Как и для чего сжижать газы
Сжижением природного газа называется перевод его в жидкое состояние под действием температур, которые являются меньшими по сравнению с критической. Данный процесс даёт возможность его резервирования и сбережения для последующего использования, а также для организации перевозки любым видом транспорта. Вещество зачастую применяется в виде альтернативного топлива в моторах автотранспортных средств, при обработке металлов, в мобильных электростанциях и так далее. Помимо всего прочего, во многих частных домах можно встретить котел на сжиженном газе. Затраты на создание установок для его производства зависят от места расположения разработок, а также типа и состава добываемого сырья. Сейчас наиболее перспективными из них считаются плавучие, поскольку транспортировка путем сооружения подводных газопроводов зачастую является нереальной.
Подготовка и начало сжижения
Технологические схемы тех установок, которые используются для сжижения, одна от другой отличаются, в первую очередь, холодильным циклом. На его выбор прежде всего влияет состав и давление газа, который сюда поступает. Эти параметры, в свою очередь, находятся под влиянием нескольких факторов, среди которых: время года, место добычи и даже термин его разработки. Перед тем как начать сжижать газы и направлять в установку, необходимо очистить их от кислых примесей и осушить. На стартовой фазе процесса из сырья массово выделяются углеводороды, среди которых высококипящие нафтеновые, ароматические и парафиновые. В противном случае может произойти закупоривание арматуры и аппаратуры установок. Чтоб эффективно и качественно сжижать газы, необходимо помнить, что большое количество тяжёлых углеводородов в их составе ведет к высокой температуре сжижения и низким затратам энергии. Если же в их составе присутствует азот, то это приводит к повышению испаряемости и энергозатрат.
Каскадный метод и холодильные циклы
В основе промышленных способов сжижения лежит принцип испарения жидкости, процесс адиабатного газового расширения, а также эффект Джоуля-Томсона. Сжиженный природный газ образуется за счёт использования нескольких холодильных установок (следовательно и сред). В данном случае среда, что характеризуется меньшей точкой кипения, конденсируется под давлением за счёт испарения более высоко кипящей соседней. Этот способ является наиболее распространённым и известен как каскадное сжижение. В большинстве случаев холодильным агентом на первом этапе выступает пропан (иногда аммиак), а на втором — этилен. Таким образом, сжижение природного газа осуществляется в данном случае под влиянием испаряемого этилена. Что касается холодильных циклов, что построены на упомянутом выше эффекте Джоуля-Томсона, то среди них различают как с однократным, так и с двойным дросселированием, а также с предварительным охлаждением за счёт специального потока и постороннего агента.
Сжижение крупными установками
Сжижать газы можно также путём использования однопоточного каскадного цикла. Здесь холодильным агентом выступает многокомпонентная смесь, в состав которой входит азот с углеводородами. Данный метод вместе с его модификациями применяют чаще всего в крупных установках, производительность которых составляет от двух до пяти миллионов кубических метров готового продукта в сутки. Сжижать газы таким способом выгодно в плане относительно низких затрат энергии. С другой стороны, однопоточный каскадный цикл нуждается в большом количестве металлоёмкого оборудования.
Сжиженный природный газ: перспективы развития
Библиографическое описание:
Мысак, Н. Б. Сжиженный природный газ: перспективы развития / Н. Б. Мысак, М. В. Марченко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 45 (179). — С. 55-57. — URL: https://moluch.ru/archive/179/46327/ (дата обращения: 14.12.2020).
Ключевые слова: сжиженный природный газ, экономическая целесообразность, запасы газа, транспортировка, технологии производства, жидкое топливо, коммерческие проекты, капитальные затраты, ОАО «ЛУКОЙЛ»
Природный газ — полезное ископаемое, которое является одним из важнейших энергоносителей. В структуре потребления газ занимает третье место после нефти и угля.
Основными областями применения природного газа являются промышленность и производство электроэнергии, а также коммунально-бытовой сектор и транспорт. Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин котельных и различной техники. В настоящее время газ активно используется и в химической промышленности. Он является исходным сырьём для получения различных органических веществ, например, производство пластмасс.
Все большую значимость приобретает природный газ, так как он еще является ресурсом с наименьшим уровнем вредных выбросов, цена на который в перспективе будет увеличиваться, так как потребность в нем постоянно растет.
Еще несколько десятилетий назад мировые доказанные запасы нефти почти в два раза превышали запасы природного газа. На сегодняшний день ситуация изменилась. Разведанные запасы природного газа практически сравнялись по своим показателям с «черным золотом» и продолжают стремительно расти [4].
Анализируя динамику доказанных запасов газа на ОАО «ЛУКОЙЛ» за последнее десятилетие, можно говорить, что доля газа в составе углеводорода возросла более чем на 3 %, а доказанные запасы газа снизились на 2805 млрд. фут³.
Таблица 1
Доказанные запасы газа ОАО «ЛУКОЙЛ» за 2005–2016гг.
