液化天然氣:全球生產和技術

液化天然氣:全球生產和技術
圖片: Oleksandr Kalinichenko | Dreamstime
分享

經常在科學文獻中發現,縮寫 LNG 對讀者或其他感興趣的人來說並不總是很清楚,因此關於如何翻譯 LNG 及其含義的問題會不時出現。

什麼是液化天然氣?

LNG或液化天然氣是對產生的甲烷、乙烷氣進行二次沖擊的產物,為便於其運輸和儲存而獲得。在壓縮階段,加入氮氣。

氣體的主要成分是甲烷,其濃度不低於質量的75%。天然氣與液化氣有何不同?後者俱有以下特點:

  • 它無色無味(天然氣有臭雞蛋味,因為它含有硫化合物-硫醇,提取後加入氣味劑,讓您及時發現洩漏);
  • LNG 密度幾乎是水的一半 (0.425-0.46 kg/l);
  • 在 -159°C 時發生沸騰;
  • 在這種聚合狀態下不可燃;
  • 沒有毒性作用;
  • 氣體沒有腐蝕性;
  • 蒸氣的燃燒反應伴隨著二氧化碳和水蒸氣的釋放;
  • 在 25°C 和 760 毫米的開放空間條件下。室溫。柱壓縮氣體呈原始氣態,溶解在空氣中;
  • 在蒸發過程中,如果氣體與火焰源接觸(空氣中點火所需的濃度為 5-15% vol. – 也就是說,在低於和高於這些值時不會發生點火),則氣體會被點燃)。
石油是黑金
石油是黑金

由此可見,天然氣與液化氣的區別是顯而易見的。

天然氣如何液化

生產液化產品的主要目標是:

  • 將最終產品作為貿易項目接收;
  • 丁烷、丙烷、乙烷氣體餾分的分離;
  • 氦氣提取。
LNG
圖片: Phonprom | Dreamstime
分餾在低溫(低至 -168°C)下進行。這些條件導致液化天然氣的密度比傳統的降低了600倍。大約 1380 m³ 的天然氣可以通過冷卻壓縮成 1000 kg 的 LNG。這些是液化氣與天然氣的大致比例。

在生產中,使用多級技術進行氣體液化。從一個階段到另一個階段的轉變的特點是流動的 12 倍壓縮,直到流動的聚合狀態發生變化。這種方法的缺點是輸出端的能量損失達到 25%。

迄今為止,已開發出兩種獲取 LNG 的技術:

  • 壓縮;
  • 基於熱交換過程的技術。

在第一種情況下,冷凝過程以恆定壓力進行,這對整體能量強度產生負面影響。在第二個變體中,氣流被冷卻,然後急劇節流到所需的溫度參數,然而,在第一階段之後,氣體液化程度僅為 4%。出路是使用將冷卻效率提高到 100% 的級聯技術。

煤炭:煤炭的來源、性質和分類
煤炭:煤炭的來源、性質和分類

在 LNG 的生產中必須特別注意高質量的熱交換和絕緣設備,因為它決定了額外電力成本的可能性。因此,當 100,000 m3 的氣體混合物通過反應器或熱交換器時,溫度會下降 1°C,以功率計的壓縮成本會增加 5 kW。

氣體混合物液化技術有七種操作選擇:

  • 對於大容量 LNG 生產,82% 選擇 Air Products 製造工藝:AP-SMR、AP-C3MR、AP-X。
  • 排在第二位的是一項名為 Optimized Cascade 的技術,該技術全部歸 ConocoPhillips 所有;
  • 第三個位置是用於封閉工業場所的小型 GTL 裝置;
  • 全球液化天然氣生產中的獨立安裝單元廣泛用於天然氣發動機燃料的合成循環。

為了確保氣田的可用性(關於海上生產),特種海船以及配備製冷設備的浮動平台(由殼牌開發)投入運營 – 事實上,液化是根據原位機制發生的。

LNG
圖片: Pere Sanz | Dreamstime

不可能對每種方法的有效性做出明確的結論,因為它取決於並且僅由環境決定。

但是,如果我們考慮到俄羅斯生產液化天然氣的單一工廠,那麼其設備如下:

