Как сжиженные углеводороды оказались универсальным и надежным топливом XXI века

Как сжиженные углеводороды оказались универсальным и надежным топливом XXI века

 

Автор: Мамедов Александр Нусратович, главный специалист г. Ташкент

 

Тема "сжиженные газы" очень интересная и привлекает со дня знакомства с процессом на уроках физики, с прочтения фантастических произведений о сжижении воздуха. При выборе темы разработок и внедрения новых технологий в газовую промышленность, актуальность темы технологии сжижения газа и получения из него топлива и ее перспективность была для инженеров очевидной. В 80-е и-90-е годы у нас в стране ничто не предвещало такого широкого и мощного разворота событий вокруг нового топлива, какое произошло в настоящее время.

 

Интерес к тематике сжиженные газы ограничивался тогда в рамках получения холода на газораспределительной станции, где использовались турбодетандеры и вихревые трубы (ВТ). и путей его использования в хозяйстве. Одним из направлений использования холода было как раз сжижение пропана и бутана и выделения его из природного газа.

 

За последние годы произошел настоящий прорыв в области сжижения природного газа в России, построены и строятся уникальные заводы в местах добычи, в северных областях страны, осваиваются технологии использования сжиженного газа в народном хозяйстве.

 

Написание статьи вызвано повышением интереса к теме сжиженного природного газа, призвано ознакомить инженеров занимающихся проектированием объектов нефтегаздобычи и переработки к сжиженным газам, с этой интересной тематикой и привлечь ее участвовать в процессе становления новейших технологий в этом прорывном направлении развития промышленности и экономики.

 

Итак, сжиженные газы. Газы отличаются от жидких тел расстоянием между молекулами. Казалось бы, поэтому, что для сжижения газа достаточно сблизить его молекулы, т. е. сильно сдавить газ. Однако оказалось, что это не так и что для превращения газа в жидкое состояние должна быть путем охлаждения газа снижена движущая (кинетическая) энергия молекул.

 

Опыт показал, что для каждого газа существует своя определенная максимальная температура, при которой можно превратить газ в жидкость при помощи давления. При температуре более высокой, чем эта температура, газ остается веществом газообразным и ни при каком давлении не превращается в жидкость. Эта температура называется критической температурой газа, а давление, которым при критической температуре можно газ превратить в жидкость, критическим давлением. Оба значения очень важны для любого газа.

 

Так например: у углекислого газа (СО₂) критическая температура -31,1°С, а критическое давление его - 73 ат. Это значит, что при - 31,1°С углекислый газ можно превратить в жидкое тело давлением в 73 ат, тогда как при температуре выше -31,1°С простым сжатием углекислый газ нельзя превратить в жидкость.

 

Сжиженные углеводородные газы (СУГ), состав может существенно различаться, основные компоненты: пропан, бутан, пропилен, изобутан, изобутилен, н-бутан и бутилен - является газом при комнатной температуре и давлении, и жидкостью при давлении 2Па. СУГ (англ. Liquefiedpetroleumgas (LPG)) — смесь сжиженных под давлением лёгких углеводородов с температурой кипения от − 50 до 0 °C.

 

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) - представляют собой смесь химических соедине-ний, состоящую в основном из водорода и углерода с различной структурой молекул, т.е. смесь углеводородов различной молекулярной массы и различного строения. Основными компонентами СУГ являются пропан и бутан, в виде примесей в них содержатся более легкие углеводороды (метан и этан) и более тяжелые (пентан). Все перечисленные компоненты являются предельными углеводородами. В состав СУГ могут входить также непредельные углеводороды: этилен, пропилен, бутилен. Бутан-бутилены могут присутствовать в виде изомерных соединений (изобутана и изобутилена).

 

Учитывая широкое применение в газовом хозяйстве именно СУГ, следует более подробно остановиться на свойствах пропана и бутана.

 

Плотность жидкой фазы газа зависит от температуры, с увеличением которой плотность уменьшается. При нормальном атмосферном давлении и температуре 15°С, плотность жидкой фазы пропана составляет 0,51 кг/л, бутана - 0,58 кг/л. Паровая фаза пропана тяжелее воздуха в 1,5 раза, бутана - в 2 раза. Температура кипения бензина выше температуры окружающей среды, а сжиженный газ испаряется при более низких температурах. Смесь этих газов отличается особенно высокой теплотой сгорания, составляющей в газовой фазе 22 000— 28 000 ккал/м³. Удельный вес сжиженных газов 2—2,7 кг/м³ а удельный вес воздуха 1,6— 2 кг/м³. Температура пламени пропан-бутана 2400-2500 °С. Температура кипения: Пропан -420°С Бутан - 0,50°С.