Год | Запасы газа, млрд. фут³ |
2005 | 25 298 |
2006 | 26 597 |
2007 | 27 921 |
2008 | 29 253 |
2009 | 22 850 |
2010 | 23 615 |
2011 | 23 169 |
2012 | 23 487 |
2013 | 23 642 |
2014 | 23 946 |
2015 | 23 838 |
2016 | 23 493 |
Исходя из опыта, ожидаемые запасы открытых месторождений, как правило, оказываются меньше, чем удаётся извлечь реально. Это связано с разными причинами, самые явные из них связаны с применением более дорогих технологий, например, третичными методами добычи углеводородов зачастую можно повысить коэффициент извлечения полезных ископаемых на 5–10 %, а в некоторых случаях даже возобновить разработку месторождений, закрытых после использования традиционных технологий.
По перспективным проектам обеспечение прироста добычи углеводородов и их стабилизация в традиционных регионах является приоритетной задачей ОАО «ЛУКОЙЛ». Продолжится стабилизация добычи и в традиционных регионах за счет еще большего вовлечения запасов в разработку.
Рис. 1. Доказанные запасы газа ОАО «ЛУКОЙЛ» за 2005–2016гг., млн. барр. н. э.
Сжиженным природным газом (СПГ) в отличие от природного газа в «чистом виде», имеет следующие преимущества:
‒ сжижение природного газа увеличивает его плотность в 600 раз, что сокращает объем при транспортировке и хранении;
‒ появляется возможность создания запасов и их использования по мере необходимости;
‒ нетоксичен, хранится под небольшим избыточным давлением при температуре около 112 К (-161 °C) в емкости с теплоизоляцией;
‒ возможность транспортировки на большие расстояния.
В первой половине XX века, после открытия крупных месторождений в США, расположенных вдали от крупных городов, стали серьезно задумываться о сжижении природного газа. Тогда и начались исследования по сжижению газа для его перевозки по железным дорогам и в наливных тарах, транспортировка газа по дальним магистральным трубопроводам в то время казалась не реальной идеей.
В 1941 г. в Кливленде (США, штат Огайо) был построен завод сжижения газа для покрытия суточных «пиковых» нагрузок его потребления в зимнее время. Завод прекратил свое существование, не проработав и четырех лет, когда произошла страшная катастрофа, повлекшая за собой смерть более сотни человек и еще около полутысячи раненых. Произошел взрыв резервуара, с утечкой большого объема сжиженного газа, который впоследствии испарился и вспыхнул. Бушующий пожар не могли потушить четыре дня. Он причинил огромный материальный ущерб.
В Советском Союзе на Московском заводе в 1954 г. ввели в эксплуатацию установку, рассчитанную на производство 25 тысяч тонн сжиженного природного газа в год. Тогда было проведено много исследований по применению СПГ в качестве топлива для автомобильных двигателей, которые оказались весьма успешными. Однако после открытия крупных месторождений нефти проблема использования сжиженного природного газа потеряла свою актуальность.
По некоторым оценкам, в отдаленных газовых месторождениях содержится до половины общих мировых открытых запасов газа. Хотя сжижение газа делает способ транспортирования его на большие расстояния более надежным, сжиженный природный газ (СПГ) остается все еще дорогим и обычно требует значительных капитальных вложений и долгосрочных обязательств, как со стороны покупателей, так и со стороны производителей. Исследования показывают, что технология строительства трубопроводов за последние 20 лет продвинулась дальше, чем технология сжижения природного газа, в некоторых случаях подтвердив экономическую целесообразность увеличения протяженности трубопроводов с 3000 км до 8000 км. К этому можно добавить, что использование высокопрочной стали предполагает большее снижение стоимости трубопроводов.
В последнее время стали чаще говорить о переходе на технологию производства жидкого топлива из газа, особенно на отдаленных или истощенных месторождениях и в изолированных регионах. Эта технология не новая. Процесс превращения природного газа в средние дистилляты, такие, как дизельное топливо, керосин, а также в нефть и бензин, основан на технологии Фишера-Тропша, которая создана еще в 20-е годы. Хотя не все согласны, что эта технология достигла такого состояния, когда ее можно считать экономически конкурентоспособной, появилось стремление вывести ее на передовую линию.
Технология производства жидкого топлива из газа может обеспечить ключевую связь между прошлым и будущим. Эта технология предусматривает использование хорошо зарекомендовавшего себя оборудования и сложившейся инфраструктуры производства и распределения, кроме того, она восприимчива к изменениям рыночных условий.
С одной стороны, в мире имеются огромные запасы газа, ожидающие освоения, а с другой стороны, контроль за окружающей средой продолжает ужесточаться в ответ на непрекращающееся социальное и политическое давление. Эта мощная комбинация факторов увеличивает возможности для разработки технологии производства жидкого топлива из газа.