  • 用於製備起始材料的設備,特別是氣體淨化系統;
  • 主流程循環設備;
  • 循環水、冷凝水、工藝蒸汽管線;
  • 專為儲存液體而設計的密封罐,低溫罐型(Doire 容器);
  • 無蒸發損失的LNG裝載運輸設備;
  • 運輸油輪和其他交通工具;
  • 不間斷電源和冷水作為製冷劑。

最近,最受關注的是能夠節省高達 50% 的能源成本以獲得目標產品的技術。它是基於液化氣自身能量(潛力)的利用和當主管道中的壓力降低到用戶壓力水平(大約從6 MPa到1.2 MPa)時流動的自然冷卻。

液化天然氣生產歷史

在 20 世紀初,第一次嘗試以一次生產的規模獲得壓縮天然氣。 20世紀17年,美國工廠設法獲得液化氣,這與天然氣有著根本的區別。然而,當時沒有實施液體運輸的技術解決方案,這大大減緩了工業綜合體的發展。

鎳—未來的金屬?
鎳—未來的金屬?

根據已開發的項目,國內第一座液化天然氣生產廠於2006年建設,庫頁島2號項目為此奠定了基礎。俄羅斯天然氣工業股份公司在改善綜合體方面發揮了特殊作用,其目標是成為世界市場上現有能源公司的領導者,因此在俄羅斯建設液化天然氣工廠,其完善的生產和前景成為擴大公司在世界市場的影響力的重要一步。三年後的 2009 年,液化天然氣工廠在俄羅斯隆重啟動,該工廠在 2018 年仍在運行。

交通

輸送壓縮氣體有幾種方式:

  • 油輪海上;
  • 使用設計用於在罐中運輸氣體的車輛;
  • 在低溫罐中通過鐵路運輸。
LNG
圖片: Kamchai Charoenpongchai | Dreamstime

在到達點,產品被重新氣化 – 液體返回氣態,並通過氣體管道系統供應給消費者。

日本、韓國、比利時、西班牙和法國被認為是俄羅斯天然氣的主要消費國。

世界生產

生產國(2009 年):卡塔爾、馬來西亞、印度尼西亞、澳大利亞、阿爾及利亞、特立尼達和多巴哥,其中卡塔爾領先(產量 49.5 bcm)。

鉑金:金屬發現歷史、應用領域、採礦技術
鉑金:金屬發現歷史、應用領域、採礦技術

出口國(2009 年):日本、韓國、西班牙、法國、美國、印度,其中日本領先。然而,到 2020 年初,美國公司計劃啟動新的生產設施,總產能將超過 5780 萬噸/年。

在俄羅斯聯邦,根據 2018 年的數據,有 2 家工廠。其中第一家由俄羅斯天然氣工業股份公司、殼牌、三井和三菱擁有,液化天然氣總產能為1080萬噸/年。第二個生產液化天然氣的工廠位於亞馬爾-涅涅茨自治區,由 Novatek 擁有。該公司計劃在 Nyakhartinskoye 天然氣田建造一個額外的工廠,作為北極液化天然氣項目的一部分。

關於液化天然氣的有趣事實

  • 20 世紀末(1971 年)最大的事故發生在土庫曼斯坦,當時正在鑽探天然氣探井。一群地質學家在工作過程中遇到了地面上的一個空洞,結果帶有所有設備的安裝實際上下降了數百米。出於安全原因,決定放火燒煤氣,希望能迅速燒毀。然而,儲量如此之大,以至於今天的天然氣仍在燃燒。旅行者給這個地方起了個綽號“地獄之門”。
  • 俄羅斯的天然氣管道總長度超過地球衛星到我們距離的 2 倍。如果我們把這個值換算成赤道的大小,那麼天然氣管道的長度是後者的 20 倍。
  • 最大的 LNG 油輪是足球場長度 (345 m) 的 3.5 倍。