介绍
目前，作为铁路运输企业基础设施的锅炉房，在大多数情况下，煤炭和燃料油作为能源，柴油作为备用燃料。因此，例如，对俄罗斯铁路分支 Oktyabrskaya 铁路供热设施的分析表明，锅炉房主要使用燃料油，只有部分使用天然气。
燃油锅炉的优点包括完全自主（可以将其用于远离燃气管道的设施）和燃料成分的低成本（与煤、柴油和电锅炉相比），缺点是需要组织储存设施，保证燃油供应，控制燃油质量，解决环境污染问题。在大量输送燃料时，需要组织卸载系统（加热和排放燃料油）和通道，需要储热设施和燃料油管道以将燃料输送到锅炉，以及清洁加热热交换器的额外费用和燃油滤清器。
鉴于对大气中有害排放物的收费预计会大幅增加，俄罗斯铁路供热和供水中央局决定减少铁路锅炉中燃油的使用。在部分 Oktyabrskaya 铁路经过的摩尔曼斯克地区，提出了一个旨在减少城市和地区锅炉房对燃料油的依赖的项目，包括将其转换为液化天然气 (LNG) 的选项。计划在卡累利阿建设液化天然气工厂，在西北联邦区建设天然气基础设施。
摆脱燃油将使摩尔曼斯克地区锅炉房的效率提高 40%。
液化天然气是 21 世纪的燃料
在不久的将来，俄罗斯可能会成为世界液化天然气市场的主要生产商和供应商之一，液化天然气是我国相对较新的替代燃料。在世界上生产的所有天然气中，超过 26% 被液化并以液体形式通过特殊油轮从生产国运输到天然气消费国。
与其他能源载体相比，液化天然气具有显着优势。它们可以在短时间内提供给非气化定居点。此外，液化天然气是最环保、最安全的大规模使用燃料，这为其在工业和交通运输领域的应用开辟了广阔的前景。今天，正在考虑在俄罗斯建造天然气液化厂和出口终端的几种方案，其中一种方案应该在列宁格勒地区的普里莫尔斯克港实施。
液化天然气作为替代燃料具有许多优点。一是天然气液化后密度提高了600倍，提高了储运效率和便利性。其次，液化天然气无毒，对金属无腐蚀性，是一种低温液体，在约112 K（-161°C）的温度下，在轻微超压的情况下储存在具有隔热层的容器中。第三，它比空气轻，一旦发生意外泄漏，它会迅速蒸发，不像重丙烷，它会在自然和人工洼地中积聚并产生爆炸危险。第四，它可以气化距离主管道相当远的物体。今天的液化天然气比包括柴油在内的任何石油燃料都便宜，但在卡路里方面却超过了它们。使用液化天然气运行的锅炉具有更高的效率 - 高达 94%，不需要燃料消耗来在冬季进行预热（如燃料油和丙烷-丁烷）。低沸点保证 LNG 在最低环境温度下完全汽化。
液化氢的前景
除了直接液化和以这种形式使用外，另一种能源载体氢也可以从天然气中获得。甲烷是 CH4，丙烷是 C3H8，丁烷是 C4H10。
所有这些化石燃料中都存在氢成分，您只需将其隔离。
氢气的主要优点是环境友好且在自然界分布广泛，但其液化的高昂价格和由于不断蒸发而造成的损失抵消了这些优点。
为了将氢气从气态转变为液态，必须将其冷却至-253°C。为此，使用了多级冷却系统和“压缩/膨胀”单元。到目前为止，此类技术过于昂贵，但正在努力降低其成本。
我们还建议阅读我们的另一篇文章，其中我们详细描述了如何做 氢气发生器 用自己的双手回家。更多细节 - 去吧。
此外，与 LPG 和 LNG 不同，液化氢更具爆炸性。它与氧气的最轻微泄漏会产生气体 - 空气混合物，它会从最轻微的火花中点燃。液态氢只能在特殊的低温容器中储存。氢燃料还有很多缺点。
火灾/爆炸风险和缓解措施
炼油厂常用的球形气体容器。
在炼油厂或天然气厂，液化石油气必须储存在加压罐中。这些容器是圆柱形的、水平的或球形的。通常这些容器是按照一些规则设计和制造的。在美国，该规范由美国机械工程师协会 (ASME) 管理。