Множество компаний, включая нефтяные и газовые корпорации, в настоящее время пытаются найти пути упрощения процессов получения жидкого топлива и снижения его стоимости, чтобы сделать эту технологию более конкурентоспособной. На сегодняшний день во всем мире нефтегазодобывающие предприятия занимаются разработкой полномасштабных коммерческих проектов. Нет сомнения в том что, снижение капитальных затрат и повышение эффективности в ближайшем будущем улучшат общие экономические показатели технологии производства жидкого топлива из газа и помогут ей выдержать конкуренцию даже в современных условиях снижения цен на нефть.
Литература:
- Кравченко Т. П. Ресурсоведение нефти и газа: учеб. пособие / Т. П. Кравченко. — М.: ГЕОС, 2014. — 196 с.
- Лазарев Л. Я. Сжиженный природный газ — топливо и энергоноситель. М.: НПКФ “ЭКИП”, 2006 г.
- Мысак Н. Б., Марченко М. В. Оценка углеводородного потенциала ОАО «ЛУКОЙЛ» // Технические науки в России и за рубежом: материалы VII Междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2017 г.). — М.: Буки-Веди, 2017.
- ПАО Лукойл [Электронный ресурс] / Основные факты. Режим доступа: http://www.lukoil.ru/static_6_5id_2160_.html.
- Перспективы и опыт применения СПГ на объектах народного хозяйства. М.: ИРЦ Газпром, 2004 г.
Основные термины (генерируются автоматически): природный газ, жидкое топливо, сжиженный природный газ, технология производства, газ, доказанный запас газа, доказанный запас газа ОАО, запас газа, сжижение газа, США.
Сжижение газов — Универсальная научно-популярная энциклопедия
Сжижение газов, переход вещества из газообразного состояния в жидкое. С. г. достигается охлаждением их ниже критической температуры (Тк) и последующей конденсацией в следствии отвода теплоты парообразования (конденсации). Охлаждение газа ниже ТК нужно с целью достижения области температур, при которых газ может сконденсироваться в жидкость (при ТТК жидкость существовать неимеетвозможности).
В первый раз газ (аммиак) был сжижен в 1792 (голландский физик М. ван Марум). Хлор был взят в жидком состоянии в 1823 (М. Фарадей), кислород — в 1877 (швейцарский учёный Р. Пикте и французский учёный Л. П. Кальете), окись и азот углерода — в 1883 (З. Ф. Вроблевский и К. Ольшевский), водород — в 1898 (Дж. Дьюар), гелий — в 1908 (Х.
Камерлинг-Оннес).
Совершенный процесс С. г. изображен на рис. 1. Изобара 1—2 соответствует охлаждению газа до начала конденсации, изотерма 2—0 — конденсации газа. Площадь ниже 1—2—0 эквивалентна количеству теплоты, которое нужно отвести от газа при его сжижении, а площадь в контура 1—2—0—3 (1—3 — изотермическое сжатие газа, 3—0 — адиабатическое его расширение) характеризует термодинамически минимальную работу Lmin, нужную для С. г.:
Lmin = T0(SГ — SЖ) — (JГ — JЖ),
где T0 — температура воздуха; SГ, SЖ — энтропии газа и жидкости; JГ, JЖ — теплосодержания (энтальпии) газа и жидкости.
Значения Lmin и вправду затрачиваемой работы LД для сжижения последовательности газов даны в таблице.
Промышленное С. г. с критической температурой ТК выше температуры воздуха (к примеру, аммиак, хлор) осуществляется посредством компрессора, где газ сжимается, и последующей конденсацией газа в теплообменниках, охлаждаемых водой либо холодильным рассолом. С. г. с ТК, которая существенно ниже температуры воздуха, производится способами глубокого охлаждения.
Чаще всего для С. г. с низким ТК используются холодильные циклы, основанные на дросселировании сжатого газа (применение Джоуля — Томсона результата), на расширении сжатого газа с производством внешней работы в детандере, на расширении газа из постоянного количества без совершения внешней работы (способ теплового насоса). В лабораторной практике время от времени употребляется каскадный способ охлаждения (сжижения).
схема и Графическое изображение дроссельного цикла С. г. дана на рис. 2. По окончании сжатия в компрессоре (1—2) газ последовательно охлаждается в теплообменниках (2—3—4) и после этого расширяется (дросселируется) в вентиле (4—5). Наряду с этим часть газа сжижается и скапливается в сборнике, а несжижившийся газ направляется в теплообменники и охлаждает свежие порции сжатого газа.
Для С. г. по циклу с дросселированием нужно, дабы температура сжатого газа перед входом в главный теплообменник T3 была ниже температуры инверсионной точки (см. Инверсионная кривая). Для этого и помогает теплообменник с посторонним холодильным агентом T2. В случае если температура инверсионной точки газа лежит выше комнатной (азот, аргон, кислород), то схема принципиально работоспособна и без теплообменников T1 и T2.
Использование посторонних хладагентов в этих обстоятельствах имеет целью увеличение выхода жидкости. В случае если же температура инверсионной точки газа ниже комнатной, то теплообменник с посторонним хладагентом необходим. К примеру, при сжижении водорода способом дросселирования в качестве постороннего хладагента употребляется жидкий азот, при сжижении гелия — жидкий водород.
