Skvapalnený zemný plyn

Skratka: LNG = skvapalnený zemný plyn, GNL = gaz naturel liquéfié

Pojem: zemný plyn, ktorý sa skvapalnil zmrazením, aby sa mohol skladovať alebo prepravovať v tejto kompaktnejšej podobe

Originálna tvorba: 28. decembra 2010; posledná zmena: 14.03.2020

Zemný plyn v plynnej forme je nosič energie s nízkou objemovou hustotou energie. Na skladovanie a prepravu, najmä v cisternových vozidlách, je výhodné masívne zvýšiť hustotu skvapalnením zemného plynu jeho ochladením na asi -162 ° C, to znamená jeho premenou na skvapalnený zemný plyn (LNG). V tejto forme je hustota pri izbovej teplote a normálnom tlaku asi 600-krát vyššia ako v plynnej forme. Nádoby na skvapalnený zemný plyn však musia byť dobre izolované, pretože akýkoľvek prísun tepla vedie k odparovaniu, to znamená k uvoľňovaniu plynného zemného plynu (vyvarenie) a (ak bol zásobník uzavretý) k zvýšeniu tlaku. Nádrž na LNG poskytuje Napriek tepelnej izolácii sa neustále uvoľňuje určité množstvo zemného plynu, ktoré sa môže buď priamo spotrebovať (napr. Na pohon cisternového vozidla LNG), alebo sa musí do nádrže vrátiť prostredníctvom opätovného skvapalnenia.

Chemické zloženie skvapalneného plynu v podstate zodpovedá zloženiu zemného plynu. H. je to hlavne metán. Avšak iné uhľovodíky, ako sú etán (C2H6), propán (C3H8) a bután (C4H10), ktoré sa zriedka nachádzajú v plynovode, sú často zmiešané so skvapalneným zemným plynom, pokiaľ k nim dôjde počas spracovania a inak sú ťažko použiteľné. To platí napr. B. pri ťažbe bridlicového plynu tiež často.

Hustota skvapalneného zemného plynu je okolo 450 kg/m 3. Spolu s výhrevnosťou 50 MJ/kg metánu (hlavná zložka) to vedie k objemovej hustote energie približne 22 MJ/l - výrazne nižšej ako z. B. približne 36 MJ/l na ľahký vykurovací olej, ktorý má oveľa vyššiu hustotu. Gravimetrická energetická hustota skvapalneného zemného plynu je 50 MJ/kg, avšak výrazne nad hodnotou 42,6 MJ/kg pre vykurovací olej.

Skvapalnený zemný plyn si nesmiete zamieňať s kvapalným plynom, ktorý pozostáva hlavne z ťažšieho propánu a butánu (a nie metánu). Bohužiaľ, termín skvapalnený plyn sa často používa, ak v skutočnosti znamená skvapalnený zemný plyn.

Porovnanie so stlačeným zemným plynom

Alternatívne k skvapalneniu je možné zvýšiť hustotu zemného plynu aj jeho silným stlačením pri izbovej teplote - napríklad na tlak 20 až 25 MPa (= 200 až 250 barov). To dáva to, čo je známe ako CNG = stlačený zemný plyn. V takom prípade potrebujete nádobu, ktorá odolá veľkému tlaku; na druhej strane nie je potrebná tepelná izolácia plynovej nádrže, aby sa znížil prienik tepla. Hustota dosiahnutá kompresiou je oveľa nižšia ako hustota možná pri skvapalnení. Jednou výhodou je, že energia potrebná na kompresiu je podstatne menšia ako energia na skvapalnenie.

Výdavky na energiu na skvapalnenie

Skvapalnenie plynu z. B. v termináli LNG (pozri nižšie) spotrebuje značné množstvo energie - asi 10 až 25% výhrevnosti zemného plynu. Je to tak kvôli skutočnosti, že plyn musí byť kvôli skvapalneniu ochladený veľmi hlboko a musí sa z neho odvádzať kondenzačné teplo. Chladiace stroje, ktoré sú na to potrebné, môžu byť prevádzkované s časťou plynu alebo s elektrickou energiou z elektrickej siete.

