Сжиженный природный газ (СПГ), технологии сжижения

ИА Neftegaz.RU. Сжиженный природный газ (СПГ) – природный газ, искусственно сжиженный путем охлаждения до -160°C, для облегчения хранения и транспортировки.

СПГ представляет собой бесцветную жидкость без запаха, плотность которой в 2 раза меньше плотности воды.
На 75-99% состоит из метана. Температура кипения − 158…−163°C.
В жидком состоянии не горюч, не токсичен, не агрессивен.
Для использования подвергается испарению до исходного состояния.
При сгорании паров образуется диоксид углерода( углекислый газ, CO₂) и водяной пар.
В промышленности газ сжижают как для использования в качестве конечного продукта, так и с целью использования в сочетании с процессами низкотемпературного фракционирования ПНГ и природных газов, позволяющие выделять из этих газов газовый бензин, бутаны, пропан и этан, гелий.

СПГ получают из природного газа путем сжатия с последующим охлаждением.
При сжижении природный газ уменьшается в объеме примерно в 600 раз.

Перевод 1 тонны СПГ в кубометры (м

³).

1 тонна СПГ – это примерно 1,38 тыс м³ природного газа после регазификации.
Примерно – потому что плотность газа и компонентный на разных месторождения разная.
Формулу Менделеева – Клайперона никто не отменял.
Кроме метана в состав природного газа могут входить: этан, пропан, бутан и некоторые другие вещества.
Плотность газа изменяется в интервале 0,68 – 0,85 кг/м³, но зависит не только от состава, но и от давления и температуры в месте расчета плотности газа.
Стандартные условия для температуры и давления – это установленные стандартом физические условия, с которыми соотносят свойства веществ, зависящие от этих условий.

Национальный институт стандартов и технологий (NIST) устанавливает температуру 20 °C (293,15 K) и абсолютное давление 1 атм (101.

325 кПа), и этот стандарт называют нормальной температурой и давлением (NTP).
Плотность компонентов газа сильно различается:

• Метан – 0,668 кг/м³, 
• Этан – 1,263 кг/м³, 
• Пропан – 1,872 кг/м³.

Поэтому, в зависимости от компонентного состава изменяется и количество м³ газа при переводе из тонн.

Перевод 1 м³ СПГ в 1 м³ регазифицированного природного газа
Пропорции тоже зависят от компонентного состава.
В среднем принимается соотношение 1: 600.
1 м³ СПГ – это примерно 600 м³ природного газа после регазификации.

Процесс сжижения идет ступенями, на каждой из которых газ сжимается в 5-12 раз, затем охлаждается и передается на следующую ступень.  Собственно сжижение происходит при охлаждении после последней стадии сжатия.

Процесс сжижения таким образом требует значительного расхода энергии – до 25 % от ее количества, содержащегося в сжиженном газе.

Ныне применяются 2 техпроцесса:

• конденсация при постоянном давлении (компримирование), что довольно неэффективно из-за энергоемкости,
• теплообменные процессы: рефрижераторный – с использованием охладителя и турбодетандерный/дросселирование с получением необходимой температуры при резком расширении газа.

В процессах сжижения газа важна эффективность теплообменного оборудования и теплоизоляционных материалов.

При теплообмене в криогенной области увеличение разности температурного перепада между потоками всего на 0,5ºС может привести к дополнительному расходу мощности в интервале 2 – 5 кВт на сжатие каждых 100 тыс м

3 газа.

Недостаток технологии дросселирования – низкий коэффициент ожижения – до 4%, что предполагает многократную перегонку.

Применение компрессорно-детандерной схемы позволяет повысить эффективность охлаждения газа до 14 % за счет совершения работы на лопатках турбины.

Термодинамические схемы позволяют достичь 100% эффективности сжижения природного газа:

• каскадный цикл с последовательным использованием в качестве хладагентов пропана, этилена и метана путем последовательного снижения их температуры кипения,
• цикл с двойным хладагентом – смесью этана и метана,
• расширительные циклы сжижения.

