Grande Chimica: Gas Naturale Liquefatto

Il tema dell'energia è per noi importante da quando i primi nostri antenati scesero dagli alberi alla ricerca di qualcosa da mangiare che non li mangiasse. Ma in un mondo in cui la lotta infinita per l’energia è stata sottratta al semplice tocco di un dito su un interruttore o un termostato, grazie alle forze geopolitiche molti di noi stanno ora affrontando la furia dell’inverno con una visione completamente diversa su ciò che serve. per stare al caldo.

Il problema non è necessariamente che non abbiamo abbastanza energia, ma piuttosto che quella che abbiamo non è né equamente distribuita né facilmente ottenibile. Spostare l'energia da dove viene prodotta a dove è necessaria raramente è una questione semplice e spesso pone sfide ingegneristiche significative e interessanti. Ciò è particolarmente vero per le fonti di energia che non racchiudono molta energia in uno spazio ristretto, come il gas naturale. Farcela attraverso un continente è già abbastanza impegnativo; farcela attraversare l'oceano è tutta un'altra cosa, ed è qui che entra in gioco il gas naturale liquefatto, o GNL.

Prima di iniziare a vedere come viene prodotto il GNL, è meglio iniziare chiedendoci perché abbiamo bisogno del GNL. Dopotutto, disponiamo di un'infrastruttura di gasdotti incredibilmente complessa, che abbraccia tutto il continente, ottimizzata per il trasporto di gas naturale a lungo raggio. Perché prendersi la briga di sostenere tutti gli sforzi e le spese per la liquefazione del gas naturale?

In una parola: oceani. Quelle vaste reti di gasdotti si fermano praticamente in riva al mare e, sebbene esistano certamente alcuni gasdotti sottomarini, gli eventi recenti ci hanno mostrato quanto possano essere vulnerabili. Quindi il trasporto del gas naturale via mare è diventato un mezzo necessario per spostare l’energia dal punto A al punto B. E per farlo in modo efficiente, è necessario ridurne drasticamente il volume. Trasformare il gas naturale in un liquido fa esattamente questo: aumenta la sua densità di 600 volte, rendendone possibile la spedizione alla rinfusa.

La materia prima per il gas naturale liquefatto è, ovviamente, il gas naturale. Abbiamo già parlato abbastanza del processo di raccolta e distribuzione del gas naturale, ma in breve, il gas naturale è una miscela di idrocarburi come metano ed etano prodotta dal decadimento di antiche biomasse in formazioni geologiche. Insieme agli idrocarburi liquidi e ai contaminanti come azoto, anidride carbonica, composti contenenti zolfo e vapore acqueo, il gas si accumula in serbatoi sotterranei che vengono sfruttati mediante trivellazione.

Il gas naturale grezzo viene trasportato, sotto la sua pressione naturale o con l'aiuto di enormi compressori, tramite condotte fino agli impianti che puliscono il gas. Il recupero di zolfo ed elio, entrambi elementi chimici preziosi, dal gas grezzo è particolarmente importante, ma è anche importante eliminare contaminanti di basso valore come acqua e CO2 dal gas naturale, poiché entrambi possono causare problemi di congelamento in futuro. L'acqua viene rimossa facendo gorgogliare il gas naturale grezzo attraverso il glicole trietilenico (TEG), una soluzione estremamente igroscopica, mentre la CO2 viene rimossa utilizzando uno scrubber amminico, che espone il gas grezzo acido a soluzioni amminiche contenenti azoto come la dietilammina (DEA), che adsorbe la CO2. Dopo un'ulteriore purificazione, che rimuove eventuali idrocarburi più pesanti rimanenti e contaminanti come il mercurio, che non si comportano bene se esposti all'alluminio e all'acciaio inossidabile, la materia prima del gas naturale è costituita per circa dall'85% al ​​90% da metano (CH4), mentre il resto è una miscela di etano (C2H6), propano (C3H8) e butano (C4H10).

Il gas naturale pulito e secco è quindi pronto per la liquefazione. Come la maggior parte dei gas, il gas naturale si condensa in un liquido quando la sua temperatura scende al di sotto del punto di ebollizione, che è -161,5°C per il metano. Pertanto, per produrre GNL è necessario un processo criogenico su scala industriale. La maggior parte del GNL oggi viene prodotta con un processo chiamato C3MR, che è un sistema di raffreddamento progressivo a doppio circuito. Il "C3" si riferisce al propano, un composto a tre atomi di carbonio utilizzato come refrigerante nel circuito di preraffreddamento. Ciascuna metà del ciclo è essenzialmente la stessa di qualsiasi frigorifero, anche se in scala notevolmente diversa. Nella fase di preraffreddamento, il propano liquido viene fatto passare attraverso una valvola di espansione, che provoca un cambio di fase e un improvviso abbassamento della temperatura. Il propano raffreddato rimuove il calore dal gas naturale tramite uno scambiatore di calore, il propano viene compresso con un compressore a tre stadi e il calore viene rimosso tramite un condensatore in modo che il ciclo possa ricominciare.