كيف ولماذا يتم تسييل الغاز: تكنولوجيا الإنتاج ونطاق استخدام الغاز المسال
تتطور التقنيات المتعلقة بإنتاج ونقل ومعالجة الغاز الطبيعي بوتيرة سريعة.ويسمع الكثير من الناس اليوم الاختصارات LPG وLNG. كل يوم تقريبًا، يتم ذكر وقود الغاز الطبيعي في الأخبار في سياق أو آخر.
ولكن، كما ترى، من أجل الحصول على فهم واضح لما يحدث، من المهم أن نفهم في البداية كيف يتم تسييل الغاز، ولماذا يتم ذلك، وما هي الفوائد التي يقدمها أو لا يقدمها. وهناك الكثير من الفروق الدقيقة في هذه المسألة.
ولتسييل الهيدروكربونات الغازية، يتم بناء محطات كبيرة ذات تقنية عالية. بعد ذلك، سننظر بعناية في سبب الحاجة إلى كل هذا وكيف يحدث.
محتوى المقال:
لماذا يتم تسييل الغاز الطبيعي؟
يتم استخراج الوقود الأزرق من أحشاء الأرض على شكل خليط من الميثان والإيثان والبروبان والبيوتان والهيليوم والنيتروجين وكبريتيد الهيدروجين وغيرها من الغازات، بالإضافة إلى مشتقاتها المختلفة.
ويستخدم بعضها في الصناعة الكيميائية، وبعضها يتم حرقه في الغلايات أو التوربينات لتوليد الطاقة الحرارية والكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام بعض الحجم المستخرج كوقود لمحركات الغاز.
السبب الرئيسي لتسييل الغاز الطبيعي هو تسهيل نقله لمسافات طويلة. إذا كان المستهلك وبئر إنتاج وقود الغاز يقعان على أرض ليست بعيدة عن بعضها البعض، فمن الأسهل والأكثر ربحية وضع أنبوب بينهما.ولكن في بعض الحالات، يكون بناء الطريق السريع مكلفًا للغاية ويثير مشاكل بسبب الفروق الجغرافية الدقيقة. ولذلك، فإنهم يلجأون إلى تقنيات مختلفة لإنتاج الغاز الطبيعي المسال أو غاز البترول المسال في صورة سائلة.
الاقتصاد وسلامة النقل
بعد تسييل الغاز، يتم ضخه على شكل سائل في حاويات خاصة للنقل عن طريق البحر، النهر، الطرق و/أو السكك الحديدية. في الوقت نفسه، من الناحية التكنولوجية، يعد التسييل عملية مكلفة إلى حد ما من وجهة نظر الطاقة.
وفي محطات مختلفة، يستغرق ذلك ما يصل إلى 25% من الحجم الأصلي للوقود. أي أنه لتوليد الطاقة التي تتطلبها التكنولوجيا، عليك حرق ما يصل إلى طن واحد من الغاز الطبيعي المسال لكل ثلاثة أطنان منه في شكله النهائي. لكن الطلب على الغاز الطبيعي الآن كبير، وكل شيء يؤتي ثماره.
على الرغم من أن الغاز الطبيعي سائل، إلا أنه غير قابل للاشتعال وغير قابل للانفجار. فقط بعد التبخر أثناء إعادة التغويز، الناتج خليط الغاز تبين أنها مناسبة للحرق غلايات والطباخات. لذلك، إذا تم استخدام الغاز الطبيعي المسال أو غاز البترول المسال كوقود هيدروكربوني، فيجب إعادة تحويلهما إلى غاز.
استخدامها في مختلف المجالات
في أغلب الأحيان، يتم ذكر مصطلحي "الغاز المسال" و"تسييل الغاز" في سياق نقل ناقلات الطاقة الهيدروكربونية. أي أنه يتم أولاً استخراج الوقود الأزرق ومن ثم تحويله إلى غاز البترول المسال أو الغاز الطبيعي المسال. يتم بعد ذلك نقل السائل الناتج ثم إعادته إلى الحالة الغازية لاستخدام أو لآخر.
يستخدم غاز البترول المسال من البروبان البيوتان بشكل رئيسي على النحو التالي:
- وقود محرك الغاز
- الوقود للضخ في خزانات الغاز لأنظمة التدفئة المستقلة؛
- سوائل إعادة تعبئة القداحات واسطوانات الغاز بسعة من 200 مل إلى 50 لتر.
يتم إنتاج الغاز الطبيعي المسال عادةً حصريًا للنقل لمسافات طويلة. إذا كانت الحاوية القادرة على تحمل ضغط أجواء متعددة كافية لتخزين غاز البترول المسال، فستكون هناك حاجة إلى خزانات تبريد خاصة للميثان المسال.
