ก๊าซเหลวทำอย่างไรและทำไม: เทคโนโลยีการผลิตและขอบเขตการใช้ก๊าซเหลว

เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการผลิต การขนส่ง และการแปรรูปก๊าซธรรมชาติกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วและหลายๆ คนในปัจจุบันก็ได้ยินคำย่อ LPG และ LNG เกือบทุกวันเว้นวัน มีการกล่าวถึงเชื้อเพลิงก๊าซธรรมชาติในข่าวในบริบทใดบริบทหนึ่ง

แต่คุณคงเห็นแล้วว่า เพื่อให้เข้าใจได้อย่างชัดเจนว่าเกิดอะไรขึ้น สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจตั้งแต่แรกว่าก๊าซถูกทำให้เป็นของเหลวได้อย่างไร เหตุใดจึงต้องทำ และมีประโยชน์หรือไม่ให้ประโยชน์อะไรบ้าง และมีความแตกต่างมากมายในปัญหานี้

เพื่อสร้างก๊าซไฮโดรคาร์บอนให้เป็นของเหลว จึงมีการสร้างโรงงานเทคโนโลยีขั้นสูงขนาดใหญ่ ต่อไปเราจะพิจารณาอย่างรอบคอบว่าเหตุใดจึงจำเป็นทั้งหมดนี้และเกิดขึ้นได้อย่างไร

ทำไมก๊าซธรรมชาติถึงกลายเป็นของเหลว?

เชื้อเพลิงสีน้ำเงินถูกสกัดจากบาดาลของโลกในรูปแบบของส่วนผสมของมีเทน, อีเทน, โพรเพน, บิวเทน, ฮีเลียม, ไนโตรเจน, ไฮโดรเจนซัลไฟด์และก๊าซอื่น ๆ รวมถึงอนุพันธ์ต่างๆ

บางส่วนใช้ในอุตสาหกรรมเคมี และบางส่วนถูกเผาในหม้อไอน้ำหรือกังหันเพื่อสร้างพลังงานความร้อนและไฟฟ้า นอกจากนี้ปริมาตรที่สกัดได้บางส่วนยังใช้เป็นเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์แก๊สอีกด้วย

การคำนวณโดยคนงานก๊าซแสดงให้เห็นว่าหากจำเป็นต้องส่งมอบเชื้อเพลิงสีน้ำเงินในระยะทาง 2,500 กม. ขึ้นไป ในรูปแบบของเหลว มักจะให้ผลกำไรมากกว่าในการขนส่งทางท่อ

เหตุผลหลักที่ทำให้ก๊าซธรรมชาติกลายเป็นของเหลวคือเพื่อลดความยุ่งยากในการขนส่งในระยะทางไกล หากผู้บริโภคและบ่อผลิตเชื้อเพลิงก๊าซตั้งอยู่บนที่ดินไม่ไกลจากกันการวางท่อระหว่างกันจะง่ายกว่าและให้ผลกำไรมากกว่าแต่ในบางกรณี การสร้างทางหลวงมีราคาแพงเกินไปและเป็นปัญหาเนื่องจากความแตกต่างทางภูมิศาสตร์ ดังนั้นจึงใช้เทคโนโลยีต่างๆ ในการผลิต LNG หรือ LPG ในรูปของเหลว

เศรษฐศาสตร์และความปลอดภัยในการขนส่ง

หลังจากที่ก๊าซกลายเป็นของเหลวแล้ว ก๊าซจะถูกปั๊มให้เป็นของเหลวลงในภาชนะพิเศษสำหรับการขนส่งทางทะเล แม่น้ำ ถนน และ/หรือทางรถไฟ ในขณะเดียวกัน ในทางเทคโนโลยี การทำให้กลายเป็นของเหลวเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างมีค่าใช้จ่ายสูงเมื่อพิจารณาจากมุมมองของพลังงาน

ในโรงงานต่างๆ จะใช้เชื้อเพลิงถึง 25% ของปริมาตรเชื้อเพลิงเดิม นั่นคือ เพื่อสร้างพลังงานที่เทคโนโลยีต้องการ คุณจะต้องเผาผลาญ LNG มากถึง 1 ตันต่อทุกๆ 3 ตันในรูปแบบที่เสร็จสมบูรณ์ แต่ปัจจุบันก๊าซธรรมชาติเป็นที่ต้องการอย่างมาก และทุกอย่างก็ได้รับผลตอบแทนที่ดี