Existujú rôzne spôsoby skvapalňovania. V klasickom kaskádovom cykle sa zemný plyn ochladzuje v troch po sebe nasledujúcich chladiacich cykloch, pri ktorých sa pracuje s propánom, etánom a nakoniec s metánom. Trochu zjednodušený proces, ktorý vyžaduje iba jeden stupeň predchladenia a jeden ďalší cyklus, je o niečo energeticky náročnejší. Odpadové teplo z chladičov sa zvyčajne zbytočne odvádza do morskej vody.

V budúcnosti by malo byť možné vyvinúť zdokonalené procesy, ktoré na skvapalnenie vyžadujú niečo menej ako 10% energie plynu.

Preprava skvapalneného zemného plynu

Vyššie uvedená vysoká spotreba energie sa prijíma čoraz viac, pretože LNG sa môže prepravovať na veľké vzdialenosti, najmä pomocou veľkých špeciálnych tankerov, takže preprava už nie je viazaná na potrubie. Potrebná infraštruktúra je zložitá, ale dá sa implementovať rýchlejšie ako dlhé potrubia a umožňuje pružnejšiu reakciu na úzke miesta doručenia, napr. B. prostredníctvom politických kríz. Týmto spôsobom sa dosiahne vyššia bezpečnosť dodávok.

Typická dopravná cesta začína potrubím, ktoré privádza zemný plyn pod vysokým tlakom v plynnej forme do špeciálneho prístavného zariadenia (terminál LNG). Tam dôjde k skvapalneniu a naloženiu tankerov na skvapalnený plyn (tankery LNG). Tieto jednotky jazdia na miesto určenia a skvapalnený zemný plyn vypúšťajú v iných termináloch LNG, kde sa zemný plyn zvyčajne dodáva späť do plynovodnej siete v plynnej forme.

Alternatívou k tomuto prístupu je skvapalnenie plynu priamo na dopravnom systéme, napríklad na špeciálnej lodi v blízkosti plošiny na prepravu plynu. To je obzvlášť zaujímavé pre výrobu plynu v odľahlých regiónoch, kde je ťažké ho prepraviť potrubím.

Niektoré podrobnosti o dopravnom reťazci sú podrobnejšie popísané nižšie.

skvapalnenie

Skvapalnenie plynu si vyžaduje veľké chladiace stroje, ktoré sú často prevádzkované s plynovými turbínami, ktoré spaľujú časť plynu. Energetický výdaj je značný (pozri vyššie).

Preprava v cisternách

Skvapalnený zemný plyn sa potom zvyčajne prepravuje na veľké vzdialenosti (často tisíce kilometrov) vo veľmi veľkých tankeroch, ktoré často používajú časť plynu na svoj vlastný pohon. Kapacity týchto tankerov sú často nad 100 000 m 3, v niektorých prípadoch dokonca nad 250 000 m 3 (t. J. Nad 100 000 ton). Existujú však aj oveľa menšie tankery na LNG s kapacitami napr. B. niekoľko stoviek ton pre vnútrozemskú lodnú dopravu a pre pobrežné plavby, napríklad z veľkých prístavov do menších prístavov.

V cisternách sa používajú rôzne nádrže na LNG. Najmä menšie lode zvyčajne obsahujú niekoľko guľových nádrží s hliníkovými stenami hrubými niekoľko centimetrov, ktoré sú zabudované do lode jeden za druhým. Zvonka sa dajú ľahko rozpoznať. Na druhej strane väčšie moderné tankery čoraz viac obsahujú obrovské membránové nádrže, ktoré lepšie využívajú dostupný objem, pretože medzi jednotlivými tankami nie sú takmer žiadne medzery a sú tiež oveľa menej ťažké. V obidvoch prípadoch musia byť nádrže vybavené účinnou tepelnou izoláciou (studená izolácia), aby zvonka neprenikalo príliš veľa tepla, čo prispieva najmä k odparovaniu plynu. Dvojitý trup poskytuje priestor pre záťažové nádrže, ktoré musia byť naplnené balastnou vodou, aby mohla vyložená loď cestovať. Únikom, ktoré by boli z hľadiska bezpečnosti veľmi problematické, sa zabráni pomocou komplexných bezpečnostných opatrení.

