Comment et pourquoi le gaz liquéfié: technologie de production et champ d'utilisation du gaz liquéfié

Les technologies liées à l'extraction, au transport et au traitement du gaz naturel se développent rapidement. Et beaucoup aujourd'hui ont entendu les abréviations LNG (LPG) et LPG (LNG). Presque tous les deux jours, le gaz naturel est mentionné dans l'actualité dans un contexte ou dans un autre.

Mais, vous devez admettre, afin d'avoir une compréhension claire de ce qui se passe, il est important de comprendre d'abord comment le gaz est liquéfié, pourquoi cela est fait et quels avantages il donne ou ne donne pas. Et il y a beaucoup de nuances dans cette affaire.

Pour liquéfier les hydrocarbures gazeux, de grandes usines de haute technologie sont en cours de construction. Ensuite, nous comprendrons soigneusement: pourquoi tout cela est nécessaire et comment cela se produit.

Pourquoi liquéfier le gaz naturel?

Le carburant bleu est extrait des entrailles de la terre sous la forme d'un mélange de méthane, d'éthane, de propane, de butane, d'hélium, d'azote, de sulfure d'hydrogène et d'autres gaz, ainsi que de leurs divers dérivés.

Certains d'entre eux sont utilisés dans l'industrie chimique et certains sont brûlés dans des chaudières ou des turbines pour produire de la chaleur et de l'électricité. De plus, une partie de l'extraction est utilisée comme carburant pour moteur à gaz.

Les calculs de l'industrie du gaz montrent que si le carburant bleu doit être livré à une distance de 2500 km ou plus, alors sous une forme liquéfiée, il est souvent plus rentable de le faire que par pipeline

La principale raison de la liquéfaction du gaz naturel est la simplification de son transport sur de longues distances. Si le consommateur et le puits de gaz sont situés sur des terrains proches l'un de l'autre, il est plus facile et plus rentable de poser un tuyau entre eux. Mais dans certains cas, la construction d'une autoroute est trop coûteuse et problématique en raison de nuances géographiques. Ils recourent donc à diverses technologies pour produire du GNL ou du GPL sous forme liquide.

Économie et sécurité des transports

Une fois le gaz liquéfié, il est déjà pompé sous forme de liquide dans des conteneurs spéciaux pour le transport maritime, fluvial, routier et / ou ferroviaire.Dans ce cas, technologiquement, la liquéfaction est un processus assez coûteux d'un point de vue énergétique.

Dans différentes usines, cela représente jusqu'à 25% du volume de combustible initial. Autrement dit, pour générer l'énergie nécessaire à la technologie, vous devez brûler jusqu'à 1 tonne de GNL pour trois tonnes de celui-ci sous forme finie. Mais le gaz naturel est désormais très demandé, tout est payant.

Sous forme liquéfiée, le méthane (propane-butane) occupe un volume 500 à 600 fois plus petit qu'à l'état gazeux

Bien que le gaz naturel soit à l'état liquide, il est incombustible et non explosif. Seulement après évaporation lors de la regazéification, obtenu mélange de gaz s'avère approprié pour brûler chaudièreset plaques de cuisson. Par conséquent, si du GNL ou du GPL est utilisé comme carburant hydrocarboné, ils doivent être regazéifiés.

Utilisation dans divers domaines

Le plus souvent, les termes «gaz liquéfié» et «gaz liquéfié» sont mentionnés dans le cadre du transport d'énergie d'hydrocarbures. Autrement dit, la première production de carburant bleu a lieu, puis sa conversion au GPL ou au GNL. Ensuite, le liquide résultant est transporté puis à nouveau remis à l'état gazeux pour l'une ou l'autre application.

Le LHG (gaz de pétrole liquéfié) pour 95% et plus se compose d'un mélange propane-butane et le GNL (gaz naturel liquéfié) pour 85–95% de méthane. Ce sont des types de carburant similaires et radicalement différents.

Le GPL du propane-butane est principalement utilisé comme:

• carburant pour moteur à gaz;
• carburant pour injection dans les réservoirs de gaz des systèmes de chauffage autonomes;
• liquides pour le ravitaillement des briquets et des bouteilles de gaz d'une capacité de 200 ml à 50 litres.

Le GNL est généralement produit exclusivement pour le transport longue distance. Si la capacité de stockage du GPL est suffisante pour résister à la pression de plusieurs atmosphères, des réservoirs cryogéniques spéciaux pour le méthane liquéfié sont nécessaires.

