Сжиженный газ

Макет цистерны для транспортировки сжиженного газа по железной дороге

Транспортировка сжиженного газа автомобилем

Сжиженный природный газ (СПГ) - отделенный от природного газа, сжиженный при охлаждении или под давлением для облегчения хранения или транспортировки. Газ обращается в жидкость при температуре окружающей среды ниже 20 градусов и/или при давлении выше 100 кПа. Состоит в основном из тяжелых газов пропана и бутана.

Сжиженный природный газ

Сжиженный природный газ или сокращенно СПГ, как принято называть его в энергетической отрасли (англ. соотв. Liquefied Natural Gas, сокр. LNG) представляет собой обыкновенный природный газ, охлажденный до температуры –162°С (так называемая температура сжижения) для хранения и транспортировки в жидком виде. Хранится сжиженный газ в изотермических резервуарах при температуре кипения, которая поддерживается вследствие испарения СПГ. Данный способ хранения СПГ связан с тем, что для метана, основной составляющей СПГ, критическая температура –83°С, что гораздо ниже температуры окружающей среды, и не предоставляет возможным хранить сжиженный природный газ в резервуарах высокого давления (для справки: критическая температура для этана составляет +32°С, для пропана +97°С). Для использования СПГ подвергается испарению до исходного состояния без присутствия воздуха. При регазификации (возвращении газа в исходное парообразное состояние) из одного кубометра сжиженного газа образуется около 600 кубометров обычного природного газа.

Температура сжиженного газа

Чрезвычайно низкая температура СПГ делает его криогенной жидкостью. Как правило, вещества, температура которых составляет –100°С (–48°F) или еще ниже, считаются криогенными и требуют специальных технологий для обработки. Для сравнения, самая низкая зарегистрированная температура на Земле составляет –89,2°С (Антарктика), а в населенном пункте –77,8°С (поселок Оймякон, Якутия). Криогенная температура сжиженного природного газа означает, что контакт с СПГ может вызвать изменение свойств контактирующих материалов, которые впоследствии станут ломкими и потеряют свою прочность и функциональность. Поэтому в отрасли СПГ используют специальные материалы и технологии.

Химический состав СПГ

Сырая нефть и природный газ являются ископаемыми видами топлива, известными как «углеводороды», потому что содержат химические комбинации атомов углерода и водорода. Химический состав природного газа зависит от места добычи газа и его обработки.

Сжиженный природный газ представляет собой смесь

• метана
• этана
• пропана
• [бутана
• и небольшое количество более тяжелых углеводородов и некоторых примесей (азотных и комплексных соединений серы, воды, углекислого газа и сероводорода), которые могут существовать в исходном газе, но должны быть удалены перед сжижением.

Метан является самым главным компонентом, обычно, хотя и не всегда, более чем на 85% по объему.

Плотность сжиженного газа

Поскольку СПГ представляет собой некую смесь, плотность сжиженного природного газа изменяется незначительно с ее фактическим составом. Плотность сжиженного природного газа, как правило, находится в диапазоне 430–470 кг/м³, а его объем составляет примерно 1/600 объема газа в атмосферных условиях. Это делает его примерно на треть легче, чем воздух.

Другим следствием этих фактов является то, что СПГ имеет меньшую плотность, чем вода, что позволяет ему находиться на поверхности в случае разлива и вернуться к парообразному состоянию достаточно быстро.

Другие свойства СПГ

Сжиженный природный газ не имеет запаха, бесцветный, не вызывает коррозии, не горюч и не токсичен. СПГ хранится и транспортируется при сверхнизких температурах при атмосферном давлении (отсутствие высоких давлений). При воздействии на окружающую среду СПГ быстро испаряется, не оставляя следов на воде или почве.

В своей жидкой форме сжиженный природный газ не имеет способность взрываться или воспламеняться. При испарении природный газ может воспламениться в случае контакта с источником горения, и если концентрация испарений в воздухе будет составлять от 5 до 15 %. Если концентрация паров газа менее 5 процентов, то для начала возгорания испарений недостаточно, а если более 15 процентов, то в окружающей среде будет нехватка кислорода.

Сжиженный нефтяной газ

Судно для транспортировки сжиженного газа

Сжиженный нефтяной газ, (СНГ, по-английски – Liquified Petroleum Gas, LPG) – это смесь двух газов. В обиходе ее называют кратко: пропан. Пропан-бутан получают из нефти и сконденсированных нефтяных попутных газов. Чтобы эта смесь оставалась жидкой, ее хранят и перевозят под давлением в 1,6 МПа (16 атмосфер). В топливной смеси бутан выступает как топливо, а пропан создаёт давление. Газовая смесь пропан-бутан в 2 раза тяжелее воздуха. По сути, газ не имеет запаха, поэтому в его состав добавляется специальное пахучее вещество (одорант) – этил-меркоптал. Антидетационное октановое число у газовой смеси пропан-бутан составляет 110 единиц – в этом её преимущество перед бензином, максимальное октановое число у которого – 98 единиц.