ในรูปแบบของเหลว มีเทน (โพรเพนบิวเทน) มีปริมาตรน้อยกว่าในสถานะก๊าซถึง 500–600 เท่า

แม้ว่าก๊าซธรรมชาติจะเป็นของเหลว แต่ก็ไม่ติดไฟและไม่ระเบิด หลังจากการระเหยระหว่างการแปรสภาพเป็นแก๊สเท่านั้นจึงจะเกิดผล ส่วนผสมของก๊าซ ปรากฏว่าเหมาะแก่การเผาครับ หม้อไอน้ำ และหม้อหุงข้าว ดังนั้นหากใช้ LNG หรือ LPG เป็นเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน จะต้องเปลี่ยนก๊าซให้เป็นก๊าซอีกครั้ง

การใช้งานในด้านต่างๆ

บ่อยครั้งที่มีการกล่าวถึงคำว่า "ก๊าซเหลว" และ "การทำให้ก๊าซกลายเป็นของเหลว" ในบริบทของการขนส่งตัวพาพลังงานไฮโดรคาร์บอน นั่นคือขั้นแรก เชื้อเพลิงสีน้ำเงินจะถูกสกัด จากนั้นจึงแปลงเป็น LPG หรือ LNG จากนั้นของเหลวที่ได้จะถูกขนส่งและกลับสู่สถานะก๊าซเพื่อการใช้งานอย่างใดอย่างหนึ่ง

LPG (ก๊าซปิโตรเลียมเหลว) ประกอบด้วยส่วนผสมโพรเพนบิวเทนตั้งแต่ 95% ขึ้นไป และ LNG (ก๊าซธรรมชาติเหลว) มีเทน 85–95%สิ่งเหล่านี้คล้ายกันและในขณะเดียวกันก็มีเชื้อเพลิงประเภทที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง

LPG จากโพรเพนบิวเทนส่วนใหญ่จะใช้เป็น:

• เชื้อเพลิงเครื่องยนต์แก๊ส
• เชื้อเพลิงสำหรับสูบเข้าถังแก๊สของระบบทำความร้อนอัตโนมัติ
• ของเหลวสำหรับเติมไฟแช็คและถังแก๊สที่มีความจุตั้งแต่ 200 มล. ถึง 50 ลิตร

โดยทั่วไปแล้ว LNG จะผลิตขึ้นเพื่อการขนส่งทางไกลโดยเฉพาะ หากภาชนะที่สามารถทนต่อแรงกดดันได้หลายบรรยากาศเพียงพอสำหรับเก็บ LPG ก็จำเป็นต้องใช้ถังแช่แข็งแบบพิเศษสำหรับมีเทนเหลว

อุปกรณ์จัดเก็บ LNG เป็นเทคโนโลยีขั้นสูงและใช้พื้นที่มาก การใช้เชื้อเพลิงดังกล่าวในรถยนต์นั่งไม่ได้ผลกำไรเนื่องจากกระบอกสูบมีราคาสูง รถบรรทุกที่ใช้พลังงาน LNG ในรูปแบบของโมเดลทดลองเดี่ยวกำลังขับอยู่บนถนนอยู่แล้ว แต่ในกลุ่มรถยนต์นั่งส่วนบุคคล เชื้อเพลิง "ของเหลว" นี้ไม่น่าจะมีการใช้อย่างแพร่หลายในอนาคตอันใกล้นี้

ปัจจุบันมีเทนเหลวเป็นเชื้อเพลิงถูกนำมาใช้ในการดำเนินงานมากขึ้น:

• ตู้รถไฟดีเซล;
• เรือเดินทะเล
• การขนส่งทางแม่น้ำ

นอกจากจะใช้เป็นตัวพาพลังงานแล้ว LPG และ LNG ยังใช้โดยตรงในรูปของเหลวในโรงงานก๊าซและปิโตรเคมีอีกด้วย ใช้ในการผลิตพลาสติกหลายชนิดและวัสดุที่มีส่วนประกอบหลักจากไฮโดรคาร์บอน

เทคโนโลยีการรับ LPG และ LNG

หากต้องการเปลี่ยนมีเทนจากก๊าซเป็นของเหลว จะต้องทำให้เย็นลงที่ -163 °C และโพรเพนบิวเทนเหลวที่อุณหภูมิ -40 °C. ดังนั้น เทคโนโลยีและต้นทุนในทั้งสองกรณีจึงแตกต่างกันมาก

