プロパン・ブタンガスの入手方法。ガスを液化するにはどうすればよいですか? 液化ガスの製造と利用

19.08.2024

ソ連、その後ロシアでは 30 年以上にわたり、液化ガスと圧縮ガスが国民経済に使用されてきました。この間、液化ガスの会計処理の整理、液化ガスの汲み上げ、測定、貯蔵、輸送の技術の開発において、かなり困難な道を歩んできました。

燃焼から認識へ

歴史的に、我が国ではエネルギー源としてのガスの可能性が過小評価されてきました。経済的に正当な適用分野が見つからず、石油生産者は炭化水素の軽質留分を除去しようとして無駄に燃やしてしまいました。 1946 年、ガス産業が独立した産業に分離され、状況は大きく変わりました。この種の炭化水素の生産量は急激に増加しており、ロシアの燃料収支に占める割合も増加している。

科学者や技術者がガスの液化を学んだとき、ガス液化企業を設立し、ガスパイプラインのない僻地に青い燃料を届け、各家庭や自動車燃料として生産時に使用し、輸出することも可能になりました。ハード通貨の場合。

液化石油ガスとは

それらは 2 つのグループに分けられます。

液化炭化水素ガス (LPG) は、主に水素と異なる分子構造を持つ炭素からなる化合物の混合物、つまり、異なる分子量と異なる構造の炭化水素の混合物です。
軽質炭化水素 (NGL) の広範な留分 - ヘキサン (C6) 留分とエタン (C2) 留分の軽質炭化水素の混合物が主に含まれます。典型的な組成: エタン 2 ～ 5%、液化ガス留分 C4 ～ C5 40 ～ 85%、ヘキサン留分 C6 15 ～ 30%、ペンタン留分が残りを占めます。

液化ガス：プロパン、ブタン

ガス業界では、工業規模で使用されているのは LPG です。その主成分はプロパンとブタンです。また、不純物として軽い炭化水素 (メタンとエタン) と重い炭化水素 (ペンタン) が含まれています。列挙された成分はすべて飽和炭化水素です。 LPG には、エチレン、プロピレン、ブチレンなどの不飽和炭化水素も含まれる場合があります。ブタン-ブチレンは、異性体化合物 (イソブタンとイソブチレン) の形で存在することがあります。

液状化技術

彼らは 20 世紀初頭にガスの液化を学びました。1913 年、ヘリウムの液化でオランダ人の K. O. ヘイケにノーベル賞が授与されました。一部のガスは、追加の条件を必要とせずに単純に冷却するだけで液体になります。ただし、ほとんどの炭化水素「工業用」ガス (二酸化炭素、エタン、アンモニア、ブタン、プロパン) は圧力下で液化します。

液化ガスの生産は、炭化水素田の近く、または大規模な輸送ハブ近くのガスパイプラインの経路に沿って設置されたガス液化プラントで行われます。液化（または圧縮）天然ガスは、道路、鉄道、または水上輸送によってエンドユーザーまで簡単に輸送でき、そこで保管した後、ガス状態に戻してガス供給ネットワークに供給できます。

特別装備

ガスを液化するには、特別な設備が使用されます。これらは青色燃料の体積を大幅に削減し、エネルギー密度を高めます。彼らの助けを借りて、その後の用途、原料の特性、環境条件に応じて、炭化水素を処理するさまざまな方法を実行することが可能になります。

液化および圧縮プラントはガス処理用に設計されており、ブロック (モジュール) 設計であるか、完全にコンテナ化されています。再ガス化ステーションのおかげで、最も辺鄙な地域にも安価な天然燃料を供給できるようになりました。再ガス化システムを使用すると、天然ガスを貯蔵し、需要に応じて (需要のピーク時などに) 必要な量を供給することもできます。

液化状態のさまざまなガスのほとんどは実用化されています。

液体塩素は布地の消毒や漂白に使用され、化学兵器としても使用されます。
酸素 - 呼吸障害のある患者のための医療機関。
窒素 - 冷凍手術において、有機組織を凍結するために使用されます。
水素はジェット燃料のようなものです。最近では、水素エンジンを搭載した自動車も登場しています。
アルゴン - 金属切断およびプラズマ溶接業界で。