تتميز معدات تخزين الغاز الطبيعي المسال بتكنولوجيا عالية وتشغل مساحة كبيرة. ليس من المربح استخدام هذا الوقود في سيارات الركاب بسبب ارتفاع تكلفة الأسطوانات. إن الشاحنات التي تعمل بالغاز الطبيعي المسال في شكل نماذج تجريبية واحدة تسير بالفعل على الطرق، ولكن في قطاع سيارات الركاب، من غير المرجح أن يجد هذا الوقود "السائل" استخدامًا واسع النطاق في المستقبل القريب.
يتم الآن استخدام الميثان المسال كوقود بشكل متزايد في التشغيل:
- قاطرات الديزل للسكك الحديدية.
- السفن البحرية
- النقل النهري.
بالإضافة إلى استخدامها كحامل للطاقة، يتم استخدام غاز البترول المسال والغاز الطبيعي المسال أيضًا بشكل مباشر في شكل سائل في مصانع الغاز والبتروكيماويات. يتم استخدامها لصنع مواد بلاستيكية مختلفة ومواد أخرى تعتمد على الهيدروكربون.
تقنيات الحصول على غاز البترول المسال والغاز الطبيعي المسال
لتحويل غاز الميثان من غاز إلى سائل، يجب تبريده إلى -163 درجة مئوية. ويسيل البروبان والبيوتان عند -40 °ج. وبناءً على ذلك، فإن التقنيات والتكاليف في كلتا الحالتين مختلفة تمامًا.
يتم استخدام التقنيات التالية من شركات مختلفة لتسييل الغاز الطبيعي:
- AP-SMR (AP-X، AP-C3MR)؛
- تتالي الأمثل.
- DMR.
- بريكو؛
- MFC.
- تحويل الغاز إلى سوائل وآخرون.
تعتمد جميعها على عمليات الضغط و/أو التبادل الحراري. وتتم عملية الإسالة في المصنع على عدة مراحل، يتم خلالها ضغط الغاز تدريجياً وتبريده إلى درجة حرارة التحول إلى الطور السائل.
تحضير خليط الغاز
قبل أن تتمكن من تسييل الغاز الطبيعي الخام، يجب عليك إزالة الماء والهيليوم والهيدروجين والنيتروجين ومركبات الكبريت والشوائب الأخرى منه. ولهذا الغرض، تُستخدم عادةً تقنية الامتزاز للتنقية العميقة لخليط الغاز عن طريق تمريره عبر المناخل الجزيئية.
ثم تحدث المرحلة الثانية من تحضير المادة الأولية، والتي تتم خلالها إزالة الهيدروكربونات الثقيلة. نتيجة لذلك، يبقى في الغاز فقط الإيثان والميثان (أو البروبان والبيوتان) بحجم شوائب أقل من 5٪، بحيث يمكن البدء في تبريد هذا الجزء وتسييله.
يتيح لك التجزئة التخلص من الشوائب الضارة وعزل الغاز الرئيسي فقط لتسييله لاحقًا. عند ضغط 1 atm، تكون درجة حرارة التحول إلى الحالة السائلة للميثان -163 درجة مئوية، والإيثان -88 درجة مئوية، والبروبان -42 درجة مئوية، والبيوتان -0.5 درجة مئوية.
هذه الاختلافات في درجات الحرارة بالتحديد هي التي تفسر سبب تقسيم الغاز الداخل إلى المصنع إلى أجزاء ثم تسييله فقط. لا توجد تقنية تسييل واحدة لجميع أنواع المركبات الهيدروكربونية الغازية. لكل منهم من الضروري بناء واستخدام خط الإنتاج الخاص به.
عملية التسييل الأساسية
أساس تحويل الغاز إلى الحالة السائلة هو دورة التبريد، حيث يتم خلالها نقل الحرارة بواسطة مادة تبريد أو أخرى من بيئة ذات درجة حرارة منخفضة إلى بيئة ذات درجة حرارة أعلى. هذه العملية متعددة المراحل وتتطلب ضواغط قوية لتوسيع/ضغط المبرد والمبادلات الحرارية.
يتم استخدام ما يلي كمبرد في مراحل مختلفة من التسييل:
- البروبان.
- الميثان.
- الإيثان.
- نتروجين؛
- الماء (البحر والنقى)؛
- هواء.
على سبيل المثال، للتبريد الأولي للغاز الطبيعي في مصنع يامال للغاز الطبيعي المسال التابع لشركة نوفاتيك، يتم استخدام هواء القطب الشمالي البارد، مما يسمح بخفض درجة حرارة المادة الخام بأقل تكلفة على الفور إلى +10 درجة مئوية. وفي أشهر الصيف الحارة، يتم توفيرها بدلاً من ذلك لاستخدام مياه البحر من المحيط المتجمد الشمالي، والتي، بغض النظر عن الوقت من السنة، على عمق ثابت 3-4 درجات مئوية.
وفي الوقت نفسه، يتم استخدام النيتروجين، الذي يتم الحصول عليه مباشرة من الهواء في الموقع، كمبرد نهائي في يامال. ونتيجة لذلك، يوفر القطب الشمالي كل ما يلزم لإنتاج الغاز الطبيعي المسال - بدءًا من الغاز الطبيعي الأولي وحتى العوامل العاملة المستخدمة في عملية التسييل.