 

Пропан — это органическое вещество класса алканов. Химическая формула C3H8 Бесцветный газ без запаха, очень малорастворим в воде. Точка кипения -42,1С. Образует с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров от 2,1 до 9,5%. Температура самовоспламенения пропана в воздухе при давлении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) составляет 466 °С.

 

Бутан (C₄H₁₀) — органическое соединение класса алканов. Такое же название имеет смесь н-бутана и его изомера изобутана CH(CH₃)₃. Бесцветный горючий газ, без запаха, легко сжижаемый (ниже 0 °C и нормальном давлении или при повышенном давлении и обычной температуре — легколетучая жидкость).

 

Сырьем для производства сжиженных углеводородных газов (СУГ) является углеводородный газ, попутный нефтяной газ (до 12 %). Его переработка на газоперерабатывающих заводах с получением сухого отбензиненного газа (СОГ), широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), сжиженных газов (СУГ) и стабильного газового бензина (СГБ). Содержится также в газовом конденсате. Является продуктом каталитического и гидрокаталитического крекинга нефтяных фракций.

 

Попутный нефтяной газ (ПНГ) представляет собой смесь легких углеводородов и неуглеводородные составляющие, такие как гелий, аргон, сероводород, азот, углекислый газ и т.д., которые под давлением растворены в нефти. Основным компонентом ПНГ является метан, доля которого превышает 60 %. Помимо этого – этан (7–8 %), пропан (около 13 %), нормальная и изомерная формы бутана (около 10 %), соединения пентана (4–5 %). Содержание гексана и соединений с большим числом атомов углерода, как правило, не превышает 1 % . ПНГ выделяется при снижении давления во время нефтедобычи и подготовки нефти на промыслах.

 

Попутный нефтяной газ нужно отделять от нефти для того, чтобы она соответствовала требуемым стандартам. Объем и состав ПНГ зависят от района добычи и от конкретных свойств месторождения. Как правило, в зависимости от района добычи вместе с 1 т сырой нефти получают от 25 до 800 м³ такого газа.

 

Сжиженные углеводородные газы относятся к низкокипящим жидкостям, способным на-ходиться в жидком состоянии под давлением насыщенных паров.При нормальных условиях объем газообразного пропана больше в 250 раз, чем объем пропана сжиженного, при испарении 1 л сжиженного газа образуется около 250 л газообразного.

 

Нестабильность агрегатного состояния СУГ при течении по трубопроводам в зависимости от температуры, гидравлических сопротивлений, неравномерности условных проходов. Транспортирование, хранение и измерение СУГ возможны только посредством закрытых (герметизированных) систем, рассчитанных, как правило, на рабочее давление 1,6 МПа. Перекачивающие, измерительные операции требуют применения специального оборудо-вания, материалов и технологий.

 

Во всем мире, углеводородные системы и оборудование, а также устройство технологических систем подчинено единым требованиям и правилам.

 

Сжиженный газ представляет собой ньютоновскую жидкость, поэтому процессы перекачива-ния и измерения описываются общими законами гидродинамики. Но функция углеводородных систем сводится не только к простому перемещению жидкости и ее измерению, но и обеспечению уменьшения влияния «отрицательных» физико-химических свойств СУГ.

 

Следует учесть и низкую температуру воспламенения пропан-бутана - около 450 - 500 °С, что создает опасность легкого воспламенения и взрыва. Наиболее приемлемы в промысловых условиях технологии получения СУГ, основанные на низкотемпературной конденсации компонентов, когда в качестве генераторов холода используются относительно простые и надежные расширители газа, каковыми на сегодня являются дроссельные вентили, турбодетандеры и вихревые трубы (ВТ).

 

Сжиженные углеводородные газы транспортируются в железнодорожных и автомобильных цистернах, хранятся в резервуарах различного объема в состоянии насыщения: в нижней части сосудов размещается кипящая жидкость, а в верхней находятся сухие насыщенные пары.

 

Объекты хранения и (или) реализации, транспортировки СУГ по газопроводам, в том числе кустовые базы хранения и реализации сжиженных углеводородных газов и газонаполнительные станции (ГНС), газонаполнительные пункты (ГНП), автомобильные газозаправочные станции (АГЗС), станции регазификации (испарители), резервуарные установки для промышленного и (или) коммунально-производственного назначения терминалы хранения сжиженных углеводородных газов и их слива-налива для транспортировки сжиженных углеводородных газов речными и морскими судами; железнодорожные эстакады слива-налива сжиженных углеводородных газов, а также железнодорожные пути к эстакадам, и т.д.

 

 

При снижении температуры в резервуарах часть паров сконденсируется, т. е. увеличивается масса жидкости и уменьшается масса пара, наступает новое равновесное состояние. При повышении температуры происходит обратный процесс, пока при новой температуре не наступит равновесие фаз. Таким образом, в резервуарах и трубопроводах происходят процессы испарения и конденсации, которые в двухфазных средах протекают при постоянном давлении и температуре, при этом температуры испарения и конденсации равны.Упругость паров СУГ возрастает с повышением температуры и уменьшается с ее понижением.