炭化水素ガスを液化することもできます。最も一般的なのはプロパンとブタン (n-ブタン、イソブタン) です。

プロパン (C3H8) は、アルカン類の有機起源の物質です。天然ガスや石油製品の分解によって得られます。無色、無臭の気体で、水にわずかに溶けます。食品産業におけるポリプロピレンの合成、溶剤の製造のための燃料として使用されます (添加剤 E944)。
ブタン (C4H10)、アルカンの一種。無色、無臭の可燃性ガスで、容易に液化します。石油製品の分解中に、ガス凝縮物、石油ガス（最大 12%）から得られます。化学工業では燃料として、冷蔵庫では冷媒として、食品業界では (添加剤 E943) 使用されます。

LPGの特徴

LPG の主な利点は、周囲温度および中程度の圧力で液体と気体の両方の状態で存在できる可能性があることです。液体状態では、処理、保管、輸送が容易であり、気体状態では燃焼特性が優れています。

炭化水素系の状態はさまざまな要因の影響の組み合わせによって決定されるため、完全な特性評価にはすべてのパラメーターを知る必要があります。直接測定でき、流れの状況に影響を与える主なものには、圧力、温度、密度、粘度、成分の濃度、相関係などがあります。

すべてのパラメーターが変化しない場合、システムは平衡状態にあります。この状態では、システム内に目に見える質的および量的変態は発生しません。少なくとも 1 つのパラメータが変化すると、システムの平衡状態が崩れ、何らかのプロセスが発生します。

プロパティ

液化ガスを保管したり輸送したりすると、物質の一部は蒸発して気体になり、一部は凝縮して液体になるなど、集合状態が変化します。液化ガスのこの特性は、貯蔵および分配システムの設計において決定的なものの 1 つです。沸騰した液体が貯留層から取出され、パイプラインを通って輸送されると、液体の一部が圧力損失により蒸発し、二相流が形成され、その蒸気圧は流れの温度に依存し、温度よりも低くなります。貯水池の中。パイプラインを通る二相液体の移動が停止すると、すべての点の圧力が均等になり、蒸気圧と等しくなります。

自律型ガス供給システムの主成分はプロパンとブタンの混合物です。ただし、理解していない人も多い なぜプロパンとブタンを混合するのでしょうか?、それぞれのガスが独立した燃料として使用できるためです。しかし、ロシアの一部の地域では、これらの炭化水素は物理化学的性質や気候要因により、施設のガス化に純粋な形で使用することができません。

LPGの性質

プロパンがブタンと混合される理由を理解するには、外部環境との相互作用を含む各成分の特性を知る必要があります。分子構造の観点から見ると、これらは液体状態で保存できる炭化水素化合物であるため、輸送と操作が大幅に簡素化されます。

液化ガスの生成条件の 1 つは高圧であるため、液化ガスは 16 bar の圧力下で特別なタンクに保管されます。炭化水素ガスがある状態から別の状態に移行するための 2 番目の条件は、外気の温度です。プロパンは -43°C で沸騰しますが、ブタンの液体から気体状態への変化は -0.5°C で起こります。これがこれらの炭化水素の主な違いです。

これらのガスの他の特性を示す表

液化炭化水素ガスの特性に関する追加情報は、「ガスホルダー用プロパン-ブタン - 特性と用途の特徴」の記事を参照してください。

自律型ガス供給システムでプロパンとブタンを混合するのはなぜですか?

飽和炭化水素の物理化学的特性を考慮すると、その用途は気候条件に大きく依存します。純粋な形の液化ブタンは氷点下の温度では機能しません。一方、高温によりガスタンク内の圧力が過度に上昇するため、高温気候では純粋なプロパンの使用は禁忌です。

地域ごとに異なるグレードのガスを生産することは現実的ではないため、統一する目的で、GOST は確立された基準内で 2 つの成分の一定含有量を含む混合物を提供しています。 GOST 20448-90によると、この混合物中の最大ブタン含有量は60％を超えてはならず、北部地域および冬季のプロパンの割合は75％以上である必要があります。

年間のさまざまな時期におけるガスの割合

ちなみに、ガス化に関するブログの他の記事はこのセクションにあります。

技術的要因

気候要因に加えて、プロパンとブタンが混合される理由には技術的な正当性があります。製油所では、随伴ガスの処理中に、プロパンとブタンがさまざまな量で生成されます。したがって、原料政策を最適化するために、これらの炭化水素は一定の割合で混合されます。同時に、液化炭化水素ガスを製造する技術に関係なく、2 つの成分の割合は GOST によって定められた制限内になければなりません。

LPG 給油の価格政策

プロパンブタンのコストは、最初の（より高価な）成分の含有量によって異なります。したがって、自律型ガス供給システムに燃料を補給するための「冬」の混合物が「夏」の混合物よりも高価になるのは驚くべきことではありません。ただし、市場平均よりも大幅に低い価格で給油を提供する企業がある場合、その代表者は次の質問をする必要があります。

なぜLPGの価格はこんなに安いのでしょうか？
プロパンとブタンの比率はどれくらいですか?
この構図は冬にはどうなるでしょうか？
適切な技術文書は入手可能ですか?
問題が発生した場合、会社に連絡できますか?

