Często spotykany w literaturze naukowej skrót LNG nie zawsze jest jasny dla czytelnika lub innej zainteresowanej osoby, dlatego okresowo pojawiają się pytania o to, jak LNG jest tłumaczone i co to znaczy.
Co to jest skroplony gaz ziemny?
Głównym składnikiem gazu jest metan, którego stężenie nie jest mniejsze niż 75% masy. Czym różni się gaz ziemny od gazu skroplonego? Ten ostatni ma następujące cechy:
- jest bezbarwny i bezwonny (gaz ziemny ma zapach zgniłych jaj, ponieważ zawiera związki siarki – merkaptany, a po ekstrakcji dodawane są do niego substancje zapachowe, dzięki czemu w porę zauważysz wyciek);
- Gęstość LNG jest prawie połowa gęstości wody (0,425-0,46 kg/l);
- wrzenie następuje w temperaturze -159°C;
- nie palne w tym stanie skupienia;
- nie ma działania toksycznego;
- gaz nie jest agresywny;
- reakcji spalania oparów towarzyszy wydzielanie dwutlenku węgla i pary wodnej;
- w warunkach otwartej przestrzeni w 25°C i 760 mm. rt. sprężony gaz kolumny przyjmuje pierwotny stan gazowy, rozpuszczając się w powietrzu;
- podczas procesu parowania gaz może się zapalić, jeśli wejdzie w kontakt ze źródłem płomienia (stężenie w powietrzu niezbędne do zapłonu wynosi 5-15% obj. – czyli zapłon nie nastąpi poniżej i powyżej tych wartości ).
Zatem różnice między gazem ziemnym a gazem skroplonym są oczywiste.
Jak skroplony jest gaz ziemny
Główne cele w produkcji produktu płynnego to:
- otrzymywanie produktu końcowego jako przedmiotu handlowego;
- izolacja frakcji gazowej butanu, propanu, etanu;
- wydobywanie helu.
W produkcji skraplanie gazu odbywa się w technologii wieloetapowej. Przejście z jednego etapu do drugiego charakteryzuje się 12-krotną kompresją przepływu, aż do zmiany stanu skupienia przepływu. Wadą tej metody są straty energii sięgające 25% na wyjściu.
Do chwili obecnej opracowano dwie technologie pozyskiwania LNG:
- kompresja;
- technologia oparta na procesach wymiany ciepła.
W pierwszym przypadku proces kondensacji przebiega przy stałym ciśnieniu, co negatywnie wpływa na energochłonność jako całość. W drugim wariancie przepływ jest schładzany, po czym następuje gwałtowne dławienie do żądanych parametrów temperaturowych, jednak po pierwszym etapie stopień skroplenia gazu wynosi tylko 4%. Wyjściem jest zastosowanie technologii kaskadowych, które zwiększają wydajność chłodzenia nawet o 100%.
Szczególną uwagę przy produkcji LNG należy zwrócić na wysokiej jakości sprzęt do wymiany ciepła i izolacji, ponieważ determinuje to możliwość dodatkowych kosztów energii. Tak więc przy spadku temperatury wewnątrz reaktora lub wymiennika ciepła o 1°C, gdy przechodzi przez niego 100 000 m3 mieszaniny gazowej, koszt sprężania pod względem mocy wzrasta o 5 kW.
Istnieje siedem opcji obsługi technologii skraplania mieszanin gazowych:
- W przypadku produkcji LNG o dużej wydajności 82% wybiera procesy produkcyjne firmy Air Products: AP-SMR, AP-C3MR, AP-X.
- Na drugim miejscu jest technologia o nazwie Optimized Cascade, która w całości należy do ConocoPhillips;
- Trzecie miejsce zajmują małogabarytowe instalacje GTL przeznaczone do użytku w zamkniętych pomieszczeniach przemysłowych;
- Poszczególne jednostki instalacyjne do produkcji LNG na świecie są szeroko stosowane w cyklach syntezy paliw silnikowych na gaz ziemny.
Aby zapewnić dostępność złóż gazowych (dotyczących wydobycia na morzu), uruchomiono specjalne statki morskie, a także pływające platformy (opracowane przez Shell) wyposażone w urządzenia chłodnicze – de facto skraplanie odbywa się zgodnie z mechanizmem in situ.
Nie jest możliwe jednoznaczne stwierdzenie skuteczności każdego z nich, ponieważ zależy ona i jest zdeterminowana wyłącznie okolicznościami.
Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę jedną fabrykę do produkcji LNG w Rosji, to jej wyposażenie wygląda następująco:
- urządzenia do przygotowania materiałów wyjściowych, w szczególności system oczyszczania gazów;
- sprzęt dla głównej pętli procesu;
- przewody wody z recyklingu, kondensatu, pary technologicznej;
- hermetyczne zbiorniki przeznaczone do przechowywania cieczy typu kriocyster (naczynie Doire);
- Sprzęt do załadunku transportu LNG bez strat parowania;
- cysterny transportowe i inne środki transportu;
- zasilanie bezprzerwowe i zimna woda jako czynnik chłodniczy.
Ostatnio najwięcej uwagi poświęcono technologii, która pozwala zaoszczędzić do 50% kosztów energii, aby uzyskać docelowy produkt. Opiera się na wykorzystaniu własnej energii (potencjału) skroplonego gazu i naturalnym chłodzeniu przepływu, gdy ciśnienie w głównym rurociągu spada do poziomu ciśnienia odbiorcy (w przybliżeniu od 6 MPa do 1,2 MPa).
Historia produkcji skroplonego gazu ziemnego
Po raz pierwszy próby pozyskania sprężonego gazu ziemnego w skali jednej produkcji podjęto na początku XX wieku. W siedemnastym roku XX wieku amerykańskim zakładom udało się pozyskać gaz skroplony, który zasadniczo różni się od gazu ziemnego. Jednak w tym czasie nie było rozwiązań technologicznych do realizacji transportu płynów, co znacznie spowolniło rozwój kompleksu przemysłowego.
Budowa pierwszego krajowego zakładu do produkcji LNG, zgodnie z opracowanym projektem, została zrealizowana w 2006 roku. Fundamentem był projekt Sachalin-2. Szczególną rolę w ulepszeniu kompleksu odegrał Gazprom, którego celem było osiągnięcie pozycji lidera wśród firm energetycznych istniejących na rynku światowym, dzięki czemu budowa fabryki LNG w Rosji, jej ugruntowana produkcja i perspektywy stały się ważny krok w poszerzaniu wpływów firmy na światowym rynku. Trzy lata później, w 2009 roku, odbyło się uroczyste uruchomienie instalacji LNG w Rosji, która nadal funkcjonuje w 2018 roku.
Transport
Sprężony gaz można transportować na kilka sposobów:
- drogą morską na tankowcach;
- używanie pojazdów przeznaczonych do transportu gazu w cysternach;
- koleją w krio-zbiornikach.
W miejscu dostawy produkt jest regazyfikowany – ciecz powraca do stanu gazowego i jest dostarczana do odbiorców systemem gazociągów.
Za głównych odbiorców rosyjskiego gazu uważa się Japonię, Koreę Południową, Belgię, Hiszpanię i Francję.
Produkcja światowa
Kraje produkujące (2009): Katar, Malezja, Indonezja, Australia, Algieria, Trynidad i Tobago, z których liderem jest Katar (produkcja 49,5 mld m3).
Kraje eksportujące (2009): Japonia, Korea Południowa, Hiszpania, Francja, USA, Indie, z których Japonia jest liderem. Jednak do początku 2020 roku amerykańskie firmy planują uruchomienie nowych zakładów produkcyjnych o łącznej zdolności produkcyjnej ponad 57,8 mln ton rocznie.
W Federacji Rosyjskiej według danych za 2018 r. istnieją 2 zakłady. Pierwszy z nich należy do Gazpromu, Shella, Mitsui i Mitsubishi o łącznej przepustowości 10,8 mln ton LNG/rok. Drugi zakład do produkcji skroplonego gazu ziemnego znajduje się w Jamalsko-Nienieckim Okręgu Autonomicznym, którego właścicielem jest Novatek. Firma planuje budowę dodatkowej instalacji w ramach projektu Arctic LNG na złożu gazu ziemnego Nyachartinskoye.
Ciekawe fakty dotyczące skroplonego gazu ziemnego
- Pod koniec XX wieku (1971) największy wypadek miał miejsce w Turkmenistanie podczas wiercenia szybu poszukiwawczego gazu. Grupa geologów w trakcie prac natrafiła na zagłębienie w ziemi, w wyniku którego instalacja z całym osprzętem dosłownie zeszła kilkaset metrów w dół. Ze względów bezpieczeństwa postanowiono podpalić gaz z nadzieją szybkiego wypalenia. Jednak rezerwy były tak duże, że gaz pali się do dziś. Podróżni nazwali to miejsce „Drzwiami do piekła”.
- Całkowita długość gazociągów w Rosji dwukrotnie przekracza odległość od satelity Ziemi do nas. Jeśli przeliczymy tę wartość na wielkość równika, to długość gazociągów przewyższa tę ostatnią 20-krotnie.
- Największy zbiornikowiec LNG ma 3,5-krotność długości boiska piłkarskiego (345 m).