 

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. Даже незначительная утечка может быть очень опасной, так как объем газа при испарении увеличивается в 250 раз. Большой удельный вес паров пропан-бутана их свойство образовывать однородную структуру обуславливают возможность растекания этих газов и скопления их в низких местах (ямах, отсеках, колодцах) образовывая вместе с воздухом локальные взрывоопасные концентрации.

 

Наличие газа в помещении (в воздухе) в количестве от 1,8 до 9,5 % является взрывоопасной концентрацией, способной при открытом огне или искре стать причиной взрыва большой разрушительной силы.

 

В связи с высоким темпом развития народного хозяйства в Республике Узбекистан и ростом потребности в жидких углеводородах, увеличение глубины извлечения ценных компонентов из природного газа является важной проблемой.

 

 

В настоящее время для увеличения глубины извлечения ценных компонентов из газа используются низкотемпературные процессы, основанные на охлаждении газа за счет его расширения турбодетандерных агрегатах, с получением пропан-бутановой смеси и углеводородного конденсата.

 

Для Узбекистана впервые в 1997 году ОАО “ЛЕННИИХИММАШ” разработал технологию получения пропан-бутановой смеси для УДП “Шуртаннефтегаз”, которая предназначена для процесса извлечения пропан-бутановой фракции. Метод основан на частичной конденсации природного газа, его сепарации при высоком давлении, охлаждения паровой части потока за счет эффекта расширения в турбодетандере с разделением выделенного конденсата в двух ректификационных колоннах по которой пропан-бутановая смесь является основным продуктом переработки газа, а стабильный конденсат получают в виде побочного продукта В первой колонне извлекается метан-этановая фракция, а во второй происходит разделение жидкой фазы на пропан-бутановую фракцию и стабильный конденсат. Применение турбодетандерного агрегата, в котором происходит охлаждение газа при его изоэнтропийном расширении, позволило отказаться от внешних источников холода.

 

Турбодетандерные агрегаты - детандер-компрессоры применяются в технологических циклах для понижения температуры газа (получение холода) и для повышения давления технологического газа за счёт работы компрессорной ступени. Детандер-компрессорный агрегат может быть многоступенчатым (из нескольких машин) В турбодетандерах применяются активные магнитные подшипники. Турбодетандерные установки позволяют использовать потенциальную энергию сжатого газа для выработки холода без сжигания топлива и получили широкое применение в области переработки природного газа.

 

 

Заводы по сжижению углеводородных газов (метан-этановой фракции) применяют преимущественно высокопроизводительные, малогабаритные одноступенчатые реактивные турбодетандеры с турбокомпрессором на одном валу. При числе оборотов в минуту 60000 и более, они имеют высокий КПД, используя высокие скорости газовых потоков.

 

Однако в заводской практике имеет место и применение осевых турбодетандеров активного типа в одно- и многоступенчатом исполнении. Обычно турбодетандеры комплектуются вместе с турбинным компрессором без редуктора. Турбокомпрессор использует часть энергии, сжимая газ до заданной степени, и поглощает развиваемую детандером мощность с минимальными потерями.

 

Уникальность проекта заключалось в том, что впервые в производство внедрилась технология получения СУГ из бедных пропаном и бутаном природного газа Узбекистана. На аналогичную технологию разделения попутного нефтяного газа, включающий предварительную сепарацию исходной смеси, адсорбционную осушку, последовательное охлаждение в теплообменниках и т.д. ГК «ЛЕННИИХИММАШ» имеет патент РФ №2225971 «Способ разделения попутного нефтяного газа». Непосредственное участие в создании и внедрении установок принял генеральный конструктор гелиевых установок талантливый инженер, генеральный конструктор гелиевых установок в ЛенНИИхиммаше, министерства химического машиностроения, Игорь Леонидович Андреев и генеральный директор "Сумского машиностроительного предприятия" Владимир Лукьяненков, последствии президент "НПО им. М. В. Фрунзе", который как поставщик оборудования взял на себя обязательство по чертежам ЛенНИИхиммаша. изготовить и доставить в Узбекистан все необходимое оборудование. Надо сказать, Игорь Леонидович до последнего пытался убедить заказчика в целесообразности для Узбекистана сжиженного природного газа СПГ, широкого применения его как горючего. К тому времени вся инфраструктура получения СПГ, эксплуатации установок по заправке автомобилей, автоцистерн для транспортировки криогенного топлива были уже спроектированы, изготовлены и прошли испытания. Он и здесь является первопроходцем.