液化石油气容器具有安全阀，因此当暴露于外部热源时，它们会将液化石油气释放到大气或火炬烟囱中。
如果储罐暴露于足够持续时间和强度的火灾中，它可能会发生沸腾液体膨胀蒸气爆炸 (BLEVE)。这通常是处理非常大容器的大型炼油厂和石化厂的问题。通常，储罐的设计方式是产品流出的速度快于压力达到危险水平的速度。
在工业环境中使用的保护手段之一是为此类容器配备提供一定程度的耐火性的措施。大型球形 LPG 容器的钢壁厚度可达 15 厘米，并配有经过认证的泄压阀。容器附近发生大火会增加其温度和压力。顶部安全阀设计用于释放过压并防止容器本身被破坏。在火灾持续时间和强度足够的情况下，沸腾和膨胀气体产生的压力可能会超过阀门去除多余气体的能力。如果发生这种情况，曝光过度的容器可能会剧烈破裂，高速弹出部件，同时释放的产品也可能点燃，可能对附近的任何物体（包括其他容器）造成灾难性损坏。
人们可以通过吸入、皮肤接触和眼睛接触在工作场所接触液化石油气。职业安全与健康管理局 (OSHA) 已将工作场所中液化石油气暴露的法定限值（允许暴露限值）设定为 8 小时工作日内 1,000 ppm (1,800 mg/m 3 )。美国国家职业安全与健康研究所 (NIOSH) 已将 8 小时工作日内的推荐接触限值 (REL) 设定为百万分之 1,000 (1,800 mg/m 3 )。在 2000 ppm 水平下，10% 最低爆炸极限，液化石油气被认为直接危害生命和健康（仅出于与爆炸风险相关的安全原因）。
为什么要液化天然气？
蓝色燃料以甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氦气、氮气、硫化氢和其他气体及其各种衍生物的混合物形式从地球内部提取。
它们有的用于化学工业，有的在锅炉或涡轮机中燃烧以产生热量和电力。另外，一定体积的提取物用作燃气发动机燃料。
天然气工人的计算表明，如果蓝色燃料需要在 2,500 公里或更远的距离内输送，那么以液化形式进行输送通常比通过管道输送更有利可图
液化天然气的主要原因是简化其长距离运输。如果消费者和气体燃料生产井位于相距不远的陆地上，那么在它们之间铺设管道会更容易，也更有利可图。但在某些情况下，由于地理上的细微差别，修建高速公路的成本太高且存在问题。因此，他们采用各种技术来生产液态液化天然气或液化石油气。
运输的经济性和安全性
在气体被液化后，它已经以液体的形式被泵入特殊的容器中，以便通过海运、河流、公路和/或铁路运输。同时，在技术上，从能源的角度来看，液化是一个相当昂贵的过程。
在不同的工厂，这会占用原始燃料量的 25%。也就是说，要产生该技术所需的能量，每 3 吨成品液化天然气必须燃烧多达 1 吨液化天然气。但天然气现在需求量很大，一切都得到了回报。
液化形式的甲烷（丙烷-丁烷）的体积比气态的少 500-600 倍
只要天然气处于液态，它就不易燃、不易爆。只有在再气化过程中蒸发后，产生的气体混合物才适合在锅炉和炊具中燃烧。因此，如果 LNG 或 LPG 用作碳氢化合物燃料，则必须对其进行再气化。
用于各个领域
大多数情况下，术语“液化气”和“气体液化”是在运输碳氢化合物能量载体的背景下提到的。即首先提取蓝色燃料，然后将其转化为 LPG 或 LNG。此外，所产生的液体被运输，然后再次返回气态以用于特定应用。
LPG（液化石油气）是 95% 或更多的丙烷-丁烷混合物，而 LNG（液化天然气）是 85-95% 的甲烷。这些是相似的，同时也是完全不同类型的燃料。
