Большая химия: сжиженный природный газ

May 13, 2023

Тема энергии была для нас главной с тех пор, как первые из наших предков спустились с деревьев в поисках чего-нибудь съедобного, что не съело бы их самих. Но в мире, где бесконечная борьба за энергию отошла к щелчку пальца по выключателю или термостату, благодаря геополитическим силам многие из нас теперь сталкиваются с гневом зимы с совершенно другим взглядом на то, что для этого нужно. чтобы оставаться в тепле.

Проблема не обязательно в том, что нам не хватает энергии, а скорее в том, что то, что у нас есть, не распределяется равномерно и не может быть легко получено. Перемещение энергии из места ее производства туда, где она необходима, редко бывает простым делом и часто ставит серьезные и интересные инженерные задачи. Это особенно верно для источников энергии, которые не вмещают много энергии в небольшое пространство, таких как природный газ. Перевезти его через континент достаточно сложно; Переправить его через океан – это совсем другое дело, и именно здесь на сцену выходит сжиженный природный газ, или СПГ.

Прежде чем мы начнем рассматривать, как производится СПГ, лучше всего начать с вопроса, зачем нам вообще нужен СПГ. В конце концов, у нас есть невероятно сложная, охватывающая весь континент инфраструктура трубопроводов, оптимизированная для транспортировки природного газа в больших объемах на большие расстояния. Зачем тратить все силы и средства на сжижение природного газа?

Одним словом: океаны. Эти обширные сети трубопроводов в значительной степени заканчиваются у кромки воды, и хотя некоторые подводные газопроводы определенно существуют, недавние события показали нам, насколько уязвимыми они могут быть. Таким образом, доставка природного газа по морю стала необходимым средством перемещения энергии из пункта А в пункт Б. И чтобы сделать это эффективно, вам необходимо резко сократить его объем. Превращение природного газа в жидкость делает именно это: его плотность увеличивается в 600 раз, что делает возможным его транспортировку навалом.

Сырьем для сжиженного природного газа является, конечно же, природный газ. Мы уже довольно много рассказали о процессе добычи и распределения природного газа, но вкратце: природный газ представляет собой смесь углеводородов, таких как метан и этан, образующуюся в результате распада древней биомассы в геологических формациях. Наряду с жидкими углеводородами и такими примесями, как азот, углекислый газ, серосодержащие соединения и водяной пар, газ накапливается в подземных резервуарах, которые вскрываются путем бурения.

Сырой природный газ транспортируется под естественным давлением или с помощью огромных компрессоров по трубопроводам на заводы по очистке газа. Извлечение из сырого газа серы и гелия, обоих ценных химических элементов, особенно важно, но также важно очищать природный газ от малоценных примесей, таких как вода и CO2, поскольку они оба могут вызвать проблемы с замерзанием в дальнейшем. Вода удаляется путем барботирования сырого природного газа через триэтиленгликоль (ТЭГ), чрезвычайно гигроскопичный раствор, тогда как CO2 удаляется с помощью аминного скруббера, который подвергает кислый сырой газ воздействию азотсодержащих аминных растворов, таких как диэтиламин (ДЭА), который адсорбирует СО2. После дальнейшей очистки, в ходе которой удаляются все оставшиеся более тяжелые углеводороды и загрязняющие вещества, такие как ртуть, которые не проявляют себя при воздействии алюминия и нержавеющей стали, исходный природный газ на 85–90% состоит из метана (CH4), а остальная часть представляет собой смесь этан (C2H6), пропан (C3H8) и бутан (C4H10).

После этого чистый сухой природный газ готов к сжижению. Как и большинство газов, природный газ конденсируется в жидкость, когда его температура падает ниже точки кипения, которая для метана составляет -161,5°C. Итак, для производства СПГ необходим криогенный процесс промышленного масштаба. Большая часть СПГ сегодня производится с использованием процесса под названием C3MR, который представляет собой двухконтурную прогрессивную систему охлаждения. «C3» относится к пропану, трехуглеродному соединению, используемому в качестве хладагента в контуре предварительного охлаждения. Каждая половина цикла по сути такая же, как и в любом холодильнике, хотя и сильно отличается по масштабу. На этапе предварительного охлаждения жидкий пропан пропускают через расширительный клапан, что вызывает фазовый переход и резкое падение температуры. Охлажденный пропан отводит тепло от природного газа через теплообменник, пропан сжимается трехступенчатым компрессором, а тепло отводится через конденсатор, чтобы цикл мог начаться снова.