気をつけて！安価な混合物は、はるかに高価になる可能性があります。

一部の企業は、GOSTに準拠していない「冬用」混合物を提供することで不正行為を行っています。したがって、LPG の低コストは、少なくとも購入者に注意を促す必要があります。

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プロパンとブタンの混合物は、産業、生産、日常生活の多くの分野で長い間使用されてきました。これは、これらのガスの混合物の特殊な特性によるものです。プロパンブタンは、液体状態から気体状態に、またはその逆に変化する独特の能力によって区別されます。さらに、必要な状態を得るために極低温ユニットを使用する必要はありません。

プロパンブタンの入手方法

プロパン-ブタンは、石油とその随伴ガスの凝縮物から得られます。プロパン-ブタンの別名は液化石油ガスです。液体か気体の形態は気候条件によって決まります。温度が上昇すると蒸気に変換され、温度が低下し同時に圧力が上昇すると液体になります。

プロパンブタンはどこでどのように使用されますか?

石油ガスは環境に優しい燃料と考えられているため、家庭用暖房システムに使用され、農業やその他の産業でボイラーハウスや車両の燃料として使用され、また金属の溶接や切断にも使用されます。この場合、ブタンは燃料そのものとして機能し、プロパンが必要な圧力を生成します。プロパンとブタンはシリンダーで製造されますが、その混合物は非常に爆発性が高いため、その割合は州によって厳しく規制されています。

生産時にガス溶接作業がどのように行われるか:

製造作業では、プロパンとブタンの混合物が特別なガス溶接トーチの形で製造され、そこに可燃性ガスと酸素がシリンダーから供給されます。金属を切断する必要がある場合、そのプロセスは酸素流中で金属を燃焼させ、形成される酸化物を除去することによって行われます。

プロパンとブタンの混合物を使用した溶接プロセスでは、溶接される金属とその類似フィラーが炎によって溶かされ、石油ガスが生成されます。製品の端が溶け、それらの間の隙間が溶加材で埋められ、混合物とともにバーナーの炎の中心に慎重に導入されます。

プロパンとブタンの混合物が家庭や工業分野で広く使用されているのには理由がないわけではありません。そのユニークな特性に加えて、コストが比較的低く安定しています。さらに、ほとんどのボイラーハウスや企業は 2 種類の燃料用に設計されています。その燃焼装置はプロパンとブタンの混合物と天然ガスを交互に燃焼させることができるため、大幅な節約が可能です。

新しい段階ごとに 5 ～ 12 回の圧縮を意味し、その後冷却して次の段階に移行します。 LNG は、最終圧縮段階が完了すると液体になります。

ガスの液化は、所定の体積のガスに含まれる総エネルギーの最大 4 分の 1 を必要とするプロセスです。ガスを液化するには、タービンボルテックス、スロットル、ターボエキスパンダーなどのいくつかのタイプの設備が使用されます。場合によっては、液化は上記のサイクルの要素を含む組み合わせスキームに従って実行されます。実践が示すように、スロットルシステムはよりシンプルで信頼性が高くなります。

最新技術の発展により、専用のミニプラントで天然ガスの液化が可能になりました。これは、ガスパイプラインのネットワークが発達した国であるロシアに特に当てはまります。これは、多数の大小のガス供給ステーションや自動車用ガス充填ステーションの存在によって促進されています。 LNG生産用のミニプラントを建設するのは非常に有益であるという根拠に基づいています。

液化ガス製造プラントは、水蒸気と二酸化炭素の除去装置、液化装置、制御・自動化システム、LNGを貯蔵・蓄積する極低温タンク設備、圧縮機設備で構成されています。ミニプラントを設置する場所を選択するときは、機器の特性、電気、水道、電話、ガス本管などの通信の利用可能性、敷地、道路、アクセス道路からの安全な距離の利用可能性を考慮する必要があります。

液化天然ガスは、産業、自動車輸送、医療、農業、科学など、人間の活動のさまざまな分野で需要があります。液化ガスは、その使用と輸送が簡単であるだけでなく、非常に人気が高まっています。環境に優しく、低コスト。