Les équipements de stockage de GNL sont hautement technologiques et prennent beaucoup de place. L'utilisation d'un tel carburant dans les voitures n'est pas rentable en raison du coût élevé des cylindres. Les camions de GNL sous la forme de modèles expérimentaux uniques roulent déjà sur les routes, mais dans le segment des voitures particulières, ce carburant «liquide» est peu susceptible de trouver une large application dans un proche avenir.

Le méthane liquéfié comme combustible est désormais de plus en plus utilisé en exploitation:

• locomotives ferroviaires;
• navires de mer;
• transport fluvial.

En plus d'être utilisé comme vecteur d'énergie, le GPL et le GNL sont également utilisés directement sous forme liquide dans les usines de gaz et pétrochimiques. Ils fabriquent divers plastiques et autres matériaux à base d'hydrocarbures.

Technologies de production de GPL et de GNL

Pour convertir le méthane du gaz en liquide, il doit être refroidi à -163 ° C. Mais le propane-butane se liquéfie déjà à -40 °C. En conséquence, la technologie et les coûts sont très différents dans les deux cas.

Un litre de GNL représente environ 1,38 mètre cube. m de gaz naturel (ce chiffre dépend de la température et de la pression), une diminution de volume d'environ 620 fois

Les technologies suivantes de différentes sociétés sont utilisées pour liquéfier le gaz naturel:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Cascade optimisée
• DMR;
• PRICO;
• MFC
• GTL et al.

Tous sont basés sur des processus de compression et / ou d'échange de chaleur. L'opération de liquéfaction se déroule dans l'usine en plusieurs étapes, au cours desquelles le gaz est progressivement comprimé et refroidi à la température de transition vers la phase liquide.

Préparation du mélange gazeux

Avant de commencer à liquéfier le gaz naturel brut, il est nécessaire d'en éliminer l'eau, l'hélium, l'hydrogène, l'azote, les composés soufrés et autres impuretés. Pour cela, la technologie d'adsorption de purification en profondeur d'un mélange gazeux est généralement appliquée en le faisant passer à travers des tamis moléculaires.

Puis se produit la deuxième étape de préparation de la charge, au cours de laquelle les hydrocarbures lourds sont éliminés. Par conséquent, seuls l'éthane et le méthane (ou le propane et le butane) contenant moins de 5% d'impuretés restent dans le gaz, de sorte que cette fraction peut commencer à être refroidie et liquéfiée.

La préparation initiale avec l'élimination de tout ce qui n'est pas nécessaire du gaz naturel est effectuée pour protéger l'équipement de réfrigération contre les effets agressifs de l'eau, du dioxyde de carbone, des composés soufrés, etc.

Le fractionnement vous permet de vous débarrasser des impuretés nocives et de n'allouer que le gaz principal pour la liquéfaction ultérieure. À une pression de 1 atm, la température de transition à l'état liquide pour le méthane est de -163 ° C, pour l'éthane -88 ° C, pour le propane -42 ° C et pour le butane -0,5 ° C.

Ces différences de température justifient la raison pour laquelle elles sont divisées en fractions et ce n'est qu'à ce moment qu'elles liquéfient le gaz entrant dans l'usine. Il n'existe pas de technologie de liquéfaction unique pour tous les types de composés d'hydrocarbures gazeux. Pour chacun d'eux, il est nécessaire de construire et d'appliquer leur propre ligne de production.

Le principal processus de liquéfaction

La base pour convertir le gaz à l'état liquide est le cycle de réfrigération, au cours duquel la chaleur est transférée par un réfrigérant ou un autre d'un milieu à basse température à un milieu à température plus élevée. Ce processus est en plusieurs étapes et nécessite la disponibilité de compresseurs puissants pour l'expansion / la contraction du caloporteur et des échangeurs de chaleur.

Les technologies de compression sont de haute technologie, énergivores et coûteuses, mais en un cycle, elles permettent de comprimer le gaz immédiatement 5 à 12 fois

En tant que réfrigérant à différents stades de liquéfaction, les éléments suivants sont utilisés:

• propane;
• méthane;
• éthane;
• azote
• eau (mer et purifiée);
• l'air.