Для С. г. в промышленных масштабах значительно чаще используются циклы с детандерами (рис. 3), т. к. расширение газов с производством внешней работы — самый эффективный способ охлаждения. В самом детандере жидкость в большинстве случаев не приобретают, потому что технически несложнее проводить само сжижение в дополнительной дроссельной ступени.
По окончании сжатия в компрессоре (1—2) и предварительного охлаждения в теплообменнике (2—3) поток сжатого газа делится на 2 части: часть М отводится в детандер, где, расширяясь, создаёт внешнюю работу и охлаждается (3—7). Охлажденный газ подаётся в теплообменник, где понижает температуру оставшейся части сжатого газа 1 — М, которая после этого дросселируется и сжижается. Теоретически расширение в детандере должно осуществляться при постоянной энтропии (3—6).
Но из-за утрат расширение протекает по линии 3—7. Для повышения термодинамической эффективности процесса С. г. время от времени используют пара детандеров, трудящихся на разных температурных уровнях.
Циклы с тепловыми насосами в большинстве случаев употребляются (наровне с детандерными и дроссельными циклами) при С. г. посредством холодильно-газовых автомобилей, каковые разрешают приобретать температуры до 12 К, что достаточно для сжижения всех газов, не считая гелия (см. табл.). Для сжижения гелия к машине пристраивается дополнительная дроссельная ступень.
Подвергаемые сжижению газы должны очищаться от паров воды, масла и др. примесей (к примеру, воздушное пространство — от углекислоты, водород — от воздуха), каковые при охлаждении смогут затвердеть и закупорить теплообменную аппаратуру. Исходя из этого узел очистки газа от посторонних примесей — нужная часть установок С. г.
О применении сжиженных газов см. в ст. Глубокое охлаждение.
Значения температуры кипения Ткип (при 760 мм. рт. ст.), критической температуры ТК, минимальной Lmin и настоящей LД работ сжижения некоторых газов
Газ
Ткип, К
ТК, К
Lmin, квт•ч/кг
Lд, квт•ч/кг
Азот
Аргон
Водород
Воздушное пространство
Гелий
Кислород
Метан
Неон
Пропан
Этилен
77,4
87,3
20,4
78,8
4,2
90,2
111,7
27,1
231,1
169,4
126,2
150,7
33,0 132,5
5,3
154,2
191,1
44,5
370,0
282,6
0,220
0,134
3,31
0,205
1,93
0,177
0,307
0,37
0,04
0,119
1,2—1,5
0,8—0,95
15—40
1,25—1,5
15—25
1,2—1,4
0,75—1,2
3—4
~ 0,08
~ 0,3
Лит.: Фастовский В. Г., Петровский Ю. В., Ровинский А. Е., Криогенная техника, 2 изд., М., 1974; Справочник по физико-техническим базам криогеники, 2 изд., М., 1973. См. кроме этого лит. при ст. Глубокое охлаждение.
А. Б. Фрадков.
Читать также:
Машина для сжижения воздуха Карла Линде.
Связанные статьи:
Детандер
Детандер (от франц. detendre — ослаблять), машина для охлаждения газа путём его расширения с отдачей внешней работы. Д. относится к классу расширительных…
Санитарно-технические работы
Санитарно-технические работы, работы, которые связаны с монтажом и сооружением совокупностей отопления, вентиляции, тепло- и газоснабжения, тёплого…
- У Н-П энциклопедия
Разделы
|
| Летучие вещества и химия
Уровень угля
Образование угля из различных растительных материалов в результате биохимических и геохимических процессов называется углефикацией. Природа составляющих угля связана со степенью углефикации, измерение которой называется рангом. Ранг обычно оценивается серией тестов, которые вместе называются приблизительным анализом, которые определяют содержание влаги, содержание летучих веществ, зольность, содержание фиксированного углерода и теплотворную способность угля.
Влагосодержание определяется путем нагревания высушенного на воздухе образца угля при 105–110 ° C (221–230 ° F) в заданных условиях до достижения постоянного веса. Как правило, влажность увеличивается с понижением сорта и составляет от 1 до 40 процентов для различных сортов угля. Присутствие влаги является важным фактором как при хранении, так и при использовании угля, поскольку она увеличивает ненужный вес во время транспортировки, снижает теплотворную способность и создает некоторые проблемы при обращении.
Летучие вещества — это материал, который уносится при нагревании угля до 950 ° C (1742 ° F) в отсутствие воздуха при определенных условиях. Практически измеряется путем определения потери веса. Состоящие из смеси газов, органических соединений с низкой температурой кипения, которые конденсируются в масла при охлаждении, и смол, количество летучих веществ увеличивается с понижением ранга. Как правило, угли с высоким содержанием летучих веществ легко воспламеняются и обладают высокой реакционной способностью при сжигании.
Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской.Подпишитесь сегодняМинеральное содержание (зола)
Уголь содержит множество минералов в различных пропорциях, которые при сжигании угля превращаются в золу. Количество и природа золы, а также ее поведение при высоких температурах влияют на конструкцию и тип системы удаления золы, применяемой на предприятиях по утилизации угля. При высоких температурах угольная зола становится липкой (т. Е. Спекается) и в конечном итоге образует расплавленный шлак. Затем шлак становится твердым кристаллическим материалом после охлаждения и повторного затвердевания.Конкретные температуры плавления золы определяются в лаборатории путем наблюдения за температурами, при которых происходят последовательные характерные стадии плавления в образце золы при нагревании в печи в определенных условиях. Эти температуры часто используются как индикаторы клинкерной способности углей во время высокотемпературной обработки.
Содержание фиксированного углерода
Связанный углерод — твердый горючий остаток, который остается после нагревания частицы угля и удаления летучих веществ.Содержание связанного углерода в угле определяется путем вычитания процентного содержания влаги, летучих веществ и золы из образца. Поскольку реакции горения газ-твердое вещество протекают медленнее, чем реакции газ-газ, высокое содержание фиксированного углерода указывает на то, что для сгорания угля потребуется длительное время.
Теплотворная способность
Теплотворная способность, измеряемая в британских тепловых единицах или мегаджоулях на килограмм, — это количество химической энергии, хранящейся в угле, которая выделяется в виде тепловой энергии при сгорании.Это напрямую связано с рангом; Фактически, метод ASTM использует теплотворную способность для классификации углей на уровне или ниже уровня высоколетучих битумов (выше этого уровня угли классифицируются по содержанию фиксированного углерода). Теплотворная способность частично определяет ценность угля как топлива для сжигания.
Тип угля
Уголь — сложный материал, состоящий из микроскопически различимых, физически отличительных и химически разных органических веществ, называемых мацералами.В зависимости от оптического отражения, способа возникновения и внешнего вида под микроскопом мацералы подразделяются на три основных класса: (1) мацералы липтинита или экзинита с низким коэффициентом отражения и высоким соотношением водорода к углероду получают из спор растений. , кутикулы, смолы и тела водорослей. (2) Витринитовые мацералы со средним коэффициентом отражения и высоким соотношением кислорода к углероду получают из древесных тканей. (3) Мацералы инертинита с высоким коэффициентом отражения и содержанием углерода получают из ископаемого древесного угля или разложившегося материала.
Хотя ожидается, что различные мацералы в данной группе обладают схожими свойствами, они часто демонстрируют различное поведение при конкретном конечном использовании. Например, эффективность горения, как сообщается, обратно пропорциональна содержанию инертинита, однако микринит, который классифицируется как мацерал инертинита, обнаруживает высокую реактивность при сжигании. Корреляция между петрографическим составом и реакционной способностью угля еще не установлена.
Физические свойства
Шлифуемость
Измельчаемость угля является мерой его устойчивости к раздавливанию.На измельчаемость влияют два фактора: влажность и зольность угля. В целом лигниты и антрациты более устойчивы к измельчению, чем битуминозные угли. Одним из широко используемых методов оценки измельчаемости является испытание Hardgrove, которое заключается в измельчении специально подготовленной пробы угля в лабораторной мельнице стандартной конструкции. Массовый процент угля, который проходит через сито с размером ячеек 200 меш (сито с размером отверстий 74 микрометра, или 0,003 дюйма), используется для расчета индекса измельчаемости Hardgrove (HGI).Индекс используется в качестве ориентира для определения размеров измельчающего оборудования на углеобогатительной фабрике.
Пористость — это часть объема кажущегося твердого вещества, которая на самом деле представляет собой пустое пространство. Из-за пористости площадь поверхности внутри частицы угля намного превышает площадь внешней поверхности. В любой реакции газ-твердое тело или жидкость-твердое тело скорость реакции зависит от доступной площади поверхности, на которой может происходить реакция; следовательно, пористость угля влияет на скорость его реакции в процессе конверсии.Доступность реагента к внутренней поверхности угольной частицы также зависит от размера и формы пор и степени пористости.
В зависимости от предполагаемого конечного использования угля выполняется несколько видов измерения плотности. Наиболее часто измеряемая плотность — это объемная плотность; он определяется как вес угля, занимающего единицу объема, и выражается в граммах на кубический сантиметр или фунтах на кубический фут. Насыпная плотность зависит от гранулометрического состава угля и важна при проектировании складских бункеров и силосов.
Когда многие битуминозные угли нагреваются, они размягчаются и образуют пластичную массу, которая набухает и снова затвердевает в пористое твердое тело. Угли, которые проявляют такое поведение, называются спекающимися углями. Сильно спекающиеся угли, которые дают твердый продукт (кокс) со свойствами, подходящими для использования в доменной печи, называются коксующимися углями. Все коксующиеся угли спекаются, но не все спекающиеся угли подходят для производства кокса.
