Barion Pixel

VGF&HKL szaklap

LNG a mit tudni illik a cseppfolyós földgázról

2013/6. lapszám | Szilágyi Zsombor |  36 918 |

Figylem! Ez a cikk 11 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Az LNG (liquefied natural gas, cseppfolyós földgáz) a világ energiaellátásában egyre nagyobb szerepet kap. Különlegessége abban rejlik, hogy (a kőolajtermékekhez hasonlóan) koncentrált energiahordozó, megfelelő eszközökben tengeren jól szállítható, viszonylag kis költséggel tárolható. Karrierje töretlen, egyre több ország kapcsolódik be a kereskedelmébe.

A földből kitermelt nyers földgáz összetétele nagyon változatos. Éghető szénhidrogéneket, inert gázokat, vízgőzt, kőzetrészecskéket is tartalmazhat. Magyarországon is vannak magas (90 tf% feletti) szén-dioxid-tartalmú gázkutak, és 90 tf% feletti éghető szénhidrogéneket tartalmazó lelőhelyek is. A közszolgáltatásra kerülő földgázt a nyers földgáz tisztításával állítják elő. A tisztítási folyamat négy szakaszra bontható:

  • mechanikai szennyeződések (homok, rozsda) leválasztása,
  • víztartalom leválasztása: a víztartalom a gázellátó rendszerben dugulást, elfagyást okozhat,
  • könnyen cseppfolyósodó szénhidrogének (hosszabb vagy zárt szénláncú szén-szénhidrogének is dugulást okozhatnak,
  • higany leválasztása (Európábannem jellemző a higany a földgázban),
  • kénszármazékok, szén-dioxid leválasztása: a kénszármazék erősen korrozív, a szén-dioxid pedig vízzel savat alkot.

Mindegyik tisztítási folyamatnál különböző eljárásokat alkalmaznak, az elvárt tisztítási hatékonyságtól függően. A tisztított földgáz legfontosabb tüzeléstechnikai jellemzője a fűtőérték és az égéshő. Mindkét jellemző additív, a térfogat (vagy mol) %-os részesedéssel arányosan adja a gázkeverék eredő fűtőértékét vagy égéshőjét. A földgáz-előkészítő üzem szűk határok között különböző összetételű gázokból is tud azonos fűtőértékű árugázt előállítani (1. táblázat).

A Magyarországon termelt földgázok öszszetétele sem azonos, de egy-egy gázelőkészítő üzem állandó fűtőértékű gázt hoz forgalomba. Az országban a szolgáltatott gáz állandó fűtőértékének biztosításáért a Földgázszállító Zrt. felel. Az előzőket azért mutattuk be, mert a világ különböző pontjain előállított LNG-re is az összetétel változatossága jellemző: a lelőhelyeken a nyersgáz összetétele és a gázelőkészítő technológia különbözősége eltérő összetételű LNG-t eredményez. Például az Alaszkában előállított LNG 99 tf% metánt tartalmaz, de a líbiai jellemzően csak 82 tf %-ot. Az LNG égéshője 2012-ben a 39,91 MJ/m3 (USA, Alaszka) értéktől 46,24 MJ/m³-ig (Líbia) terjedt. A gázok Wobbe-száma szűkebb tartományban mozgott: 53,51 és 56,77 MJ/m³ között.

Az LNG piac 2012-ben

A 2012. évi LNG-forgalom 236,3 millió tonna volt, 1,9%-kal kevesebb, mint 2011-ben. A gázforgalom 25%-a tőzsdei rövid távú kötéseken keresztül bonyolódott, de vannak tőzsdén kívüli üzletkötések is, és hosszú távú kereskedelmi szerződések is. A Közép-Kelet adta az LNG forgalom 40%-át. A világ LNG-fogyasztásának 71%-a Ázsia országainak igénye. Az év végén 93 LNG-fogadó állomás üzemelt, 26 országban, öszszesen 668 millió tonna/év kapacitással. 18 országban 89 LNG-gyártósor üzemelt, 282 millió tonna/év kapacitással.

