Як сжижать гази? Виробництво і використання скрапленого газу
Більше 30 років в СРСР, потім у Росії зріджені та стиснуті гази застосовуються в народному господарстві. За цей час пройдено досить важкий шлях з організації обліку зріджених газів, розробці технологій транспортування хімікатів, вимірюванню, зберігання, транспортування.
Від спалювання до визнання
Історично склалося, що потенціал газу як джерела енергії був недооцінений в нашій країні. Не бачачи економічно обґрунтованих сфер застосування, нафтопромисловці намагалися позбутися від легких фракцій вуглеводнів, спалювали їх без користі. У 1946 році виділення газової промисловості в самостійну галузь революційно змінило ситуацію. Обсяг видобутку цього типу вуглеводнів різко збільшився, як і співвідношення в паливному балансі Росії.
Коли вчені та інженери навчилися сжижать гази, стало можливим будувати газосжіжающіе підприємства і доставляти блакитне паливо у віддалені райони, не обладнані газопроводом, і використовувати в кожному будинку, в якості автомобільного палива, на виробництві, а також експортувати його за тверду валюту.
Що таке зріджені вуглеводневі гази
Вони діляться на дві групи:
- Зріджені вуглеводневі гази (ЗВГ) - являють собою суміш хімічних сполук, що складається в основному з водню і вуглецю з різною структурою молекул, тобто суміш вуглеводнів різної молекулярної маси і різної будови.
- Широкі фракції легких вуглеводнів (ШФЛУ) - включають здебільшого суміші легких вуглеводнів гексанової (С6) і метанова (С2) фракцій. Їх типовий склад: етан 2-5%, скраплений газ фракцій С4-С5 40-85%, гексановий фракція С6 15-30%, на пентанових фракцію доводиться залишок.
Зріджений газ: пропан, бутан
У газовому господарстві саме ЗВГ застосовуються в промисловому масштабі. Їх основними компонентами є пропан і бутан. Також у вигляді домішок в них містяться більш легкі вуглеводні (метан і етан) і більш важкі (пентан). Всі перераховані компоненти є граничними вуглеводнями. До складу ЗВГ можуть входити також ненасичені вуглеводні: етилен, пропилен, бутилен. Бутан-бутилен можуть бути присутніми у вигляді ізомерних сполук (изобутана і изобутилена).
Технології скраплення
Сжижать гази навчилися на початку XX століття: в 1913 році за зріджування гелію вручена Нобелівська премія голландцеві К. О. Хейке. Деякі гази доводяться до рідкого стану простим охолодженням без додаткових умов. Однак більшість вуглеводневих «промислових» газів (вуглекислий, етан, аміак, бутан, пропан) сжижаются під тиском.
Виробництво скрапленого газу здійснюється на газосжіжающіх заводах, розташованих або близько родовищ вуглеводнів, або на шляху магістральних газопроводів близько великих транспортних вузлів. Зріджений (або стиснений) природний газ можна легко доставити автомобільним, залізничним або водним транспортом до кінцевого споживача, де його можна зберігати, після чого знову перетворити в газоподібний стан і подавати в мережу газопостачання.
Спеціальне обладнання
Для того щоб сжижать гази, використовуються спеціальні установки. Вони значно зменшують обсяг блакитного палива і підвищують щільність енергії. З їх допомогою можна здійснювати різні способи переробки вуглеводнів в залежності від подальшого застосування, властивостей вихідної сировини та умов навколишнього середовища.
Установки зі зрідження і стисненню призначені для обробки газу і мають блочне (модульне) виконання або повністю контейнеризовано. Завдяки регазифікаційного станціям стає можливим забезпечення дешевим природним паливом навіть найвіддаленіших регіонів. Система регазифікації також дозволяє зберігати природний газ і подавати його необхідну кількість залежно від потреби (наприклад, у періоди пікового споживання).
Використання зрідженого газу
Більшість різних газів в зрідженому стані знаходять практичне застосування:
- Рідкий хлор використовують для дезінфекції та відбілювання тканин, застосовується як хімічна зброя.
- Кисень - в лікувальних установах для пацієнтів з проблемами дихання.
- Азот - в кріохірургії, для заморожування органічних тканин.
- Водень - як реактивне паливо. Останнім часом з'явилися автомобілі на водневих двигунах.
- Аргон - в промисловості для різання металів і плазмового зварювання.
Також можна сжижать гази вуглеводневої класу, найбільш затребувані з яких - пропан і бутан (н-бутан, ізобутан):
- Пропан (C3H8) є речовиною органічного походження класу алканів. Отримують з природного газу і при крекінгу нафтопродуктів. Безбарвний газ без запаху, малорастворим у воді. Застосовують як паливо, для синтезу поліпропілену, виробництва розчинників, в харчовій промисловості (добавка E944).
- Бутан (C4H10), клас алканів. Безбарвний горючий газ без запаху, легко зріджується. Отримують з газового конденсату, нафтового газу (до 12%), при крекінгу нафтопродуктів. Використовують як паливо, в хімічній промисловості, в холодильниках як хладоген, в харчовій промисловості (добавка E943).
Характеристики ЗВГ
Основна перевага ЗВГ - можливість їх існування при температурі навколишнього середовища і помірних тисках як в рідкому, так і в газоподібному стані. У рідкому стані вони легко переробляються, зберігаються і транспортуються, в газоподібному мають кращу характеристику згоряння.
Стан вуглеводневих систем визначається сукупністю впливів різних факторів, тому для повної характеристики необхідно знати всі параметри. До основних з них, піддається безпосередньому виміру і що впливає на режими течії, відносяться: тиск, температура, щільність, в'язкість, концентрація компонентів, співвідношення фаз.
Система перебуває в рівноважному стані, якщо всі параметри залишаються незмінними. При такому стані в системі не відбувається видимих якісних і кількісних метаморфоз. Зміна хоча б одного параметра порушує рівноважний стан системи, викликаючи той чи інший процес.
Властивості
При зберіганні зріджених газів і транспортуванні їх агрегатний стан змінюється: частина речовини випаровується, трансформуючись у газоподібний стан, частина конденсується - переходить в рідкий. Ця властивість зріджених газів є одним з визначальних при проектуванні систем зберігання і розподілу. При відборі з резервуарів киплячої рідини і транспортуванні її по трубопроводу частина рідини випаровується через втрати тиску, утворюється двофазний потік, пружність парів якого залежить від температури потоку, яка нижче температури в резервуарі. У разі припинення руху двофазної рідини по трубопроводу тиск у всіх точках вирівнюється і стає рівним пружності парів.
