Wie und warum Gas verflüssigt wird: Produktionstechnologie und Anwendungsbereich von Flüssiggas

Technologien rund um die Produktion, den Transport und die Verarbeitung von Erdgas entwickeln sich rasant weiter.Und viele Menschen hören heute die Abkürzungen LPG und LNG. Fast jeden zweiten Tag wird Erdgas in dem einen oder anderen Zusammenhang in den Nachrichten erwähnt.

Aber um ein klares Verständnis davon zu bekommen, was passiert, ist es wichtig, zunächst zu verstehen, wie Gas verflüssigt wird, warum es gemacht wird und welche Vorteile es bietet und welche nicht. Und es gibt viele Nuancen in dieser Ausgabe.

Zur Verflüssigung gasförmiger Kohlenwasserstoffe werden große Hightech-Anlagen gebaut. Als nächstes werden wir uns genau ansehen, warum das alles notwendig ist und wie es geschieht.

Warum wird Erdgas verflüssigt?

Blauer Kraftstoff wird aus dem Erdinneren in Form einer Mischung aus Methan, Ethan, Propan, Butan, Helium, Stickstoff, Schwefelwasserstoff und anderen Gasen sowie deren verschiedenen Derivaten gewonnen.

Einige davon werden in der chemischen Industrie eingesetzt, andere werden in Kesseln oder Turbinen verbrannt, um thermische und elektrische Energie zu erzeugen. Darüber hinaus wird ein Teil der abgesaugten Menge als Kraftstoff für Gasmotoren verwendet.

Berechnungen von Gasarbeitern zeigen, dass, wenn blauer Kraftstoff über eine Entfernung von 2.500 km oder mehr geliefert werden muss, dies in verflüssigter Form oft rentabler ist als per Pipeline

Der Hauptgrund für die Verflüssigung von Erdgas besteht darin, den Transport über große Entfernungen zu vereinfachen. Befinden sich der Verbraucher und die Gasbrennstoffproduktionsbohrung nicht weit voneinander entfernt an Land, ist es einfacher und rentabler, ein Rohr dazwischen zu verlegen.In manchen Fällen ist der Bau einer Autobahn jedoch aufgrund geografischer Besonderheiten zu teuer und problematisch. Daher greifen sie auf verschiedene Technologien zur Herstellung von LNG oder LPG in flüssiger Form zurück.

Wirtschaftlichkeit und Sicherheit des Transports

Nachdem das Gas verflüssigt ist, wird es in flüssiger Form in spezielle Behälter für den Transport auf dem See-, Fluss-, Straßen- und/oder Schienenweg gepumpt. Gleichzeitig ist die Verflüssigung technologisch gesehen ein recht kostspieliger Prozess aus energetischer Sicht.

In verschiedenen Anlagen werden dafür bis zu 25 % der ursprünglichen Brennstoffmenge benötigt. Das heißt, um die von der Technologie benötigte Energie zu erzeugen, muss man pro drei Tonnen davon in fertiger Form bis zu 1 Tonne LNG verbrennen. Aber Erdgas ist mittlerweile sehr gefragt, alles zahlt sich aus.

In verflüssigter Form nimmt Methan (Propan-Butan) 500–600 Mal weniger Volumen ein als im gasförmigen Zustand

Obwohl Erdgas eine Flüssigkeit ist, ist es nicht brennbar und nicht explosiv. Erst nach der Verdampfung bei der Regasifizierung entsteht das resultierende Gasgemisch erweist sich als zum Einbrennen geeignet Kessel und Herde. Wenn daher LNG oder LPG als Kohlenwasserstoff-Kraftstoff verwendet wird, müssen diese regasifiziert werden.

Einsatz in verschiedenen Bereichen

Am häufigsten werden die Begriffe „Flüssiggas“ und „Gasverflüssigung“ im Zusammenhang mit dem Transport von Kohlenwasserstoff-Energieträgern verwendet. Das heißt, zunächst wird blauer Kraftstoff gefördert und dann in LPG oder LNG umgewandelt. Die resultierende Flüssigkeit wird dann transportiert und dann für die eine oder andere Verwendung in den gasförmigen Zustand zurückgeführt.

LPG (Flüssiggas) besteht zu 95 % oder mehr aus einer Propan-Butan-Mischung, und LNG (Flüssigerdgas) besteht zu 85–95 % aus Methan.Dabei handelt es sich um ähnliche und gleichzeitig grundlegend unterschiedliche Kraftstoffarten.

Flüssiggas aus Propan-Butan wird hauptsächlich verwendet als:

• Treibstoff für Gasmotoren;
• Kraftstoff zum Pumpen in Gastanks autonomer Heizsysteme;
• Flüssigkeiten zum Nachfüllen von Feuerzeugen und Gasflaschen mit einem Fassungsvermögen von 200 ml bis 50 l.

LNG wird typischerweise ausschließlich für den Ferntransport produziert. Wenn für die Lagerung von Flüssiggas ein Behälter ausreicht, der einem Druck von mehreren Atmosphären standhält, sind für verflüssigtes Methan spezielle Kryotanks erforderlich.