 

Применение СУГ в быту и в народном хозяйстве по мере увеличения его производства увеличивается и растет его распространение.

 

Чистое горение газа (минимум продуктов сгорания) делает его экологически чистым топливом для широкого применения в жилых домах (отопление, горячее водоснабжение, газовые плиты, нагрев саун и воды в бассейнах), на агрофермах, в производстве, в качестве автомобильного топлива.

 

Октановое число газового топлива выше, чем бензина, поэтому детонационная стойкость сжиженного газа больше, чем бензина даже самого высшего качества. Это позволяет добиться большей экономичности использования топлива в двигателе с повышенной степенью сжатия. Среднее октановое число сжиженного газа - 105 - недостижимо для любых марок бензина. При этом скорость сгорания газа немного меньше, чем у бензина. Это снижает нагрузки на стенки цилиндров, поршневую группу и коленчатый вал, позволяет двигателю работать ровно и тихо. Существуют схемы эксплуатации автомобиля с гибридной системой питания. Автомобиль сохраняет полноценную бензиновую систему питания и при этом может работать и на природном, и на нефтяном газе.

 

Баллоны для сжиженного нефтяного газа могут устанавливаться в различных местах автомобиля: в багажном отделении, в кузове, на раме шасси. Иногда встречаются варианты нетрадиционной схемы установки баллонов и, в частности, на крыше кабины водителя.

 

Поэтому в последнее время все большую популярность приобретают торовые баллоны - так называемые баллоны "под запаску", "бублики". Тор удобно устанавливается в нишу для запасного колеса в багажном отделении автомобиля. Баллоны для сжиженного газа производятся из 3мм. стали. Производство баллонов - это серьезный процесс, проходящий несколько стадий проверок. Качество сварки швов баллона проверяют ультразвуком, сам баллон обязательно проходит испытания повышенным давлением - 50 атмосфер, кроме того, из каждой партии 1000 штук один из баллонов должен быть обязательно испытан на разрыв. Такие баллоны рассчитаны на рабочее давление 16 атмосфер. В действительности обычно в баллоне редко бывает давление свыше 10 атмосфер. Сжиженный нефтяной газ в баллоне находится одновременно в двух агрегатных состояниях - жидком и газообразном (жидкая и паровая фаза). То есть в баллон заправляется жидкий газ. Баллон, как говорилось выше, заправляется на 80-85 %, оставшиеся 15 % нужны для подушки паровой фазы. Подушка обеспечивает нормальную работу баллона и одновременно обеспечивает безопасность при эксплуатации баллона. Жидкий газ, находясь в баллоне, будет испаряться до тех пор, пока не наберется рабочее давление - 10-15 атмосфер. Затем испарение газа прекращается. И газ под собственным давлением подается по трубопроводу под капот автомобиля или в бытовую газовую горелку. Уровень жидкого газа в баллоне в процессе эксплуатации падает, какая-то незначительная часть газа опять же испаряется, таким образом поддерживая в сосуде давление рабочим. 

 

В большинстве случаев, говоря о сжиженных газах, мы подразумеваем углеводороды соот-ветствующие ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные для коммунально-бытового по¬требления» и ГОСТ 27578-87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта». Они представляют собой смесь, состоящую в основном из пропана, бутана и изобутана.

 

Все вышеуказанные преимущества дают сжиженному газу все большее распространение в промышленности и в быту, соответственно растет его производство и инфраструктура, связанная с транспортировкой, хранением и использованием

 

Природные газы наряду с пропаном и бутаном в большом количестве содержат метан (до 98%), который при средних давлениях и низких температурах может быть превращен в жидкость – так называемый сжиженный метан(СПГ). Внедрение СПГ в народное хозяйство позволит заменить ценное химическое сырье пропан-бутан, используемый для энергетических целей. Метан также в значительных количествах (до 97%) содержится в попутном нефтяном газе. После выделения из последнего тяжелых углеводородов он также может быть превращен в сжиженный метан. СПГ является наиболее оптимальным топливом для магистрального транспорта, сельскохозяйственной техники, морского и железнодорожного транспорта. Главное преимущество сжиженного метана состоит в том, что каждый кубометр его при атмосферном давлении и температуре –161,45°С занимает в 600 раз меньший объем, чем в газообразном виде СПГ как вид топлива обладает множеством преимуществ перед нефтяными видами топлив:

• экологически чистое топливо (при сгорании в окружающую среду попадает в 5–10 раз меньше загрязняющих веществ);
• в 2–3 раза дешевле нефтяных видов топлива, компактное хранение (уменьшается в объеме в 600 раз);
• не разжижает моторное масло;
• увеличивается ресурс двигателя в полтора раза;
• уменьшается износ цилиндропоршневой группы двигателя;
• безопасный вид топлива (в 2 раза легче воздуха; следовательно, в случае разлива быстро газифицируется и испаряется);
• в жидком состоянии не горит.

