介紹
目前，作為鐵路運輸企業基礎設施的鍋爐房，在大多數情況下，煤炭和燃料油作為能源，柴油作為備用燃料。因此，例如，對俄羅斯鐵路分支 Oktyabrskaya 鐵路供熱設施的分析表明，鍋爐房主要使用燃料油，只有部分使用天然氣。
燃油鍋爐的優點包括完全自主（可以將其用於遠離燃氣管道的設施）和燃料成分的低成本（與煤、柴油和電鍋爐相比），缺點是需要組織儲存設施，保證燃油供應，控制燃油質量，解決環境污染問題。在大量輸送燃料時，需要組織卸載系統（加熱和排放燃料油）和通道，需要儲熱設施和燃料油管道以將燃料輸送到鍋爐，以及清潔加熱熱交換器的額外費用和燃油濾清器。
鑑於對大氣中有害排放物的收費預期會大幅增加，俄羅斯鐵路供熱和供水中央局決定減少鐵路鍋爐中燃油的使用。在部分 Oktyabrskaya 鐵路經過的摩爾曼斯克地區，提出了一個旨在減少城市和地區鍋爐房對燃料油的依賴的項目，包括將其轉換為液化天然氣 (LNG) 的選項。計劃在卡累利阿建設液化天然氣工廠，在西北聯邦區建設天然氣基礎設施。
擺脫燃油將使摩爾曼斯克地區鍋爐房的效率提高 40%。
液化天然氣是 21 世紀的燃料
在不久的將來，俄羅斯可能會成為世界液化天然氣市場的主要生產商和供應商之一，液化天然氣是我國相對較新的替代燃料。在世界上生產的所有天然氣中，超過 26% 被液化並以液體形式通過特殊油輪從生產國運輸到天然氣消費國。
與其他能源載體相比，液化天然氣具有顯著優勢。它們可以在短時間內提供給非氣化定居點。此外，液化天然氣是最環保、最安全的大規模使用燃料，這為其在工業和交通運輸領域的應用開闢了廣闊的前景。今天，正在考慮在俄羅斯建造天然氣液化廠和出口終端的幾種方案，其中一種方案應該在列寧格勒地區的普里莫爾斯克港實施。
液化天然氣作為替代燃料具有許多優點。一是天然氣液化後密度提高了600倍，提高了儲運效率和便利性。其次，液化天然氣無毒，對金屬無腐蝕性，是一種低溫液體，在約112 K（-161°C）的溫度下，在輕微超壓的情況下儲存在具有隔熱層的容器中。第三，它比空氣輕，一旦發生意外洩漏，它會迅速蒸發，不像重丙烷，它會在自然和人工窪地中積聚並產生爆炸危險。第四，它可以氣化距離主管道相當遠的物體。今天的液化天然氣比包括柴油在內的任何石油燃料都便宜，但在卡路里方面卻超過了它們。使用液化天然氣運行的鍋爐具有更高的效率 - 高達 94%，在冬季預熱時不需要燃料消耗（如燃料油和丙烷-丁烷）。低沸點保證 LNG 在最低環境溫度下完全汽化。
液化氫的前景
除了直接液化和以這種形式使用外，另一種能源載體氫也可以從天然氣中獲得。甲烷是 CH4，丙烷是 C3H8，丁烷是 C4H10。
所有這些化石燃料中都存在氫成分，您只需將其隔離。
氫氣的主要優點是環境友好，在自然界分佈廣泛，但其液化的高昂價格和不斷蒸發造成的損失抵消了這些優點。
為了將氫氣從氣態轉變為液態，必須將其冷卻至-253°C。為此，使用了多級冷卻系統和“壓縮/膨脹”單元。到目前為止，此類技術過於昂貴，但正在努力降低其成本。
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此外，與 LPG 和 LNG 不同，液化氫更具爆炸性。它與氧氣的最輕微洩漏會產生氣體 - 空氣混合物，它會從最輕微的火花中點燃。液態氫只能在特殊的低溫容器中儲存。氫燃料還有很多缺點。
火災/爆炸風險和緩解措施
煉油廠常用的球形氣體容器。
在煉油廠或天然氣廠，液化石油氣必須儲存在加壓罐中。這些容器是圓柱形的、水平的或球形的。通常這些容器是按照一些規則設計和製造的。在美國，此規範由美國機械工程師協會 (ASME) 管理。