Термопластические свойства зависят от петрографического состава. Например, мацералы липтинита обладают очень высокой текучестью, а мацералы инертинита — нет.Витриниты занимают промежуточное положение между этими двумя группами. Термопластические свойства желательны для получения кокса и ожижения, но они нежелательны для сжигания и газификации, поскольку камера сгорания или газогенератор может быть забит образовавшейся расплавленной массой.
Сарма В.Л.Н. Писупати Алан В. СкарониСжижение газов и критическая температура
Сжижение газа происходит, когда межмолекулярные силы притяжения становятся настолько высокими, что они связывают молекулы газа вместе, образуя жидкое состояние.
Межмолекулярные силы притяжения могут быть увеличены либо путем увеличения давления, чтобы молекулы сблизились, либо путем охлаждения газа, так что кинетическая энергия молекул уменьшается, и они становятся медленнее.
Установлено, что влияние температуры на сжижение газов очень важно, так как чем выше температура газа, тем труднее его сжижать и выше требуется давление.
Такие газы, как водород, гелий, кислород, азот, нельзя сжижать при комнатной температуре только путем приложения давления.Каждый из этих газов также может быть сжижен, если сначала он охладится до определенной температуры или ниже. Для каждого газа существует определенная температура, выше которой его нельзя сжижать, однако к газу может быть приложено высокое давление. Эта температура называется критической.
Критическая температура газа может быть определена как температура, выше которой он не может быть сжижен, однако к газу может быть приложено высокое давление.
Давление, необходимое для сжижения газа при критической температуре, называется критическим давлением .
Объем, занимаемый 1 моль газа при критической температуре и критическом давлении, называется критическим объемом.
Все три называются критическими константами газа и представлены как Tc, Tp, Tv.
Эксперимент Эндрюса по критическим явлениям
Эндрюс в 1861 году первым исследовал критические явления экспериментально с использованием углекислого газа.
Он изучал влияние давления на объем углекислого газа при различных постоянных температурах.Полученные графики получили название изотерм.
При самой низкой используемой температуре, например, 13,1 ° C, при низком давлении диоксид углерода существует в виде газа, как показано в точке A.
По мере увеличения давления объем газа уменьшается по кривой.
Точка, в которой начинается сжижение газа, объем быстро уменьшается, поскольку жидкость имеет гораздо меньший объем, чем газ.
Когда сжижение завершено, повышение давления очень мало влияет на объем, поскольку жидкости очень слабо сжимаемы.Таким образом получается крутая кривая.
По мере увеличения температуры горизонтальная часть становится все меньше и меньше, и при 30,98 ° C она уменьшается до точки E.
При температуре выше 30,98 ° C газ вообще нельзя сжижать, однако может применяться высокое давление. Таким образом, 30,98 ° C — критическая температура.
Получаем куполообразную кривую .
Точка A обозначает газообразное состояние.
Точка вроде D представляет жидкое состояние.
Точка в области куполообразной формы указывает на существование жидкого и газообразного углекислого газа в равновесии.
Важность критической температуры
Критическая температура газа является мерой силы межмолекулярных сил притяжения.
Чем слабее межмолекулярные силы, тем труднее сжижать этот газ и, следовательно, критическая температура этого газа ниже.
Гелий и водород обладают слабыми межмолекулярными силами, поэтому их трудно разжижить, и поэтому они имеют низкую критическую температуру.
Двуокись углерода и аммиак обладают сильными внутримолекулярными силами притяжения, они легко переходят в жидкое состояние, а их критическая температура высока, выше комнатной.
Константа Ван-дер-Ваальса a также является мерой межмолекулярных сил притяжения. Таким образом, установлено, что значения константы a увеличиваются в том же порядке, что и критическая температура.
Поскольку газ можно сжижать при температуре ниже критической путем приложения давления. Следовательно, выше критической температуры это газ, но ниже критической температуры — пар.
Например: диоксид углерода ниже его критической температуры называется паром диоксида углерода .
Сжижение газов — Infogalactic: ядро планетарных знаний
Сжижение газов — физическое преобразование газа в жидкое состояние (конденсация).
Детали
Процессы используются в научных, промышленных и коммерческих целях. Многие газы можно перевести в жидкое состояние при нормальном атмосферном давлении простым охлаждением; некоторые, например двуокись углерода, также требуют повышения давления. Сжижение используется для анализа основных свойств молекул газа (межмолекулярных сил), для хранения газов, например, сжиженного нефтяного газа, а также в холодильной технике и кондиционировании воздуха.Там газ сжижается в конденсаторе , где выделяется теплота парообразования, и испаряется в испарителе , , где тепло испарения поглощается. Аммиак был первым таким хладагентом и до сих пор широко используется в промышленном холодильном оборудовании, но в быту и в коммерческих целях он в значительной степени заменен соединениями, полученными из нефти и галогенов.
