Kuidas ja miks gaasi veeldatakse: veeldatud gaasi tootmistehnoloogia ja kasutusvaldkond

Maagaasi kaevandamise, transportimise ja töötlemisega seotud tehnoloogiad arenevad kiires tempos. Ja paljud on tänapäeval kuulnud lühendeid nagu LNG ja LPG. Peaaegu igal teisel päeval mainitakse uudistes ühel või teisel viisil maagaaskütust.

Kuid, nõustuge, et selge arusaamise saamiseks on oluline alguses mõista, kuidas gaasi veeldatakse, miks seda tehakse ja millist kasu see annab või mitte. Ning nüansse on selles küsimuses palju.

Selleks, et toota gaasiliste süsivesinike veeldamist, ehitatakse suuri kõrgtehnoloogilisi tehaseid. Edasi vaatleme tähelepanelikult: milleks seda kõike vaja on ja kuidas see toimub.

Miks veeldatakse maagaasi?

Maapõuest saadakse sinist kütust metaani, etaani, propaani, butaani, heeliumi, lämmastiku, vesiniksulfiidi ja muude gaaside ning nende derivaatide seguna.

Osa neist kasutatakse keemiatööstuses, osa põletatakse kateldes või turbiinides soojus- ja elektrienergia tootmiseks. Lisaks kasutatakse teatud osa kaevandatud gaasist gaasimootorikütusena.

Gaasitöötajate arvutused näitavad, et kui sinist kütust tuleb transportida 2500 km või rohkem, on seda veeldatud kujul sageli kasulikum teha kui torujuhtme kaudu.

Maagaasi veeldamise peamine põhjus on selle transportimise lihtsustamine pikkade vahemaade taha. Kui tarbija ja gaaskütuse kaevandus asuvad maismaal üksteisest lähedal, on lihtsam ja odavam ehitada nende vahele toru. Kuid mõnel juhul on magistraali ehitamine liiga kallis ja problemaatiline geograafiliste nüansside tõttu. Seetõttu kasutatakse erinevaid tehnoloogiaid LNG või LPG saamiseks vedelal kujul.

Transpordi ökonoomika ja ohutus

Pärast gaasi veeldamist pumbatakse see vedelikuna spetsiaalsetesse mahutitesse transportimiseks mere-, jõe-, auto- ja/või raudteetranspordiga. Samas on veeldamine tehnoloogiliselt energiamahukas protsess.

Erinevates tehastes kulub selleks kuni 25% algse kütuse mahust. See tähendab, et tehnoloogiliselt vajaliku energia saamiseks tuleb põletada kuni 1 tonn LNG-d iga kolme valmis kujul oleva tonni kohta. Kuid maagaas on praegu väga nõutud, kõik tasub end ära.

Vedelal kujul metaan (propaan-butaan) võtab 500–600 korda vähem ruumi kui gaasilises olekus

Seni kuni maagaas on vedelas olekus, ei ole see põlev ega plahvatusohtlik. Alles pärast aurustumist regasifitseerimise käigus muutub saadud gaasisegu sobivaks põletamiseks kateldes ja pliitidel. Seega, kui LNG-d või LPG-d kasutatakse süsivesinikkütusena, tuleb need tingimata regasifitseerida.

Kasutamine erinevates valdkondades

Kõige sagedamini mainitakse mõisteid «vedelgaas» ja «gaasi vedeldamine» süsivesinike energiaallika transportimise kontekstis. See tähendab, et kõigepealt toimub sinise kütuse kaevandamine ja seejärel selle muutmine LPG-ks või LNG-ks. Seejärel vedelikku transporditakse ja pärast seda muudetakse see uuesti gaasiliseks olekuks ühe või teise kasutuse jaoks.

LPG (vedeldatud süsivesinikgaas) koosneb 95% või rohkem propaan-butaanisegust, LNG (vedeldatud maagaas) aga 85–95% metaanist. Need on sarnased ja samal ajal põhimõtteliselt erinevad kütuseliigid.

Propaan-butaanist LPG-d kasutatakse peamiselt järgmisena:

• gaasikütusena mootorites;
• kütusena gaasihoidlatesse süstimiseks autonoomsetes küttesüsteemides;
• vedelikena tulemasinate ja gaasiballoonide täitmiseks mahuga 200 ml kuni 50 l.

LNG-d toodetakse tavaliselt eranditult kaugvedudeks. Kui LPG säilitamiseks piisab mahutist, mis talub survet mitu atmosfääri, siis vedela metaani jaoks on vaja spetsiaalseid krüogeenseid reservuaare.

