Come e perché il gas viene liquefatto: tecnologia di produzione e ambito di utilizzo del gas liquefatto
Le tecnologie legate alla produzione, al trasporto e alla lavorazione del gas naturale si stanno sviluppando a un ritmo rapido.E molte persone oggi sentono le abbreviazioni GPL e GNL. Quasi a giorni alterni, il gas naturale viene menzionato nelle notizie in un contesto o nell'altro.
Ma, vedi, per avere una chiara comprensione di ciò che sta accadendo, è importante capire inizialmente come viene liquefatto il gas, perché viene fatto e quali vantaggi offre o meno. E ci sono molte sfumature in questo problema.
Per liquefare gli idrocarburi gassosi si stanno costruendo grandi impianti ad alta tecnologia. Successivamente, esamineremo attentamente perché tutto ciò è necessario e come accade.
Il contenuto dell'articolo:
Perché il gas naturale viene liquefatto?
Il carburante blu viene estratto dalle viscere della terra sotto forma di una miscela di metano, etano, propano, butano, elio, azoto, idrogeno solforato e altri gas, nonché i loro vari derivati.
Alcuni di essi vengono utilizzati nell'industria chimica, altri vengono bruciati in caldaie o turbine per generare energia termica ed elettrica. Inoltre, parte del volume estratto viene utilizzato come carburante per motori a gas.
Il motivo principale per liquefare il gas naturale è semplificarne il trasporto su lunghe distanze. Se il consumatore e il pozzo di produzione del gas si trovano su un terreno non lontano l'uno dall'altro, è più semplice e redditizio posare un tubo tra di loro.Ma in alcuni casi, la costruzione di un’autostrada è troppo costosa e problematica a causa delle sfumature geografiche. Pertanto ricorrono a varie tecnologie per la produzione di GNL o GPL in forma liquida.
Economia e sicurezza dei trasporti
Dopo che il gas è stato liquefatto, viene pompato in forma liquida in contenitori speciali per il trasporto via mare, fiume, strada e/o ferrovia. Allo stesso tempo, tecnologicamente, la liquefazione è un processo abbastanza costoso dal punto di vista energetico.
In diversi impianti, ciò richiede fino al 25% del volume originale di carburante. Cioè, per generare l’energia richiesta dalla tecnologia, è necessario bruciare fino a 1 tonnellata di GNL per ogni tre tonnellate di GNL in forma finita. Ma il gas naturale è ormai molto richiesto e tutto sta dando i suoi frutti.
Sebbene il gas naturale sia un liquido, non è infiammabile e non esplosivo. Solo dopo l'evaporazione durante la rigassificazione, si ottiene il miscela di gas risulta adatto per essere bruciato caldaie e fornelli. Pertanto, se si utilizza GNL o GPL come combustibile idrocarburico, è necessario rigassificarlo.
Utilizzo in vari campi
Molto spesso, i termini “gas liquefatto” e “liquefazione del gas” sono menzionati nel contesto del trasporto di vettori energetici idrocarburi. Cioè, prima viene estratto il carburante blu e poi viene convertito in GPL o GNL. Il liquido risultante viene quindi trasportato e quindi riportato allo stato gassoso per un utilizzo o per l'altro.
Il GPL da propano-butano viene utilizzato principalmente come:
- carburante per motori a gas;
- carburante per il pompaggio nei serbatoi del gas di sistemi di riscaldamento autonomi;
- liquidi per la ricarica di accendini e bombole di gas con capacità da 200 ml a 50 l.
Il GNL viene tipicamente prodotto esclusivamente per il trasporto a lunga distanza. Se per lo stoccaggio del GPL è sufficiente un contenitore in grado di resistere alla pressione di diverse atmosfere, per il metano liquefatto sono necessari serbatoi criogenici speciali.