Известно 7 различных технологий и методы сжижения природного газа:

• для производства больших объемов СПГ лидируют техпроцессы AP-SMR™, AP-C3MR™ и AP-X™ с долей рынка 82% компании Air Products,
• технология Optimized Cascade, разработанная ConocoPhillips,
• использование компактных GTL-установок, предназначенных для внутреннего использования на промышленных предприятиях,
• локальные установки производства СПГ могут найти широкое применение для производства газомоторного топлива (ГМТ),
• использование морских судов с установкой сжижения природного газа (FLNG), которые открывают доступ к газовым месторождениям, недоступным для объектов газопроводной инфраструктуры,
• использование морских плавающих платформ СПГ, к примеру, которая строится компанией Shell в 25 км от западного берега Австралии.

Процесс сжижения газа

Оборудование СПГ-завода

• установка предварительной очистки и сжижения газа,
• технологические линии производства СПГ,
• резервуары для хранения, в тч специальные криоцистерны, устроенные по принципу сосуда Дюара,
• для загрузки на танкеры – газовозы,
• для обеспечения завода электроэнергией и водой для охлаждения.

Существует технология, позволяющая сэкономить на сжижении до 50% энергии, с использованием энергии, теряемой на газораспределительных станциях (ГРС) при дросселировании природного газа от давления магистрального трубопровода (4-6 МПа) до давления потребителя (0,3-1,2 МПа):

• используется как собственно потенциальная энергия сжатого газа, так и естественное охлаждение газа при снижении давления.
• дополнительно экономится энергия, необходимая для подогрева газа перед подачей к потребителю.

Чистый СПГ не горит, сам по себе не воспламеняем и не взрывается.
На открытом пространстве при нормальной температуре СПГ возвращается в газообразное состояние и быстро растворяется в воздухе.
При испарении природный газ может воспламениться, если произойдет контакт с источником пламени.
Для воспламенения необходимо иметь концентрацию испарений в воздухе от 5 % до 15 %.
Если концентрация до 5 %, то испарений недостаточно для начала возгорания, а если более 15 %, то в окружающей среде становится слишком мало кислорода.
Для использования СПГ подвергается регазификации – испарению без присутствия воздуха.
СПГ является важным источником энергоресурсов для многих стран, в том числе Японии ,Франции, Бельгии, Испании, Южной Кореи.

Транспортировка СПГ– это процесс, включающий в себя несколько этапов:

• морской переход танкера – газовоза,
• автодоставка с использованием спецавтотранспорта,
• ж/д доставка с использованием вагонов-цистерн,
• регазификация СПГ до газообразного состояния.

Регазифицированный СПГ транспортируется конечным потребителям по газопроводам.

Основные производители СПГ по данным 2009 г:

Катар -49,4 млрд м³, Малайзия – 29,5 млрд м³; Индонезия-26,0 млрд м³; Австралия – 24,2 млрд м³; Алжир – 20,9 млрд м³; Тринидад и Тобаго -19,7 млрд м³.
Основные импортеры СПГ в 2009 г: Япония – 85,9 млрд м³; Республика Корея -34,3 млрд м³; Испания- 27,0 млрд м³; Франция- 13,1 млрд м³; США – 12,8 млрд м³; Индия-12,6 млрд м³.

Производство СПГ в России

На 2021 г в РФ действует 4 СПГ-завода.

СПГ-завод проекта Сахалин-2 запущен в 2009 г, контрольный пакет принадлежит Газпрому, у Shell доля участия 27,5%, японских Mitsui и Mitsubishi – 12,5% и 10% . 

По итогам 2015 г производство составило 10,8 млн т/год, превысив проектную мощность на 1,2 млн т/год.

Однако из-за падения цен на мировом рынке доходы от экспорта СПГ в долларовом исчислении сократились по сравнению с 2014 г на 13,3% до 4,5 млрд долл США/год.

2^м крупным игроком на рынке российского СПГ становится компания НОВАТЭК, которая в январе 2018 г ввела в эксплуатацию СПГ – завод на проекте Ямал-СПГ.

Новатэк-Юрхаровнефтегаз (дочернее предприятие Новатэка ) выиграл аукцион на право пользования Няхартинским участком недр в ЯНАО.

Няхартинский участок недр нужен компании для развития проекта Арктик СПГ. Это 2^й проект Новатэка, ориентированный на экспорт СПГ.

В США введены в эксплуатацию 5 терминалов по экспорту СПГ общей мощностью 57,8 млн т/год. 

На европейском газовом рынке началось жесткое противостояние американского СПГ и российского сетевого газа.