 

Преимущества СПГ перед компримированным природным газом (сжатым):

• увеличение дальности пробега;
• отсутствие сосудов и агрегатов, работающих под высоким давлением;
• низкий удельный показатель массы оборудования к единице перевозимого газа;
• снижение шумового загрязнения т. к. двигатель, работающий на СПГ, тише своих аналогов на 5 Дб.

 

Газовое топливо не содержит веществ, являющихся каталитическими ядами для нейтрализаторов (сера, свинец и пр.)

 

Пропан-бутан широко используется в народном хозяйстве и как топливо для обогрева, приготовления пищи, и как автомобильное топливо. Но решение этих же задач можно осуществить более дешевым метаном, запасы которого у России огромны. Рынок пропан-бутана в Европе подвержен конъюнктуре и поэтому были ситуации и с избытком предложений, но также известны периоды, когда российскому государству только принудительно, жесткими лимитами удавалось удержать пропан-бутан в стране. При отсутствии этих мер весь пропан-бутан вывезли бы на экспорт, который выгоднее внутреннего рынка. В негазифицированных населенных пунктах переход с использования пропан-бутана на метан может быть первой фазой газификации, так как будет создана система распределения газа от хранилища и установки регазификации до индивидуального потребителя. При приходе сетевого газа останется только заменить хранилище на газораспределительный пункт и соединить его с распределительной сетью.

 

Сжиженный природный газ (СПГ) представляет собой жидкую многокомпонентную смесь легких углеводородов, основу которой составляет метан. Для получения СПГ из природного газа или попутного нефтяного газа сначала удаляются все примеси - прежде всего, двуокись углерода, а иногда и минимальные остатки соединений серы и сероводорода, затем осушают - удаляют влагу и очищают от ртути, затем отделяют фракцию С₃ и более тяжелые углеводороды. Оставшийся газообразный метан, в зависимости от требований к продукции по калорийности, может в качестве примесей иметь 3-4 % этана, 2-3 % пропана, до 2 % бутанов и до 1,5 % азота. Если эту смесь метана с другими газами охладить примерно до температуры -160 °С при давлении чуть больше атмосферного (температура кипения чистого метана при атмосферном давлении -161,5 °С превращается в жидкостьпри атмосферном давлении.

 

Сжижение природного газа возможно лишь при охлаждении его ниже критической температуры. Иначе газ не сможет быть превращен в жидкость даже при очень высоком давлении. Для сжижения природного газа при температуре, равной критической (Т = Т_кр), давление его должно быть равным или больше критического, т. е. Р > Р_кт. При сжижении природного газа под давлением ниже критического (Р < Р_кт) температура газа также должна быть ниже критической.

 

Для сжижения природного газа могут быть использованы как принципы внутреннего охлаждения, когда природный газ сам выступает в роли рабочего тела, так и принципы внешнего охлаждения, когда для охлаждения и конденсации природного газа используются вспомогательные криогенные газы с более низкой температурой кипения (например кислород, азот, гелий). В последнем случае теплообмен между природным газом и вспомогательным криогенным газом происходит через теплообменную поверхность.

 

При промышленном производстве СПГ наиболее эффективными являются циклы сжижения с использованием внешней холодильной установки (принципы внешнего охлаждения), работающей на углеводородах или азоте, при этом сжижается почти весь природный газ. Широкое распространение получили циклы на смесях хладагентов, где чаще других используется однопоточный каскадный цикл, у которого удельный расход энергии составляет 0,55-0,6 кВт' ч/кг СПГ.

 

В установках сжижения небольшой производительности в качестве холодильного агента используется сжижаемый природный газ, в этом случае применяют более простые циклы: с дросселированием, детандером, вихревой трубой и др. В таких установках коэффициент сжижения составляет 5-20 %, а природный газ необходимо предварительно сжимать в компрессоре.

 

Сжижение природного газа на основе внутреннего охлаждения может достигаться следующими способами:

• изоэнтальпийным расширением сжатого газа (энтальпия i = const), т. е. дросселированием (использование эффекта Джоуля-Томсона) - при дросселировании поток газа не производит какой либо работы;
• изоэнтропийным расширением сжатого газа (энтропия S-const) с отдачей внешней работы - при этом получают дополнительное количество холода, помимо обусловленного эффектом Джоуля-Томсона, так как работа расширения газа совершается за счет его внутренней энергии.

 

Как правило, изоэнтальпийное расширение сжатого газа используется только в аппаратах сжижения малой и средней производительности, в которых можно пренебречь некоторым перерасходом энергии. Изоэнтропийное расширение сжатого газа используется в аппаратах большой производительности (в промышленных масштабах).