LPG 容器具有安全閥，因此當暴露於外部熱源時，它們會將 LPG 釋放到大氣或火炬煙囪中。
如果儲罐暴露於足夠持續時間和強度的火災中，它可能會發生沸騰液體膨脹蒸氣爆炸 (BLEVE)。這通常是處理非常大容器的大型煉油廠和石化廠的問題。通常，儲罐的設計方式是產品流出的速度快於壓力達到危險水平的速度。
在工業環境中使用的保護手段之一是為此類容器配備提供一定程度的耐火性的措施。大型球形 LPG 容器的鋼壁厚度可達 15 厘米，並配有經過認證的洩壓閥。容器附近發生大火會增加其溫度和壓力。頂部安全閥設計用於釋放過壓並防止容器本身被破壞。在火災持續時間和強度足夠的情況下，沸騰和膨脹氣體產生的壓力可能會超過閥門去除多餘氣體的能力。如果發生這種情況，曝光過度的容器可能會劇烈破裂，高速彈出部件，同時釋放的產品也可能點燃，可能對附近的任何物體（包括其他容器）造成災難性損壞。
人們可以通過吸入、皮膚接觸和眼睛接觸在工作場所接觸液化石油氣。職業安全與健康管理局 (OSHA) 已將工作場所中液化石油氣暴露的法定限值（允許暴露限值）設定為 8 小時工作日內 1,000 ppm (1,800 mg/m 3 )。美國國家職業安全與健康研究所 (NIOSH) 已將 8 小時工作日內的推薦接觸限值 (REL) 設定為百萬分之 1,000 (1,800 mg/m 3 )。在 2000 ppm 水平下，10% 最低爆炸極限，液化石油氣被認為直接危害生命和健康（僅出於與爆炸風險相關的安全原因）。
為什麼要液化天然氣？
藍色燃料以甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氦氣、氮氣、硫化氫和其他氣體及其各種衍生物的混合物形式從地球內部提取。
它們有的用於化學工業，有的在鍋爐或渦輪機中燃燒以產生熱量和電力。另外，一定體積的提取物用作燃氣發動機燃料。
天然氣工人的計算表明，如果藍色燃料需要在 2,500 公里或更遠的距離內輸送，那麼以液化形式進行輸送通常比通過管道輸送更有利可圖
液化天然氣的主要原因是簡化其長距離運輸。如果消費者和氣體燃料生產井位於相距不遠的陸地上，那麼在它們之間鋪設管道會更容易，也更有利可圖。但在某些情況下，由於地理上的細微差別，修建高速公路的成本太高且存在問題。因此，他們採用各種技術來生產液態液化天然氣或液化石油氣。
運輸的經濟性和安全性
在氣體被液化後，它已經以液體的形式被泵入特殊的容器中，以便通過海運、河流、公路和/或鐵路運輸。同時，在技術上，從能源的角度來看，液化是一個相當昂貴的過程。
在不同的工廠，這會佔用原始燃料量的 25%。也就是說，要產生該技術所需的能量，每 3 噸成品液化天然氣必須燃燒多達 1 噸液化天然氣。但天然氣現在需求量很大，一切都得到了回報。
液化形式的甲烷（丙烷-丁烷）的體積比氣態的少 500-600 倍
只要天然氣處於液態，它就不易燃、不易爆。只有在再氣化過程中蒸發後，產生的氣體混合物才適合在鍋爐和炊具中燃燒。因此，如果 LNG 或 LPG 用作碳氫化合物燃料，則必須對其進行再氣化。
用於各個領域
大多數情況下，術語“液化氣”和“氣體液化”是在運輸碳氫化合物能量載體的背景下提到的。即首先提取藍色燃料，然後將其轉化為 LPG 或 LNG。此外，所產生的液體被運輸，然後再次返回氣態以用於特定應用。
LPG（液化石油氣）是 95% 或更多的丙烷-丁烷混合物，而 LNG（液化天然氣）是 85-95% 的甲烷。這些是相似的，同時也是完全不同類型的燃料。