Plavby na otvorenom mori sa nesmú uskutočňovať s čiastočne naplnenými nádržami, pretože skvapalnený zemný plyn, ktorý by sa v nich pohyboval, by predstavoval hrozbu pre stabilitu. Prinajmenšom pomocou guľových nádrží je však možné niektoré nádrže úplne naplniť a iné úplne vyprázdniť.

Pretože nikdy nemožno úplne zabrániť tomu, aby do veľmi studených nádrží preniklo určité množstvo tepla zvonku, časť plynu sa neustále odparuje. Tento „varný plyn“ sa musí odoberať z nádrže, inak by tlak stúpal, až kým by zlyhala stena nádrže. Počas plavby to nie je problém, pretože na pohon pohonných motorov lode a prípadne aj na napájanie je potrebný plyn. Pokiaľ je loď v prístave a takmer nepotrebuje plyn, napríklad počas vykládky, môže sa plyn dodávať cez vedenie prístavného zariadenia, ktoré sa má použiť inde. Ďalšou možnosťou je opätovné skvapalnenie pomocou chladiaceho stroja. Ak to všetko nie je možné, môže byť potrebné spaľovanie alebo spaľovanie v spaľovacej komore. (Odfukovanie nespáleného plynu by bolo nielen veľmi škodlivé pre podnebie, ale je to aj neprijateľné z dôvodu rizika výbuchu.) Na menších lodiach (napr. Vo vnútrozemskej lodnej doprave) môže dosahovať množstvo varného plynu viac ako 0,1% objemu nádrže za deň, v prípade veľkých lodí naopak podstatne menej, pretože tieto majú priaznivejší pomer povrchu a objemu.

Pri modernej technológii pohonu je spotreba energie cisternového vozidla počas prepravy rádovo 1 až 2% na 1 000 km (pri zohľadnení prázdnych spiatočných ciest). Je to podobné ako spotreba energie na prevádzku potrubia, s ďalším vývojom tankera môže byť o niečo nižšia. Na druhej strane sú náklady na prepravu závislé na kilometroch oveľa nižšie ako na plynovode, ktorého výstavba je veľmi nákladná. Z toho je zrejmé, že preprava ako LNG sa najviac oplatí na dlhé vzdialenosti niekoľko tisíc kilometrov.

Spätné splynutie

Keď sa skvapalnený zemný plyn prepravuje v takzvanom termináli LNG v prístave, musí sa zvyčajne konvertovať späť na plynnú formu a stlačiť v odparovacom zariadení, aby sa dal ďalej prepravovať potrubím. Tento krok sa nazýva spätné splyňovanie. V niektorých prípadoch sa však LNG prekladá iba napríklad do nákladných člnov alebo špeciálnych tankerov na prepravu v okolí.

Pri opätovnom splyňovaní musí byť plyn dodávaný s potrebným odparovacím teplom. Na to však nie je potrebná zvlášť vysoká teplota, pretože teplota varu plynu je veľmi nízka. Výmenníky tepla napájané morskou vodou sa často používajú, takže sa využíva bezplatné teplo prostredia. Pri spätnom splyňovaní na samotnom cisternovom vozidle sa niekedy namiesto toho používa ponorné odparovanie plameňa. Prevádzka odparovacieho a kompresného zariadenia stojí relatívne málo energie (rádovo 1 až 2% energetického obsahu zemného plynu). Bolo by samozrejme efektívnejšie využívať chlad technicky, napríklad na chladenie skladov. V bezprostrednej blízkosti terminálu LNG však bude často ťažké nájsť príslušnú požiadavku na chladenie. Chlad sa v zásade dá použiť aj na výrobu elektriny, napríklad pomocou organického Rankinovho cyklu na báze metánu.