丙烷-丁烷液化石油气主要用作：
- 燃气发动机燃料；
- 注入自主供暖系统储气罐的燃料；
- 用于填充容量为 200 毫升至 50 升的打火机和气瓶的液体。
液化天然气通常专门用于长途运输。如果储存液化石油气有足够的容量可以承受几个大气压的压力，那么对于液化甲烷，就需要特殊的低温罐。
LNG储存设备技术含量高，占用空间大。由于气缸成本高，在乘用车中使用这种燃料是无利可图的。单一实验模型形式的 LNG 卡车已经在道路上行驶，但这种“液体”燃料在不久的将来不太可能在乘用车领域得到广泛应用。
液化甲烷作为燃料现在越来越多地用于运营：
- 铁路内燃机车；
- 海轮；
- 河流运输。
除了用作能源载体外，液化石油气和液化天然气还直接以液体形式用于天然气和石化工厂。它们用于制造各种塑料和其他碳氢化合物材料。
液化丙烷、丁烷和甲烷的性质和能力
液化石油气与其他类型燃料的主要区别在于能够在某些外部条件下快速将其状态从液态变为气态，反之亦然。这些条件包括环境温度、罐中的内部压力和物质的体积。例如，如果空气温度为 20 ºС，丁烷会在 1.6 MPa 的压力下液化。同时，它的沸点仅为-1ºС，因此在严重的霜冻情况下，即使打开气瓶阀，它仍会保持液态。
丙烷的能量密度高于丁烷。它的沸点为 -42 ºС，因此，即使在恶劣的气候条件下，它也能保持快速形成气体的能力。
甲烷的沸点更低。它在 -160 ºС 时变为液态。 LNG在国内条件下实际上不使用，但对于进口或长距离运输，天然气在一定温度和压力下液化的能力非常重要。
油轮运输
任何液化烃气体都具有高膨胀系数。因此，在一个装满的 50 升气瓶中含有 21 公斤液态丙烷-丁烷。当所有“液体”蒸发时，形成了 11 立方米的气态物质，相当于 240 麦卡。因此，这种类型的燃料被认为是自主供暖系统中最有效和最具成本效益的燃料之一。你可以在这里读更多关于它的内容。
在操作碳氢化合物气体时，必须考虑到它们在大气中的缓慢扩散，以及与空气接触时的低可燃性和爆炸极限。因此，必须正确处理此类物质，同时考虑到它们的特性和特殊的安全要求。
属性表
液化石油气 - 它如何优于其他燃料
液化石油气的应用行业相当广泛，这与其他燃料相比，它具有热物理特性和操作优势。
运输。将常规天然气输送到定居点的主要问题是需要铺设一条长达数千公里的天然气管道。液化丙烷-丁烷的运输不需要建设复杂的通信系统。为此，使用普通钢瓶或其他罐，通过公路、铁路或海运运输任何距离。鉴于该产品的高能效（一瓶SPB，您可以为家人做饭一个月），好处是显而易见的。
生产的资源。使用液化烃的目的与使用主气的目的相似。其中包括：私人设施和住区的气化、通过燃气发电机发电、汽车发动机的运行、化学工业产品的生产。
高热值。液态丙烷、丁烷和甲烷会很快转化为气态物质，其燃烧会释放大量热量。对于丁烷 - 10.8 Mcal/kg，对于丙烷 - 10.9 Mcal/kg，对于甲烷 - 11.9 Mcal/kg。以液化石油气为燃料的热力设备的效率远高于以固体燃料为原料的设备的效率。
易于调整。可以手动和自动两种方式调节向消费者供应的原材料。为此，有一整套设备负责液化气操作的监管和安全。
高辛烷值。 SPB 的辛烷值为 120，使其成为比汽油更有效的内燃机原料。当使用丙烷-丁烷作为发动机燃料时，发动机的大修周期会增加，润滑油的消耗也会减少。
降低定居点气化的成本。很多时候，液化石油气被用来消除主要气体分配系统的峰值负荷。此外，为远程定居安装自主气化系统比拉动管道网络更有利可图。与铺设网络gas相比，具体资金投入减少2-3倍。顺便说一下，更多信息可以在这里找到，在私人设施的自主气化部分。
