가스가 액화되는 방법과 이유 : 액화 가스의 생산 기술 및 사용 범위

천연가스의 생산, 운송, 처리와 관련된 기술은 빠른 속도로 발전하고 있습니다.그리고 오늘날 많은 사람들이 LPG와 LNG라는 약어를 듣습니다. 거의 격일로 천연가스 연료가 어떤 맥락에서든 뉴스에 언급됩니다.

그러나 무슨 일이 일어나고 있는지 명확하게 이해하려면 가스가 어떻게 액화되는지, 왜 수행되는지, 어떤 이점을 제공하거나 제공하지 않는지 처음에 이해하는 것이 중요합니다. 그리고 이 문제에는 많은 뉘앙스가 있습니다.

기체 탄화수소를 액화하기 위해 대규모 첨단 공장이 건설되고 있습니다. 다음으로, 이 모든 것이 왜 필요한지, 그리고 그것이 어떻게 일어나는지 주의 깊게 살펴보겠습니다.

천연가스는 왜 액화되나요?

청색 연료는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 헬륨, 질소, 황화수소 및 기타 가스와 다양한 파생물의 혼합물 형태로 지구의 장에서 추출됩니다.

그 중 일부는 화학 산업에 사용되며 일부는 보일러나 터빈에서 연소되어 열 및 전기 에너지를 생성합니다. 또한 추출된 양의 일부는 가스 엔진 연료로 사용됩니다.

가스 작업자의 계산에 따르면 청색 연료를 2,500km 이상의 거리에 전달해야 하는 경우 액화 형태로 파이프라인을 사용하는 것보다 이 작업을 수행하는 것이 더 수익성이 있는 경우가 많습니다.

천연가스를 액화하는 주된 이유는 장거리 운송을 단순화하기 위한 것입니다. 소비자와 가스 연료 생산 우물이 서로 멀지 않은 땅에 있으면 그 사이에 파이프를 놓는 것이 더 쉽고 수익성이 높습니다.그러나 어떤 경우에는 고속도로 건설에 비용이 너무 많이 들고 지리적 차이로 인해 문제가 되는 경우도 있습니다. 따라서 그들은 액체 형태로 LNG 또는 LPG를 생산하기 위해 다양한 기술에 의존합니다.

경제성과 교통안전

가스가 액화되면 바다, 강, 도로 및/또는 철도로 운송할 수 있도록 특수 용기에 액체 형태로 펌핑됩니다. 동시에, 기술적으로 액화는 에너지 관점에서 보면 상당히 비용이 많이 드는 과정입니다.

다른 공장에서는 이는 원래 연료량의 최대 25%를 차지합니다. 즉, 기술에 필요한 에너지를 생성하려면 완성된 형태의 LNG 3톤당 최대 1톤의 LNG를 연소해야 합니다. 그러나 이제 천연가스는 수요가 매우 높으며 모든 것이 성과를 거두고 있습니다.

액화 형태의 메탄(프로판-부탄)은 기체 상태보다 부피를 500~600배 적게 차지합니다.

천연가스는 액체이지만 불연성, 폭발성이 없습니다. 재기화 과정에서 증발한 후에만 가스 혼합물 굽기에 적합한 것으로 나타났습니다. 보일러 그리고 밥솥. 따라서 LNG나 LPG를 탄화수소 연료로 사용하는 경우에는 재기화해야 합니다.

다양한 분야에서 활용

대부분의 경우 "액화 가스" 및 "가스 액화"라는 용어는 탄화수소 에너지 운반체의 운송과 관련하여 언급됩니다. 즉, 청색연료를 먼저 추출한 뒤 LPG나 LNG로 전환하는 방식이다. 생성된 액체는 운반된 다음 한 가지 용도 또는 다른 용도로 기체 상태로 되돌아갑니다.

LPG(액화석유가스)는 프로판-부탄 혼합물이 95% 이상이고, LNG(액화천연가스)는 메탄이 85~95%이다.이들은 유사하면서도 동시에 근본적으로 다른 유형의 연료입니다.

프로판-부탄에서 나오는 LPG는 주로 다음과 같이 사용됩니다.

• 가스 엔진 연료;
• 자율 난방 시스템의 가스 탱크로 펌핑하기 위한 연료;
• 200 ml ~ 50 l 용량의 라이터 및 가스 실린더 리필용 액체.

LNG는 일반적으로 장거리 운송용으로만 생산됩니다. 수 기압의 압력을 견딜 수 있는 용기가 LPG를 저장하기에 충분하다면 액화메탄을 위한 특수 극저온 탱크가 필요합니다.

