북극 공기가 사용되어 최소 비용으로 공급 원료의 온도를 즉시 +10 ° С로 낮출 수 있습니다.그리고 더운 여름철에는 그 대신에 북극해의 해수를 사용할 계획이며, 연중 시간에 관계없이 3-4 ° C의 깊이에 있습니다.
동시에, 공기에서 그 자리에서 직접 얻은 질소는 Yamal 반도의 최종 냉매로 사용됩니다. 결과적으로 Arctic은 천연 가스 공급원에서 액화 공정에 사용되는 작동 제에 이르기까지 LNG 생산에 필요한 모든 것을 제공합니다.
프로판은 메탄과 비슷한 방식으로 액화됩니다. 냉각 온도 만이 마이너스 163 ° С에 비해 훨씬 낮은-42 ° С가 필요합니다. 따라서, 가스 홀더를위한 가스 액화는 몇 배 저렴하지만, 그 결과 프로판 부탄 LPG는 시장에서 수요가 적다.
운송 및 보관
거의 모든 양의 LNG가 한 해상에서 다른 해상으로 대형 해상 탱커로 운송됩니다. 육상 운송은 약 -160 ° C의 값으로 "액체 블루 연료"의 온도를 유지해야 할 필요성에 의해 제한됩니다. 그렇지 않으면 메탄이 가스 상태가되어 폭발하기 시작합니다.
내부 압력이 최대 1.5–2 MPa이고 5–17 MPa 용으로 설계된 더 큰 탱크 컨테이너가있는 5–50 리터의 실린더가 LPG 운송에 사용됩니다
LNG 탱크의 압력은 대기에 가깝습니다. 그러나 액체 메탄의 온도가 -160 ° C 이상으로 상승하면 액체에서 가스로 변하기 시작합니다. 결과적으로 탱크의 압력이 상승하기 시작하여 심각한 위험이 있습니다. 따라서 LNG 유조선에는 저온 시설과 강력한 단열재 층이 장착되어 있습니다.
LPG는 가스 탱크에서 직접 가스로 재기 화됩니다. LNG 재기 화는 산소가없는 특수 산업 플랜트에서 수행됩니다. 물리학에서 액체 메탄은 양의 온도에서 점차 가스로 변합니다. 그러나 이것이 특별한 조건을 벗어난 대기에서 직접 발생하면 그러한 과정으로 인해 폭발이 발생합니다.
LNG 형태의 천연 가스가 플랜트에서 액화되고 나면 운송 된 후 플랜트에서 다시 가스화 (regasification) 만 다시 사용하기 위해 가스 상태로 다시 변환됩니다.
액화 수소 전망
직접 액화 및 이러한 형태의 사용에 추가하여, 하나 이상의 에너지 운반체, 수소가 또한 천연 가스로부터 수득 될 수있다. 메탄은 CH4프로판 C3엔8부탄 C4엔10.
수소 성분은 이러한 모든 화석 연료에 존재하므로 강조하면됩니다.
수소의 주요 장점은 환경 친화 성과 광범위한 자연 발생이지만, 지속적인 증발로 인한 액화 및 손실의 높은 가격은 이러한 장점을 실질적으로 무효화합니다.
기체 상태에서 액체로 수소를 전달하기 위해서는 -253 ° C로 냉각해야합니다. 이를 위해 다단계 냉각 시스템과 압축 / 확장 장치가 사용됩니다. 이러한 기술은 너무 비싸지 만 비용을 줄이기 위해 노력하고 있습니다.
우리는 또한 다른 기사를 읽는 것이 좋습니다. 여기서 우리는 자신의 손으로 집에 수소 발생기를 만드는 방법을 자세히 설명했습니다. 자세한 내용은 링크를 따르십시오.
또한 LPG 및 LNG와 달리 액화 수소는 훨씬 더 폭발적입니다. 산소와 관련하여 누출이 가장 적 으면 가스-공기 혼합물이 생성되어 가장 작은 불꽃에서 점화됩니다. 액체 수소 저장은 특수 극저온 용기에서만 가능합니다. 여전히 수소 연료의 단점이 너무 많습니다.
액화 가스 생산 방법 및 액화 이유 :
액화 가스에 관한 모든 것 :
여러 가지 가스 액화 기술이 있습니다. 그들은 메탄과 프로판-부탄을위한 것을 가지고 있습니다. 동시에 LPG를 얻는 것이 더 저렴하고 운송 / 보관이 더 쉽고 안전합니다. 메탄 LNG를 얻는 것은 더 비싸고 복잡한 과정입니다. 또한 재기 화에는 특수 장비가 필요합니다. 동시에 메탄은 오늘날 시장에서 수요가 많기 때문에 대량으로 액화됩니다.
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