Gli impianti di stoccaggio del GNL sono altamente tecnologici e occupano molto spazio. Non è redditizio utilizzare tale carburante nelle autovetture a causa dell'elevato costo delle bombole. I camion alimentati a GNL sotto forma di singoli modelli sperimentali circolano già sulle strade, ma nel segmento delle autovetture è improbabile che questo carburante “liquido” trovi un uso diffuso nel prossimo futuro.
Il metano liquefatto come combustibile è ora sempre più utilizzato durante il funzionamento:
- locomotive diesel ferroviarie;
- navi marittime;
- trasporto fluviale.
Oltre ad essere utilizzati come vettore energetico, GPL e GNL vengono utilizzati anche direttamente in forma liquida negli impianti di gas e petrolchimici. Sono utilizzati per produrre varie plastiche e altri materiali a base di idrocarburi.
Tecnologie per l'ottenimento di GPL e GNL
Per convertire il metano da gas a liquido, deve essere raffreddato a -163 °C. E il propano-butano si liquefa a -40 °C. Di conseguenza, le tecnologie e i costi in entrambi i casi sono molto diversi.
Le seguenti tecnologie di diverse aziende vengono utilizzate per liquefare il gas naturale:
- AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
- Cascata ottimizzata;
- DMR;
- PREZZO;
- MFC;
- GTL et al.
Tutti si basano su processi di compressione e/o scambio termico. L'operazione di liquefazione avviene presso l'impianto in più fasi, durante le quali il gas viene gradualmente compresso e raffreddato fino alla temperatura di passaggio alla fase liquida.
Preparazione della miscela di gas
Prima di poter liquefare il gas naturale grezzo, è necessario rimuovere da esso acqua, elio, idrogeno, azoto, composti di zolfo e altre impurità. A questo scopo viene solitamente utilizzata la tecnologia di adsorbimento per la purificazione profonda della miscela di gas facendola passare attraverso setacci molecolari.
Quindi avviene la seconda fase di preparazione della materia prima, durante la quale vengono rimossi gli idrocarburi pesanti. Di conseguenza, nel gas rimangono solo etano e metano (o propano e butano) con un volume di impurità inferiore al 5%, in modo che questa frazione possa iniziare a raffreddarsi e liquefarsi.
Il frazionamento consente di eliminare le impurità nocive e di isolare solo il gas principale per la successiva liquefazione. Alla pressione di 1 atm la temperatura di passaggio allo stato liquido è di -163 °C per il metano, di -88 °C per l'etano, di -42 °C per il propano e di -0,5 °C per il butano.
Sono proprio queste differenze di temperatura che spiegano il motivo per cui il gas in ingresso nell'impianto viene frazionato e solo successivamente liquefatto. Non esiste un’unica tecnologia di liquefazione per tutti i tipi di composti idrocarburici gassosi. Per ognuno di essi è necessario costruire ed utilizzare una propria linea di produzione.
Processo di liquefazione di base
La base per convertire il gas allo stato liquido è il ciclo di refrigerazione, durante il quale il calore viene trasferito dall'uno o dall'altro refrigerante da un ambiente a bassa temperatura a un ambiente con una temperatura più alta. Questo processo è a più fasi e richiede potenti compressori per l'espansione/compressione del liquido di raffreddamento e degli scambiatori di calore.
I seguenti vengono utilizzati come refrigerante nelle diverse fasi della liquefazione:
- propano;
- metano;
- etano;
- azoto;
- acqua (mare e depurata);
- aria.
Ad esempio, per il raffreddamento primario del gas naturale presso l’impianto Yamal LNG di Novatek, viene utilizzata l’aria fredda dell’Artico, che consente di abbassare immediatamente la temperatura della materia prima a +10 °C a costi minimi. E nei caldi mesi estivi è invece previsto l'utilizzo dell'acqua di mare proveniente dal Mar Glaciale Artico, che, indipendentemente dal periodo dell'anno, ad una profondità costante di 3–4°C.
Allo stesso tempo, l'azoto, ottenuto direttamente in loco dall'aria, viene utilizzato come refrigerante finale a Yamal. Di conseguenza, l’Artico fornisce tutto il necessario per produrre GNL, dal gas naturale iniziale agli agenti lavorativi utilizzati nel processo di liquefazione.