LNG 저장 장비는 고도의 기술이며 많은 공간을 차지합니다. 실린더 비용이 높기 때문에 승용차에 이러한 연료를 사용하는 것은 수익성이 없습니다. 단일 실험 모델 형태의 LNG 구동 트럭은 이미 도로를 주행하고 있지만 승용차 부문에서는 이 "액체" 연료가 가까운 미래에 널리 사용되지 않을 것 같습니다.

현재 연료로 액화메탄을 사용하는 경우가 점점 더 늘어나고 있습니다.

• 철도 디젤 기관차;
• 해상 선박;
• 강 운송.

LPG와 LNG는 에너지 운반체로 사용되는 것 외에도 가스 및 석유화학 플랜트에서 액체 형태로 직접 사용되기도 합니다. 이들은 다양한 플라스틱 및 기타 탄화수소 기반 재료를 만드는 데 사용됩니다.

LPG 및 LNG 획득 기술

메탄을 기체에서 액체로 전환하려면 메탄을 -163°C로 냉각해야 합니다. 그리고 프로판-부탄은 -40에서 액화됩니다. °C. 따라서 두 경우 모두 기술과 비용이 매우 다릅니다.

LNG 1리터는 약 1.38입방미터에 해당합니다. m의 초기 천연 가스(이 수치는 온도와 압력에 따라 다름), 부피 감소 - 약 620배

천연가스를 액화하는 데는 여러 회사의 다음 기술이 사용됩니다.

• AP-SMR(AP-X, AP-C3MR);
• 최적화된 캐스케이드;
• DMR;
• 프리코;
• MFC;
• GTLet al.

이들 모두는 압축 및/또는 열 교환 프로세스를 기반으로 합니다. 액화 작업은 플랜트에서 여러 단계로 이루어지며, 그 동안 가스는 점차적으로 압축되고 액상으로 전환되는 온도까지 냉각됩니다.

가스 혼합물의 준비

천연 가스를 액화하려면 먼저 천연 가스에서 물, 헬륨, 수소, 질소, 황 화합물 및 기타 불순물을 제거해야 합니다. 이를 위해 가스 혼합물을 분자체를 통과시켜 심층적으로 정화하는 흡착 기술이 일반적으로 사용됩니다.

그런 다음 공급원료 준비의 두 번째 단계가 발생하며 이 단계에서 중질 탄화수소가 제거됩니다. 결과적으로 가스에는 불순물 함량이 5% 미만인 에탄과 메탄(또는 프로판과 부탄)만 남게 되어 이 부분이 냉각되어 액화되기 시작합니다.

물, 이산화탄소, 황 화합물 등의 공격적인 영향으로부터 냉동 장비를 보호하기 위해 천연 가스에서 불필요한 모든 것을 제거하는 1차 준비가 수행됩니다.

분별을 통해 유해한 불순물을 제거하고 후속 액화를 위해 주 가스만 분리할 수 있습니다. 1atm의 압력에서 메탄이 액체 상태로 전이되는 온도는 -163°C, 에탄은 -88°C, 프로판은 -42°C, 부탄은 -0.5°C입니다.

공장에 유입되는 가스가 여러 부분으로 나누어진 다음 액화되는 이유를 설명하는 것은 바로 이러한 온도 차이입니다. 모든 유형의 기체 탄화수소 화합물에 대한 단일 액화 기술은 없습니다. 각각에 대해 자체 생산 라인을 구축하고 사용해야 합니다.

기본 액화 공정

가스를 액체 상태로 변환하는 기본은 냉동 사이클이며, 그 동안 하나 또는 다른 냉매에 의해 온도가 낮은 환경에서 온도가 높은 환경으로 열이 전달됩니다. 이 공정은 다단계로 이루어지며 냉각수와 열교환기의 팽창/압축을 위한 강력한 압축기가 필요합니다.

압축 기술은 첨단 기술이고 에너지 집약적이며 비용이 많이 들지만 한 사이클에서 가스를 한 번에 5~12회 압축할 수 있습니다.

다음은 다양한 액화 단계에서 냉매로 사용됩니다.

• 프로판;
• 메탄;
• 에탄;
• 질소;
• 물(바다 및 정제수);
• 공기.

예를 들어, Novatek의 Yamal LNG에서 천연가스의 1차 냉각을 위해 시원한 북극 공기가 사용되며, 이를 통해 공급원료의 온도를 최소한의 비용으로 즉시 +10°C까지 낮출 수 있습니다. 그리고 더운 여름철에는 일년 중 언제라도 수심이 3~4°C로 일정한 북극해의 해수를 사용합니다.