Az LNG fizikai jellemzői

Az LNG cseppfolyós halmazállapotú, -161 0C hőmérsékletű (forrponton van), a víznél kisebb sűrűségű (430-470 kg/m3, az összetételtől függően), színtelen, szagtalan, kémiailag passzív folyadék. 1 m³ cseppfolyós LNG-ből 600 m³ normál állapotú gáz keletkezik. 1 tonna LNG elpárologtatásával kb. 1400 m³ gázt kapunk. Az LNG összetétele az előállításához felhasznált földgázéval azonos. A földgáz termelőhelyi adottságai, a rendelkezésre álló gázelőkészítési technológia vagy a megrendelő igénye szerint akár 99 tf% metántartalmú is lehet, de több etánt, propánt, butánt is hagyhatnak benne, és ekkor a fűtőérték 40 MJ/Nm3 érték fölé is emelkedhet. Az LNG-t biztonsági okokból szagosítani szokták, erre a célra tetra-hidro-tiofént vagy etil-merkaptánt használnak. Mindkét szagosítóanyag kénvegyület, ezért az LNG berendezések korrózióvédelme érdekében csak az LNG elpárologtatása után adják hozzá. Az LNG-termelés, -tárolás, -szállítás során az esetleges gázszivárgást a szagosítás hiányában gázérzékelő műszerekkel ellenőrzik.

Az LNG előállítása

A tisztított földgázt négy, kismértékben különböző eljárás egyikével alakítják LNG-vé, de mindegyik eljárás lényege az, hogy a gázt komprimálják és hűtik, legalább három fokozatban:

  • legelterjedtebb a C3MR vagy APCI eljárás,
  • második legismertebb a kaszkád eljárás, főleg a Conoco Phillips cég alkalmazza,
  • a Shell a DMR eljárást alkalmazza,
  • a Linde cég is kidolgozott egy eljárást, ezt a cégről nevezték el.

Az LNG-terminál

LNG feladása, fogadása

Mélytengeri kikötőkből alakítják ki a tengerparti létesítményeket (2. táblázat). A létesítmények különlegességét két ok indokolja:

az LNG extrém alacsony hőmérséklete, amelyet azért kell gondosan őrizni, mert ez a hőmérséklet az LNG forrpontja,

az LNG szagosítás nélküli, ezért minden létesítményt ki kell egészíteni az esetleges gázszivárgást jelző rendszerrel és megfelelő biztonsági berendezésekkel.

LNG-tárolás

Az LNG-tárolók olyan több ezer m³-es, hőszigetelt acéltárolók, amelyek ellenállnak a -161 0C-os hőmérsékletnek (ötvözött acél), hőszigetelésük külön hűtés nélkül is tartósan biztosítja az előbbi hőmérsékletet. A kikötői tárolók hűtésére gépi hűtők állnak rendelkezésre, de a tartály gázfázisának megcsapolásával is hűtik a tartályokat. Az elvett gázfázissal hajtják például a hűtőkompresszorokat. Az LNG elgőzölögtetéséhez hőcserélőket használnak. A hő-átadó közeg lehet melegített víz, tengervíz.

Az LNG-szállítás gazdaságossága

A földgáz nagynyomású szárazföldi szállítóvezetékes szállítása felső határát 4000 km-nél szokták meghúzni, mert e távolság felett már több gázt kell felhasználni a szállítóvezetéki kompresszorok hajtására, mint a szállított gáz mennyisége. (A tengerbe fektetett szállítóvezetékek esetében ezt a határtávolságot 1200 km körül húzzák meg.) Ez egyben azt is jelenti, hogy 4000 km-en túl az LNG-szállítás már gazdaságosabb.

Az LNG felhasználása

Az LNG a fogadó állomásokra érkezik, ott a tankhajó tartályaihoz hasonló hőszigetelt tartályokba fejtik, majd a szükséges mennyiséget elpárologtatják és szállítóvezetékbe komprimálják. Elindultak kísérletek az LNG közvetlen hasznosítására motorhajtóanyagként közúti teherjárművekben, hajók hajtására, de a kezdeti nehézségek láttán még hosszabb idő kell a technikai problémák biztonságos megoldására.

LNG-forgalom a világban

Az LNG-eladók azok az országok, ahol:

  • tengerparttal rendelkeznek,
  • a földgázkészletek és a -termelés lényegesen meghaladják a belföldi felhasználást. A 3. táblázat a világ legnagyobb földgázexportőr országait mutatja be,
  • a szomszédos országok földgázigénye jelentéktelen,
  • szállítóvezetéken nem érhető el jelentős felvevő,
  • az ország gazdaságának alappillére a földgázexport.