LNG hoidmise seadmed on väga tehnoloogilised ja võtavad palju ruumi. Sellise kütuse kasutamine sõiduautodes ei ole tulenevalt balloonide kõrgest hinnast mõistlik. LNG veokid üksikute eksperimentaalsete mudelitena juba sõidavad teedel, kuid sõiduautode segmendis see «vedel» kütus lähitulevikus tõenäoliselt laialdast rakendust ei leia.

Vedelat metaani kütusena kasutatakse praegu üha sagedamini järgmiste seadmete käitamisel:

• raudteevedurite;
• merelaevade;
• jõetranspordi.

Lisaks kasutamisele energiaallikana kasutatakse LPG-d ja LNG-d vahetult vedelal kujul gaasi- ja naftakeemiatehastes. Nendest valmistatakse erinevaid plastmassi ja muid süsivesinikupõhiseid materjale.

LPG ja LNG tootmise tehnoloogiad

Metaani gaasilisest olekust vedelasse viimiseks tuleb see jahutada –163 °C-ni. Propaan-butaan aga vedeldub juba –40 °C juures. Seega erinevad tehnoloogiad ja kulud mõlemal juhul oluliselt.

Üks liiter LNG-d on ligikaudu võrdne 1,38 kuupmeetriga algmaagaasist (see arv sõltub temperatuurist ja rõhust), ruumala vähenemine on umbes 620 korda

Maagaasi veeldamiseks kasutatakse järgmisi erinevate ettevõtete tehnoloogiaid:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimized Cascade;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL jne.

Kõigi nende aluseks on komprimeerimise ja/või soojusvahetuse protsessid. Veeldamisoperatsioon toimub tehases mitmes etapis, mille käigus gaasi järk-järgult surutakse kokku ja jahutatakse vedelasse faasi ülemineku temperatuurini.

Gaasisegu ettevalmistamine

Enne toormaagaasi veeldamist tuleb sellest eemaldada vesi, heelium, vesinik, lämmastik, väävliühendid ja muud lisandid. Selleks kasutatakse tavaliselt adsorptsioonitehnoloogiat gaasisegu sügavpuhastamiseks, juhtides see läbi molekulaarsõelte.

Seejärel toimub tooraine ettevalmistuse teine etapp, mille käigus eemaldatakse rasked süsivesinikud. Lõpuks jäävad gaasi alles ainult etaan ja metaan (või propaan ja butaan) lisandite mahuga alla 5%, et seda fraktsiooni hakata jahutama ja veeldama.

Esmane ettevalmistus, mille käigus eemaldatakse maagaasist kõik mittevajalik, tehakse selleks, et kaitsta jahutusseadmeid vee, süsihappegaasi, väävliühendite jne agressiivse mõju eest.

Fraktsioneerimine võimaldab vabaneda kahjulikest lisanditest ja eraldada ainult põhigaasi hilisemaks veeldamiseks. Rõhul 1 atm on metaani vedelasse olekusse ülemineku temperatuur -163 °C, etaani -88 °C, propaani -42 °C ja butaani -0,5 °C.

Just need temperatuurierinevused selgitavad, miks gaas fraktsioneeritakse ja alles seejärel veeldatakse. Tehasesse saabuva gaasi jaoks ei ole ühtset veeldamistehnoloogiat kõikide gaasiliste süsivesinike tüüpide jaoks. Igaühe jaoks tuleb ehitada ja rakendada oma tehnoloogiline liin.

Peamine veeldamisprotsess

Aluseks gaasi vedelasse olekusse viimisel on jahutustsükkel, mille käigus mingi jahutusvedelikuga kantakse soojus üle madala temperatuuriga keskkonnast kõrgema temperatuuriga keskkonda. See protsess on mitmeastmeline ja nõuab võimsaid kompressoreid soojuskandja paisutamiseks/kokkusurumiseks ning soojusvahetite olemasolu.

Kokkusurumistehnoloogiad on kõrgtehnoloogilised, energia- ja kulukad, kuid ühe tsükliga võimaldavad nad gaasi kokku suruda 5–12 korda.

Jahutusvedelikuna erinevatel veeldamisetappidel kasutatakse:

• propaan;
• metaan;
• etaan;
• lämmastik;
• vesi (merevesi ja puhastatud vesi);
• õhk.

Näiteks Novateki «Jamaal-SPG» esmasel jahutusel kasutatakse jahedat arktilist õhku, mis võimaldab tooraine temperatuuri viia minimaalsete kuludega kohe +10 °C-ni. Kuumadel suvekuudel on selle asemel ette nähtud kasutada Põhja-Jäämere merevett, mille temperatuur on aastaajast sõltumata sügavuses püsiv 3–4 °C.