동시에 현장에서 공기로부터 직접 얻은 질소는 Yamal의 최종 냉매로 사용됩니다. 결과적으로 북극은 초기 천연가스부터 액화 공정에 사용되는 작용제까지 LNG 생산에 필요한 모든 것을 제공합니다.

프로판은 메탄과 비슷한 방식으로 액화됩니다. 다만 훨씬 더 낮은 냉각 온도가 필요합니다. 즉, 영하 42°C 대 영하 163°C입니다. 따라서 액화 가스탱크용 가스 비용은 몇 배 더 저렴하지만 결과적인 프로판-부탄 LPG 자체는 시장에서 수요가 적습니다.

운송 및 보관

LNG의 거의 전량은 대형 해상 가스 유조선을 통해 한 해안에서 다른 해안으로 운송됩니다.육상 운송은 "액체 청색 연료"의 온도를 약 -160°C로 유지해야 하기 때문에 제한됩니다. 그렇지 않으면 메탄이 가스 상태로 변하기 시작하여 폭발하게 됩니다.

LPG를 운반하려면 내부 압력이 최대 1.5~2MPa인 5~50리터의 실린더와 5~17MPa용으로 설계된 대형 탱크 컨테이너가 사용됩니다.

LNG 탱크의 압력은 대기압에 가깝습니다. 그러나 액체 메탄의 온도가 -160°C 이상으로 올라가면 액체에서 기체로 변하기 시작합니다. 결과적으로 용기의 압력이 증가하기 시작하여 심각한 위험을 초래할 수 있습니다. 따라서 LNG 운반선에는 저온 유지 장치와 두꺼운 단열층이 장착되어 있습니다.

LPG는 가스탱크에서 직접 가스로 재기화됩니다. 그리고 LNG 재기화는 산소에 접근할 수 없는 특수 산업 시설에서 수행됩니다. 물리학에 따르면 양의 온도에서 액체 메탄은 점차 가스로 변합니다. 그러나 이것이 특별한 조건이 아닌 공기 중에서 직접 발생하면 그러한 과정은 폭발로 이어질 것입니다.

LNG 형태의 천연가스는 플랜트에서 액화되어 운송된 후 다시 플랜트에서(재기화만 해당) 추가 사용을 위해 가스 상태로 다시 변환됩니다.

액화수소에 대한 전망

직접 액화 및 이러한 형태의 사용 외에도 천연가스로부터 또 다른 에너지 운반체인 수소를 얻는 것도 가능합니다. 메탄은 CH이다₄, 프로판 C₃N₈및 부탄 C₄N₁₀.

수소 성분은 이러한 모든 화석 연료에 존재하므로 이를 분리하기만 하면 됩니다.

수소의 주요 장점은 환경 친화성과 자연에서 널리 발생한다는 것입니다. 그러나 액화 비용이 높고 지속적인 증발로 인한 손실로 인해 이러한 장점이 거의 아무것도 감소하지 않습니다.

수소를 기체에서 액체로 변환하려면 -253°C로 냉각해야 합니다. 이를 위해 다단계 냉각 시스템과 "압축/팽창" 설치가 사용됩니다. 현재 이러한 기술은 너무 비싸지만 비용을 줄이기 위한 작업이 진행 중입니다.

또한 자신의 손으로 집에 수소 발생기를 만드는 방법을 자세히 설명하는 다른 기사를 읽어 보는 것이 좋습니다. 자세한 내용 - 이동 링크.

또한 LPG나 LNG와 달리 액화수소는 폭발력이 훨씬 더 강하다. 산소와 결합하여 약간의 누출로 인해 약간의 스파크에도 발화되는 가스-공기 혼합물이 생성됩니다. 그리고 액체수소의 저장은 특수 극저온 용기에만 가능합니다. 수소연료는 아직 단점이 너무 많다.

주제에 대한 결론 및 유용한 비디오

액화 가스는 어떻게 생산되며 왜 액화됩니까?

액화 가스에 관한 모든 것:

가스를 액화하는 기술에는 여러 가지가 있습니다. 메탄의 경우에는 그들의 것이고, 프로판-부탄의 경우에는 그들의 것입니다. 동시에 LPG를 구입하는 것이 더 저렴하고, 운송/보관이 더 쉽고 안전합니다. 메탄 LNG를 생산하는 것은 더 비싸고 복잡한 공정입니다. 또한 재기화에는 특수 장비가 필요합니다. 동시에 메탄은 오늘날 시장에서 더 많은 수요가 있기 때문에 훨씬 더 많은 양으로 액화됩니다.

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