LNG-Speicheranlagen sind hochtechnologisch und nehmen viel Platz ein. Aufgrund der hohen Zylinderkosten ist die Verwendung dieses Kraftstoffs in Personenkraftwagen nicht rentabel. LNG-betriebene Lkw sind in Form einzelner Versuchsmodelle bereits auf der Straße unterwegs, doch im Pkw-Segment dürfte dieser „flüssige“ Kraftstoff in naher Zukunft keine flächendeckende Verbreitung finden.

Flüssiges Methan als Kraftstoff wird mittlerweile zunehmend im Betrieb eingesetzt:

• Eisenbahn-Diesellokomotiven;
• Seeschiffe;
• Flusstransport.

Neben der Verwendung als Energieträger werden LPG und LNG auch direkt in flüssiger Form in Gas- und Petrochemieanlagen eingesetzt. Sie werden zur Herstellung verschiedener Kunststoffe und anderer Materialien auf Kohlenwasserstoffbasis verwendet.

Technologien zur Gewinnung von LPG und LNG

Um Methan von Gas in Flüssigkeit umzuwandeln, muss es auf -163 °C abgekühlt werden. Und Propan-Butan verflüssigt sich bei -40 °C. Dementsprechend sind Technologien und Kosten in beiden Fällen sehr unterschiedlich.

Ein Liter LNG entspricht etwa 1,38 Kubikmetern. m anfängliches Erdgas (diese Zahl hängt von Temperatur und Druck ab), Volumenabnahme - etwa 620-fach

Zur Verflüssigung von Erdgas kommen folgende Technologien verschiedener Unternehmen zum Einsatz:

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

Sie alle basieren auf Kompressions- und/oder Wärmeaustauschprozessen. Der Verflüssigungsvorgang erfolgt in der Anlage in mehreren Stufen, wobei das Gas schrittweise komprimiert und auf die Temperatur des Übergangs in die flüssige Phase abgekühlt wird.

Vorbereitung des Gasgemisches

Bevor Sie Roherdgas verflüssigen können, müssen Sie Wasser, Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefelverbindungen und andere Verunreinigungen daraus entfernen. Zu diesem Zweck wird üblicherweise die Adsorptionstechnologie zur Tiefenreinigung des Gasgemisches durch Durchleiten durch Molekularsiebe eingesetzt.

Anschließend erfolgt die zweite Stufe der Rohstoffaufbereitung, in der schwere Kohlenwasserstoffe entfernt werden. Dadurch verbleiben nur noch Ethan und Methan (bzw. Propan und Butan) mit einem Volumen an Verunreinigungen von weniger als 5 % im Gas, sodass dieser Anteil beginnen kann, abzukühlen und zu verflüssigen.

Um die Kühlgeräte vor der aggressiven Einwirkung von Wasser, Kohlendioxid, Schwefelverbindungen etc. zu schützen, erfolgt eine Primäraufbereitung mit Entfernung aller Unnötigen aus Erdgas.

Durch die Fraktionierung können Sie schädliche Verunreinigungen entfernen und nur das Hauptgas für die anschließende Verflüssigung isolieren. Bei einem Druck von 1 atm beträgt die Übergangstemperatur in den flüssigen Zustand für Methan -163 °C, für Ethan -88 °C, für Propan -42 °C und für Butan -0,5 °C.

Genau diese Temperaturunterschiede erklären, warum das in die Anlage gelangende Gas in Fraktionen aufgeteilt und erst dann verflüssigt wird. Es gibt keine einheitliche Verflüssigungstechnologie für alle Arten gasförmiger Kohlenwasserstoffverbindungen. Für jeden von ihnen ist es notwendig, eine eigene Produktionslinie aufzubauen und zu nutzen.

Grundlegender Verflüssigungsprozess

Grundlage für die Umwandlung von Gas in einen flüssigen Zustand ist der Kältekreislauf, bei dem Wärme durch das eine oder andere Kältemittel von einer Umgebung mit niedriger Temperatur in eine Umgebung mit höherer Temperatur übertragen wird. Dieser Prozess ist mehrstufig und erfordert leistungsstarke Kompressoren zur Expansion/Komprimierung des Kühlmittels und Wärmetauscher.

Kompressionstechnologien sind hochtechnologisch, energieintensiv und kostspielig, ermöglichen jedoch die gleichzeitige Verdichtung von Gas fünf bis zwölf Mal in einem Zyklus

Als Kältemittel kommen in verschiedenen Verflüssigungsstufen zum Einsatz:

• Propan;
• Methan;
• Ethan;
• Stickstoff;
• Wasser (Meerwasser und gereinigt);
• Luft.

Beispielsweise wird für die Primärkühlung von Erdgas im Yamal LNG von Novatek kühle arktische Luft verwendet, wodurch die Temperatur des Rohstoffs mit minimalen Kosten sofort auf +10 °C gesenkt werden kann. Und in den heißen Sommermonaten ist stattdessen die Nutzung von Meerwasser aus dem Arktischen Ozean vorgesehen, das sich unabhängig von der Jahreszeit in einer Tiefe von konstant 3–4 °C befindet.