LNG หนึ่งลิตรมีค่าประมาณ 1.38 ลูกบาศก์เมตร m ของก๊าซธรรมชาติเริ่มต้น (ตัวเลขนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน) ปริมาณลดลง - ประมาณ 620 เท่า

เทคโนโลยีต่อไปนี้จากบริษัทต่างๆ ใช้ในการทำให้ก๊าซธรรมชาติกลายเป็นของเหลว:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• เพิ่มประสิทธิภาพ Cascade;
• ดีเอ็มอาร์;
• พรีโก;
• เอ็มเอฟซี;
• GTL และคณะ

ทั้งหมดขึ้นอยู่กับกระบวนการอัดและ/หรือการแลกเปลี่ยนความร้อน การดำเนินการทำให้กลายเป็นของเหลวเกิดขึ้นที่โรงงานในหลายขั้นตอน ในระหว่างนั้นก๊าซจะถูกค่อยๆ บีบอัดและทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่เปลี่ยนสถานะเป็นสถานะของเหลว

การเตรียมส่วนผสมของก๊าซ

ก่อนที่คุณจะสามารถทำให้ก๊าซธรรมชาติดิบกลายเป็นของเหลวได้ คุณต้องกำจัดน้ำ ฮีเลียม ไฮโดรเจน ไนโตรเจน สารประกอบซัลเฟอร์ และสิ่งสกปรกอื่นๆ ออกไปก่อน เพื่อจุดประสงค์นี้ เทคโนโลยีการดูดซับมักจะใช้เพื่อการทำให้ส่วนผสมของก๊าซบริสุทธิ์อย่างล้ำลึกโดยการส่งผ่านตะแกรงโมเลกุล

จากนั้นขั้นตอนที่สองของการเตรียมวัตถุดิบจะเกิดขึ้นในระหว่างที่มีการกำจัดไฮโดรคาร์บอนหนักออก เป็นผลให้มีเพียงอีเทนและมีเทน (หรือโพรเพนและบิวเทน) ที่มีปริมาตรสิ่งเจือปนน้อยกว่า 5% เท่านั้นที่ยังคงอยู่ในก๊าซเพื่อให้เศษส่วนนี้เริ่มถูกทำให้เย็นลงและเป็นของเหลว

การเตรียมเบื้องต้นโดยการกำจัดทุกสิ่งที่ไม่จำเป็นออกจากก๊าซธรรมชาติจะดำเนินการเพื่อปกป้องอุปกรณ์ทำความเย็นจากผลกระทบเชิงรุกของน้ำคาร์บอนไดออกไซด์สารประกอบกำมะถัน ฯลฯ

การแยกส่วนช่วยให้คุณกำจัดสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายและแยกเฉพาะก๊าซหลักเพื่อให้กลายเป็นของเหลวในภายหลัง ที่ความดัน 1 atm อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวสำหรับมีเทนคือ -163 °C สำหรับอีเทน -88 °C สำหรับโพรเพน -42 °C และสำหรับบิวเทน -0.5 °C

ความแตกต่างของอุณหภูมิเหล่านี้เองที่อธิบายเหตุผลว่าทำไมก๊าซที่เข้าสู่โรงงานถูกแบ่งออกเป็นเศษส่วนและกลายเป็นของเหลวเท่านั้น ไม่มีเทคโนโลยีการทำให้เป็นของเหลวเพียงครั้งเดียวสำหรับสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่เป็นก๊าซทุกประเภท จำเป็นต้องสร้างและใช้สายการผลิตของตนเองสำหรับแต่ละคน

กระบวนการทำให้เป็นของเหลวขั้นพื้นฐาน

พื้นฐานสำหรับการแปลงก๊าซให้เป็นสถานะของเหลวคือวงจรการทำความเย็นในระหว่างที่ความร้อนถูกถ่ายเทโดยสารทำความเย็นหนึ่งตัวหรือตัวอื่นจากสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำไปยังสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิที่สูงกว่า กระบวนการนี้เป็นแบบหลายขั้นตอนและต้องใช้คอมเพรสเซอร์ที่ทรงพลังสำหรับการขยาย/การบีบอัดของสารหล่อเย็นและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

เทคโนโลยีการบีบอัดเป็นเทคโนโลยีขั้นสูง ใช้พลังงานมาก และมีราคาแพง แต่ในรอบเดียวจะทำให้สามารถบีบอัดก๊าซได้ 5–12 ครั้งในคราวเดียว

สิ่งต่อไปนี้ถูกใช้เป็นสารทำความเย็นในขั้นตอนต่างๆ ของการทำให้กลายเป็นของเหลว:

• โพรเพน;
• มีเทน;
• อีเทน;
• ไนโตรเจน;
• น้ำ (ทะเลและบริสุทธิ์);
• อากาศ.