气体冷却
在设备运行中，可以使用不同原理的气体冷却系统。在工业实施中，存在三种主要的液化方法：
- 级联 - 气体依次通过一系列与制冷剂沸点不同的冷却系统相连的热交换器。结果，气体冷凝并进入储罐。
- 混合制冷剂 - 气体进入热交换器，具有不同沸点的液体制冷剂混合物进入那里，沸腾，依次降低进入气体的温度。
- 涡轮膨胀 - 与上述方法的不同之处在于使用绝热气体膨胀的方法。那些。如果在经典装置中，由于制冷剂和热交换器的沸腾而降低了温度，那么这里气体的热能将用于涡轮机的运行。对于甲烷，已使用基于涡轮膨胀机的装置。
美国天然气
美国不仅是减少天然气生产技术的发源地，也是最大的液化天然气生产国。因此，当唐纳德特朗普政府提出雄心勃勃的能源计划——美国优先计划，目标是使该国成为世界主要能源大国时，全球天然气平台上的所有参与者都应该听取这一点。
美国的这种政治转变并不令人意外。美国共和党在碳氢化合物问题上的立场是明确而简单的。这是廉价能源。
美国液化天然气出口的预测各不相同。贸易“天然气”决策中最大的阴谋正在欧盟国家发展。摆在我们面前的是俄罗斯“经典”天然气通过北溪 2 号与美国进口液化天然气之间最激烈的竞争。包括法国和德国在内的许多欧洲国家都将当前形势视为欧洲天然气来源多元化的绝佳机会。
至于亚洲市场，中美贸易战导致中国电力工程师完全拒绝进口美国液化天然气。这一举措为通过管道将俄罗斯天然气长期大量输送到中国提供了巨大的机会。
液化气的优点
辛烷值
气体燃料的辛烷值高于汽油，因此液化气的抗爆震性甚至比最优质的汽油还要大。这允许在具有更高压缩比的发动机中实现更高的燃油经济性。液化气的平均辛烷值 - 105 - 是任何品牌的汽油都无法达到的。同时，燃气的燃烧率略低于汽油。这减少了气缸壁、活塞组和曲轴上的负载，并使发动机平稳安静地运行。
扩散
气体很容易与空气混合，并以更均匀的混合物填充气缸，因此发动机运行更平稳、更安静。气体混合物完全燃烧，因此活塞、阀门和火花塞上没有积碳。气体燃料不会冲掉气缸壁上的油膜，也不会与曲轴箱内的机油混合，因此不会影响机油的润滑性能。因此，气缸和活塞的磨损更少。
油箱压力
LPG 与其他汽车燃料的不同之处在于液相表面上方存在气相。在填充钢瓶的过程中，第一部分液化气体迅速蒸发并充满其整个体积。气缸中的压力取决于饱和蒸汽压，而饱和蒸汽压又取决于液相的温度以及其中丙烷和丁烷的百分比。饱和蒸气压表征居屋的挥发性。丙烷的挥发性高于丁烷，因此其在低温下的压力要高得多。
排气
与汽油或柴油燃料相比，燃烧时释放的碳和氮氧化物以及未燃烧的碳氢化合物更少，不会释放芳烃或二氧化硫。
杂质
优质气体燃料不含硫、铅、碱等化学杂质，这些杂质会增强燃料的腐蚀性，破坏燃烧室、喷射系统、λ探头（确定燃料中氧气含量的传感器）的部件。燃料混合物），废气催化转化器。
生产工艺
生产原料是天然气和制冷剂。
液化天然气的生产技术有两种：
- 开环；
- 氮气膨胀循环。
开式循环技术使用气压来产生冷却所需的能量。通过涡轮机的甲烷被冷却和膨胀，留下液体。这是一种简单的方法，但它有一个明显的缺点——只有 15% 的甲烷被液化，其余的， 没有获得足够的压力，离开系统。
液化天然气生产技术
如果工厂附近有直接的天然气消费者，那么这项技术可以安全地使用，因为它更便宜——生产过程中花费的电力最少。结果是最终产品的成本更低。但是如果没有消费者，那么使用这种方法在经济上是不可行的——原料损失很大。
使用氮气的生产技术：