Для потребителей пропан-бутан является отличным топливом в местах, где не подведен природный газ (метан).

Свойства сжиженного нефтяного газа

Процентное соотношение пропана и бутана в смеси регулируется государством и зависит от климатических условий. Например, в зимний период количество пропана должно быть не менее 70-80 % , тогда как летом – всего 40%.

Одним из наиболее важных свойств пропана и бутана, является образование (при наличии свободной поверхности над жидкой фазой) двухфазной системы «жидкость-пар». Система «жидкость-пар» образуется вследствие возникновения давления насыщенного пара, т.е. давления пара в присутствии жидкой фазы в баллоне. В процессе наполнения баллона первые порции сжиженного газа быстро испаряются и заполняют весь его объем, создавая в нем определенное давление. При уменьшении давления газ мгновенно испаряется. Испарение сжиженного газа в баллоне продолжается до тех пор, пока образовавшиеся пары сжиженного газа не достигнут насыщения.

Это свойство пропана и бутана позволяет хранить газ в небольших объёмах, что очень важно.

Рассмотрим пример: давление насыщенного пара бутана составляет 0,1 МПа при 0°С и 0,17 МПа при 15°С, а давление насыщенного пара пропана при этих же температурах 0,59 и 0,9 МПа соответственно. Это различие приводит к значительной разнице в давлении смеси при изменении пропорции пропана и бутана. Давление растет при увеличении температуры, что приводит к большим изменениям объема сжиженного газа, находящегося в жидком состоянии. Следовательно, если сжиженный газ в жидком состоянии полностью заполняет баллон и температура продолжает увеличиваться, то давление будет быстро расти, что может привести к разрушению баллона.

Применение

После доставки потребителю сжиженный газ используется в качестве энергоносителя для тех же целей, что и обычный природный газ. Основные области применения СПГ это производство тепла и электричества, использование в качестве топлива для машин и оборудования и в бытовых нуждах. Ниже представлен более широкий список:

• Газификация коммунальных и промышленных объектов, удаленных от магистральных или распределительных трубопроводов;
• Создание топливного резерва у потребителя для покрытия нагрузок в пиковый период;
• Применение сжиженного газа на различных видах транспорта в качестве моторного топлива;
• Получение тепловой и электроэнергии, а также промышленного холода;
• Сжиженный газ как сырье для использования в химической промышленности;

Следует отметить, что вышеуказанные области применения сжиженного газа могут совмещаться между собой. Так, доставляемый судами-газовозами на регазификационный терминал сжиженного газа может быть использован для поставки его на удаленные объекты в качестве топлива для транспорта и создания резерва топлива на период больших нагрузок в магистральных и газораспределительных сетях.

На мировых рынках широкое использование сжиженного природного газа прежде всего обусловлено тем, что, по ценам, сжиженного газа либо находится в одной ценовой категории с жидкими видами топлива (углеводородными), либо дешевле их. Вдобавок к этому, топливо СПГ более экологически чистое.

Использование СПГ в качестве энергоносителя решает следующие задачи:

• Газификация удаленных объектов
• Сокращение издержек, связанных с газификацией, вследствие отказа от разработки, сооружения и обслуживания некоторой части объектов газоснабжения (межпоселковых распределительных газопроводов, газопроводов-отводов)
• Снижение количества выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду при замене, например, каменного угля или мазута природным газом
• Снижение затрат на энергоносители
• Комплексное получение тепловой и электроэнергии;

В настоящее время организация производства и внедрение технологий с использованием сжиженного газа в энергетической отрасли имеет важное перспективное значение.

Сжиженный газ — экологический вид топлива

Использование сжиженного газа для двигателя автомобиля

Имея хорошие энергетические характеристики и высокое октановое число, сжиженный газ используется не для одной лишь газификации населенных пунктов и объектов промышленности, но и как моторное топливо на различных видах транспорта.

Физико-химические, энергетические и экологические свойства природного газа делают его довольно перспективным видом топлива, использование которого может дать ощутимый положительный эффект в некоторых вопросах. Экологическая безопасность и топливная экономичность двигателей, работающих на природном газе, снижение износа деталей газового двигателя, уменьшение расхода масла — вот характерные особенности.

Применение сжиженного газа на транспорте преследует следующие цели:

• Экономию денежных средств на покупку топлива, так как цена эквивалентного количества сжиженного газа ниже, чем бензина или дизельного топлива
• Обеспечение в перспективе устойчивого топливоснабжения (учитывая динамику изменения объемов нефтегазодобычи, сравнительный анализ запасов нефти и газа, прогнозы истощения месторождений).