ตัวอย่างเช่น สำหรับการทำความเย็นเบื้องต้นของก๊าซธรรมชาติที่ Yamal LNG ของ Novatek จะใช้อากาศเย็นจากอาร์กติก ซึ่งช่วยให้อุณหภูมิของวัตถุดิบตั้งต้นลดลงด้วยต้นทุนขั้นต่ำทันทีถึง +10 °C และในช่วงฤดูร้อนจะมีการใช้น้ำทะเลจากมหาสมุทรอาร์กติกแทนซึ่งไม่ว่าจะช่วงเวลาใดของปี ที่ระดับความลึกคงที่ 3-4 ° C

ในเวลาเดียวกัน ไนโตรเจนที่ได้รับโดยตรงจากอากาศจะถูกนำมาใช้เป็นสารทำความเย็นขั้นสุดท้ายใน Yamal ด้วยเหตุนี้ อาร์กติกจึงจัดหาทุกสิ่งที่จำเป็นในการผลิต LNG ตั้งแต่ก๊าซธรรมชาติตั้งต้นไปจนถึงสารทำงานที่ใช้ในกระบวนการทำให้เป็นของเหลว

โพรเพนทำให้เป็นของเหลวในลักษณะเดียวกับมีเทน ต้องการอุณหภูมิการทำความเย็นที่ต่ำกว่ามากเท่านั้น - ลบ 42 °C เทียบกับลบ 163 °C จึงเกิดการเหลว ก๊าซสำหรับถังแก๊ส มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าหลายเท่า แต่ผลลัพธ์ของโพรเพนบิวเทน LPG นั้นเป็นที่ต้องการของตลาดน้อยลง

การขนส่งและการเก็บรักษา

LNG เกือบทั้งหมดถูกขนส่งโดยเรือบรรทุกก๊าซทะเลขนาดใหญ่จากชายฝั่งหนึ่งไปอีกชายฝั่งหนึ่งการขนส่งทางบกถูกจำกัดด้วยความจำเป็นในการรักษาอุณหภูมิของ “เชื้อเพลิงสีน้ำเงินเหลว” ไว้ที่ค่าประมาณ -160 ° C มิฉะนั้น มีเทนจะเริ่มเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซและเกิดการระเบิดได้

ในการขนส่ง LPG จะใช้ถังขนาด 5–50 ลิตรที่มีแรงดันภายในสูงถึง 1.5–2 MPa และถังบรรจุขนาดใหญ่ที่ออกแบบมาสำหรับ 5–17 MPa

ความดันในถัง LNG ใกล้เคียงกับบรรยากาศ อย่างไรก็ตาม หากอุณหภูมิของมีเทนเหลวสูงกว่า -160 °C ก็จะเริ่มเปลี่ยนจากของเหลวเป็นก๊าซ ส่งผลให้แรงดันในภาชนะเริ่มเพิ่มขึ้นซึ่งก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรง ดังนั้นเรือบรรทุก LNG จึงติดตั้งหน่วยบำรุงรักษาอุณหภูมิต่ำและฉนวนกันความร้อนชั้นหนา

LPG จะถูกแปรสภาพเป็นก๊าซโดยตรงในถังแก๊ส และการเปลี่ยนสภาพเป็นก๊าซ LNG จะดำเนินการในโรงงานอุตสาหกรรมพิเศษที่ไม่มีการเข้าถึงออกซิเจน ตามหลักฟิสิกส์ มีเทนเหลวที่อุณหภูมิบวกจะค่อยๆ กลายเป็นก๊าซ อย่างไรก็ตาม หากสิ่งนี้เกิดขึ้นโดยตรงในอากาศนอกสภาวะพิเศษ กระบวนการดังกล่าวจะทำให้เกิดการระเบิด

