Производство сжиженного природного газа (СПГ) основано на значительном (примерно в 600 раз) уменьшении занимаемого этим газом объема.

За счет этого достигается существенное сокращение расходов на хранение и транспортировку, которая может осуществляться специальными судами, контейнерами, автомобильным и железнодорожным транспортом и т.д., что позволяет СПГ составить серьезную конкуренцию традиционному трубопроводному газу. Кроме того,  хранение СПГ обходится недорого; при этом образуются огромные «буферы энергии», доступ к которым обеспечивается за считанные секунды.

Технологии, применяемые для сжижения газа в коммерческих целях, были впервые опробованы в 1960-е годы. Они получили распространение в государствах, располагающих значительными запасами природного газа и в то же время отдаленных от основных рынков сбыта сырья, таких как Алжир и страны Ближнего Востока. Производительность крупных заводов по сжижению газа составляет более 2 млн т в год, что составляет 6 тыс. т СПГ в день. В зависимости от производительности завода, технологий, применяемых при подготовке и сжижении, химического состава подаваемого сжатого газа стоимость заводов СПГ может варьироваться  от нескольких десятков миллионов до нескольких миллиардов долларов США.

В последнее время получили распространение новые технологии, которые активно применяются на заводах СПГ со средней производительностью (около 1,5 млн т СПГ в год). На таких заводах, как правило, используется цикл смеси холодильных агентов MRC (mixed refrigerant cycle). Заводы данного типа потребляют больше электроэнергии, но это окупается меньшими капитальными затратами. «Мини-завод СПГ» – это завод по сжижению газа производительностью 200 т в день (0,07 млн т в год). Занимаемая им площадь составляет 10 тыс. м2 (5 тыс. м2 приходится на системы предварительной очистки и сжижения газа; 5 тыс. м2 – на системы охлаждения воды, хранилище СПГ, площадку для автотрейлеров СПГ).  При этом максимальная высота используемого оборудования не превышает 10 м (исключение составляют резервуары для хранения СПГ).    

Технологии сжижения природного газа

На мини-заводах СПГ возможно использование двух технологических решений:   

·          технология «открытого цикла»; 

·          технология «цикла расширения азота».

Технология сжижения «открытого цикла»

Данная технология предполагает использование давления подаваемого газа в качестве источника энергии для его охлаждения. Газ, находящийся под высоким давлением, пропускается через турбины, расширяется, охлаждается, и, как следствие, на выходе из системы образуется жидкость. Однако при использовании этой технологии сжижается только 15% газа, а оставшиеся 85% покидают систему в виде находящегося под низким давлением газа. При наличии находящихся поблизости потребителей проблема использования оставшихся 85% газа решается. В противном случае, требуется энергия на повторную компрессию газа для его подачи в газопровод, что влечет за собой дополнительные расходы.

К преимуществам данной технологии можно отнести:

·         
Низкое потребление электроэнергии – на каждый нм3/ч производительности потребляемая электроэнергия составляет 0,01 кВт/ч.

·          Низкие эксплуатационные расходы.

К недостаткам системы относятся:

Относительно высокие капитальные затраты. Ввиду того, что сжижается только 15% от подаваемого газа, для производства СПГ требуются холодильная камера и система предварительной подготовки газа. Например, для системы производительностью 6 тыс. нм3/ч (100 т в день) необходимо подготавливать и подавать на холодильную установку около 60 тыс. нм3/ч газа.  
Данная система предполагает использование газовых турбин, требования по обеспечению безопасности которых достаточно высоки.

Технология сжижения «цикла расширения азота»

В основе этой технологии лежит циркуляция азота в замкнутом контуре, содержащем компрессоры и турбины. Хладоагент азот охлаждается и подается в теплообменный аппарат, в который параллельно также подается метан, происходит процесс теплообмена, метан охлаждается  и, как следствие, сжижается. Далее азот опять подогревается, подается в компрессор, на турбину, снова охлаждается и т.д.