Что такое СПГ. Объясняем простыми словами — Секрет фирмы

Природный газ представляет собой смесь метана, этана, пропана и бутана с небольшим количеством более тяжёлых углеводородов и примесей. Точный состав газа зависит от места и способа его добычи. Чтобы получить СПГ, следует удалить некоторые примеси, сжать газ и охладить. Этот процесс проходит на так называемых ожижительных установках (заводах по производству СПГ).

После сжижения газ загружают в специальное судно-газовоз, которое отправляется к покупателю. Там на приёмном терминале проходит регазификация, при которой из 1 куб. м СПГ получается более 600 куб. м обычного газа. В процессе регазификации выделяются этан, пропан, бутан и пентаны. Их используют в качестве топлива и нефтехимического сырья.

В качестве топлива СПГ используют для пассажирского и грузового авто-, ж/д и водного транспорта, энергоустановок и автономной газификации потребителей. Сжиженный природный газ в качестве топлива называют выгодной и экологически безопасной альтернативой дизелю и бензину, потому что СПГ снижает износ деталей газового двигателя и уменьшает расход масла.

СПГ не имеет цвета и запаха. Он не горит, не вызывает коррозии, нетоксичен, а также не способен загрязнить почву или воду, потому что при контакте с ними быстро испаряется. Сам по себе СПГ не взрывоопасен (может сдетонировать только при испарении и контакте с огнём) и способен долго храниться.

Пример употребления на «Секрете»

«Из-за высоких цен на газ в Европе страны увеличили закупки сжиженного природного газа (СПГ). Это увеличило его стоимость для стран Азии, а после подняло цены на газ в США, импортёре СПГ».

(Из новости о рекордных ценах на газ, которые могут стать помехой для глобального восстановления экономики.)

Нюансы

В последние годы СПГ наращивает популярность в Европе, его потребление в странах Евросоюза растёт. Рынок СПГ развился настолько, что морские суда-газовозы способны конкурировать с газопроводами. Из-за экспансии СПГ в Европу до пандемии у «Газпрома» в этом направлении падали объёмы продаж и цены. Однако Россия тоже осваивает рынок СПГ, и ключевой отечественный игрок на нём — компания НОВАТЭК.

Ключевая особенность рынка СПГ — циклическое развитие. Стоимость СПГ может серьёзно меняться за короткие промежутки времени. Она зависит в том числе от ввода в эксплуатацию крупных заводов СПГ. По оценкам аналитиков, в последние годы рынок СПГ всё больше напоминает нефтяной, которому тоже свойственны волатильность и цикличность.

История

Превращать природный газ в жидкость начали пробовать ещё в начале XX века. Первый СПГ получили в США в 1917 году. Однако совершенствовать технологию стали гораздо позже. Только с середины 1960-х годов в мире началось промышленное производство СПГ.

В России первый СПГ-завод «Сахалин-2» начали строить по соглашению о разделе продукции при участии «Газпрома» в 2006 году. Он заработал в 2009-м. Вначале его мощность составляла 9,6 млн т в год, но к 2020 году увеличилась до 11 млн. На 2024–2026 годы запланирован запуск третьей линии, мощность которой составит 5,4 млн т. Вторым проектом стал построенный в 2017–2018 годах НОВАТЭКом «Ямал СПГ».

В России в настоящее время строят сразу два грандиозных по масштабу завода СПГ.

• Балтийский газохимический кластер в Ленинградской области, который будет одним из крупнейших в мире комплексов по переработке углеводородов. Он включает в себя три объекта, в частности завод по производству сжиженного природного газа.
• «Арктик СПГ 2» в Ямало-Ненецком автономном округе. По проекту, его ежегодная производственная мощность составит 19,8 млн т СПГ.

Статью проверил:

Михаил Хачатурян, к. э. н., доцент департамента менеджмента и инноваций Финансового университета при Правительстве РФ

Руководство по преобразованию газа в жидкость и сжиженному природному газу

Руководство по изучению преобразования сжиженного природного газа и преобразования газа в жидкость

24 февраля 2014 г.

