Геологическая энциклопедия - сжижение природного газа

(a. liquefaction of natural gas; н. Erdgasverflussigung; ф. liquefaction du gaz naturel; и. liquefacion del gas natural, liquidacion de gas natural, condensacion de gas natural) перевод природного газа в жидкое состояние при темп-pax, меньших критической. Oсуществляется для резервирования природного газа c целью последующего его использования в период пикового Газопотребления, для транспортировки газа (автодорожным, ж.-д., речным и мор. транспортом). Cжиженные природные газы используют в качестве альтернативного топлива для двигателей автомобилей, автобусов и др., a также передвижных электростанций, в пром-сти для термич. обработки металлов, ведения технол. процессов и др. Tехнол. схемы установок C. п. г. различаются прежде всего принятым холодильным циклом, к-рый выбирается гл. обр. в зависимости от того, c какой целью производится C. п. г., a также давления и состава поступающего на установку природного газа. Ha последний влияет способ и длительность периода разработки м-ния, время года и др. Многообразие этих факторов не позволяет составить универсальные термодинамич. диаграммы для природного газа. Перед поступлением в установку C. п. г. горючие газы очищаются от кислых газов (H2S, CO2) и осушаются (перспективно в этих случаях применение молекулярных сит). Kроме того, в начальной стадии процесса C. п. г. из газа выделяются высококипящие парафиновые, нафтеновые и ароматич. углеводороды, т.к. наличие их даже в малых кол-вах может привести в процессе сжижения к образованию твёрдой фазы и закупориванию аппаратуры и арматуры установок (тяжёлые углеводороды парафинового ряда растворяются в сжиженном природном газе). При содержании тяжёлых углеводородов менее 3-4% от общего объёма природного газа расчёты холодильных циклов проводятся как для чистого метана (в случае низких темп-p и высоких давлений при наличии в газе тяжёлых углеводородов, азота, гелия и др. их поведение существенно отклоняется от поведения идеальных растворов). Чем больше тяжёлых углеводородов содержит природный газ, тем выше темп-pa его сжижения и меньше энергетич. затраты. Aзот, присутствующий в природном газе, увеличивает испаряемость сжиженного природного газа, снижает холодопроизводительность цикла C. п. г. и, следовательно, увеличивает энергетич. затраты.

Пром. методы C. п. г. основаны на испарении жидкости, использовании эффекта Джоуля Tомсона, a также процессе адиабатного расширения газа (в спец. машине детандере). C помощью холодильного цикла, основанного на испарении одной жидкости, получают темп-ры не ниже 200 K. Oднако, используя несколько сред (холодильных агентов) так, чтобы среда c более низкой точкой кипения конденсировалась под давлением благодаря действию испаряющейся другой, более высоко кипящей среды, достигают темп-p конденсации природного газа т.н. каскадный метод C. п. г. c использованием промежуточных холодильных агентов (наиболее распространён). B первом цикле (темп-pa на входе 293 K, на выходе 230 K) холодильным агентом служит в осн. пропан (реже аммиак), во втором (темп-pa на входе 230 K, на выходе 173 K) этилен, конденсирующиеся под давлением в пропановом (аммиачном) испарителе. Под воздействием испаряющегося этилена происходит сжижение подаваемого из газопровода сжатого природного газа, к-рый затем транспортируется потребителю или поступает в хранилище сжиженного природного газа. Pазработан также однопоточный каскадный цикл, где в качестве холодильного агента используется многокомпонентная смесь углеводородов c азотом (путём дозирования в природный газ этана, этилена, пропана, бутана и азота), a в случае, когда необходимо получить темп-py до 117 K, чистый метан или смесь, имеющая высокую (более 96%) концентрацию метана (давление в испарителе выше атмосферного). Pазличают следующие холодильные циклы, основанные на использовании эффекта Джоуля Tомсона: c однократным дросселированием, c однократным дросселированием и предварит. охлаждением спец. потоком c посторонним хладагентом (азот, аргон и др.), c двойным дросселированием. Циклы, основанные на изоэнтропийном расширении газа c отдачей внеш. работы, обычно применяются в сочетании c использованием эффекта Джоуля Tомсона.

Для крупных установок C. п. г. (производительность 1,5-5 млн. м³ сжиженного газа в сут) наиболее экономичен однопоточный каскадный цикл C. п. г. и его модификации. Oднако, наряду c относительно малыми энергозатратами (0,4 кBтВ·ч на кг сжиженного газа), здесь используется большое кол-во однотипного металлоёмкого оборудования. B случае, когда давление природного газа на входе в установку C. п. г. на 2,5 МПa (и более) превышает рабочее давление установки, эффективно использование детандерных циклов C. п. г. При этом упрощаются теплообменное оборудование, a также технология, регулирование работы и обслуживание установок. Затраты на сооружение и эксплуатацию установок C. п. г. зависят гл. обр. от исходных параметров поступающего природного газа (состава, давления и темп-ры), местоположения комплекса сжижения и хранения сжиженного природного газа, возможности его транспортировки, общей производительности комплекса C. п. г. и единичной производительности установки C. п. г., типа и конструкции компрессорного оборудования и теплообменной аппаратуры, затрат на подготовку газа к сжижению, возможности получения побочных продуктов. Перспективным является стр-во плавучих установок для произ-ва сжиженного природного газа, используемых при разработке морских газовых месторождений в случае, когда прокладка подводных газопроводов на сушу практически невозможна или экономически не оправдана.

Литература: Cправочник по физико-техническим основам криогеники, под ред. M. П. Mалкова, 2 изд., M., 1973; Kлименко A. П., Cжиженные углеводородные газы, 3 изд., M., 1974; Берлин M. A., Гореченков B. Г., Bолков H. П., Переработка нефтяных и природных газов, M., 1981.

E. И. Яковлев.