Použitie v Nemecku a inde

Nemecko doteraz získavalo väčšinu svojho zemného plynu potrubím, napr. B. z Nórska, Holandska a Ruska. Zatiaľ nie sú v prístavoch dostatočné kapacity terminálov na skvapalnený zemný plyn, aby bolo možné získať podstatnú časť zemného plynu alternatívne ako skvapalnený zemný plyn. Pretože aj tak je to zvyčajne nákladnejšie, doteraz nebol dôvod budovať takúto veľmi nákladnú infraštruktúru vo veľkom rozsahu. Teraz sa však nad ním intenzívnejšie uvažuje, aby bola menej závislá od dodávok zemného plynu z Ruska. V obmedzenej miere by bolo tiež možné nakupovať zemný plyn, ktorý sa vykladá ako skvapalnený zemný plyn v holandských a belgických prístavoch v Severnom mori (najmä Rotterdam a Zeebrugge), a odtiaľ by sa dodával do Nemecka konvenčnými plynovodmi. USA by napríklad chceli predávať skvapalnený zemný plyn získaný frakcionáciou do európskych krajín, čo by spôsobilo, že dodávky európskeho zemného plynu budú oveľa škodlivejšie pre podnebie ako predtým - hlavne kvôli stratám metánu pri frakovaní a vysokej spotrebe energie na skvapalnenie a prepravu plynu.

Krajiny, ktoré sú veľmi ďaleko od producentov plynu (napr. Japonsko), len ťažko majú možnosť získavať zemný plyn potrubím. Dovážajú preto veľa zemného plynu vo forme skvapalneného zemného plynu.

Rovnako tak množstvo producentských krajín môže prakticky vyvážať iba zemný plyn vo forme skvapalneného zemného plynu. Jedným z príkladov je Nigéria. Najväčšie kapacity na skvapalňovanie zemného plynu sa však nachádzajú na Blízkom východe; najväčším svetovým producentom LNG je Katar. Predovšetkým je to export do Ázie prakticky iba vo forme LNG.

Použite ako palivo

Skvapalnený zemný plyn sa už používa na pohon tankerov LNG niektorých obchodných lodí a výletných lodí. V budúcnosti by to tiež mohlo čoraz viac slúžiť na pohon iných lodí namiesto ťažkej ropy, ktorá veľmi znečisťuje. To by mohlo výrazne znížiť škodlivosť pre podnebie a emisie toxických znečisťujúcich látok z lodí.

Na účely tejto premeny musí byť veľa prístavov vybavených vhodnými zásobníkmi na skvapalnený zemný plyn. Môžu byť dodávané priamo do cisternových vozidiel na LNG. Táto infraštruktúra sa už buduje v severonemeckých prístavoch.

V budúcnosti je tiež možné použiť LNG na pohon veľkých lietadiel. Hlavnou výhodou tryskového LNG by bola vyššia hustota gravimetrickej energie LNG v porovnaní s petrolejom; nádrže by preto mohli byť ľahšie, čo zase šetrí palivo alebo zvyšuje prepravnú kapacitu. Z hľadiska kvality výfukových plynov existujú aj značné výhody.

Aj keď sú výfukové plyny pri použití skvapalneného zemného plynu oveľa čistejšie ako pri použití ťažkého vykurovacieho oleja, existuje riziko vážneho poškodenia podnebia v prípade, že značné množstvo plynu unikne nespálené do atmosféry. Na jednej strane treba myslieť na netesnosti, ktoré by mohli vzniknúť napríklad pri preprave plynu na lode, a na druhej strane na únik metánu z motorov. Tento problém je preto potrebné starostlivo monitorovať, aby sa skutočne dosiahlo klimatické zvýhodnenie prostredníctvom kvapalného plynu.

Používa sa na uskladnenie

LNG je v zásade tiež možnosťou skladovania zemného plynu v kompaktnej forme. Nie je na to potrebný tlakový akumulátor, ale účinná tepelná izolácia. Z dôvodu vysokej spotreby energie na skvapalnenie a celkovo vysokej technickej zložitosti by malo byť skladovanie zemného plynu konvenčnými metódami - napríklad v podzemných jaskyniach alebo póroch - obvykle výhodnejšie.

Otázky a komentáre čitateľov

Pokiaľ ide o kvalitu výfukových plynov, nesmieme zabudnúť na nespálené organické zlúčeniny, ktoré vznikajú pri spaľovaní (CnHm) a samozrejme na obsah oxidu uhoľnatého.

Ďalším aspektom sú značné emisie formaldehydu (podozrenie, že sú karcinogénne).

Chcel by som jedného dňa vidieť slušnú bilanciu emisií, potom by LNG vyzeral zle.

