Знакомство с газовой промышленностью в Российской Федерации | Мой кабинет. Работа №350773

На мировом газовом рынке последние несколько лет наблюдается стремительный рост внимания к сжиженному газу. Совершенствуются технологии, в результате чего удешевляется производство и транспортировка СПГ. Сжиженный природный газ становится реальным конкурентом газу трубопроводному. Востребованность СПГ растет по мере развития шельфовой добычи и увеличения расстояния от мест производства до рынков сбыта.

Размеры арктических шельфовых месторождений позволяют рассчитывать на долгосрочную добычу углеводородов, что важно для СПГ-проектов. С вводом заводов СПГ расширится география поставок российского газа как топлива и сырья для нефтехимии, увеличится рынок потребителей. При транспорте газа в сжиженном виде не будет необходимости платить большие пошлины за его транзит, как в случае трубопроводного транспорта.

По мнению зарубежных экспертов, в будущем на мировом рынке газа будет доминировать именно сжиженный природный газ. В настоящее время сектор СПГ является одним из самых динамичных в энергетической отрасли: мировое потребление сжиженного газа растет на 10% в год, тогда как обычного (газопроводного), только на 2,4%.

В 2030 году на долю СПГ придется уже около 60% торговли природным газом, что будет соответствовать 18-20% в общем объеме потребляемого на Земном шаре природного газа.

Данный прогноз обусловлен с одной стороны, повышением эффективности сжижения природного газа и постоянным снижением себестоимости технологии сжижения, а, с другой стороны, высокая гибкость каналов поставки СПГ позволяет успешно варьировать обслуживание множества рынков. Технологии получения сжиженного газа превращают данный энергоноситель почти в такой же мобильный вид топлива, как и нефть.

Широкое использование СПГ на мировых рынках обусловлено, прежде всего, тем, что, по ценам, он либо сопоставим с жидкими углеводородными видами топлива, либо дешевле их. При этом СПГ является экологически более чистым видом топлива.

В прошлом рынок СПГ обычно разделялся на предприятия малого и среднего масштаба и заводы мирового масштаба. В то время как малый и средний сегмент обычно производит до 0,5 миллиона тонн в год, заводы мирового класса имеют мощности по сжижению газа от 3,5 до почти 8 миллиона тонн в год. На малый и средний сектор в настоящее время приходится около 10–15 % мировых мощностей по сжижению газа.

На рынке наблюдается растущий спрос на заводы СПГ нового класса, а именно «крупные» предприятия средней мощности, производящие от одной до двух миллионов тонн газа в год. Операторы этих заводов стремятся объединить преимущества крупных заводов (переработка природного газа непосредственно с месторождения и экспорт СПГ на рынки с высокой стоимостью большими «посылками») с преимуществами малых и средних заводов (переработка предварительно очищенный сырьевой газ из трубопровода).

Завод по производству сжиженного природного газа в районе КС «Портовая», расположенный в ленинградской области на берегу Финского залива, был запущен в эксплуатацию в сентябре 2022 года. Процесс производства СПГ на предприятии включает несколько этапов очистки сырьевого газа от примесей, осушку и непосредственно процесс охлаждения подготовленного газа до критической температуры, при которой он переходит в жидкое состояние и уменьшается приблизительно в 600 раз.

Состав и свойства сжиженного природного газа

Сжиженный природный газ — это газ, который был охлажден до минус 260°F (минус 160°C) и переведен в жидкое состояние. Когда природный газ находится в жидкой форме, он занимает примерно 1/600 пространства, которое занимал бы в виде газа, что делает транспортировку намного более эффективной и экономичной.

СПГ это криогенная бесцветная жидкость без запаха, плотность которой в 2 раза меньше плотности воды, по химическому составу представляющая собой многокомпонентную смесь углеводородов ряда C1...C8 а также азота N2 и двуокиси углерода СО2 с преобладающим содержанием метана – СН4.

Для использования СПГ подвергается испарению до исходного состояния. При сгорании паров образуется диоксид углерода и водяной пар. При содержании ниже 5% в воздухе слишком мало газа для сжигания; при содержании выше 15% кислорода недостаточно. Тесты, проведенные лабораториями Газпром, показывают, что облака паров сжиженного природного газа не детонируют, они только горят.