Az LNG-vevők azok az országok, ahol:

  • tengerparttal rendelkeznek,
  • a belföldi földgáztermelés kisebb, mint a -felhasználás,
  • az ország energiaszükséglete más módon nem elégíthető ki (a vezetékes földgázellátás valamilyen okból nem jöhet számításba).

A legnagyobb LNG-importőrök voltak 2011-ben: Japán, Dél-Korea, Kína, India, Spanyolország, Tajvan, Nagy-Britannia. A két utóbbi ország jelentős mennyiséget importál csővezetéken is (4. táblázat).

A legnagyobb exportőrök voltak 2012-ben (millió tonna): Katar: 76,39, Malajzia: 23,72, Ausztrália: 20,88, Nigéria: 19,58, Indonézia: 18,97, Trinidad: 13,48, Algéria: 11,21, Oroszország: 10,86. Az LNG piaca gyorsan változik, és egyre újabb szereplők jelennek meg:

2011-ről 2012-re

csökkent a világ LNG-forgalma,

továbbra is Katar a

legnagyobb szállító az LNG-piacon,

jelenleg 19 ország exportál LNG-t, új eladó a piacon Brunei, Guinea, Peru és az USA,

Ausztrália is újnak számít, és máris

nagy mennyiséggel jelent meg,

Oroszország is szeretné megőrizni (elsősorban az európai) exportpiacait, ezért gyors ütemben fejleszti LNG-termináljait és

– szállítóflottáját is, bár még egyelőre csak

Távol-Keleten forgalmaz LNG-t,

2012-ben az USA már nagyjából nettó

exportőr lett földgázban, és az export

egy része LNG formában volt,

Kína, India, Brazília (a BRIC országok)

nagy energiaszívása még

nem látszik az LNG-piacon,

tulajdonképpen nem meglepő, hogy a saját földgáztermeléssel nem rendelkező országok (például Belgium vagy Spanyolország) megindítja az LNG exportját, mert ez az üzleti aktivitás a földgázpiac fontos eleme: készletezni LNG-t és kihasználni az LNG ármozgását.

Az LNG minősége

Az LNG minősége közel azonos, mint a gyártásához felhasznált földgázé. Azért nem pontosan, mert az LNG tárolási hőmérsékletén a víz, a magasabb szénatomszámú szénhidrogének (C5+), a higany és a szén-dioxid szilárddá fagy, ezért a technológiák károsításának megelőzése érdekében ezeket az összetevőket olyan mértékben kell kivonni a földgázból, hogy csak nyomokban forduljanak elő.

Az LNG minősége (összetétele) az árat befolyásoló tényező. Az LNG-t megrendelő elég szigorú kikötésekkel szokott szerződni a minőségre annak érdekében, hogy a saját, vezetékes gázellátó rendszerében lévő földgázzal azonos minőséget kapjon.

Az LNG ára

Az LNG árazására három modellt használnak:

olajár-indexálás: elsősorban Japán, Dél-Korea, Kína használja ezt a modellt. Az árat a fűtőolaj és a gázolaj tőzsdei ára határozza meg.

Olajár-indexálás és másik energiahordozó (szén vagy villamos áram) tőzsdei ára: ez a formula általában Európában divatos.

Piaci (tőzsdei) ár: a vezetékes földgáz amerikai tőzsdei árához kapcsolják az LNG árát.

Az LNG árát befolyásoló tőzsdei folyamatok mellett az LNG minősége is megjelenik az árban: a gáz összetétele, ebből következően a fűtőértéke, a gáz szennyezőanyag-tartalma: víz, kénszármazékok és higany.

A földgázpiacon kiemelt figyelemmel kísérik az amerikai tőzsdei földgázárakat. Ezek a tőzsdei árak viszonylag szoros korrelációt mutatnak a kőolaj és az olajtermékek árával, de szezonális hatások megjelennek, és a készletek alakulása is mozdítja az árakat. Általában a Távol- Keleten rendre drágább az LNG, mint a vezetékes földgáz az USA-ban. Az európai LNG-árak közel járnak az európai vezető tőzsdei (TTF, NBP) földgázárakhoz, hol fölötte, hol alatta jegyzik.