丙烷-丁烷液化石油氣主要用作：
- 燃氣發動機燃料；
- 注入自主供暖系統儲氣罐的燃料；
- 用於填充容量為 200 毫升至 50 升的打火機和氣瓶的液體。
液化天然氣通常專門用於長途運輸。如果儲存液化石油氣有足夠的容量可以承受幾個大氣壓的壓力，那麼對於液化甲烷，就需要特殊的低溫罐。
LNG儲存設備技術含量高，佔用空間大。由於氣缸的高成本，在乘用車中使用這種燃料是無利可圖的。單一實驗模型形式的 LNG 卡車已經在道路上行駛，但這種“液體”燃料在不久的將來不太可能在乘用車領域得到廣泛應用。
液化甲烷作為燃料現在越來越多地用於運營：
- 鐵路內燃機車；
- 海輪；
- 河流運輸。
除了用作能源載體外，液化石油氣和液化天然氣還直接以液態形式用於天然氣和石化工廠。它們用於製造各種塑料和其他碳氫化合物材料。
液化丙烷、丁烷和甲烷的性質和能力
液化石油氣與其他類型燃料的主要區別在於能夠在某些外部條件下快速將其狀態從液態變為氣態，反之亦然。這些條件包括環境溫度、罐中的內部壓力和物質的體積。例如，如果空氣溫度為 20 ºС，丁烷會在 1.6 MPa 的壓力下液化。同時，它的沸點僅為-1 ºС，因此在嚴重的霜凍情況下，即使打開氣瓶閥，它也會保持液態。
丙烷的能量密度高於丁烷。它的沸點為 -42 ºС，因此，即使在惡劣的氣候條件下，它也能保持快速形成氣體的能力。
甲烷的沸點更低。它在 -160 ºС 時變為液態。 LNG在國內條件下實際上不使用，但對於進口或長距離運輸，天然氣在一定溫度和壓力下液化的能力非常重要。
油輪運輸
任何液化烴氣體都具有高膨脹係數。因此，在一個裝滿的 50 升氣瓶中含有 21 公斤液態丙烷-丁烷。當所有“液體”蒸發時，形成了 11 立方米的氣態物質，相當於 240 麥卡。因此，這種類型的燃料被認為是自主供暖系統中最有效和最具成本效益的燃料之一。你可以在這裡讀更多關於它的內容。
在操作碳氫化合物氣體時，必須考慮到它們在大氣中的緩慢擴散，以及與空氣接觸時的低可燃性和爆炸極限。因此，必須正確處理此類物質，同時考慮到它們的特性和特殊的安全要求。
屬性表
液化石油氣 - 它如何優於其他燃料
液化石油氣的應用行業相當廣泛，這與其他燃料相比，它具有熱物理特性和操作優勢。
運輸。將常規天然氣輸送到定居點的主要問題是需要鋪設一條長達數千公里的天然氣管道。液化丙烷-丁烷的運輸不需要建設複雜的通信系統。為此，使用普通鋼瓶或其他罐，通過公路、鐵路或海運運輸任何距離。鑑於該產品的高能效（一瓶SPB，您可以為家人做飯一個月），好處是顯而易見的。
生產的資源。使用液化烴的目的與使用主氣的目的相似。其中包括：私人設施和住區的氣化、通過燃氣發電機發電、汽車發動機的運行、化學工業產品的生產。
高熱值。液態丙烷、丁烷和甲烷會很快轉化為氣態物質，其燃燒會釋放大量熱量。對於丁烷 - 10.8 Mcal/kg，對於丙烷 - 10.9 Mcal/kg，對於甲烷 - 11.9 Mcal/kg。以液化石油氣為燃料的熱力設備的效率遠高於以固體燃料為原料的設備的效率。
易於調整。可以手動和自動兩種方式調節向消費者供應的原材料。為此，有一整套設備負責液化氣操作的監管和安全。
高辛烷值。 SPB 的辛烷值為 120，使其成為比汽油更有效的內燃機原料。當使用丙烷-丁烷作為發動機燃料時，發動機的大修週期會增加，潤滑油的消耗也會減少。
降低定居點氣化的成本。很多時候，液化石油氣被用來消除主要氣體分配系統的峰值負荷。此外，為遠程定居安裝自主氣化系統比拉動管道網絡更有利可圖。與鋪設網絡gas相比，具體資金投入減少2-3倍。順便說一下，更多信息可以在這裡找到，在私人設施的自主氣化部分。
