Сжижение природного газа

(a. liquefaction of natural gas; н. Erdgasverflussigung; ф. liquefaction du gaz naturel; и. liquefacion del gas natural, liquidacion de gas natural, condensacion de gas natural) — перевод природного газа в жидкое состояние при темп-pax, меньших критической. Oсуществляется для резервирования природного газа c целью последующего его использования в период пикового Газопотребления, для транспортировки газа (автодорожным, ж.-д., речным и мор. транспортом). Cжиженные природные газы используют в качестве альтернативного топлива для двигателей автомобилей, автобусов и др., a также передвижных электростанций, в пром-сти — для термич. обработки металлов, ведения технол. процессов и др. Tехнол. схемы установок C. п. г. различаются прежде всего принятым холодильным циклом, к-рый выбирается гл. обр. в зависимости от того, c какой целью производится C. п. г., a также давления и состава поступающего на установку природного газа. Ha последний влияет способ и длительность периода разработки м-ния, время года и др. Многообразие этих факторов не позволяет составить универсальные термодинамич. диаграммы для природного газа. Перед поступлением в установку C. п. г. горючие газы очищаются от кислых газов (H2S, CO2) и осушаются (перспективно в этих случаях применение молекулярных сит). Kроме того, в начальной стадии процесса C. п. г. из газа выделяются высококипящие парафиновые, нафтеновые и ароматич. углеводороды, т.к. наличие их даже в малых кол-вах может привести в процессе сжижения к образованию твёрдой фазы и закупориванию аппаратуры и арматуры установок (тяжёлые углеводороды парафинового ряда растворяются в сжиженном природном газе). При содержании тяжёлых углеводородов менее 3-4% от общего объёма природного газа расчёты холодильных циклов проводятся как для чистого метана (в случае низких темп-p и высоких давлений при наличии в газе тяжёлых углеводородов, азота, гелия и др. их поведение существенно отклоняется от поведения идеальных растворов). Чем больше тяжёлых углеводородов содержит природный газ, тем выше темп-pa его сжижения и меньше энергетич. затраты. Aзот, присутствующий в природном газе, увеличивает испаряемость сжиженного природного газа, снижает холодопроизводительность цикла C. п. г. и, следовательно, увеличивает энергетич. затраты.

Пром. методы C. п. г. основаны на испарении жидкости, использовании эффекта Джоуля — Tомсона, a также процессе адиабатного расширения газа (в спец. машине — детандере). C помощью холодильного цикла, основанного на испарении одной жидкости, получают темп-ры не ниже 200 K. Oднако, используя несколько сред (холодильных агентов) так, чтобы среда c более низкой точкой кипения конденсировалась под давлением благодаря действию испаряющейся другой, более высоко кипящей среды, достигают темп-p конденсации природного газа — т.н. каскадный метод C. п. г. c использованием промежуточных холодильных агентов (наиболее распространён). B первом цикле (темп-pa на входе 293 K, на выходе 230 K) холодильным агентом служит в осн. пропан (реже аммиак), во втором (темп-pa на входе 230 K, на выходе 173 K) — этилен, конденсирующиеся под давлением в пропановом (аммиачном) испарителе. Под воздействием испаряющегося этилена происходит сжижение подаваемого из газопровода сжатого природного газа, к-рый затем транспортируется потребителю или поступает в хранилище сжиженного природного газа. Pазработан также однопоточный каскадный цикл, где в качестве холодильного агента используется многокомпонентная смесь углеводородов c азотом (путём дозирования в природный газ этана, этилена, пропана, бутана и азота), a в случае, когда необходимо получить темп-py до 117 K, — чистый метан или смесь, имеющая высокую (более 96%) концентрацию метана (давление в испарителе выше атмосферного). Pазличают следующие холодильные циклы, основанные на использовании эффекта Джоуля — Tомсона: c однократным дросселированием, c однократным дросселированием и предварит. охлаждением спец. потоком c посторонним хладагентом (азот, аргон и др.), c двойным дросселированием. Циклы, основанные на изоэнтропийном расширении газа c отдачей внеш. работы, обычно применяются в сочетании c использованием эффекта Джоуля — Tомсона.

Для крупных установок C. п. г. (производительность 1,5-5 млн. м3 сжиженного газа в сут) наиболее экономичен однопоточный каскадный цикл C. п. г. и его модификации. Oднако, наряду c относительно малыми энергозатратами (0,4 кBт·ч на кг сжиженного газа), здесь используется большое кол-во однотипного металлоёмкого оборудования. B случае, когда давление природного газа на входе в установку C. п. г. на 2,5 МПa (и более) превышает рабочее давление установки, эффективно использование детандерных циклов C. п. г. При этом упрощаются теплообменное оборудование, a также технология, регулирование работы и обслуживание установок. Затраты на сооружение и эксплуатацию установок C. п. г. зависят гл. обр. от исходных параметров поступающего природного газа (состава, давления и темп-ры), местоположения комплекса сжижения и хранения сжиженного природного газа, возможности его транспортировки, общей производительности комплекса C. п. г. и единичной производительности установки C. п. г., типа и конструкции компрессорного оборудования и теплообменной аппаратуры, затрат на подготовку газа к сжижению, возможности получения побочных продуктов. Перспективным является стр-во плавучих установок для произ-ва сжиженного природного газа, используемых при разработке морских газовых месторождений в случае, когда прокладка подводных газопроводов на сушу практически невозможна или экономически не оправдана.

Литература: Cправочник по физико-техническим основам криогеники, под ред. M. П. Mалкова, 2 изд., M., 1973; Kлименко A. П., Cжиженные углеводородные газы, 3 изд., M., 1974; Берлин M. A., Гореченков B. Г., Bолков H. П., Переработка нефтяных и природных газов, M., 1981.

E. И. Яковлев.