Gleichzeitig wird in Jamal Stickstoff als Endkältemittel verwendet, der direkt vor Ort aus der Luft gewonnen wird. Damit stellt die Arktis alles zur Verfügung, was zur Produktion von LNG benötigt wird – vom Ausgangserdgas bis zu den Arbeitsstoffen, die im Verflüssigungsprozess eingesetzt werden.

Propan verflüssigt sich auf ähnliche Weise wie Methan. Nur erfordert es viel niedrigere Kühltemperaturen – minus 42 °C gegenüber minus 163 °C. Daher Verflüssigung Gas für Gastanks Es kostet ein Vielfaches weniger, aber das resultierende Propan-Butan-Flüssiggas selbst ist auf dem Markt weniger gefragt.

Transport und Lagerung

Fast die gesamte LNG-Menge wird mit großen Seegastankern von einer Küste zur anderen transportiert.Der Transport auf dem Landweg ist durch die Notwendigkeit begrenzt, die Temperatur des „flüssigen blauen Kraftstoffs“ auf Werten von etwa -160 °C zu halten, da Methan sonst in einen gasförmigen Zustand übergeht und explosiv wird.

Für den Transport von Flüssiggas werden Flaschen von 5–50 Litern mit einem Innendruck von bis zu 1,5–2 MPa und größere Tankcontainer, die für 5–17 MPa ausgelegt sind, verwendet.

Der Druck im LNG-Tank liegt nahezu atmosphärisch. Steigt die Temperatur von flüssigem Methan jedoch über -160 °C, beginnt es, sich von der Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand zu verwandeln. Dadurch steigt der Druck im Behälter an, was eine ernsthafte Gefahr darstellt. Daher sind LNG-Tanker mit Tieftemperatur-Wartungseinheiten und einer dicken Wärmeisolationsschicht ausgestattet.

LPG wird direkt im Gastank wieder in Gas umgewandelt. Und die LNG-Regasifizierung erfolgt in speziellen Industrieanlagen ohne Zugang zu Sauerstoff. Laut Physik verwandelt sich flüssiges Methan bei positiven Temperaturen allmählich in Gas. Geschieht dies jedoch außerhalb besonderer Bedingungen direkt an der Luft, führt ein solcher Vorgang zu einer Explosion.

Nachdem Erdgas in Form von LNG in der Anlage verflüssigt wurde, wird es transportiert und anschließend in der Anlage (nur Regasifizierung) wieder in einen gasförmigen Zustand zur weiteren Verwendung umgewandelt.

Aussichten für verflüssigten Wasserstoff

Neben der direkten Verflüssigung und Nutzung in dieser Form ist es auch möglich, aus Erdgas einen weiteren Energieträger zu gewinnen – Wasserstoff. Methan ist CH₄, Propan C₃N₈und Butan C₄N₁₀.

Der Wasserstoffanteil ist in all diesen fossilen Brennstoffen vorhanden, man muss ihn nur isolieren.

Die Hauptvorteile von Wasserstoff sind seine Umweltfreundlichkeit und sein weit verbreitetes Vorkommen in der Natur. Der hohe Preis seiner Verflüssigung und die Verluste durch die ständige Verdunstung machen diese Vorteile jedoch nahezu zunichte

Um Wasserstoff von einem Gas in eine Flüssigkeit umzuwandeln, muss er auf -253 °C abgekühlt werden. Zu diesem Zweck werden mehrstufige Kühlsysteme und „Kompressions-/Expansions“-Anlagen eingesetzt. Derzeit sind solche Technologien zu teuer, aber es wird daran gearbeitet, ihre Kosten zu senken.

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Außerdem ist verflüssigter Wasserstoff im Gegensatz zu LPG und LNG viel explosiver. Schon bei der kleinsten Leckage entsteht in Verbindung mit Sauerstoff ein Gas-Luft-Gemisch, das sich beim kleinsten Funken entzündet. Und die Speicherung von flüssigem Wasserstoff ist nur in speziellen Kryobehältern möglich. Wasserstoffkraftstoff hat immer noch zu viele Nachteile.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Wie entsteht Flüssiggas und warum wird es verflüssigt:

Alles über Flüssiggase:

Es gibt verschiedene Technologien zur Verflüssigung von Gasen. Für Methan gehören sie ihnen und für Propan-Butan gehören sie ihnen. Gleichzeitig ist die Beschaffung von Flüssiggas günstiger und der Transport/Lagerung ist einfacher und sicherer. Die Herstellung von Methan-LNG ist ein teurerer und komplexerer Prozess. Darüber hinaus erfordert die Regasifizierung eine spezielle Ausrüstung. Gleichzeitig ist Methan heute auf dem Markt stärker nachgefragt und wird daher in viel größeren Mengen verflüssigt.

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