Il propano si liquefa in modo simile al metano. Solo che richiede temperature di raffreddamento molto più basse - meno 42 °C contro meno 163 °C. Quindi liquefazione gas per serbatoi di gas Costa molte volte meno, ma lo stesso GPL propano-butano risultante è meno richiesto sul mercato.
Trasporto e stoccaggio
Quasi l’intero volume del GNL viene trasportato da navi gasiere di grandi dimensioni da una costa all’altra.Il trasporto via terra è limitato dalla necessità di mantenere la temperatura del “combustibile liquido blu” a valori di circa -160°C, altrimenti il metano comincia a trasformarsi allo stato gassoso e diventa esplosivo.
La pressione nel serbatoio del GNL è prossima a quella atmosferica. Tuttavia, se la temperatura del metano liquido supera i -160 °C, inizierà a trasformarsi da liquido in gas. Di conseguenza, la pressione nel contenitore inizierà ad aumentare, il che rappresenta un serio pericolo. Pertanto, le navi cisterna per GNL sono dotate di unità di mantenimento a bassa temperatura e di uno spesso strato di isolamento termico.
Il GPL viene rigassificato in gas direttamente nel serbatoio del gas. E la rigassificazione del GNL viene effettuata in speciali impianti industriali senza accesso all'ossigeno. Secondo la fisica, il metano liquido a temperature positive si trasforma gradualmente in gas. Tuttavia, se ciò accade direttamente nell'aria al di fuori di condizioni speciali, tale processo porterà ad un'esplosione.
Dopo che il gas naturale sotto forma di GNL è stato liquefatto nell'impianto, viene trasportato e poi nuovamente nell'impianto (solo rigassificazione) viene riconvertito allo stato gassoso per un ulteriore utilizzo.
Prospettive per l'idrogeno liquefatto
Oltre alla liquefazione diretta e all'utilizzo in questa forma, dal gas naturale è anche possibile ottenere un altro vettore energetico: l'idrogeno. Il metano è CH4, propano C3N8e butano C4N10.
La componente idrogeno è presente in tutti questi combustibili fossili, basta isolarla.
Per trasformare l'idrogeno da gas a liquido è necessario raffreddarlo a -253°C. A questo scopo vengono utilizzati sistemi di raffreddamento multistadio e impianti di “compressione/espansione”. Attualmente tali tecnologie sono troppo costose, ma si sta lavorando per ridurne i costi.
Ti consigliamo anche di leggere il nostro altro articolo, in cui abbiamo descritto in dettaglio come realizzare un generatore di idrogeno per la tua casa con le tue mani. Maggiori dettagli: vai collegamento.
Inoltre, a differenza del GPL e del GNL, l’idrogeno liquefatto è molto più esplosivo. La minima perdita di esso, insieme all'ossigeno, produce una miscela gas-aria che si accende alla minima scintilla. E lo stoccaggio dell'idrogeno liquido è possibile solo in speciali contenitori criogenici. Il carburante a idrogeno presenta ancora troppi svantaggi.
Conclusioni e video utile sull'argomento
Come viene prodotto il gas liquefatto e perché viene liquefatto:
Tutto sui gas liquefatti:
Esistono diverse tecnologie per la liquefazione dei gas. Per il metano sono loro, per il propano-butano sono loro. Allo stesso tempo, è più economico procurarsi il GPL ed è più facile e sicuro trasportarlo/stoccarlo. La produzione di metano GNL è un processo più costoso e complesso. Inoltre, la sua rigassificazione richiede attrezzature specializzate. Allo stesso tempo, oggi il metano è più richiesto sul mercato, quindi viene liquefatto in quantità molto maggiori.
Avete domande chiarificatrici o la vostra opinione di esperti sul tema della liquefazione del gas? Forse hai qualcosa da aggiungere a quanto sopra. Sentiti libero di chiedere e/o commentare l'articolo nella casella sottostante.