Транспортировка СПГ относительно безопасна, и показатели безопасности в отрасли являются образцовыми. Более 50 лет СПГ безопасно перевозится танкерами по всему миру.

Транспортировка СПГ по морю безопасна, поскольку принимаются все меры предосторожности для снижения вероятности выброса. Если бы произошел выброс, испаряющийся СПГ не растворим в воде, и любая жидкость, выброшенная на сушу или в океан, быстро испарилась бы. Вероятность загрязнения суши или воды исключена. СПГ нетоксичен и не вступает в химическую реакцию, если его не воспламенить[2].

Сжиженный природный газ, как топливо, имеет еще целый ряд преимуществ.

При применении в топливно-энергетическом комплексе и коммунальном хозяйстве - возможность газификации объектов, удаленных от магистральных трубопроводов на значительные расстояния.

Все крупнейшие месторождения природного газа в России находятся в удаленных районах, неблагоприятных для строительства транспортных газопроводов, и наиболее целесообразным здесь представляется транспортировка газа в жидком состоянии. Основные российские газовые месторождения будут располагаться именно в таких районах (Баренцево море, шельф Карского моря, остров Сахалин и т. д.). Это обуславливает необходимость строительства крупных заводов по производству СПГ в местах перспективных месторождений.

А также к СПГ относятся все преимущества использования природного газа. Прежде всего, это метан, который легче воздуха, и в случае аварийного разлива он быстро испаряется, в отличие от тяжелого пропана, накапливающегося в естественных и искусственных углублениях и создающего опасность взрыва. Он не токсичен, не вызывает коррозии металлов.

СПГ сегодня дешевле, чем любое нефтяное топливо, в том числе и дизельное, но по калорийности их превосходит. Нужно отметить, что котлы, работающие на природном газе (СПГ), имеют больший КПД – до 94%, не требуют расхода топлива на предварительный его подогрев зимой (как мазутные и пропан-бутановые).

Природный газ сгорает практически полностью и не оставляет копоти, ухудшающей экологию и снижающей КПД, а значит, не требуется периодической чистки камеры сгорания котлов и дымовой трубы котельной. Отводимые дымовые газы не имеют примесей серы и не разрушают металл дымовой трубы.

Эксплуатационные затраты на обслуживание газовых котельных также ниже, чем традиционных.

1.2 Общие сведения о процессе получения СПГ из природного газа

1.2.1 Технологическая цепочка обеспечения потребителей сжиженным природным газом

Технология газификации объектов теплоэнергетического комплекса с использованием СПГ состоит из следующих основных стадий:

• Отбор газа из сетей низкого или высокого давления;

• Подача газа на установку для частичного или полного сжижения;

• Хранение СПГ, до момента отгрузки, в криогенном резервуаре большой емкости;

• Перелив СПГ в автотранспортную цистерну и транспортировка его к месту потребления;

• Слив СПГ и хранение в расходном резервуаре на объекте потребителя;

•Регазификация СПГ в атмосферных испарителях;

•Подготовка и подача образующегося природного газа к теплоэнергетическому оборудованию через узел коммерческого учета.

1.2.2 Технология сжижения газа

На рисунке 1 приведена общая схема процесса получения СПГ из природного газа.

Рисунок 1 –Процесс получения СПГ из природного газа

Перед ожижением газ обрабатывается с целью удаления вредных примесей.

Пыль и шлаки (вода и конденсат) удаляются вместе с сероводородом (H2S) и ртутью (Hg). Эти загрязняющие вещества могут вызывать коррозию и проблемы с замерзанием, особенно в алюминиевых теплообменниках.

Диоксид углерода (CO2) поглощается и удаляется из природного газа с помощью аминного абсорбера (удаление кислых газов или AGR), а для удаления воды используется адсорбент. Эти вещества удаляются, чтобы не образовывался лед в ходе последующего процесса сжижения.

Тяжелые углеводороды (C5+) удаляются путем фракционирования перед сжижением. Как показано на схеме процесса сжижения, природный газ предварительно охлаждается пропаном примерно до минус 31°F (минус35°C).

Холодильный цикл и технологическая схема установки сжижения выбираются в зависимости от назначения установки и её производительности, состава сжижаемого ПГ и его давления, требований, предъявляемых к продукции. На выбор технологической схемы влияет также возможность применения того или иного типа оборудования.

