Spesso presente nella letteratura scientifica, l’abbreviazione LNG non è sempre chiara al lettore o ad altre persone interessate, quindi periodicamente sorgono domande su come viene tradotto GNL e cosa significa.
Cos’è il gas naturale liquefatto?
Il componente principale del gas è il metano, la cui concentrazione non è inferiore al 75% della massa. In che modo il gas naturale è diverso dal gas liquefatto? Quest’ultimo ha le seguenti caratteristiche:
- è incolore e inodore (il gas naturale ha odore di uova marce, poiché contiene composti solforati – mercaptani, e dopo l’estrazione vengono aggiunti odoranti, che consentono di notare una perdita nel tempo);
- La densità del GNL è quasi la metà di quella dell’acqua (0,425-0,46 kg/l);
- l’ebollizione avviene a -159°C;
- non combustibile in questo stato aggregato;
- non ha effetti tossici;
- il gas non è aggressivo;
- la reazione di combustione dei vapori è accompagnata dal rilascio di anidride carbonica e vapore acqueo;
- in condizioni di spazio aperto a 25°C e 760 mm. rt. il gas compresso della colonna assume lo stato gassoso originario, dissolvendosi nell’aria;
- durante il processo di evaporazione, il gas può accendersi se viene a contatto con una fonte di fiamma (la concentrazione nell’aria necessaria per l’accensione è 5-15% vol. – cioè l’accensione non avverrà al di sotto e al di sopra di questi valori ).
Pertanto, le differenze tra gas naturale e gas liquefatto sono evidenti.
Come viene liquefatto il gas naturale
Gli obiettivi principali nella produzione di un prodotto liquefatto sono:
- ricevere il prodotto finale come articolo commerciale;
- isolamento della frazione di gas butano, propano, etano;
- estrazione dell’elio.
Nella produzione, la liquefazione del gas viene effettuata utilizzando una tecnologia multistadio. Il passaggio da uno stadio all’altro è caratterizzato da una compressione del flusso di 12 volte, fino a quando lo stato aggregato del flusso cambia. Lo svantaggio di questo metodo sono le perdite di energia che raggiungono il 25% in uscita.
Ad oggi sono state sviluppate due tecnologie per l’ottenimento del GNL:
- compressione;
- tecnologia basata sui processi di scambio termico.
Nel primo caso il processo di condensazione procede a pressione costante, che incide negativamente sull’intensità energetica nel suo complesso. Nella seconda variante, il flusso viene raffreddato, seguito da un forte throttling ai parametri di temperatura desiderati, tuttavia, dopo il primo stadio, il grado di liquefazione del gas è solo del 4%. La via d’uscita è utilizzare tecnologie a cascata che aumentano l’efficienza di raffreddamento fino al 100%.
Particolare attenzione nella produzione di GNL deve essere prestata alle apparecchiature di scambio termico e isolamento di alta qualità, poiché determina la possibilità di costi energetici aggiuntivi. Quindi, con un calo di temperatura all’interno del reattore o scambiatore di calore di 1°C quando lo attraversano 100.000 m3 di miscela di gas, il costo della compressione in termini di potenza aumenta di 5 kW.
Esistono sette opzioni operative per le tecnologie di liquefazione delle miscele di gas:
- Per la produzione di GNL di grande capacità, l’82% sceglie i processi di produzione di Air Products: AP-SMR, AP-C3MR, AP-X.
- al secondo posto c’è una tecnologia chiamata Optimized Cascade, che è tutta di proprietà di ConocoPhillips;
- Il terzo posto è occupato da impianti GTL di piccole dimensioni destinati all’uso in locali industriali chiusi;
- Le singole unità di installazione nella produzione di GNL nel mondo sono ampiamente utilizzate nei cicli di sintesi dei carburanti per motori a gas naturale.
Per garantire la disponibilità di giacimenti di gas (riguardanti la produzione offshore) sono state messe in funzione speciali navi marittime, nonché piattaforme galleggianti (sviluppati da Shell) dotate di apparecchiature di refrigerazione: la liquefazione avviene infatti secondo il meccanismo in siutu.
Non è possibile trarre una conclusione univoca sull’efficacia di ciascuno, poiché dipende ed è determinato solo dalle circostanze.
Tuttavia, se prendiamo in considerazione un singolo impianto per la produzione di GNL in Russia, la sua attrezzatura è la seguente:
- attrezzature per la preparazione delle materie prime, in particolare un sistema di purificazione dei gas;
- attrezzature per il ciclo di processo principale;
- linee acqua riciclata, condensa, vapore di processo;
- serbatoi ermetici progettati per lo stoccaggio di liquidi, tipo criocister (nave Doire);
- Attrezzature per il trasporto di carico di GNL senza perdite evaporative;
- autocisterne e altri mezzi di trasporto;
- gruppo di continuità e acqua fredda come refrigerante.