Par exemple, pour le refroidissement primaire du gaz naturel à Yamal-LNG Novatek, de l'air frais de l'Arctique est utilisé, ce qui permet d'abaisser la température de la matière première avec des coûts minimaux immédiatement à +10 ° C. Et pendant les mois chauds d'été, au lieu de cela, il est prévu d'utiliser l'eau de mer de l'océan Arctique, qui, quelle que soit la période de l'année, est à une profondeur de 3-4 ° C.

Dans le même temps, l'azote obtenu directement sur place à partir de l'air est utilisé comme réfrigérant final sur la péninsule de Yamal. En conséquence, l'Arctique fournit tout le nécessaire pour la production de GNL - de la source de gaz naturel aux agents de travail utilisés dans le processus de liquéfaction.

Le propane est liquéfié de manière similaire au méthane. Seules des températures de refroidissement lui sont nécessaires beaucoup moins basses - moins 42 ° C contre moins 163 ° C. Par conséquent, la liquéfaction gaz pour réservoirs de gaz coûte plusieurs fois moins cher, mais le GPL propane-butane résultant lui-même est moins demandé sur le marché.

Transport et stockage

Presque la totalité du volume de GNL est transportée par de grands pétroliers de gaz de mer d'une côte à l'autre. Le transport terrestre est limité par la nécessité de maintenir la température du "carburant bleu liquide" à des valeurs d'environ -160 ° C, sinon le méthane commence à se transformer en un état gazeux et devient explosif.

Des cylindres de 5 à 50 litres avec une pression interne allant jusqu'à 1,5 à 2 MPa et des capacités de réservoir plus grandes conçues pour 5 à 17 MPa sont utilisés pour le transport de GPL.

La pression dans le réservoir de GNL est proche de l'atmosphère. Cependant, si la température du méthane liquide dépasse -160 ° C, il commencera à passer du liquide au gaz. En conséquence, la pression dans le réservoir commencera à augmenter, ce qui présente un grave danger. Les pétroliers pour le transport de GNL sont donc équipés d'installations de maintien des basses températures et d'une puissante couche d'isolant thermique.

Le GPL est regazéifié en gaz directement dans le réservoir de gaz. Et la regazéification du GNL est effectuée dans des installations industrielles spéciales sans accès à l'oxygène. En physique, le méthane liquide est progressivement converti en gaz à une température positive. Cependant, si cela se produit directement dans l'air en dehors de conditions spéciales, un tel processus entraînera une explosion.

Après que le gaz naturel sous forme de GNL est liquéfié à l'usine, il est transporté, puis à nouveau à l'usine (uniquement la regazéification) est reconverti à l'état gazeux pour une utilisation ultérieure.

Perspectives pour l'hydrogène liquéfié

En plus de la liquéfaction directe et de l'utilisation sous cette forme, un autre vecteur d'énergie, l'hydrogène, peut également être obtenu à partir du gaz naturel. Le méthane est CH₄propane C₃N₈mais le butane C₄N₁₀.

Le composant hydrogène est présent dans tous ces combustibles fossiles, il suffit de le mettre en évidence.

Les principaux avantages de l'hydrogène sont le respect de l'environnement et sa présence dans la nature, mais le prix élevé de sa liquéfaction et les pertes dues à une évaporation constante annulent pratiquement ces avantages.

Pour transférer l'hydrogène d'un état gazeux à un liquide, il doit être refroidi à -253 ° C. Pour cela, des systèmes de refroidissement à plusieurs étages et des unités de compression / détente sont utilisés. Ces technologies sont certes trop chères, mais des efforts sont en cours pour réduire leur coût.

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De plus, contrairement au GPL et au GNL, l'hydrogène liquéfié est beaucoup plus explosif. La plus petite fuite liée à l'oxygène donne un mélange gaz-air qui s'enflamme à la moindre étincelle. Et le stockage de l'hydrogène liquide n'est possible que dans des conteneurs cryogéniques spéciaux. Il y a encore trop de contre de l'hydrogène.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Comment produire du gaz liquéfié et pourquoi il est liquéfié:

Tout sur les gaz liquéfiés:

Il existe plusieurs technologies de liquéfaction de gaz. Ils ont leur propre méthane et leur propre propane-butane. Dans le même temps, il est moins coûteux d'obtenir du GPL, et il est plus facile et plus sûr de transporter / stocker. L'obtention de méthane GNL est un processus plus coûteux et complexe. De plus, sa regazéification nécessite un équipement spécialisé. Dans le même temps, le méthane est de plus en plus demandé sur le marché aujourd'hui, il est donc liquéfié en grande quantité.

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