- 在包含涡轮机和压缩机的闭合回路中，氮气不断循环；
- 氮气冷却后，送入热交换器，甲烷在此并行输送；
- 气体被冷却和液化；
- 氮气被送到压缩机和涡轮机进行冷却并通过下一个循环。
膜气体分离技术
该技术的优点：
- 100%使用原材料；
- 设备的紧凑性和操作的简单性；
- 高可靠性和安全性。
缺点只有一个——耗电量大（成品每1 nm3/h耗电高达0.5 kW/h），大大增加了成本。
制氮厂布置图
气体净化和液化
本质上，天然气的液化就是对其进行净化和冷却的过程。只有所需的温度是-161摄氏度。
为了达到这个温度顺序，使用了焦耳汤普森效应（绝热节流期间气体温度的变化 - 在通过节流阀的恒定压降的作用下缓慢的气体流动）。在它的帮助下，净化气体的温度下降到甲烷冷凝的温度。 （注需要澄清）
液化厂必须有单独的制冷剂处理和回收管线。此外，来自现场的单独部分气体（丙烷、乙烷、甲烷）可以在不同的冷却阶段充当制冷剂。
脱丁烷是将原料蒸馏成馏分的过程的一部分，在此过程中，冷凝温度较高的馏分被分离出来，从而可以从最终产品中纯化出不需要的杂质。每个冷凝产品都作为有价值的副产品保存下来以供出口。
最终产品中还添加了凝析油稳定剂，降低凝析油的蒸汽压，使其更便于储存和运输。它们还可以使甲烷从液态转变回气体（再气化）的过程易于管理，并且对最终用户来说成本更低。
如何获得
液化天然气是由天然气通过压缩和冷却生产的。液化后，天然气的体积减少了约 600 倍。液化过程分阶段进行，每个阶段将气体压缩 5-12 倍，然后冷却并转移到下一个阶段。实际液化发生在压缩最后阶段后的冷却过程中。因此，液化过程需要大量的能量消耗[来源未指定 715 天] 其含量的 8% 至 10% 包含在液化气中。
在液化过程中，使用了各种类型的装置——节流阀、涡轮膨胀机、涡轮涡流等。
建设液化天然气工厂
通常，液化天然气工厂包括：
- 气体预处理和液化装置；
- 液化天然气生产线；
- 储油罐;
- 油轮装载设备；
- 为工厂提供电力和冷却水的附加服务。
- 液化技术
大型LNG装置的液化工艺：
- AP-C3MRTM - Air Products & Chemicals, Inc. (APCI)
- AP-X - 空气化工产品公司(APCI)
- #AP-SMR（单一混合制冷剂） - Air Products & Chemicals, Inc. (APCI)
- Cascade-康菲石油公司
- MFC（混合流体级联） - Linde
- PRICO (SMR) - Black & Veatch
- DMR（双混合制冷剂）
- 液化空气液化气
液化天然气和投资
金属强度高、技术过程复杂、需要大量资本投资，以及与创建此类基础设施相关的所有过程的持续时间：投资理由、招标程序、吸引借款和投资者，通常与严重的后勤困难相关的设计和施工——给该地区的生产增长造成障碍。
在某些情况下，移动液化厂可能是一个不错的选择。但是，它们的峰值性能非常适中，并且每单位气体的能耗高于固定解决方案。此外，气体本身的化学成分也可能成为不可逾越的障碍。
为了降低风险并确保投资回报，正在制定提前20年的工厂运营计划。而开发一个气田的决定往往取决于该地区是否能够长期供气。
工厂是针对特定场地和技术条件开发的，这在很大程度上取决于进入的气体原料的成分。植物本身是根据黑匣子的原则组织的。在原材料的输入端，在产品的输出端，这需要最少的人员参与过程。
根据客户和产品消费者的要求，为每个特定工厂制定现场设备的组成、数量、容量、准备液化气体混合物所需的程序顺序。