Di recente, la massima attenzione è stata rivolta alla tecnologia che consente di risparmiare fino al 50% dei costi energetici per ottenere il prodotto target. Si basa sull’utilizzo dell’energia propria (potenziale) del gas liquefatto e sul raffreddamento naturale del flusso quando la pressione nella condotta principale diminuisce al livello della pressione del consumatore (da circa 6 MPa a 1,2 MPa).
Storia della produzione di gas naturale liquefatto
Per la prima volta, all’inizio del XX secolo, sono stati effettuati tentativi di ottenere gas naturale compresso sulla scala di una produzione. Nel diciassettesimo anno del 20° secolo, gli impianti americani sono riusciti ad ottenere il gas liquefatto, che ha una differenza fondamentale con il gas naturale. Tuttavia, a quel tempo non esistevano soluzioni tecnologiche per l’implementazione del trasporto di liquidi, che rallentò in modo significativo lo sviluppo del complesso industriale.
La costruzione del primo impianto domestico per la produzione di GNL, secondo il progetto sviluppato, è stata effettuata nel 2006. Il progetto Sakhalin-2 ne ha gettato le basi. Un ruolo speciale nel miglioramento del complesso è stato svolto da Gazprom, il cui obiettivo era quello di affermarsi come leader tra le società energetiche esistenti sul mercato mondiale, così la costruzione di un impianto GNL in Russia, la sua consolidata produzione e prospettive sono diventate un passo importante per espandere l’influenza dell’azienda sul mercato mondiale. Tre anni dopo, nel 2009, ha avuto luogo il solenne avvio dell’impianto GNL in Russia, ancora funzionante nel 2018.
Trasporti
Esistono diversi modi per trasportare il gas compresso:
- via mare su petroliere;
- utilizzare veicoli destinati al trasporto di gas in cisterne;
- su rotaia in serbatoi criogenici.
Al punto di arrivo, il prodotto viene rigassificato: il liquido ritorna allo stato gassoso e viene fornito ai consumatori attraverso il sistema di gasdotti.
Giappone, Corea del Sud, Belgio, Spagna e Francia sono considerati i principali consumatori di gas russo.
Produzione mondiale
Paesi produttori (2009): Qatar, Malesia, Indonesia, Australia, Algeria, Trinidad e Tobago, di cui il Qatar è leader (produzione 49,5 miliardi di metri cubi).
Paesi esportatori (2009): Giappone, Repubblica di Corea, Spagna, Francia, USA, India, di cui il Giappone è leader. Tuttavia, entro l’inizio del 2020, le società statunitensi prevedono di lanciare nuovi impianti di produzione con una capacità totale di oltre 57,8 milioni di tonnellate all’anno.
Nella Federazione Russa, secondo i dati del 2018, ci sono 2 impianti. Il primo di questi è di proprietà di Gazprom, Shell, Mitsui e Mitsubishi, con una capacità totale di 10,8 milioni di tonnellate/anno di GNL. Il secondo impianto per la produzione di gas naturale liquefatto si trova nello Yamal-Nenets Autonomous Okrug, di proprietà di Novatek. La società prevede di costruire un impianto aggiuntivo nell’ambito del progetto Arctic LNG presso il giacimento di gas naturale di Nyakhartinskoye.
Fatti interessanti sul gas naturale liquefatto
- Alla fine del 20° secolo (1971) il più grande incidente si è verificato in Turkmenistan durante la perforazione di un pozzo esplorativo di gas. Un gruppo di geologi in procinto di lavorare si è imbattuto in una cavità nel terreno, a seguito della quale l’installazione con tutte le apparecchiature è letteralmente scesa di diverse centinaia di metri. Per motivi di sicurezza si è deciso di dare fuoco al gas con la speranza di un rapido burnout. Tuttavia, le riserve erano così grandi che il gas brucia ancora oggi. I viaggiatori hanno soprannominato il luogo “The Door to Hell”.
- La lunghezza totale dei gasdotti in Russia supera di 2 volte la distanza dal satellite terrestre a noi. Se traduciamo il valore nella dimensione dell’equatore, la lunghezza dei gasdotti supera quest’ultima di 20 volte.
- La più grande nave cisterna per GNL è 3,5 volte la lunghezza di un campo da calcio (345 m).
