Hvordan og hvorfor gøres gas flydende: produktionsteknologi og anvendelsesområde for flydende gas

Teknologier relateret til udvinding, transport og forarbejdning af naturgas udvikler sig hurtigt. Og i dag er forkortelserne LPG (Liquefied Petroleum Gas) og LNG (Liquefied Natural Gas) på alles læber.

Men, enig, for at have en klar forståelse af, hvad der foregår, er det vigtigt fra starten at forstå, hvordan gas gøres flydende, hvorfor det gøres, og hvilken fordel det giver eller ikke giver. Og der er masser af nuancer i dette spørgsmål.

For at producere flydende gasformige kulbrinter bygges store, højteknologiske anlæg. Herefter vil vi nøje gennemgå: hvad alt dette er nødvendigt for, og hvordan det foregår.

Hvorfor gør man naturgas flydende?

Fra jordens indre udvindes det blå brændstof som en blanding af metan, ethan, propan, butan, helium, nitrogen, svovlbrinte og andre gasser samt forskellige derivater.

Nogle af dem anvendes i den kemiske industri, og en del forbrændes i kedler eller turbiner til produktion af termisk og elektrisk energi. Derudover bruges en vis mængde af den udvundne gas som motorgasbrændstof.

Beregninger fra gasfolk viser, at hvis det blå brændstof skal leveres over en afstand på 2500 km eller mere, er det ofte mere fordelagtigt at gøre det i flydende form end via rørledning.

Hovedårsagen til at gøre naturgas flydende er at forenkle transporten over lange afstande. Hvis forbrugeren og gasbrændstofbrønden er på land tæt på hinanden, er det lettere og mere fordelagtigt at lægge en rørledning mellem dem. Men i nogle tilfælde er det for dyrt og problematisk at bygge en hovedledning på grund af geografiske nuancer. Derfor tyer man til forskellige teknologier til at fremstille LPG eller LNG i flydende form.

Økonomi og transportsikkerhed

Efter at gassen er gjort flydende, pumpes den som væske ind i specielle beholdere til transport ad søvejen, floden, lastbil og/eller jernbane. Samtidig er fortætningsprocessen teknologisk set en ret energiintensiv proces.

På forskellige anlæg går op til 25% af det oprindelige brændstofvolumen til dette. Det vil sige, for at producere den nødvendige energi til processen, skal der forbrændes op til 1 ton LPG for hver 3 tons færdigt produkt. Men naturgas er meget efterspurgt i dag, og det betaler sig tilbage.

I flydende form optager metan (propan-butan) 500–600 gange mindre volumen end i gasformig tilstand

Så længe naturgas er i flydende tilstand, er den ikke brændbar og eksplosionssikker. Først efter fordampning under regasificering er den resulterende gasblanding egnet til forbrænding i kedler og komfurer. Derfor, hvis LNG eller LPG anvendes som kulbrintebrændstof, skal de nødvendigvis regasificeres.

Anvendelse i forskellige områder

Oftest nævnes begreberne 'flydende gas' og 'gasfortætning' i forbindelse med transport af kulbrinteenergibæreren. Det vil sige, at først udvindes det blå brændstof, og derefter omdannes det til LPG eller LNG. Derefter transporteres den opnåede væske, og efter at blive bragt tilbage til gasformig tilstand til en eller anden anvendelse.

LPG (flydende kulbrintegas) består af 95% eller mere af propan-butanblanding, mens LNG (flydende naturgas) består af 85–95% metan. Det er lignende, men samtidig fundamentalt forskellige brændstoftyper.

LPG fra propan-butan anvendes hovedsageligt som:

• gasmotorbrændstof;
• brændstof til påfyldning i gasbeholdere til autonome varmesystemer;
• væske til påfyldning af lightere og gasflasker med kapacitet fra 200 ml til 50 l.

LNG produceres normalt udelukkende til langdistancetransport. Hvis der til opbevaring af LPG er tilstrækkeligt med en beholder, der kan modstå et tryk på flere atmosfærer, kræves der til flydende metan specielle kryogene tanke.