Преимущества системы:

·         
Низкие капитальные затраты. Ввиду того, что 100% подаваемого газа сжижается, на заводе устанавливаются относительно небольшие холодильная установка и система предварительной подготовки газа.

·          Безопасность. По существу, азот только сжимается и расширяется. Таким образом, цикл работы газа представляет собой его циркуляцию через теплообменный аппарат. Требования по обеспечению безопасности минимальны.

·          Простота технологии.

·          Надежность.

·          Простота в эксплуатации.

·          Быстрый ввод в эксплуатацию.

·          Минимальные требования по занимаемым площадям. 

Недостатки:

Относительно высокий уровень потребления электроэнергии: в зависимости от размера завода он варьируется от 0,42 до 0,5 кВт/ч на каждый нм3/ч производительности.

Хранение СПГ

СПГ хранится в резервуарах, спроектированных для хранения криогенных жидкостей и  обеспечивающих высокую степень теплоизоляции. При получении даже небольшого количество теплоты от окружающей среды, жидкость (СПГ) частично переходит в газообразную форму, это приводит к утечкам газа. Технологии, предлагаемые ООО «Промтехноком» снижают подобные потери до минимума.

Резервуары для хранения СПГ производятся по принципу «емкость в емкости». Внутренняя емкость сделана из нержавеющей стали и способна выдерживать температуры до –196 °С, а более простая по исполнению внешняя емкость сделана из углеродистой стали. Пространство между емкостями заполняется специальным теплоизоляционным материалом – перлитом и вакуумом. Вакуум выступает как главный теплоизолятор.

На заводе-изготовителе могут производиться резервуары для хранения СПГ практически любого объема. Для снижения затрат, с учетом экономии на стоимости доставки и установки на месте эксплуатации, практикуется изготовление резервуаров на месте непосредственного использования. Говоря о принципиальных различиях между резервуарами, произведенными на заводе-изготовителе и изготовленными на месте, необходимо отметить следующее:

Первые могут поддерживать большее давление;
У последних в пространстве между внутренней и внешней емкостями отсутствует вакуум. Теплоизоляцией является только перлит. 
Ограничивающим фактором применения резервуаров большого объема, произведенных на заводе, является стоимость транспортировки до места использования. Транспортные расходы по доставке резко увеличиваются в случаях, когда объем резервуара больше 75 м3. К примеру, расходы по доставке резервуара объемом 300 м3 в Тюменскую область из Европы составляют около 120 тыс. евро. Для строительства резервуаров на месте  может  потребоваться несколько месяцев. Например, на изготовление резервуара объемом 1,2 тыс. м3 уходит шесть месяцев. Более того, необходимо провести значительный объем работ по подготовке места для установки резервуаров (на это уходит около трех месяцев). Резервуарах данного типа применяются лишь в том случае, когда общий объем хранилища составляет более 600-1 000 м3. В процессе принятия решения о выборе типа резервуара должны учитываться многие факторы. Например, если месторасположение хранилища СПГ удалено от основных авто- и ж/д магистралей, и поставка автотранспортом представляется проблематичной, то наиболее подходящим является вариант с изготовлением резервуаров на месте. 

Хранение СПГ: проблема «дренажа»     

Температура СПГ, хранящегося в резервуарах, может повышаться, что приводит к переходу метана из жидкого в газообразное состояние. Технологии  «Промтехнокома», предлагающего российским заказчикам изготовление «под ключ» мини-заводов по производству СПГ, позволяют производить СПГ в переохлажденном виде. Это означает, что потери «продукта» вследствие испарения начнутся только по прошествии двух недель с момента производства, и будут составлять 0,25% от общего объема хранимого СПГ в день. Таким образом, завод не предполагает наличие систем возвращения газа. В случае, если потери (которые весьма несущественны ввиду небольшого объема хранилища) все же имеют место, газ просто выпускается в атмосферу. Безусловно, это «потерянный продукт», но в противном случае придется останавливать завод, простой которого обойдется гораздо дороже.

Голубов А., Каторгин И.