説明書

炭化水素ガスを液化する前に、まず精製して水蒸気を除去する必要があります。二酸化炭素は、3 段階の分子フィルターシステムを使用して除去されます。このようにして精製されたガスは再生ガスとして少量使用されます。回収されたガスは燃焼されるか、発電機で電力を生成するために使用されます。

乾燥は 3 つの分子フィルターを使用して行われます。 1枚のフィルターが水蒸気を吸収します。もう 1 つはガスを乾燥させ、その後 3 番目のフィルターを通過します。温度を下げるために、ガスは水冷却器を通過します。

ガスを洗浄および乾燥した後、液化プロセスが開始され、段階的に順次実行されます。液化の各段階で、天然ガスは 5 ～ 12 回圧縮され、その後冷却されて別の段階に移送されます。冷却を伴う圧縮の最終段階が完了すると、天然ガスの実際の液化が起こります。その体積は約600分の1に減少します。

ガスは、ターボエキスパンダー、窒素、混合などのいくつかの方法で製造できます。ターボエキスパンダー法では、圧力降下のエネルギーを使用してガス供給ステーションで液化天然ガスが製造されます。この方法の利点には、エネルギーコストと設備投資が低いことが含まれます。欠点は、液化効率が低いこと、安定した圧力に依存すること、生産が柔軟性に欠けることです。

窒素法では、あらゆるガス源から液化炭化水素ガスを生成します。この方法の利点には、技術の単純さ、高レベルの安全性、生産の柔軟性、操作の容易さと低コストが含まれます。この方法の限界は、電源が必要であり、資本コストが高いことです。

混合液化ガス製造法では、窒素とメタンの混合物が冷媒として使用されます。ガスもあらゆる供給源から得られます。この方法は、柔軟な生産サイクルと低い変動生産コストを特徴としています。窒素液化法に比べて資本コストが大きくなります。電源も必要です。

出典:

ガス液化とは何ですか?
液化ガス：受け取り、保管、輸送
液化ガスとは何ですか

どんな気体でも、圧縮して非常に冷やすと液体に変わります。このような最初の実験室実験は 1779 年にアンモニアを使って行われました。電磁誘導の発見者である有名な科学者マイケル・ファラデーも、19 世紀にガスの液化に関する多くの実験を成功させました。そして 20 世紀初頭、低温技術の発展により、科学で知られているすべての気体を液体状態に変換することが可能になりました。

液化ガスは科学技術のさまざまな分野で広く使用されています。たとえば、生鮮食品を保管する場合、液体は冷媒として使用されます。液体水素はロケット燃料の成分として使用されます。プロパンとブタンの液化混合物は自動車燃料として使用されます。例は無限に続けることができます。さらに、ガスを液化すると、長距離輸送の際に経済的にも有利になります。

このようにして、最も価値のあるユーティリティである天然ガスが輸送されます。これまで、製造業者から消費者に製品を転送する最も一般的な方法はパイプラインを介するものでした。ガスは高圧 (約 75 気圧) でパイプを通してポンプで送られます。この場合、ガスは徐々に運動エネルギーを失うため、圧力を上昇させながら時々冷却する必要があります。これはコンプレッサーステーションで行われます。ガス導管の建設と維持には多額の費用がかかることは容易に理解できます。ただし、比較的短距離でガスを輸送する場合、これが最も安価な方法です。

ガスを非常に長距離に輸送する必要がある場合は、特別な船であるガスタンカーを使用する方がはるかに有益です。ガス生産地から海岸の最も近い適した場所までパイプラインが敷設され、海岸にガスターミナルが建設されます。そこで、ガスは高度に圧縮および冷却されて液体状態に変換され、タンカーの等温コンテナ（約 -150°C の温度）にポンプで送り込まれます。

この輸送方法にはパイプラインに比べて多くの利点があります。まず、液体状態の物質の密度がはるかに高いため、このようなタンカーは 1 回の航海で大量のガスを輸送できます。第二に、主なコストは輸送費ではなく、製品の積み下ろしにかかります。第三に、液化ガスの保管と輸送は圧縮ガスよりもはるかに安全です。パイプライン供給と比較して、液化形態で輸送される天然ガスの割合が着実に増加することは疑いの余地がありません。

現代の経済関係の世界では、企業は多くの場合、特定の製品の生産、保管、輸送に関連するすべてのプロセスのコストを最小限に抑える機会を求めています。ガス製品も例外ではありません。