Az LNG és a környezetvédelem

Vitathatatlan, hogy egy 50-200 ezer m³ tárolótérben lévő LNG hatalmas energiakoncentráció. Az LNG mintegy ötvenéves (ipari léptékű) használata során komoly baleset nem történt. Kisebb ömlések a szárazföldön és a tengeren is előfordultak, de a kiömlő gáz gyorsan, minden különösebb veszély nélkül távozott a magas légkörbe. (Azt tudhatjuk, hogy a légkörbe kerülő metán mintegy tízszer károsabb, mint a szén- dioxid). Az LNG különleges fizikai jellemzői miatt az előállító, tároló, szállító berendezéseket különös biztonsággal, extra acélanyagokból készítik. A rendszerek szerelvényezése, biztonsági elemei nagyobb mennyiségű gáz szabadba jutását megakadályozzák. LNG-termináloknál mindig látunk állandóan lobogó fáklyát. Ennek éppen az a feladata, hogy a technológiából kilépő, összegyűjtött hulladékgázokat biztonságosan elégesse.

Az LNG-létesítmények szándékos károsítása elleni védelem állandóan fejlődik, ma azt lehet mondani, hogy a legérzékenyebb katonai létesítmények védelmének szintjén áll.

Az LNG karrierje

A gázok cseppfolyósításával a 19. században foglalkozott először Nagy-Britanniában Michael Faraday. Az első kompresszoros hűtőgépet Linde készítette, 1873-ban.A Shell azt állítja, hogy a világ első LNG-terminálját ők építették 1964-ben Algériában, Arzew mellett. Bár többen vitatják az elsőséget, a lényeg viszont az, hogy az LNG immár ötvenéves pályája állandóan emelkedő vonalú, és ma már a világ földgázfogyasztásában több mint 12%-ban van jelen. Az Ernst&Young elemző cég 2030-ra az LNG éves forgalmát 700 milliárd m³-re becsüli.A közel- és közép-keleti arab országok szinte 1990-ig nem fordítottak figyelmet a földgázhasznosításra, de mára belelendültek, és a földgáz- (LNG) piac meghatározó szereplői lett Katar, Algéria, az Egyesült Arab Emírségek, Omán. Európa minden tengerparttal rendelkező országában működik, épül vagy tervezés alatt áll LNG-terminál. Hozzánk legközelebb a horvátországi Krk szigetén készül terminál, nemzetközi összefogással. A meglévő szárazföldi csővezetékhálózaton keresztül bennünket is elérhet a terminálról földgáz, remélhetőleg 2016-tól. Hasonló program indult a lengyel tengerparton is, az itt lefejtésre kerülő gáz Magyarországra juttatásához még szállítóvezeték-szakaszoknak kellene épülnie. Terítéken van LNG-terminál építése Románia Fekete-tengeri partján is, ahonnan mi is kaphatunk majd földgázt.

LNG-szállító eszközök

Az LNG-t rövid távra, kisebb mennyiségben a cseppfolyós levegőnél alkalmazott eszközökkel lehet szállítani. Az LNG szállítását nagy mennyiségben és hosszabb távra tankhajókkal végzik. A tankhajóban több tartályban összesen 100-250 ezer m³ folyadék helyezhető el. A tartályok belső fala legalább 9% nikkelt tartalmazó minőségi acél, amely ellenáll az extra hőmérsékletnek, a folyadék hidrosztatikai nyomásának és a folyadék feletti gáztér mintegy 0,5 bar nyomásának. A tartályt hőszigetelő anyag burkolja, azon kívül pedig beton- vagy acélhéj védi a környezetet az esetleg kilépő gáztól, és támasztja a tartályt és a hőszigetelést. A tartályok többsége gömb alakú, de vannak már szögletes tartályok is. A tankhajó felkészült az LNG gépi hűtésére is, de a legtöbb hajó a betárolt LNG egy részének elpárologtatásával hűti a folyadékot, amely gázt aztán a hajó hajtására használnak fel.A hajók esetében 30-40 év élettartammal számolnak. Jelenleg kb. 250 LNG-szállító hajó úszik a tengereken, összes szállítókapacitásuk 31 millió m³. A hajók egy-egy útja 4-30 napig tart.