Samas kasutatakse Jamalis lõpliku jahutusainena lämmastikku, mis saadakse otse kohapeal õhust. Selle tulemusena annab Arktika kõik LNG tootmiseks vajaliku – alates algsel maagaasist kuni veeldamisprotsessis kasutatavate tööagentideni.

Propaan veeldatakse metaaniga sarnase skeemi järgi. Ainult jahutustemperatuurid on tal palju vähem madalad – miinus 42 °C versus miinus 163 °C. Seetõttu on gaasi veeldamine gaasihoidlatele kordades odavam, kuid saadav propaan-butaani vedelgaas on turul vähem nõutud.

Transport ja ladustamine

Peaaegu kogu LNG maht veetakse suurte mereveetavate gaasitankeritega ühelt kaldalt teisele. Maismaatransport on piiratud vajadusega hoida «vedela sinise kütuse» temperatuur umbes -160 °C, vastasel juhul hakkab metaan gaasilisse olekusse minema ja muutub plahvatusohtlikuks.

Vedelgaasi veoks kasutatakse 5–50-liitriseid balloone siserõhuga kuni 1,5–2 MPa ja suuremaid mahuteid-tankiseid, mis on ette nähtud 5–17 MPa jaoks.

Rõhk LNG mahutis on lähedane atmosfäärirõhule. Kui aga vedela metaani temperatuur tõuseb üle -160 °C, hakkab see vedelikust gaasiks muutuma. Selle tulemusena hakkab rõhk mahutis tõusma, mis kujutab endast tõsist ohtu. Seetõttu varustatakse LNG tankerid madalate temperatuuride hoidmise seadmete ja võimsa soojusisolatsioonikihiga.

Vedelgaas regaseeritakse gaasiks otse gaasihoidlas. LNG regaseerimine toimub spetsiaalsetel tööstusseadmetel ilma hapniku juurdepääsuta. Füüsika järgi muutub vedel metaan positiivsel temperatuuril järk-järgult gaasiks. Kui aga see toimub otse õhu käes ilma spetsiaalsete tingimusteta, toob selline protsess kaasa plahvatuse.

Pärast seda, kui maagaas LNG-na tehases veeldatakse, veetakse see edasi ja seejärel muudetakse see taas tehases (ainult regaseerimistehases) tagasi gaasilisse olekusse edasiseks kasutamiseks.

Veeldatud vesiniku väljavaated

Lisaks otsesele veeldamisele ja sellisel kujul kasutamisele saab maagaasist saada ka teise energiaallika – vesiniku. Metaan on CH₄, propaan on C₃H₈, ja butaan on C₄H₁₀.

Vesiniku komponent esineb kõigis nendes fossiilkütustes, tuleb see lihtsalt eraldada.

Vesiniku peamised eelised on keskkonnasõbralikkus ja lai levik looduses, kuid selle veeldamise kõrge hind ja pidevast aurumisest tulenevad kaod muudavad need plussid praktiliselt olematuks.

Selleks, et viia vesinik gaasilisest olekust vedelasse olekusse, tuleb see jahutada -253 °C-ni. Selleks kasutatakse mitmeastmelisi jahutussüsteeme ja «kokkusurumise/paisumise» seadmeid. Praegu on sellised tehnoloogiad liiga kallid, kuid nende odavamaks muutmise nimel tehakse tööd.

Soovitame teil lugeda ka meie teist artiklit, kus me üksikasjalikult kirjeldasime, kuidas ise vesinikugeneraatorit kodus valmistada. Täpsemalt – minge lingile.

Erinevalt LPG-st ja LNG-st on vedel vesinik palju plahvatusohtlikum. Vähimgi leke koos hapnikuga tekitab gaasi-õhu segu, mis süttib vähimastki sädeme. Vedela vesiniku säilitamine on võimalik ainult spetsiaalsetes krüogeensetes konteinerites. Vesinikkütusel on praegu veel liiga palju puudusi.

Järeldused ja kasulik video teemal

Kuidas toodetakse veeldatud gaasi ja miks seda veeldatakse:

Kõik veeldatud gaasidest:

Veeldamistehnoloogiaid on mitmeid. Metaani jaoks on omad, propaan-butaanil teised. LPG-d on odavam toota ning transportida/hoida lihtsam ja ohutum. Metaani LNG tootmine on kulukam ja keerulisem protsess. Lisaks nõuab selle regasifitseerimine spetsiaalseid seadmeid. Samas on metaan täna turul nõutum, seetõttu veeldatakse seda palju suuremates kogustes.

Kas teil on täpsustavaid küsimusi või oma ekspertarvamus gaasi veeldamise teemal? Võib-olla on teil midagi lisada eelöeldule. Ärge kartke, küsige ja/või kommenteerige artiklit allpool asuvas plokis.