 

Сжижение природного газа на основе внешнего охлаждения может достигаться следующими способами:

• использованием криогенераторов Стирлинга, Вюлемье-Такониса и т.д; рабочими телами данных криогенераторов является, как правило, гелий и водород, что позволяет при совершении замкнутого термодинамического цикла достигать температуры на стенке теплообменника ниже температуры кипения природного газа;
• использованием криогенных жидкостей с температурой кипения ниже, чем у природного газа, например жидкого азота, кислорода и т. д.;
• использованием каскадного цикла с помощью различных холодильных агентов (пропана, аммиака, метана и т. д.); при каскадном цикле газ легко поддающийся сжижению путем компримирования, при испарении создает холод, необходимый для понижения температуры другого трудносжижаемого газа.

 

После сжижения СПГ помещается в специально изолированные резервуары хранения, а затем загружается в танкеры-газовозы для транспортировки. За это время транспортировки небольшая часть СПГ неизменно «выпаривается» и может использоваться в качестве топлива для двигателей танкера. По достижении терминала потребителя сжиженный газ разгружается и помещается в резервуары хранения.

 

Прежде чем пустить СПГ в употребление, его вновь приводят в газообразное состояние на станции регазификации. После регазификации природный газ используется так же, как и газ, транспортируемый по газопроводам.

 

Приемный терминал СПГ - менее сложное сооружение, чем завод сжижения, и состоит главным образом из пункта приема, сливной эстакады, резервуаров хранения, установок обработки газов испарения.

 

СПГ транспортируется с завода по производству СПГ в специализированных криогенных цистернах, удерживающих низкую температуру сжиженного газа во время его перевозки.

 

Криогенная цистерна. Цистерны представляют собой криогенные резервуары с высокоэффективной экранно-вакуумной изоляцией, оснащены арматурными шкафами с необходимым для выполнения технологических операций оборудованием и приборами.

 

Цистерны класса ППЦ имеют одобрение типа транспортного средства АТ (ППЦ 22/0,35 и ППЦ 22/035М) и FL (ППЦ 45/1,0) по международной классификации ДОПОГ и сертифицированы на соответствие требованиям Правил ЕЭК ООН №105-03, №13-09, №48-02, №73-00, №58-01. В цистернах ППЦ-22/0,35М и ППЦ-45/1,0 использована технология безнасосной выдачи криогенных продуктов.

 

Криогенные резервуары Используются для хранения газа в сжиженном виде. Конструкция резервуаров позволяет удерживать температуру СПГ на уровне -162°C. Объем криогенных резервуаров, которые используются для хранения СПГ, различен. Чаще всего используется объем 60 м³.

 

Природный газ соответствует наивысшим – экологическим стандартам Евро-5, а в некоторых моделях двигателей Евро-6.  К наиболее перспективным видам топлива, соответствующим экологическим требованиям и характеризующимся высоким экономическим эффектом, относится СПГ.

 

СПГ можно транспортировать на большие расстояния для дальнейшего использования и хранить в течение длительного времени.

 

Потенциальные возможности использования сжиженного метана СПГ в качестве топлива для различных транспортных средств очень велики. На сжиженном природном газе как на основном топливе могут работать двигатели легковых и грузовых автомобилей, автобусов, двигатели железнодорожных локомотивов, машины океанских судов и судов внутренних линий.

 

Для автомобильных грузо- и пассажироперевозок сжиженный метан уже сегодня может стать настоящим прорывом. В Челябинске начинают строить криозаправки, на которых будут заправлять топливом будущего. Метан, превращенный в жидкость, имеет свои преимущества. В автомобиле или автобусе он находится в специальном небольшом "термосе" при температуре - -160°C. Его хватает на расстояние втрое большее, чем при заправке сжатым газом. Все плюсы, а еще экологичность и дешевизну, уже оценили. Здесь реализуется пилотный проект “НОВАТЭКа” – предприятие тестирует несколько БелАЗов и карьерных самосвалов на сжиженном природном газе. Кроме того, сжиженный газ можно применять и на железной дороге.

 

В России есть неэлектрифицированные участки железных дорог, там сегодня работают тепловозы на дизельном топливе. Для такой железнодорожной революции нужно разработать другие локомотивы с новым двигателем. Грузовые локомотивы будут заправляться преимущественно сжиженным природным газом (СПГ).

 

Железнодорожные компании, которые переориентируются на СПГ, смогут сэкономить значительные средства. Ряд железнодорожных операторов сравнивают переход на СПГ с революцией использования дизельного двигателя вместо паровой тяги, которая произошла в 1940-х и в 1950-х гг.

 

 

На Arctech Helsinki Shipyard уже был построен ледокол, работающий на сжиженном природном газе. Рахманов подчеркнул, что для России «это уникальное решение». Однако для использования СПГ необходимо построить инфраструктурные объекты (прежде всего хранилища этого топлива).