Жидкий кислород предоставляется больницам для преобразования в газ для пациентов с проблемами дыхания, а жидкий азот используется в медицине для криохирургии и осеменаторами для замораживания спермы.Сжиженный хлор транспортируется для окончательного растворения в воде, после чего он используется для очистки воды, санации промышленных отходов, сточных вод и бассейнов, отбеливания целлюлозы и текстиля и производства четыреххлористого углерода, гликоля и многих других органических соединений, а также фосгена. газ.
Сжижение гелия ( 4 He) с помощью предварительно охлажденного цикла Хэмпсона-Линде привело к присуждению Нобелевской премии Хайке Камерлинг-Оннес в 1913 году. При атмосферном давлении точка кипения сжиженного гелия составляет 4.22 К (-268,93 ° С). Ниже 2,17 К жидкость 4 Он становится сверхтекучим (Нобелевская премия 1978 г., Петр Капица) и демонстрирует такие характерные свойства, как теплопроводность через второй звук, нулевую вязкость и эффект фонтана среди других.
Сжижение газов — сложный процесс, в котором используются различные сжатия и расширения для достижения высоких давлений и очень низких температур с использованием, например, турбодетандеров.
Сжижение воздуха используется для получения азота, кислорода, аргона и других атмосферных благородных газов путем разделения компонентов воздуха путем фракционной перегонки в установке криогенного разделения воздуха.
История
Жидкий воздух
Процесс Линде
Воздух сжижается с помощью процесса Linde, в котором воздух попеременно сжимается, охлаждается и расширяется, каждое расширение приводит к значительному снижению температуры. При более низкой температуре молекулы движутся медленнее и занимают меньше места, поэтому воздух меняет фазу, становясь жидкостью.
Процесс Клода
Воздух также можно сжижать с помощью процесса Клода, в котором газу позволяют изоэнтропически расширяться дважды в двух камерах.Во время расширения газ должен выполнять работу, поскольку он проходит через расширительную турбину. Газ еще не жидкий, так как он разрушит турбину. Окончательное разжижение происходит путем изэнтальпического расширения в клапане Джоуля-Томсона.
См. Также
Внешние ссылки
это: Condensazione
Сжиженный природный газ — Energy Education
Рис. 1. Танкер для перевозки СПГ. Обратите внимание на размер корабля СПГ по сравнению с пирсом слева. [1]Сжиженный природный газ или СПГ — это жидкость без цвета и запаха, которая содержит 85-95% метана с небольшими количествами этана, пропана, бутана и азота. [2] Мировая отрасль сжиженного природного газа быстро растет. Глобальная торговля СПГ способствует развитию и может дополнять внутреннее производство в регионах, где отсутствуют запасы природного газа или инфраструктуры. СПГ используется и продается во всем мире уже более 50 лет, но многие организации ожидают, что в ближайшие годы этот объем торговли резко увеличится.
Сжиженный природный газ получают путем охлаждения природного газа до -162 ° C (-259 ° F) при давлении 1 атм. [3] Как часто бывает с фазовыми переходами, этот процесс перехода от газа к жидкости приводит к значительному уменьшению объема, занимаемого жидкостью, вплоть до 600 раз.Этот уменьшенный объем упрощает хранение и транспортировку природного газа на рынки, на которых отсутствуют запасы природного газа. [3]
Концепция преобразования природного газа в СПГ была разработана в Германии в 1893 году, но первый коммерческий завод СПГ был построен только в 1941 году в Кливленде, штат Огайо. [4] Достижения в области технологий и практики СПГ для процессов сжижения и дегазации превратили рынок СПГ в более эффективный глобальный бизнес. По состоянию на 2018 год 21 страна-экспортер и 33 страны-импортера предложили эксплуатировать заводы и / или установки СПГ. [5]
Использование сжиженного природного газа
Природный газ уже много лет используется для различных целей (например, для отопления домов). Доступность СПГ как способа транспортировки природного газа делает другие виды использования более возможными (например, автомобили, работающие на природном газе).
- Грузовые автомобили: СПГ может использоваться в качестве транспортного топлива из-за его плотности энергии. Это может быть дешевле, чем обычное дизельное топливо, иметь более тихую работу двигателя и снизить выбросы парниковых газов (сокращение на 30-40%). [6]
- Судоходство: СПГ является потенциальным решением для судоходства в качестве альтернативного источника топлива для судов с дизельными двигателями. СПГ не только обеспечивает более чистое сгорание, но и снижает расходы, поскольку судно может вместить больший объем СПГ, чем дизельное топливо. Переоборудование судна для использования СПГ стоит от 10 до 50 миллионов долларов. [7]
Цепочка добавленной стоимости СПГ
Цепочка создания стоимости СПГ состоит из следующих этапов (Рисунок 2):
- Разведка и добыча (E&P) — Отрасль разведки и добычи, ориентированная на поиск углеводородов в благоприятных геологических условиях для добычи.После определения перспективного места разрабатываются запасы природного газа. Природный газ добывается путем бурения скважин в пласт. Затем добытый газ обрабатывается, что включает в себя удаление примесей и отделение углеводородов для конечного использования на рынке.