Udstyret til opbevaring af LNG er meget teknologisk avanceret og optager meget plads. Det er ikke fordelagtigt at bruge sådant brændstof i personbiler på grund af de dyre flasker. Lastbiler på LNG i form af enkelte eksperimentelle modeller kører allerede på vejene, men i segmentet af personbiler vil dette 'flydende' brændstof næppe finde bred anvendelse i nær fremtid.

Flydende metan som brændstof anvendes nu i stigende grad ved drift af:

• jernbanelokomotiver;
• søskibe;
• flodtransport.

Ud over anvendelse som energibærer anvendes LPG og LNG også direkte i flydende form på gas- og petrokemiske fabrikker. Af dem fremstilles forskellige plastmaterialer og andre kulbrintebaserede materialer.

Teknologier til fremstilling af LNG og LPG

For at omdanne metan fra gasformig til flydende tilstand skal det afkøles til -163 °C. Propan-butan bliver derimod flydende allerede ved -40 °C. Følgelig er teknologierne og omkostningerne i begge tilfælde meget forskellige.

Én liter LNG svarer til cirka 1,38 kubikmeter oprindelig naturgas (dette tal afhænger af temperatur og tryk), volumenreduktionen er omkring 620 gange.

Til flydende naturgas anvendes følgende teknologier fra forskellige firmaer:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimized Cascade;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL m.fl.

Grundlaget for dem alle er processer med komprimering og/eller varmeudveksling. Flydende gørelse foregår på anlægget i flere trin, hvor gassen gradvist komprimeres og afkøles til overgangstemperaturen til flydende fase.

Forberedelse af gasblandingen

Før man begynder at flydende gøre rå naturgas, skal man fjerne vand, helium, brint, nitrogen, svovlforbindelser og andre urenheder. Til dette anvendes normalt adsorptionsteknologi til dybderensning af gasblandingen ved at lede den gennem molekylsigter.

Derefter følger anden fase af forberedelsen af råmaterialet, hvor tunge kulbrinter fjernes. Til sidst er der kun ethan og metan (eller propan og butan) tilbage i gassen med et urenhedsindhold på under 5%, så denne fraktion kan begynde at blive afkølet og flydende gjort.

Den primære forberedelse med fjernelse af alt unødvendigt fra naturgassen udføres for at beskytte køleudstyret mod aggressiv påvirkning fra vand, kuldioxid, svovlforbindelser osv.

Fraktionering gør det muligt at slippe af med skadelige urenheder og kun udskille den primære gas til efterfølgende flydende gørelse. Ved tryk 1 atm er overgangstemperaturen til flydende tilstand for metan -163 °C, for ethan -88 °C, for propan -42 °C og for butan -0,5 °C.

Netop disse temperaturforskelle forklarer, hvorfor man opdeler i fraktioner og først derefter flydende gør den gas, der ankommer til anlægget. Der findes ingen uniform teknologi til flydende gørelse for alle typer gasformige kulbrinter. For hver enkelt type må man opbygge og anvende sin egen teknologilinje.

Fortætningsprocessen

Grundlaget for at omdanne gas til flydende tilstand er en kølecyklus, hvor varme overføres fra et medium med lav temperatur til et medium med højere temperatur ved hjælp af et eller andet kølemiddel. Denne proces er flertrins og kræver kraftige kompressorer til ekspansion/kompression af kølemidlet og varmevekslere.

Komprimeringsteknologierne er højteknologiske, energikrævende og dyre, men på én cyklus kan de komprimere gassen 5–12 gange

Som kølemiddel på forskellige stadier af flydende gørelse anvendes:

• propan;
• metan;
• ethan;
• nitrogen;
• vand (havvand og renset vand);
• luft.

For eksempel anvendes til primær afkøling af naturgas på Novateks 'Yamal LNG' kølig arktisk luft, som gør det muligt at sænke temperaturen på råmaterialet med minimale omkostninger til +10 °C. I varme sommermåneder er det i stedet planlagt at bruge havvand fra Ishavet, som uafhængigt af årstiden på dybden har konstante 3–4 °C.