氣體冷卻
在設備運行中，可以使用不同原理的氣體冷卻系統。在工業實施中，存在三種主要的液化方法：
- 級聯 - 氣體依次通過一系列與製冷劑沸點不同的冷卻系統相連的熱交換器。結果，氣體冷凝並進入儲罐。
- 混合製冷劑 - 氣體進入熱交換器，具有不同沸點的液體製冷劑混合物進入那裡，沸騰，依次降低進入氣體的溫度。
- 渦輪膨脹 - 與上述方法的不同之處在於使用絕熱氣體膨脹的方法。那些。如果在經典裝置中，由於製冷劑和熱交換器的沸騰而降低了溫度，那麼這裡氣體的熱能將用於渦輪機的運行。對於甲烷，已使用基於渦輪膨脹機的裝置。
美國天然氣
美國不僅是減少天然氣生產技術的發源地，也是最大的液化天然氣生產國。因此，當唐納德特朗普政府提出雄心勃勃的能源計劃——美國優先計劃，目標是使該國成為世界主要能源大國時，全球天然氣平台上的所有參與者都應該聽取這一點。
美國的這種政治轉變並不令人意外。美國共和黨在碳氫化合物問題上的立場是明確而簡單的。這是廉價的能源。
美國液化天然氣出口的預測各不相同。貿易“天然氣”決策中最大的陰謀正在歐盟國家發展。擺在我們面前的是俄羅斯“經典”天然氣通過北溪 2 號與美國進口液化天然氣之間最激烈的競爭。包括法國和德國在內的許多歐洲國家都將當前形勢視為歐洲天然氣來源多元化的絕佳機會。
至於亞洲市場，中美貿易戰導致中國電力工程師完全拒絕進口美國液化天然氣。這一舉措為通過管道將俄羅斯天然氣長期大量輸送到中國提供了巨大的機會。
液化氣的優點
辛烷值
氣體燃料的辛烷值高於汽油，因此液化氣的抗爆震性甚至比最優質的汽油還要大。這允許在具有更高壓縮比的發動機中實現更高的燃油經濟性。液化氣的平均辛烷值 - 105 - 是任何品牌的汽油都無法達到的。同時，燃氣的燃燒率略低於汽油。這減少了氣缸壁、活塞組和曲軸上的負載，並使發動機平穩安靜地運行。
擴散
氣體很容易與空氣混合，並以更均勻的混合物填充氣缸，因此發動機運行更平穩、更安靜。氣體混合物完全燃燒，因此活塞、閥門和火花塞上沒有積碳。氣體燃料不會沖掉氣缸壁上的油膜，也不會與曲軸箱內的機油混合，因此不會影響機油的潤滑性能。因此，氣缸和活塞的磨損更少。
油箱壓力
LPG 與其他汽車燃料的不同之處在於液相表面上方存在氣相。在填充鋼瓶的過程中，第一部分液化氣體迅速蒸發並充滿其整個體積。氣缸中的壓力取決於飽和蒸汽壓，而飽和蒸汽壓又取決於液相的溫度以及其中丙烷和丁烷的百分比。飽和蒸氣壓表徵居屋的揮發性。丙烷的揮發性高於丁烷，因此其在低溫下的壓力要高得多。
排氣
與汽油或柴油燃料相比，燃燒時釋放的碳和氮氧化物以及未燃燒的碳氫化合物更少，不會釋放芳烴或二氧化硫。
雜質
優質氣體燃料不含硫、鉛、鹼等化學雜質，這些雜質會增強燃料的腐蝕性，破壞燃燒室、噴射系統、λ探頭（確定燃料中氧氣量的傳感器）的部件。燃料混合物），廢氣催化轉化器。
生產工藝
生產原料是天然氣和製冷劑。
液化天然氣的生產技術有兩種：
- 開環；
- 氮氣膨脹循環。
開式循環技術使用氣壓來產生冷卻所需的能量。通過渦輪機的甲烷被冷卻和膨脹，留下液體。這是一種簡單的方法，但它有一個明顯的缺點——只有 15% 的甲烷被液化，其餘的， 沒有獲得足夠的壓力，離開系統。
液化天然氣生產技術
如果工廠附近有直接的天然氣消費者，那麼這項技術可以安全地使用，因為它更便宜——生產過程中花費的電力最少。結果是最終產品的成本更低。但是如果沒有消費者，那麼使用這種方法在經濟上是不可行的——原料損失很大。
使用氮氣的生產技術：