- Сжижение — Обработанный природный газ транспортируется на территорию завода по сжижению природного газа по трубопроводу и переводится в жидкое состояние.
- Хранение СПГ — Для поддержания СПГ в его низкотемпературном состоянии используются резервуары СПГ с двойными стенками с хорошей изоляцией.
- Транспортировка СПГ — Транспортировка сжиженного природного газа включает транспортировку СПГ на большие расстояния в специальном танкере-газовозе, который включает в себя хорошую изоляцию и конструкцию с двойным корпусом для обеспечения большей прочности и безопасности.
- Регазификация — По прибытии СПГ переводится из сжиженной фазы в газообразную, где он транспортируется по трубопроводным системам природного газа для распределения по предприятиям и домам.
Для дальнейшего чтения
Список литературы
- ↑ Wikimedia Commons. (8 июня 2015 г.). Танкер-газовоз Alto Acrux [Online]. Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:LNG_carrier_Alto_Acrux_-_4_May_2013.jpg#/media/File:LNG_carrier_Alto_Acrux_-_4_May_2013.jpg
- ↑ Министерство энергетики США. (31 августа 2015 г.). Сжиженный природный газ: основные факты [Online], доступно: http: // energy.gov / fe / downloads / сжиженный-природный-понимание-основные-факты
- ↑ 3,0 3,1 IHRDC. (31 августа 2015 г.). Цепочка создания стоимости СПГ [Online], доступно: http://www.ihrdc.com/els/po-demo/module15/mod_015_02.htm
- ↑ Global CSS Institute. 9.1 История развития СПГ [Онлайн]. По состоянию на 21 ноября 2018 г. Доступно: https://hub.globalccsinstitute.com/publications/ccs-learning-lng-sector-report-global-ccs-institute/91-development-history-lng
- ↑ Evaluate Energy, Обзор мирового рынка СПГ [Online].Проверено 21 ноября 2018 г. Доступно: https://www.dailyoilbulletin.com/pdf/global-lng-market-review/
- ↑ CLNG. (31 августа 2015 г.). СПГ и его многочисленные применения [Online], доступно: http://lngfacts.org
- ↑ С. Коленко. (31 августа 2015 г.). BC Ferries взвешивает стоимость варианта судового топлива СПГ. [Online], доступно: http://www.mining.com/web/bc-ferries-weighs-costs-of-lng-ship-fuel-option/
- ↑ ППТ, СПГ. (Проверено 3 сентября 2015 г.). «Цепочка создания стоимости СПГ [Online], Доступно: http: // www.pttlng.com/en/mr_chain.aspx
Авторы и редакторы
Уилл Кук-Кларк, Джордан Ханания, Эллен Ллойд, Руди Мейер, Эшли Ширдаун, Кейлин Стенхаус, Канди Вонг, Джейсон Донев
Последнее обновление: 24 февраля 2019 г.
Получить ссылку
Экология, здоровье и безопасность Руководство для объектов сжиженного природного газа
e57fa175-b024-4da1-bb1f-ce940831422f_div
24 страницы | © Апрель 2017 г. Группа Всемирного банка | Бесплатно
Руководство по охране окружающей среды, здоровья и труда (EHS) — это технические справочные документы с общими и отраслевыми примерами надлежащей международной отраслевой практики (GIIP).Когда один или несколько членов Группы Всемирного банка участвуют в проекте, настоящее Руководство по ОСЗТ применяется в соответствии с требованиями соответствующих политик и стандартов. Настоящее Руководство по ОСЗТ для промышленного сектора предназначено для использования вместе с документом «Общие рекомендации по ОСЗТ», который предоставляет пользователям рекомендации по общим вопросам ОСЗТ, потенциально применимым ко всем отраслям промышленности.
Руководство по ОСЗТ для объектов сжиженного природного газа (СПГ) включает информацию, касающуюся заводов по сжижению базовой нагрузки СПГ, транспортировки (по морю и суше), хранения, регазификации (включая плавучие регазификационные установки), терминалов сглаживания пиковых нагрузок и установок для заправки СПГ.Для прибрежных объектов СПГ, включая гавани, пристани и в целом прибрежные сооружения (например, прибрежные терминалы, морские базы снабжения, погрузочно-разгрузочные терминалы), дополнительные указания приведены в Руководстве по ОСЗТ для портов, гаваней и терминалов. Дополнительные указания по вопросам ОСЗТ, относящимся к судам и плавучим хранилищам, приведены в Руководстве по ОСЗТ для судоходства. Вопросы ОСЗТ, связанные с автомобильной транспортировкой СПГ, рассматриваются в Общем руководстве по ОСЗТ. Вопросы, связанные с производством и хранением сжиженного нефтяного газа / конденсата на заводах по сжижению газа, в данном Руководстве не рассматриваются.
Скачать публикацию полностью [PDF]
Дополнительная информация:
«Вернуться на предыдущую страницу
.