1.1.2 Переработка газа

После того, как газ добыли его надо транспортировать и это особого внимания заслуживает система транспортировки магистральная составляющая, которой тянется на 150 тысяч километров, а распределительная сеть достигает 359 тыс. км. Давление в ней поддерживается при помощи почти 700 компрессорных станций, суммарная мощность которых превышает 42 млн. киловатт. Функционирование экономики России, которая помимо лидерства в части запасов голубого топлива, является еще и одним из ведущих его потребителей, невозможно без данной отрасли ТЭК⁷.

Добываемый в России природный газ поступает в магистральные газопроводы, объединенные в единую систему газоснабжения России. Единая система газоснабжения является крупнейшей в мире системой транспортировки газа и представляет собой уникальный технологический комплекс, включающий в себя объекты добычи, переработки, транспортировки, хранения и распределения газа. Эта система обеспечивает непрерывный цикл поставки газа от скважины до конечного потребителя.

Переработку газа осуществляют газоперерабатывающие и газодобывающие дочерние общества ОАО «Газпром», а также «Сибур Холдинг» Основными системами газоснабжения России являются: Центральная, Поволжская, Уральская, многониточная система (4 магистрали) Сибирь-Центр. Сеть газопроводов охватывает не только районы европейской части, Урал и Западную Сибирь России, но и территорию республик бывшего Союза (Украины, Белоруссии, Казахстана, республик Закавказья и Средней Азии). Протяженность магистральных газопроводов на территории России - 149 тыс. км, а в границах бывшего СССР — более 220 тыс. км.

Природный газ не требует большой предварительной переработки для использования, но его необходимо сразу, отправлять к потребителю. Газ — главный вид топлива там, где нет других энергетических ресурсов. Он используется в промышленности (80%) — электроэнергетика, химия, металлургия, строительство, полиграфия, и в быту.

На данный момент в российской Федерации сформировалось несколько регионов переработки газа — Оренбургский, Астраханский, Сосногорский и Западно-Сибирский. Они разнятся по номенклатуре и количеству выпускаемой продукции, что, прежде всего, объясняется объемом разведанных запасов ближайших месторождений и химическим составом добываемого здесь газа.

В номенклатуру продукции газоперерабатывающих заводов входят собственно товарный газ, сера, гелий, пропановая-бутановая смесь, а так же технический углерод, широкие фракции легких углеводородов, сжиженный газ, дизтопливо, различные виды бензинов, этан, этилен и др⁸.

1.2.Процесс производства сжиженного природного газа

Теперь расскажем о том, как из природного газа делают сжиженный природный газ, который например можно встретить в болонах.

Сжиженный природный газ не токсичен, химически не активен; удельная теплота сгорания - 12 тыс. ккал/кг, а октановое число (l 05-1 07 единиц) на 13 % - 15 % выше, чем у бензина, однако он почти в 2 раза легче бензина. В продуктах его сгорания содержится в 1О раз меньше окиси углерода и в 2 раза - окислов азота⁹.

Для перевода из газообразного в жидкое состояние природный газ подвергается осушке и очистке и охлаждается до температуры минус 150-160°С на специальных установках и на заводах. Перевозка сжиженного природного газа, плотность которого в результате глубокого охлаждения увеличивается в 600-640 раз.

Завод по сжижению природного газа представляет собой крупный промышленный комплекс, состоящий из установок подготовки и сжижения природного газа, резервуаров хранения, оборудования для загрузки и целого ряда вспомогательных хозяйств, призванных удовлетворять потребности завода в электроэнергии и воде для охлаждения.

Преобразование природного газа в жидкое состояние осуществляется в несколько этапов:

1)Первый этап это удаление всех примесей - прежде всего двуокись углерода, а иногда и минимальные остатки соединений серы.

2)Второй этап извлечение воды, которая в противном случае может превратиться в ледяные кристаллы и закупорить установку сжижения.

3)Третий этап удаление большинства тяжелых углеводородов, после чего остаются главным образом метан и этан.

4) Последний четвертый этап это постепенное охлаждение - обычно с помощью двухцикличного процесса охлаждения, до тех пор, пока его температура не достигнет приблизительно минус 160 градусов С. Тогда он и становится жидкостью при атмосферном давлении.

Сжижение природного газа возможно лишь при охлаждении его ниже критической температуры. При более высоких температурах газ не может быть превращен в жидкость ни при каком давлении. Для сжижения природного газа при температуре, равной критической (Т = Ткр), 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 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 сжиженного природного газа наиболее эффективными являются циклы сжижения с использованием внешней холодильной установки. Другими словами принцип внешнего охлаждения. Этот принцип работает 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 газа.

В установках сжижения небольшой производительности в качестве холодильного агента используется тяжеложижаемый природный газ, в этом случае применяют более простые циклы: с дроселированием, детандиром, вихревой трубой и др. В таких установках коэффициент сжижения составляет 5-20 %, а природный газ необходимо предварительно поместить в компрессор.

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

1)изаэнтальпийным расширением сжатого газа (энтальпия i = const), т. е. дроселированием, другими словами это эффекта Томсона; при дроселировании поток газа не производит какой либо работы;

2)изаэнтропийным расширением сжатого газа (энтропия S-const) с отдачей внешней работы; при этом получают дополнительное количество холода, помимо ранее упомянутого эффектом Томсона используеться и другие. После чего работа расширения газа совершается за счет его внутренней энергии.

Чаще всего, изаэнталпийное 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 а именно в промышленных масштабах.

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

1)Первый способ это когда используются криогениратор Стирлинга, тоесть рабочим телом криогениратора является гелий, а так же водород, что позволяет при совершении замкнутого термодинамического цикла достигать температуры на стенке теплообменника ниже температуры кипения природного газа;

2)Второй способ это, когда используют криогенные жидкости с температурой кипения ниже, чем у природного газа, а именно с жидкостью газа азота или кислорода.;

3) Третий способ это, когда используют каскадный цикл с помощью веществ с низкой температурой, таких как пропан, аммиак, метан. Когда используют каскадный цикле - газ легко поддается сжижению путем комбинирования. При испарении создает холодный воздух, необходимый для понижения температуры другого трудносжижаемого газа.

Прежде чем пустить сжиженный природный газ в употребление, его вновь приводят в газовое состояние на станции регазифекации. После этой процедуры природный газ используется в транспортировки по газопроводам.