Kvalita výfukového plynu samozrejme závisí od zvoleného systému, ale pri zemnom plyne môže byť veľmi vysoká. Predpokladám, že väčšina horákov na zemný plyn neuvoľňuje takmer žiadne nespálené uhľovodíky a takmer žiadny oxid uhoľnatý. Sotva existuje iné palivo, ktoré by bolo možné spáliť tak čisto ako zemný plyn s relatívne malým technickým úsilím.

Pretože na skvapalnenie metánu je potrebných asi 25% energie a pri jeho opätovnom splyňovaní vzniknú asi 2% energie, o.e. 50 MJ/kg energetická hustota iba 36,5 MJ/kg efektívne dostupné ako dodávateľ energie - na rozdiel od vyššie uvedenej efektívnej energetickej hustoty ľahkého vykurovacieho oleja s 42,6 MJ/kg.

K niektorým aspektom, napr. B. možný dojazd vozidla, to nie je relevantné. Na druhej strane pre energetickú účinnosť, samozrejme.

V posledných rokoch bol LNG testovaný ako zdroj energie pre lode, lokomotívy a nákladné vozidlá. V mnohých krajinách je LNG lacnejší ako nafta. Prečo tieto projekty nedosahujú pokrok alebo čo bráni zavedeniu eura?

Napríklad dodatočné vybavenie lodí pravdepodobne nie je možné - nepotrebovali by ste iba úplne odlišné nádrže, ale aj chladenie, bezpečnostné zariadenia atď., Ale aj úplne odlišné motory. Existuje tiež problém s infraštruktúrou na tankovanie. Výhoda oproti „čistej“ nafte (bez síry) nie je pravdepodobne taká veľká, že by vás stála veľa úsilia. (Upozorňujeme, že energetická spotreba na skvapalnenie opäť vyvracia väčšinu výhod CO2.) S najväčšou pravdepodobnosťou to bude fungovať u nových cisternových vozidiel na LNG, ktoré potom môžu namiesto nafty jazdiť aj na LNG.

Tu môžete navrhnúť otázky a komentáre na zverejnenie a zodpovedanie. Autor knihy RP-Energie-Lexikon rozhodne o prijatí podľa určitých kritérií. V podstate ide o to, že záležitosť je predmetom širokého záujmu.

Ak tu získate pomoc, možno budete chcieť láskavosť vrátiť darom, ktorým podporíte ďalší rozvoj energetického slovníka.

Ochrana údajov: Nezadávajte sem žiadne osobné údaje. Aj tak by sme ich nezverejnili a čoskoro by sme ich vymazali. Prečítajte si tiež naše pravidlá ochrany osobných údajov.

Ak potrebujete osobnú spätnú väzbu alebo radu od autora, napíšte mu ho e-mailom.

Odoslaním vyjadrujete súhlas so zverejnením svojich záznamov tu v súlade s našimi pravidlami.

Ak sa vám tento web páči, dajte o tom vedieť svojim priateľom a kolegom - napr. B. prostredníctvom sociálnych médií kliknutím sem:

Tieto tlačidlá zdieľania sú nastavené spôsobom, ktorý je priateľský k ochrane údajov!

Kód odkazov na iné webové stránky

Ak chcete umiestniť odkaz na tento článok inde (napr. Na svoje webové stránky, sociálne médiá, diskusné fóra alebo Wikipedia), kód nájdete tu. Takéto odkazy môžu napr. B. byť veľmi užitočné pre slovné vysvetlenia.

Odkaz HTML na tento článok:

S obrázkom ukážky (pozri rámček priamo nad týmto):

Ak si myslíte, že je vhodné umiestniť na Wikipédiu odkaz, napr. B. v časti „== Webové odkazy ==“:

Sprievodca plesňami a vlhkosťou v obytných priestoroch

Náš sprievodca objasňuje veľa otázok:

Podporuje tepelná izolácia rast plesní alebo im bráni?
Materiály prepúšťajúce difúziu sú pre prevenciu plesní stále kvalitnejšie?
Koľko vetrania je potrebné?
Aké sú výhody a nevýhody ventilačného systému v porovnaní s vetraním oknami?
Odvlhčovače vzduchu sú prostriedkom voľby?
Ako si objasníte otázky zodpovednosti v prípade škody?

Náš sprievodca objasňuje bežné nedorozumenia. Je založená na presných znalostiach a nie je ovplyvnená záujmami predaja.