หลังจากที่ก๊าซธรรมชาติในรูปของ LNG ถูกทำให้กลายเป็นของเหลวที่โรงงาน แล้วจะถูกขนส่ง และจากนั้นอีกครั้งที่โรงงาน (การเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซเท่านั้น) จะถูกแปลงกลับเป็นสถานะก๊าซเพื่อใช้ต่อไป

แนวโน้มของไฮโดรเจนเหลว

นอกเหนือจากการทำให้เป็นของเหลวโดยตรงและการใช้ในรูปแบบนี้แล้ว ยังสามารถรับตัวพาพลังงานอื่นจากก๊าซธรรมชาติ - ไฮโดรเจนได้อีกด้วย มีเทนคือ C H₄, โพรเพน ซี₃เอ็น₈และบิวเทน C₄เอ็น₁₀.

ส่วนประกอบของไฮโดรเจนมีอยู่ในเชื้อเพลิงฟอสซิลเหล่านี้ คุณเพียงแค่ต้องแยกมันออก

ข้อได้เปรียบหลักของไฮโดรเจนคือความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและการเกิดขึ้นอย่างกว้างขวางในธรรมชาติอย่างไรก็ตามราคาที่สูงของการทำให้เป็นของเหลวและการสูญเสียเนื่องจากการระเหยอย่างต่อเนื่องทำให้ข้อดีเหล่านี้ลดลงจนแทบไม่มีอะไรเลย

หากต้องการเปลี่ยนไฮโดรเจนจากก๊าซให้เป็นของเหลว จะต้องทำให้เย็นลงถึง -253 °C เพื่อจุดประสงค์นี้ จะใช้ระบบระบายความร้อนแบบหลายขั้นตอนและการติดตั้งแบบ "บีบอัด/ขยาย" ปัจจุบันเทคโนโลยีดังกล่าวมีราคาแพงเกินไป แต่กำลังดำเนินการเพื่อลดต้นทุน

เราขอแนะนำให้อ่านบทความอื่นของเราซึ่งเราได้อธิบายรายละเอียดวิธีสร้างเครื่องกำเนิดไฮโดรเจนสำหรับบ้านด้วยมือของคุณเอง รายละเอียดเพิ่มเติม - ไปได้เลย ลิงค์.

นอกจากนี้ ไฮโดรเจนเหลวยังแตกต่างจาก LPG และ LNG ตรงที่ระเบิดได้ง่ายกว่ามาก การรั่วไหลเพียงเล็กน้อยเมื่อรวมกับออกซิเจนจะทำให้เกิดส่วนผสมของก๊าซและอากาศที่จุดประกายด้วยประกายไฟเพียงเล็กน้อย และการจัดเก็บไฮโดรเจนเหลวสามารถทำได้ในภาชนะแช่แข็งแบบพิเศษเท่านั้น เชื้อเพลิงไฮโดรเจนยังคงมีข้อเสียมากเกินไป

บทสรุปและวิดีโอที่เป็นประโยชน์ในหัวข้อ

ก๊าซเหลวเกิดขึ้นได้อย่างไร และเหตุใดจึงกลายเป็นของเหลว:

ทุกอย่างเกี่ยวกับก๊าซเหลว:

มีเทคโนโลยีหลายอย่างในการทำให้ก๊าซเหลว สำหรับมีเธนพวกมันเป็นของพวกเขา และสำหรับโพรเพนบิวเทนพวกมันก็เป็นของพวกเขา ในขณะเดียวกัน การซื้อ LPG ก็ถูกกว่า และการขนส่ง/จัดเก็บก็ง่ายกว่าและปลอดภัยกว่าด้วย การผลิตมีเทน LNG เป็นกระบวนการที่มีราคาแพงและซับซ้อนกว่า นอกจากนี้ การแปรสภาพเป็นแก๊สต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ ในขณะเดียวกัน มีเทนก็เป็นที่ต้องการของตลาดมากขึ้นในปัจจุบัน ดังนั้นจึงถูกทำให้เป็นของเหลวในปริมาณที่มากขึ้น

คุณมีคำถามชี้แจงหรือความคิดเห็นของผู้เชี่ยวชาญเกี่ยวกับหัวข้อการทำให้ก๊าซเหลวหรือไม่? บางทีคุณอาจมีบางอย่างที่จะเพิ่มข้างต้น อย่าลังเลที่จะถามและ/หรือแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับบทความในช่องด้านล่าง