Samtidig anvender man på Jamal nitrogen som endelig kølemiddel, som fremstilles direkte på stedet af luften. Som et resultat giver Arktis alt, hvad der er nødvendigt for at producere LNG – fra den oprindelige naturgas til de arbejdsstoffer, der anvendes i kondenseringsprocessen.

Propan kondenseres efter en lignende ordning som metan. Dog kræves der meget lavere køletemperaturer – minus 42 °C mod minus 163 °C. Derfor er kondensering af gas til gastanke flere gange billigere, men den opnåede propan-butan LPG er mindre efterspurgt på markedet.

Transport og opbevaring

Stort set hele mængden af LNG transporteres med store havgående gastankskibe fra den ene kyst til den anden. Landtransport er begrænset af behovet for at holde temperaturen på 'flydende blåt brændstof' omkring -160 °C, ellers begynder metan at gå over i gasform og blive eksplosionsfarlig.

Til transport af LPG anvendes flasker på 5-50 liter med indvendigt tryk op til 1,5-2 MPa og større tankbeholdere beregnet til 5-17 MPa

Trykket i en LNG-beholder er tæt på atmosfærisk. Men hvis temperaturen af flydende metan stiger over -160 °C, begynder det at omdannes fra væske til gas. Som følge heraf begynder trykket i beholderen at stige, hvilket udgør en alvorlig fare. Derfor er LNG-tankskibe udstyret med anlæg til opretholdelse af lave temperaturer og et kraftigt lag af varmeisolering.

LPG regasificeres til gas direkte i gastanken. Regasificering af LNG foregår på særlige industrielle anlæg uden adgang til ilt. Ifølge fysikken omdannes flydende metan ved positive temperaturer gradvist til gas. Men hvis dette sker direkte i luften uden særlige forhold, vil en sådan proces føre til en eksplosion.

Efter at naturgas som LNG er blevet kondenseret på en fabrik, transporteres den, og derefter omdannes den igen på en fabrik (kun en regasificeringsfabrik) til gasform til videre anvendelse.

Perspektiver for flydende brint

Ud over direkte kondensering og anvendelse i denne form kan man også udvinde en anden energibærer – brint – fra naturgas. Metan er CH₄, propan C₃H₈, og butan C₄H₁₀.

Brintindholdet findes i alle disse fossile brændstoffer; man skal blot udvinde det.

De vigtigste fordele ved brint er miljøvenlighed og bred udbredelse i naturen, men den høje pris for kondensering og tab på grund af konstant fordampning gør stort set disse fordele til intet.

For at omdanne brint fra gasform til væske skal den nedkøles til -253 °C. Hertil anvendes flertrins kølesystemer og 'kompressions-/ekspansions' anlæg. Indtil videre er sådanne teknologier for dyre, men der arbejdes på at gøre dem billigere.

Vi anbefaler også at læse vores anden artikel, hvor vi i detaljer beskrev, hvordan man laver en brintgenerator til hjemmet selv. Læs mere – gå via linket.

I modsætning til LPG og LNG er flydende brint meget mere eksplosiv. Den mindste lækage i kombination med ilt skaber en gas-luftblanding, som antændes af den mindste gnist. Og opbevaring af flydende brint er kun mulig i specielle kryogene beholdere. Ulemperne ved brintbrændstof er stadig for mange.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Hvordan produceres flydende gas, og hvorfor bliver den gjort flydende:

Alt om flydende gasser:

Der findes flere teknologier til gasflydning. For metan er de ene, og for propan-butan er de andre. Samtidig er LPG billigere at få, og nemmere og sikrere at transportere/opbevare. Fremstilling af metan-LNG er en dyrere og mere kompleks proces. Dertil kræver dets regasificering specialiseret udstyr. Samtidig er metan mere efterspurgt på markedet i dag, så det bliver flydende i langt større mængder.

Har du opklarende spørgsmål eller din egen ekspertudtalelse om emnet gasflydning? Måske har du noget at tilføje til ovenstående. Tøv ikke med at spørge og/eller kommentere artiklen i blokken nedenfor.