يسيل البروبان بطريقة مشابهة للميثان. فقط يتطلب درجات حرارة تبريد أقل بكثير - 42 درجة مئوية تحت الصفر مقابل 163 درجة مئوية تحت الصفر. وبالتالي التسييل الغاز لخزانات الغاز إنها تكلف عدة مرات أقل، ولكن غاز البترول المسال الناتج من البروبان والبيوتان نفسه أقل طلبًا في السوق.
النقل والتخزين
ويتم نقل كامل حجم الغاز الطبيعي المسال تقريبًا بواسطة ناقلات الغاز البحرية كبيرة الحجم من ساحل إلى آخر.ويقتصر النقل البري على ضرورة الحفاظ على درجة حرارة "الوقود الأزرق السائل" عند قيم حوالي -160 درجة مئوية، وإلا فإن غاز الميثان يبدأ بالتحول إلى حالة غازية ويصبح متفجرا.
الضغط في خزان الغاز الطبيعي المسال قريب من الغلاف الجوي. ومع ذلك، إذا ارتفعت درجة حرارة الميثان السائل فوق -160 درجة مئوية، فإنه سيبدأ بالتحول من السائل إلى الغاز. ونتيجة لذلك، سيبدأ الضغط في الحاوية في الزيادة، مما يشكل خطرا جسيما. لذلك، تم تجهيز ناقلات الغاز الطبيعي المسال بوحدات صيانة منخفضة الحرارة وطبقة سميكة من العزل الحراري.
تتم إعادة تحويل غاز البترول المسال إلى غاز مباشرة في خزان الغاز. ويتم إعادة تحويل الغاز الطبيعي المسال إلى حالة غازية في منشآت صناعية خاصة دون الوصول إلى الأكسجين. ووفقا للفيزياء، فإن الميثان السائل عند درجات الحرارة الإيجابية يتحول تدريجيا إلى غاز. ومع ذلك، إذا حدث هذا مباشرة في الهواء خارج الظروف الخاصة، فإن هذه العملية ستؤدي إلى انفجار.
بعد أن يتم تسييل الغاز الطبيعي على شكل غاز طبيعي مسال في المصنع، يتم نقله، ثم مرة أخرى في المصنع (إعادة تحويله إلى حالته الغازية فقط) يتم تحويله مرة أخرى إلى الحالة الغازية لمزيد من الاستخدام.
آفاق الهيدروجين المسال
بالإضافة إلى التسييل المباشر والاستخدام بهذا الشكل، من الممكن أيضًا الحصول على حامل طاقة آخر من الغاز الطبيعي - الهيدروجين. الميثان هو CH4البروبان ج3ن8، والبيوتان ج4ن10.
عنصر الهيدروجين موجود في كل أنواع الوقود الأحفوري، ما عليك سوى عزله.
لتحويل الهيدروجين من الغاز إلى السائل، يجب تبريده إلى -253 درجة مئوية. ولهذا الغرض، يتم استخدام أنظمة تبريد متعددة المراحل ومنشآت "الضغط/التمدد". حاليا، هذه التقنيات باهظة الثمن للغاية، ولكن العمل جار لتقليل تكلفتها.
نوصي أيضًا بقراءة مقالتنا الأخرى، حيث وصفنا بالتفصيل كيفية صنع مولد الهيدروجين لمنزلك بيديك. مزيد من التفاصيل - اذهب وصلة.
أيضًا، على عكس غاز البترول المسال والغاز الطبيعي المسال، فإن الهيدروجين المسال أكثر انفجارًا بكثير. أدنى تسرب له مع الأكسجين ينتج خليطًا من الغاز والهواء يشتعل عند أدنى شرارة. ولا يمكن تخزين الهيدروجين السائل إلا في حاويات مبردة خاصة. لا يزال وقود الهيدروجين له عيوب كثيرة.
استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع
كيف يتم إنتاج الغاز المسال ولماذا يتم تسييله:
كل شيء عن الغازات المسالة:
هناك العديد من التقنيات لتسييل الغازات. بالنسبة للميثان فهي ملكهم، وبالنسبة للبروبان البيوتان فهي ملكهم. وفي الوقت نفسه، يعد الحصول على غاز البترول المسال أرخص، كما أن نقله/تخزينه أسهل وأكثر أمانًا. يعد إنتاج غاز الميثان للغاز الطبيعي المسال عملية أكثر تكلفة وتعقيدًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن إعادة تحويله إلى غاز يتطلب معدات متخصصة. وفي الوقت نفسه، يزداد الطلب على الميثان في السوق اليوم، لذلك يتم تسييله بكميات أكبر بكثير.
هل لديك أي أسئلة توضيحية أو رأي خبير خاص بك حول موضوع تسييل الغاز؟ ربما لديك ما تضيفه إلى ما سبق. لا تتردد في طرح و/أو التعليق على المقالة في المربع أدناه.