 

«Объединённая судостроительная корпорация» (ОСК) намерена реализовать ряд перспективных проектов. В ближайшие годы в России начнётся строительство универсальных и десантных кораблей, а также гражданских судов, работающих на сжиженном природном газе (СПГ). По мнению экспертов, создание новых морских платформ положительно отразится на состоянии торгового и военного флотов РФ. В частности, благодаря появлению универсальных и десантных кораблей ВМФ получит возможность более эффективно выполнять задачи в Мировом океане.

 

В канун третьего тысячелетия вновь заговорили о криогенной авиационной технике. Возможности ее должны намного превзойти характеристики сегодняшних самолетов, летающих на нефтяном топливе.

 

 

В отличие от своего предшественника (серийного самолета Ту-154М), Ту-156 оснащается тремя двигателями НК-89 с раздельными топливными системами (одна штатная - для керосина, другая - криогенная - для СПГ). Как и НК-88, новый двигатель оборудован турбонасосным агрегатом, его приводит в действие воздух, который поступает из компрессора турбореактивного двигателя. Проектировщики Ту-156 рассмотрели множество вариантов размещения топливного бака (под крылом, на фюзеляже, в других местах) и выбрали тот, при котором не нарушается аэродинамика, сохраняются устойчивость и управляемость машины. Основной криогенный бак емкостью 13 тонн, диаметром больше 3 м и длиной почти 5,5 м разместили на месте заднего пассажирского салона, а центровочный (на 3,8 тонны) - в переднем багажном отделении под полом кабины пилотов. Основную же часть пассажирского салона превратили в грузовой отсек.

 

Топливные баки для СПГ изготовили из алюминиевого сплава и покрыли теплоизоляцией из пенополиуртана толщиной около 50 мм. Такие баки не только сохраняют низкую температуру (-162°C), но и выдерживают избыточное давление до 0,2 МПа. Как и в летающей лаборатории, криогенные баки Ту-156 оборудуются дренажной системой, сбрасывающей пары метана в нештатных и аварийных ситуациях. Завершение этих работ даст толчок к началу более широкого применения сжиженного природного газа в авиации. Но уже сейчас разрабатываются модификации современных самолетов, которые смогут летать на СПГ, в их числе пассажирский лайнер нового поколения Ту-204. Чтобы полеты самолетов на СПГ стали регулярными, нужно создавать в аэропортах наземную инфраструктуру. Это прежде всего установки для сжижения газа и газозаправочное оборудование. А поскольку большинство аэропортов располагается вблизи магистральных газопроводов, где газ находится под высоким давлением, нужны также газоперекачивающие и газораспределительные станции. Сейчас ведутся работы по переводу СПГ в жидкое состояние без затрат дополнительной энергии.

 

И последнее, Роскосмос объявил о намерении создать к 2025 году ракетный двигатель, работающий на метане, на сжиженном природном газе СПГ. На основе проведённых теоретических и экспериментальных исследований в качестве горючего в перспективных ЖРД предполагается использовать сжиженный природный газ (СПГ) Преимущества СПГ по отношению к традиционным ракетным топливам:

• экологическая чистота горючего и окислителя;
• лёгкость очистки топливных трубопроводов и полостей от остатков горючего после полёта;
• энергетическая эффективность;
• отличные охлаждающие свойства, дешевизна, доступность.

 

 

Таким образом, новый ЖРД, который сможет удовлетворить новым приоритетам, должен быть многоразовым, безопасным, дешёвым в использовании и должен работать на экологически чистом топливе. При этом двигатель должен обладать высокими энергомассовыми характеристиками.

 

При выборе принципиальной схемы и основных параметров маршевого ЖРД многократного использования с целью минимизации риска создания двигателя в основу был положен принцип умеренного уровня термомеханической напряжённости основных деталей и исключения (по возможности) вопросов:

• сажеобразование в турбинном тракте при использовании восстановительного газа; - опасность возгорания конструктивных элементов турбины, работающей на окислительном газе;
• разрушение лопаток турбин при малоцикловом нагружении;
• разрушение паяных оболочек камеры от чрезмерного статического давления горючего в охлаждающем тракте; 
• повышение долговечности горячей стенки камеры сгорания.

 

В настоящее время производство сжиженного природного газа является одним из перспективнейших направлений развития современного мирового рынка газа. В России в настоящее время происходит настоящая революция по освоению производства СПГ. Одно из крупнейших за последние десятилетия производств, построенных в России с нуля, сегодня заработало на полную мощность. Речь о проекте "Ямал СПГ". Его возвели за четыре года в арктической пустыне. И это не только завод по сжижению газа. Это ещё и огромный порт, и целый флот ледоколов, который строится на отечественных верфях, и новый город, выросший вокруг предприятия, и как итог - увеличение доли России на мировом рынке СПГ в два с половиной раза.