Пристальный взгляд на преобразование газа в жидкость

Что такое преобразование газа в жидкость? Термин «газ-жидкость» (GTL) относится к процессу переработки природного газа из газообразного состояния в жидкое состояние. Это достигается путем замены богатых метаном углеводородов с более короткой цепью на более длинные. Как создается газ-жидкость? Природный газ можно преобразовать в газ-жидкость несколькими различными способами либо непосредственно путем преобразования метана в метанол в одну стадию, либо с использованием промежуточного продукта, такого как синтетический газ, для осуществления преобразования. В любом случае конечным результатом является жидкое синтетическое топливо. Несколько методов преобразования GTL включают:

• Процесс Фишера-Тропша – Процесс Фишера-Тропша начинается с частичного окисления метана в природном газе до двуокиси углерода, монооксида углерода, воды и водорода. Отношение водорода к монооксиду углерода регулируется с помощью «реакции конверсии водяного газа», которая является важной природной реакцией, имеющей ряд других полезных промышленных применений. Тем временем избыток диоксида углерода в смеси удаляют с помощью водного раствора алканоламина. Наконец, вода удаляется, что дает синтез-газ (синтез-газ), который затем может подвергаться химической реакции над катализатором, таким как кобальт или железо, с получением жидких углеводородов.

• Процесс превращения метанола в бензин (MTG) – Процесс превращения метанола в бензин (MTG) был разработан нефтяной компанией Mobil в 1970-х годах. В нем также используется природная реакция конверсии воды, описанная выше. Он включает преобразование природного газа в синтез-газ, а затем преобразование синтез-газа в метанол. Затем метанол дегидратируют с получением диметилового эфира. Затем диметиловый эфир подвергают дальнейшей дегидратации с использованием цеолитного катализатора с получением бензина. Этот сорт бензина часто называют М-газом в отношении Mobil.

• Синтезгаз в бензин плюс процесс (STG+) – Синтезгаз в бензин плюс процесс (STG+) является расширением процесса MTG. Он включает в себя преобразование синтез-газа, полученного из исходного природного газа, непосредственно в бензин или реактивное топливо. Для этого используется термохимический одноконтурный процесс. В процессе используется серия из четырех реакторов с неподвижным слоем.

• 1.) Синтез метанола – Первая часть процесса включает синтез метанола. В этом первом реакторе синтетический газ превращается в метанол и проходит через слой катализатора.
• 2.) Синтез диметилового эфира – Вторая часть процесса включает синтез диметилового эфира. Газообразный метанол из первого реактора подают во второй реактор и подвергают воздействию катализатора, который обезвоживает его с образованием диметилового эфира.
• 3.) Синтез бензина – В третьей части процесса синтезируется бензин. Газообразный диметиловый газ из второго реактора подают в третий реактор для преобразования его в углеводороды, включая алканы, циклоалканы и ароматические соединения. Это превращает углерод из C6 в C10.
• 4.) Обработка бензина – Четвертая фаза процесса включает обработку бензина. Продукт из третьего реактора подают в четвертый реактор, где осуществляют переалкилирование и гидрогенизацию. Это уменьшает присутствие дурола, изодурена и триметилбензола и дает более высокое октановое число.

• Сепарация – Заключительный этап включает отбор продукта из четвертого реактора и его конденсацию в бензин. Затем этот бензин вместе с оставшимся несконденсировавшимся газом отделяют с помощью конденсатора/сепаратора. Затем несконденсировавшийся газ направляется обратно в первый реактор, чтобы снова запустить цикл и получить больше сконденсированного газа.

Каковы области применения и преимущества преобразования газа в жидкость? Преобразование газа в жидкость можно использовать в качестве топлива и энергии во многом так же, как можно использовать бензин, дизельное топливо и другие нефтепродукты. Основным преимуществом преобразования природного газа в газ-жидкость является то, что это увеличивает стоимость продукта. Это значительно упростит и удешевит транспортировку. Это позволяет так называемым «заброшенным скважинам», которые не имеют прямого доступа к транспортной сети трубопроводов, по-прежнему быть ценными активами. В отличие от сжиженного природного газа (СПГ), который необходимо хранить очень холодным и поэтому транспортировать в специальных контейнерах, GTL можно транспортировать с использованием существующей инфраструктуры, поскольку он имеет схожие физические свойства. GTL также имеет более высокую концентрацию энергии, чем LNG.

