Сжиженный природный газ. Краткая характеристика производства и транспортировки СПГ

Сжиженный природный газ (СПГ) – это природный газ, конденсированный в жидкость охлаждением его до -164 °C. Представляет собой жидкость без запаха и цвета, плотность которой в два раза меньше плотности воды. Чистый СПГ не горит, не воспламеняется и не взрывается без достижения определенных условий. На открытом пространстве при комнатной температуре СПГ быстро расширяется, возвращяясь в газообразное состояние и смешивается с воздухом. Испаряясь, такой газ может воспламениться при контакте с источником пламени. Для воспламенения необходимо иметь концентрацию газа в воздухе от 5 % до 15 % (объемных).

СПГ не токсичен, кипит при температуре -158...-163 °C, состоит на 95 % из метана, в состав оставшихся 5 % по большей части входят этан, пропан, бутан и азот. В настоящее время СПГ считается одним из наиболее чистых источников энергии, производя меньше выбросов углекислого газа и загрязняющих веществ, чем другие ископаемые виды топлива [6] . Транспортировка газа в виде СПГ становится более экономичной по сравнению с трубопроводом на расстояниях более нескольких тысяч километров [4].

Начиная с 1990-х годов разрабатываются различные проекты использования СПГ в качестве моторного топлива на водном, железнодорожном и автомобильном транспорте (по большей части на переоборудованых газодизельных двигателях) .

В настоящее время уже реализованы некоторые проекты морских и речных судов, работающих на СПГ. В РФ готовится серийный выпуск тепловоза ТЭМ19-001, использующего СПГ как одно из основных топлив. В США и Европе рассматриваются идеи по переводу грузового автомобильного транспорта на СПГ. И даже существует проект разработки ракетного двигателя, использующего в качестве топлива смесь "СПГ + жидкий кислород" [6] . Во многих случаях возможно переоборудование существующих дизельных двигателей в двухтопливные дизельно-газовые агрегаты, что существенно уменьшит затраты на переход на СПГ крупного транспорта с большими силовыми установками.

Также СПГ можно использовать, как средство регулирования и резервирования газоснабжения. Комплексы СПГ с хранением газа в изотермических хранилищах являются альтернативой обычным подземным хранилищам газа (ПХГ), обеспечивающим покрытие сезонной неравномерности газопотребления. Однако ПХГ недостаточно эффективны для регулирования «пиковых» нагрузок газопотребления, вызванных резкими похолоданиями или авариями в газотранспортной системе, характеризующимися малой продолжительностью периода (200...300 ч/г.) и  повышенной амплитудой потребления газа. Согласно расчетам, приведенным в [3, с. 108], путем использования СПГ можно обеспечить оптимальную схему регулирования и резервирования газоснабжения в соответствии с потребностями региона.

Перед тем, как потребитель получит товарный СПГ, исходный газ проходит множество этапов, которые можно обобщить в 4 стадии:

1. добыча, промышленная подготовка и транспорт природного газа по газопроводу к заводу по его сжижению;
2. обработка, сжижение газа и хранение СПГ в терминале;
3. загрузка СПГ в танкеры-газовозы и морская транспортировка потребителям (для морского транспорта);
4. разгрузка СПГ на приемном терминале, хранение, регазификация и поставка конечным потребителям.

Для начала природный газ с промыслов поступает на головной завод сжижения, где производится его очистка, осушка, сжижение и фильтрация всех неконденсирующихся примесей. Само сжижение проходит на заводах по сжижению газа (его плотность при этом увеличивается в 600 раз). Процесс этот сложный, многоступенчатый, и очень энергозатратный - расходы на сжижение могут достигать до 25% энергии, содержащейся в конечном продукте. Иными словами, нужно сжечь одну тонну СПГ, чтобы получить еще три [6].

Дальнейшая перекачка СПГ до низкотемпературного хранилища и установки регазификации (в случае локального транспорта СПГ по трубопроводам или наземным транспортом), либо до морских загрузочных платформ (с дальнейшей загрузкой в танкеры-газовозы) осуществляется под давлением 4...5 МПа и при температуре -100...-120 °С. Чтобы предотвратить нагрев газа за счет теплопритока от окружающей среды трубопроводы СПГ покрывают тепловой изоляцией, а вдоль трассы размещают промежуточные станции охлаждения (ПСО). Промежуточные насосные станции (ПНС) располагаются на расстоянии 100...400 км друг от друга [2, с. 302]. Это, как правило, больше, чем при перекачке нефти и нефтепродуктов, т.к. СПГ имеет меньшую вязкость.

Особенность заводов по производству, хранению и газификации СПГ для покрытия пиковых нагрузок газопотребления - их небольшая производительность по сжижению, большие объемы хранилищ СПГ и большая производительность по газификации. Объясняется это тем, что природный газ на таких установках сжижается в период минимального спроса - летом, а газифицируется и подается в газопроводную сеть зимой, в особо холодный период, который составляет в среднем до 20 дней в году [3, с. 107].

Транспортировка СПГ из хранилищ до потребителя осуществляется через специальные трубопроводы, либо морским (танкерами-газовозами оборудованных криоцистернами) или наземным транспортом (перевозка баллонов или цистерн).

Перевозка СПГ наземным транспортом или по трубопроводу окупается только на небольших расстояниях, ввиду необходимости поддержания температуры не выше 100°С. Цистерны для СПГ рассчитаны на повышенное давление (для пропана - 2 МПа, для бутана - 8 МПа) [2, с. 199] .

Транспорт СПГ танкерами-газовозами позволяет доставлять огромное количество газа на большие расстояния с минимальными потерями. Такие судна представляют собой специальные корабли для перевозки СПГ в резервуарах (танках). Оборудование танкеров помимо резервуаров газа также включает в себя холодильные установки для охлаждения СПГ. Современный типовой СПГ-танкер имеет объем резервуаров 155 - 220 тыс м3 СПГ, из чего может быть получено около 95 - 135 млн м3 природного газа с помощью регазификации. Ввиду чрезвычайной капиталоемкости таких судов, их простой неприемлем – все типовые газовозы проектируются и изготавливаются с учетом актуального и прогнозируемого объема перевозок.  Также их отличает высокая скорость в 18-20 узлов (в отличии от стандартных нефтетанкеров с средней скоростью в 14 узлов) [5] . Помимо этого, операции по загрузке и разгрузке газовозов не продолжительны (в среднем 12-18 часов) [5] .

Типовые системы хранения СПГ состоят из первичного контейнера или резервуара, слоя термоизоляции, вторичной оболочки (для недопущения утечек), и еще одного слоя изоляции. При повреждении первичного контейнера вторичная оболочка предотвратит утечку. Кроме того, все поверхности, контактирующие с СПГ, изготавливаются из материалов, стойких к чрезвычайно низким температурам, что дополнительно повышает надежность таких установок.

После доставки природного газа в СПГ-хранилище, для использования СПГ регазификацируется - испаряется без присутствия воздуха. Танкер доставляет СПГ на специальные регазификационные терминалы, где СПГ перекачивается в резервуары для его хранения в жидком виде, затем по мере необходимости СПГ переводится в газообразное состояние [1, с. 131] .