 

 

Заводской факел Сабетты видно за десятки километров. Особенно в условиях полярной ночи. Вероятные запасы месторождения - около триллиона кубометров газа.

 

"Ямал СПГ" выходит на проектную мощность. Мощность всего проекта «Ямал СПГ» с тремя технологическими линиями составит в общем 16,5 млн т/год.

 

 

Проект по добыче газа на Ямале — интернациональный. Строят завод совместно наш "Новотек", французский Total и китайские нефтяники. В Поднебесной российский сжиженный газ теперь занимает половину местного рынка. Впрочем, ямальский газ для самой России гораздо больший драйвер, чем для Китая или Франции. Это и развитие отечественной экономики и транспортного сообщения Северного морского пути. Построенный на полуострове Ямал завод по производству СПГ станет для Air Products первым в России проектом, на котором будут использованы фирменные технологии и оборудование компании для производства СПГ. Сам завод станет крупнейшим в России предприятием по производству и экспорту СПГ. Это крупнейший в своём роде проект, который будет расположен в Арктике, и самый северный СПГ-объект в мире. В нем, кроме удаленного местоположения, есть особые сложности, такие как значительные перепады температур. Каждая из этих установок, используя собственную фирменную технологию сжижения СПГ Air Products AP-C3MR^TM и оборудование компании, позволит производить 5,5 млн тонн СПГ в год.

 

Один из крупнейших в мире интегрированных нефтегазовых проектов «Сахалин-2» является масштабным техническим комплексом принципиально нового для России типа. Впервые в истории страны применяется метод сжижения природного газа, причем технологический процесс сжижения газа с применением двойного смешанного хладагента (Double Mixed Refrigerant - DMR) был разработан специально для этого проекта. Эта технология, являющаяся самой передовой на сегодняшний день, была адаптирована таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность производства в условиях холодных сахалинских зим при оптимальном режиме работы компрессоров. Один из крупнейших в мире интегрированных нефтегазовых проектов «Сахалин-2» является масштабным техническим комплексом принципиально нового для России типа.

 

Впервые в истории страны применяется метод сжижения природного газа, причем технологический процесс сжижения газа с применением двойного смешанного хладагента (Double Mixed Refrigerant - DMR) был разработан специально для этого проекта. Эта технология, являющаяся самой передовой на сегодняшний день, была даптирована таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность производства в условиях холодных сахалинских зим при оптимальном режиме работы компрессоров. Технологический процесс Duble Mixed Refrigerant - DMR был разработан компанией Shell для средне- и крупнотоннажного производства СНГ с производительностью технологических линий от 2 до 5 млн. т в год. По этой технологии работает завод СПГ на Сахалине, стартовавший в феврале 2009 г. Производительность каждой из двух технологических линий составляет 4,8 млн т СПГ в год. Технологический процесс сжижения DMR (double mixed refrigerant -хладагент двойного смешения) был разработан в 2002 году для средне- и крупнотоннажного производства с производительностью технологи ческой линии 2-5 млн т/год (на Сахалине-2 - 4.8 млн т/год). Технология предполагает использование двух потоков циркулирующего охладителя, представляющего собой смесь азота и легких углеводородов (обычно - метан, этан, пропан, изобутан. бутан): контур предварительного охлаждения и контур сжижения.

 

Проект строительства плавучего терминала по хранению и регазификации СПГ реализуется в порту Калининграда, сырье на терминал будет поступать с Балтийского СПГ, а также с планируемой третьей очереди "Сахалин-2". Создаются и расширяются подземные хранилища газа. Закончено строительство платформы регазификации, выдвинулся газовоз, который, если нужно, будет обслуживать потребности в режиме изолированного функционирования. Проект реализуют дочерние компании "Газпрома" - Gazprom Marketing&Trading (GM&T) и "Газпром флот".

 

Области применения сжиженного природного газа довольно обширны. Обладая уникальными физико-химическими свойствами, СПГ является перспективным и экологически наименее опасным углеводородным энергоносителем и сырьем для химической индустрии XXI в. Кроме того, его можно регазифицировать, т.е. перевести обратно в газообразное состояние, и использовать как обыкновенный природный газ.. Следует отметить следующее: за последние 30 лет его потребление в мире увеличилось в три раза. По прогнозам, потребление СПГ в мире, в ближайшие 20 лет, может вырасти еще на 50 %. Его доля на мировом энергетическом рынке также растет. Если три десятилетия назад мировое потребление газа в энергетическом эквиваленте составляло всего 45 % от потребления нефти, то сегодня оно превышает 70 %. Природный газ по всем признакам считается топливом будущего.