Важнейшим показателем термодинамического совершенства цикла является величина удельного энергопотребления. От нее напрямую зависят расходуемая и установленная мощность компрессорного оборудования, масса и габариты теплообменных аппаратов, а следовательно капиталовложения и эксплуатационные затраты в эти установки.

В современных установках сжижения природного газа применяются технологические схемы, основанные на следующих основных циклах:

• холодильные циклы с дросселированием различных модификаций;

• детандерные холодильные циклы;

• каскадные холодильные циклы с чистыми хладагентами (классические каскадные циклы);

• однопоточные каскадные циклы с хладагентом, представляющим собой многокомпонентную смесь углеводородов и азота.

Часто в схемах сжижения используются различные комбинации, включающие элементы перечисленных выше циклов. Особое внимание, при выборе вариантов, уделяется, как правило, дроссельным циклам, учитывая их простоту и надежность.

Самое "дорогое" в производстве СПГ – сжижение, занимает до 40% себестоимости СПГ, что вызвано необходимостью строительства завода по сжижению газа стоимостью не менее 1-1,5 млрд долл.

На крупных установках для получения СПГ используют каскадный способ (каскад пропан-этилен-метан) или холодильный цикл на смешенном холодильном агенте с предварительным пропановым охлаждением. Наличие в смеси различных углеводородов (метан, этан, пропан, бутан и т.д.) позволило получить плавные очертания температурных кривых и довести разность температур «тепловых» и «холодных» потоков всего до нескольких градусов. В результате на 20...30% сократились энергетические затраты.

На схеме после предварительного охлаждения природный газ проходит по трубчатому контуру в главном криогенном теплообменнике, где он сжижается и переохлаждается до температуры от минус 238°F (минус 150°C) до минус 260°F (минус 162°C) смешанным хладагентом. Смешанный хладагент также предварительно охлаждается, а затем разделяется в сепараторе высокого давления. Потоки пара и жидкости проходят через отдельные трубчатые контуры в криогенном теплообменнике, где они дополнительно охлаждаются, разжижаются и переохлаждаются[3].

Давление в двух переохлажденных потоках снижается, что еще больше снижает их температуру. Поскольку смешанный хладагент испаряется и стекает вниз по корпусу в криогенном теплообменнике, он обеспечивает охлаждение для сжижения и переохлаждения природного газа. На выходе из криогенного теплообменника и в приемном резервуаре для хранения сжиженного природного газа образуется паровой газ и отходящий газ для получения топливного газа, необходимого в основном для циклов сжатия пропана и cмешанного хладагента с приводом от газовой турбины.

Сжиженный газ хранится в резервуарах с полной герметизацией, которые обычно имеют вместимость около 160 000 м3. Давление в резервуарах для сжиженного газа поддерживается на уровне чуть выше одной атмосферы.

Системы с полной герметизацией имеют два резервуара: внутренний для продукта и внешний, обеспечивающий защиту от утечки.

Внутренняя оболочка изготовлена из специального никелевого сплава, предназначенного для защиты от низких температур, а внешняя оболочка - из предварительно напряженного бетона с усиленной плитой перекрытия и крышей. Каждый резервуар изолирован для поддержания температуры сжиженного газа приблизительно при температуре минус 256°F (минус 160°C) и оснащен сложными автоматическими системами защиты для контроля уровня, давления, температуры в резервуаре и любой потенциальной утечки[13].

СПГ перевозится на специальных судах с двойным корпусом. Наиболее часто используемые типы грузовых танкеров— это мембранные грузовые газовозы, которые опираются на корпус судна, и сферические газовозы, которые являются самонесущими. В каждом типе грузовых газовозов для герметизации используются криогенные материалы, которые изолированы, чтобы снизить испарение груза менее чем до 0,15% в сутки. СПГ выгружается с причала в терминальные резервуары для хранения, что занимает примерно 14-16 часов. СПГ остается при температуре минус 160°C в течение всего процесса. Коммерческие перевозки СПГ на судах осуществляются с 1964 года, и по состоянию на конец 2016 года было перевезено 88 000 грузов или 176 000 рейсов без потерь СПГ.