天然ガス 井戸を使って採掘される鉱物です。鉱床内の貯留層圧力の均一な低下を保証するために、このような井戸が天然ガス田の領域に多数設置されています。取り出したガスの最終的な送り先は、各種工場や工場、企業、火力発電所、都市ガスサービスなどです。

さまざまな研究所で何千人もの科学者が毎日膨大な数の実験を行っており、工場や工場の技術者は明確な指示に従い、最終消費者にガスを届ける最も収益性の高い方法を模索しながら知恵を絞っている。加工することは壊滅的に困難であり、ましてや元の形状を輸送することはさらに困難です。

現在、彼らは天然ガスを液化した形で輸送する方法を学びました。ガスには色も臭いもありませんので、漏洩して人体に中毒を起こしたり、敷地内で火災が発生したりするのを防ぐために、 臭気物質、つまり人間にとって不快な臭いを持つ化学物質です。

純粋な液化天然ガスは燃焼せず、自然発火することはありません。しかし、蒸発や火に触れると、この特性は回復します。使用を開始するには、ガスを再度加熱する必要があります。

気体が液体になる仕組み

移動、保管、使用を容易にするために ガスは液化します。 液化プロセス全体は特別な再ガス化ターミナルで行われます。液化天然ガスは完全に無色無臭の液体です。

気体状態から液体に変化すると、体積は半分に減ります。

プロセス自体は、連続した圧縮と冷却で構成され、液化が発生するまで続きます。このプロセスは非常にエネルギーを消費することに注意してください。消費されるエネルギー量を削減するために、ガスの位置エネルギーとその自然冷却が使用されます。

ガスはクライオキャンカーと呼ばれる特殊なタンクに保管されます。輸送は船舶や特殊車両で行われます。最後のルートはパイプラインを経由して行われます。

公開日: 2017/01/04 21:21

プロパンは、化学式 C 3 H 8 の気体で、無色無臭です。ブタンは無臭のプロパンと同じ無色の気体で、ブタンの式は C 4 H 10 です。プロパンとブタンは多くのアルカンに属し、LPG 燃料の成分として使用されます。 LPG は液化石油ガスであり、プロパンはブタンと同様に燃料としての使用に適した発熱量を持っています。 2 つのガスの物理的性質の一般的な類似性は沸点までには及びません。プロパンの場合は沸点が -43 ℃、ブタンの場合はそれよりはるかに高い (-0.5 ℃)。

したがって、プロパンは氷点下の温度でも燃料として使用できますが、ブタンは使用できないため、混合ガス（液化石油ガスまたはプロパン-ブタン）が使用されます。ガスの混合物は、プロパン (プロパンとブタンの混合物の略称) をどの温度でも安全に使用できるように作られています。以下の理由により、プロパンを単独で使用することは不可能です - 加熱すると、プロパンは大幅に膨張し、その結果、容器（ガスが貯蔵されている）の壁の内側からの圧力が増加します。プロパンのこの特性により、タンクの内壁に亀裂が形成され、タンクの徐々に劣化が起こります（内部にガスを密閉する能力が失われるため）。プロパン漏れは、その拡大による最悪の結果ではありません。急激に加熱した場合、プロパンがシリンダー内から爆発し、周囲の人に重大な被害を与える可能性があります。漏れをタイムリーに検出するために、刺激臭のある物質がプロパンとブタンの混合物に追加されます。

プロパンとブタンの混合物は、液化した状態でシリンダーまたはガスタンク内に保管されます。プロパン - ブタンの液化は圧力の影響下で発生します。コンプレッサー方式を使用すると、圧力下でプロパンとブタンの混合物がタンク内に保管されます。プロパンを液化すると、輸送や保管が便利になります。液化した状態では、プロパンとブタンの混合物は占有スペースが 600 分の 1 になります。保管は常温で行われ、その結果、プロパンは液体状態から気体状態に部分的に変化します（この状態ではプロパンブタンが燃料として使用され、気体状態ではガスボイラーに供給されます）。

プロパンブタンはどのようにして生成されるのですか?

プロパンは、石油の抽出または精製操作から得られます。石油の生産中に、プロパンを含むさまざまな炭化水素ガスの混合物である石油ガスが放出されます。このプロパンの生成は、水圧破砕を伴う石油生産技術であるフラッキング中に発生します。プロパンの一部は、石油が製油所で処理されるときに副生成物として得られます。その後プロパンは液化され、ガス充填所に輸送されます。