Пристальный взгляд на сжиженный природный газ

Что такое сжиженный природный газ? Сжиженный природный газ (СПГ) — это природный газ, температура которого снижена до точки сжижения. СПГ не имеет запаха и цвета, а также не вызывает коррозии и не токсичен. Поскольку это жидкость, а не газ, СПГ намного более плотный, чем традиционный природный газ, и занимает лишь около 1/600 пространства, которое заняло бы сопоставимое количество природного газа. С точки зрения масштаба это сравнимо с сжатием пляжного мяча до размеров мячика для пинг-понга. В этом году СПГ отмечает 100-летие своего патента. В 1914 был оформлен патент, а три года спустя в Западной Вирджинии был построен первый завод по производству СПГ. С тех пор компания прочно закрепилась в нефтегазовом секторе, а в последние годы она набирала обороты еще быстрее по мере ввода в эксплуатацию новых заводов по сжижению газа и появления на рынке новых компаний в ответ на растущий спрос на энергию. Как создается сжиженный природный газ? СПГ производится путем охлаждения природного газа, состоящего в основном из метана, до температуры его сжижения -260° по Фаренгейту. Это делается на специально спроектированных заводах по сжижению, и, как правило, после транспортировки СПГ необходимо перерабатывать в газовую форму на терминалах СПГ. В процессе сжижения кислород, сера, азот, углекислый газ и вода отделяются и отфильтровываются. Это оставляет СПГ в очень чистом состоянии. Большая часть СПГ перевозится в очень больших океанских танкерами с толстым двойным корпусом, чтобы он оставался холодным. Каковы виды использования и преимущества сжиженного природного газа? Одним из основных преимуществ СПГ является сокращение выбросов CO2 и других парниковых газов. Это делает его очень популярным в контексте более широкой тенденции к более экологичным энергетическим решениям. Это также позволяет соответствовать стандартам выбросов, которые не могут обеспечить многие другие виды ископаемого топлива. Еще одним большим преимуществом СПГ является его негорючесть и безопасность при транспортировке. После восстановления СПГ до газообразного состояния его можно использовать так же, как и традиционный природный газ, например, для отопления домов, офисов, больниц, школ и других жилых, коммерческих и промышленных зданий. Его также можно использовать в качестве топлива для приготовления пищи, нагрева воды и во многих бытовых приборах и промышленном оборудовании. Терминалы СПГ были построены даже в Техасе и Луизиане. Во многих отношениях GTL и СПГ можно рассматривать как конкурирующие технологии. Каждый из них предлагает свои собственные наборы преимуществ, которые делают их полезными и применимыми по-разному. Поскольку энергетический рынок настолько велик, а добыча природного газа растет, вполне вероятно, что в ближайшие годы производство как GTL, так и СПГ только увеличится. Природный газ, СПГ, СЖТ и СПГ играют решающую роль в энергетическом секторе, и эта роль будет продолжать расти в обозримом будущем.

Сжиженный природный газ (СПГ) | Министерство энергетики

Сегодня Соединенные Штаты являются крупнейшим в мире производителем природного газа. Природный газ обеспечивает около 1/3 потребления первичной энергии в Соединенных Штатах, при этом его основным использованием является отопление и производство электроэнергии. В то время как большая часть природного газа поставляется в газообразной форме по трубопроводу в Соединенных Штатах, рост международного рынка природного газа привел к использованию природного газа в сжиженной форме или СПГ.

Основы СПГ

Сжиженный природный газ (СПГ) — это природный газ, охлажденный до жидкого состояния при температуре около -260° по Фаренгейту для транспортировки и хранения. Объем природного газа в жидком состоянии примерно в 600 раз меньше его объема в газообразном состоянии. Этот процесс позволяет транспортировать природный газ туда, куда не доходят трубопроводы.

Сжижение природного газа — это способ транспортировки природного газа на большие расстояния, когда транспортировка по трубопроводу невозможна. Рынки, расположенные слишком далеко от регионов добычи, чтобы напрямую подключаться к трубопроводам, имеют доступ к природному газу благодаря СПГ. В компактной жидкой форме природный газ можно доставлять в специальных танкерах на терминалы по всему миру. На этих терминалах СПГ возвращается в газообразное состояние и транспортируется по трубопроводам к распределительным компаниям, промышленным потребителям и электростанциям.