- 在包含渦輪機和壓縮機的閉合迴路中，氮氣不斷循環；
- 氮氣冷卻後，送入熱交換器，甲烷在此並行輸送；
- 氣體被冷卻和液化；
- 氮氣被送到壓縮機和渦輪機進行冷卻並通過下一個循環。
膜氣體分離技術
該技術的優點：
- 100%使用原材料；
- 設備的緊湊性和操作的簡單性；
- 高可靠性和安全性。
缺點只有一個——耗電量大（成品每1 nm3/h耗電高達0.5 kW/h），大大增加了成本。
制氮廠佈置圖
氣體淨化和液化
本質上，天然氣的液化就是對其進行淨化和冷卻的過程。只有所需的溫度是-161攝氏度。
為了達到這個溫度順序，使用了焦耳湯普森效應（絕熱節流期間氣體溫度的變化 - 在通過節流閥的恆定壓降的作用下緩慢的氣體流動）。在它的幫助下，淨化氣體的溫度下降到甲烷冷凝的溫度。 （注需要澄清）
液化廠必須有單獨的製冷劑處理和回收管線。此外，來自現場的單獨部分氣體（丙烷、乙烷、甲烷）可以在不同的冷卻階段充當製冷劑。
脫丁烷是將原料蒸餾成餾分的過程的一部分，在此過程中，冷凝溫度較高的餾分被分離出來，從而可以從最終產品中純化出不需要的雜質。每個冷凝產品都作為有價值的副產品保存下來以供出口。
最終產品中還添加了凝析油穩定劑，降低凝析油的蒸汽壓，使其更便於儲存和運輸。它們還可以使甲烷從液態轉變回氣體（再氣化）的過程易於管理，並且對最終用戶來說成本更低。
如何獲得
液化天然氣是由天然氣通過壓縮和冷卻生產的。液化後，天然氣的體積減少了約 600 倍。液化過程分階段進行，每個階段將氣體壓縮 5-12 倍，然後冷卻並轉移到下一個階段。實際液化發生在壓縮最後階段後的冷卻過程中。因此，液化過程需要大量的能量消耗[來源未指定 715 天] 其含量的 8% 至 10% 包含在液化氣中。
在液化過程中，使用了各種類型的裝置——節流閥、渦輪膨脹機、渦輪渦流等。
建設液化天然氣工廠
通常，液化天然氣工廠包括：
- 氣體預處理和液化裝置；
- 液化天然氣生產線；
- 儲油罐;
- 油輪裝載設備；
- 為工廠提供電力和冷卻水的附加服務。
- 液化技術
大型LNG裝置的液化工藝：
- AP-C3MRTM - Air Products & Chemicals, Inc. (APCI)
- AP-X - 空氣化工產品公司(APCI)
- #AP-SMR（單一混合製冷劑） - Air Products & Chemicals, Inc. (APCI)
- Cascade-康菲石油公司
- MFC（混合流體級聯） - Linde
- PRICO (SMR) - Black & Veatch
- DMR（雙混合製冷劑）
- 液化空氣液化氣
液化天然氣和投資
金屬強度高、技術過程複雜、需要大量資本投資，以及與創建此類基礎設施相關的所有過程的持續時間：投資理由、招標程序、吸引借款和投資者，通常與嚴重的後勤困難相關的設計和施工——給該地區的生產增長造成障礙。
在某些情況下，移動液化廠可能是一個不錯的選擇。但是，它們的峰值性能非常適中，並且每單位氣體的能耗高於固定解決方案。此外，氣體本身的化學成分也可能成為不可逾越的障礙。
為了降低風險並確保投資回報，正在製定提前20年的工廠運營計劃。而開發一個氣田的決定往往取決於該地區是否能夠長期供氣。
工廠是針對特定場地和技術條件開發的，這在很大程度上取決於進入的氣體原料的成分。植物本身是根據黑匣子的原則組織的。在原材料的輸入端，在產品的輸出端，這需要最少的人員參與過程。
根據客戶和產品消費者的要求，為每個特定工廠製定現場設備的組成、數量、容量、準備液化氣體混合物所需的程序順序。