Торговля СПГ

При крупнотоннажных морских перевозках СПГ загружается на суда с двойным корпусом, которые используются как в целях безопасности, так и в целях изоляции. Как только судно прибывает в порт приема, СПГ выгружается в хорошо изолированные резервуары для хранения, а затем регазифицируется для подачи в распределительную сеть трубопроводов.

СПГ также может перевозиться в меньших количествах, как правило, на более короткие океанские расстояния. Растет торговля мелкотоннажными партиями СПГ, которые чаще всего производятся с использованием тех же контейнеров, которые используются на грузовиках и в международной торговле, специально оборудованных криогенными резервуарами. Другие маломасштабные виды деятельности по производству СПГ включают в себя установки по сжижению и хранению «пикового бритья», которые могут компактно хранить газ, когда он необходим на местных рынках в США в периоды пикового спроса. СПГ также иногда импортируется или экспортируется грузовиками с такого рода объектов.

В 2020 году США экспортировали почти 2400 миллиардов кубических футов природного газа в виде СПГ на больших СПГ-танкерах, а также небольшое количество было отправлено в контейнерах или грузовиками. Всего по состоянию на август 2021 года американский СПГ поставлен в 40 стран на пяти континентах. США также все еще импортируют некоторое количество СПГ, в основном в Новую Англию, регион страны, ограниченный вместимостью трубопроводов и хранилищ.

Роль Министерства энергетики

Министерство энергетики несет ответственность за регулирование СПГ. Компании, которые хотят экспортировать природный газ, должны получить на это разрешение от Управления по управлению ископаемой энергией и выбросами углерода (FECM) Министерства энергетики США. Закон о природном газе (NGA) требует, чтобы Министерство энергетики определяло общественные интересы в отношении заявок на экспорт СПГ в страны, в которых у США нет действующих соглашений о свободной торговле. Программа регулирования импорта-экспорта природного газа FECM реализуется Отделом регулирования Управления регулирования, анализа и взаимодействия.

В соответствии с NGA существует два стандарта рассмотрения заявок на экспорт СПГ в зависимости от страны назначения. Заявки на экспорт СПГ в страны, с которыми США заключили соглашение о свободной торговле (страны ЗСТ), или на импорт СПГ из любого источника автоматически считаются соответствующими общественным интересам. NGA поручает Министерству энергетики оценивать заявки на экспорт СПГ в страны, не входящие в зону свободной торговли. Министерство энергетики обязано предоставить разрешение на экспорт в страны, не входящие в зону свободной торговли, за исключением случаев, когда Департамент считает, что предлагаемый экспорт не будет соответствовать общественным интересам, или если торговля прямо запрещена законом или политикой. Министерство энергетики принимает меры по долгосрочным заявкам на экспорт СПГ в страны, не входящие в зону свободной торговли, после завершения проверки общественных интересов, которая включает несколько критериев, включая экономическую и экологическую экспертизу предлагаемого экспорта. Как правило, Федеральная комиссия по регулированию энергетики (FERC) обладает юрисдикцией в отношении размещения, строительства и эксплуатации экспортных мощностей СПГ в США. В этих случаях FERC руководит оценкой воздействия предлагаемых проектов на окружающую среду в соответствии с Законом о национальной экологической политике, а Министерство энергетики обычно является сотрудничающим агентством в рамках этих обзоров. Получение разрешения Министерства энергетики США на экспорт СПГ в страны, не входящие в зону свободной торговли, является важным шагом для большинства проектов на пути к финансированию и строительству.

Некоторые компании, получившие разрешение Министерства энергетики на экспорт СПГ, еще не приняли окончательных инвестиционных решений по своим проектам. Строительство крупных объектов занимает годы и стоит миллиарды долларов. Полный список долгосрочных заявок на экспорт СПГ и их текущий статус можно найти в Сводке заявок Министерства энергетики на экспорт СПГ.

Министерство энергетики также способствует прозрачности рынка, публикуя отчеты об объемах экспорта СПГ, направлениях и ценах в своем Ежемесячном отчете по СПГ. Первый в истории экспорт СПГ отечественного производства из 48 штатов с более низким уровнем дохода произошел в феврале 2016 года. Компания Sabine Pass Liquefaction, LLC, принадлежащая Cheniere Energy, экспортировала первый танкер СПГ с терминала Sabine Pass LNG в Луизиане с отгрузкой в ​​Бразилию.