Domanovszky Henrik. A tanulmányok készítésének vezetője Az MGKKE elnöke és a PAN-LNG Project koordinátora

Tanulmány 1.9.

Domanovszky Henrik A tanulmányok készítésének vezetője Az MGKKE elnöke és a PAN-LNG Project koordinátora

Kedves Olvasó! Ön most a PANNON-LNG projekt első munkarészének eredményei közül egyet tart kezében. Ez a kiadvány Magyarország első olyan közlekedésenergetikai infrastruktúraépítő projektjének részeként készült átfogó tanulmánynak egy fejezete, amely az Európai Unió társfinanszírozásával, kohéziós forrásból jöhet létre. A tanulmányok fejezetei széleskörűen tekintik át mindazon területeket, amelyek a bio- és földgáz alapú közlekedés terén meghatározóak, vagy legalább érintettek. Magyarország vezető szakmai műhelyeinek vizsgálati eredményeit tizenkét fejezet mutatja be. A tanulmány fejezetek sorrendben az alábbi területeket ölelik fel: Magyarország vezető szakmai műhelyeinek vizsgálati eredményeit tizenkét fejezet mutatja be. A tanulmány fejezetek sorrendben az alábbi területeket ölelik fel: 1.1.

A földgázhajtású járművek technológiája és jövőképe

1.2. A lehetséges fogyasztói körök, járműflották és az elterjedés forgatókönyvei 1.3. A bio- és földgáz alapú közlekedés elterjedésének környezeti és társadalmi hatásai nyomán a közlekedés által okozott externáliák változása 1.4. A CNG és LNG járművek elterjedéséhez szükséges töltőinfrastruktúra hálózatának szükséges kialakítása 1.5. Az LNG töltőállomások ellátásához szükséges disztribúciós technológia és teljesítmény 1.6. Az LNG és hazánk számára lehetséges import forrásai 1.7. Biometán üzemanyagok hazai előállításának forrásai és lehetőségei 1.8. Az LNG előállítására alkalmas hazai földgázkészletek és kiaknázásuk lehetőségei 1.9.

A hazai LNG előállításához alkalmas cseppfolyósítás technológiája

1.10. A bio- és földgáz, mint az alternatív hajtóanyag stratégia elterjedésének hatásai, a szükséges szabályozók és ösztönzők térképe 1.11. Átfogó szabályozási, jogszabályi, valamint a szükséges ösztönzők gyűjteménye 1.12. A tanulmányfejezetek összefoglaló áttekintése Források – a több mint ezer felhasznált vagy áttekintett szakmai forrás jegyzéke. A közlekedés tiszta és korszakalkotóan új világába való betekintéshez, majd annak mindannyiunk érdekében történő hasznosításához jó munkát és sok sikert kívánok Önnek!

UNDER THE CONNECTING EUROPE FACILITY (CEF) - TRANSPORT SECTOR AGREEMENT No. INEA/CEF/TRAN/M2014/1036265

PANNON LNG Projekt ACTION 1. – TANULMÁNY 1.9. fejezet LNG lehetséges hazai előállításához rendelkezésre álló technológiák A PAN-LNG Projektet az Európai Bizottság a Connecting European Facilities eszközén keresztül támogatja. A tanulmány tartalmáért a dokumentum készítői felelnek, az nem feltétlenül tükrözi az Európai Unió véleményét. Sem a CEF, sem az Európai Bizottság nem felel a tanulmányban található adatok felhasználásának következményeiért. Tanulmány készítésének kezdete Tanulmány státusza Kiadás dátuma Nyilvánossá kerülés dátuma Tanulmányban résztvevők, intézetek

2015.10.08. Lektorált változat 2016.06.28. 2016.08.10. Dr. Szabó István, Szent István Egyetem Dr. Bártfai Zoltán, Szent István Egyetem Dr. Faust Dezső, Szent István Egyetem Dr. Kovács Imre, Szent István Egyetem Lágymányosi Attila, Szent István Egyetem Vass Zoltán, UTB Envirotec Bacsa Gábor, LNG-Tech Kft. Szalkai István, Keresztespók Kft. Major Ferenc, MGKKE Tanulmányt készítő csoport vezetője Dr. Bártfai Zoltán, Szent István Egyetem PAN-LNG Tanulmánykészítés vezető Domanovszky Henrik, MGKKE Tanulmányt lektorálta Mészáros Lóránd, Budapest Főváros Kormányhivatala

1.9. LNG lehetséges hazai előállításához rendelkezésre álló technológiák

2

FEJEZET ÖSSZEFOGLALÓ BEMUTATÁSA A tanulmány kilencedik főfejezetében a cseppfolyós földgáz (LNG) előállításának és felhasználásának kérdéseivel foglalkozunk. Ehhez első körben ismertetésre kerülnek a legfontosabb a gázjellemzők, gáztörvények és a gázok állapotjellemzői. Vizsgálatunk szempontjából kiemelt jelentőségű a gázkeverékek energetikai és tüzeléstechnikai jellemzői. A gázok állapotjellemzőinek vizsgálata után a földgáz, mint CNG vagy LNG közlekedési hajtóanyagként történő felhasználásának problémait tárjuk fel szekunder kutatásokra alapozva. Szakirodalmi kutatásaink alapján igazolható, hogy miközben a fosszilis energiahordozók közül a szén és az olaj várható felhasználása csökkenni fog, a földgáz felhasználás folyamatosan növekszik 2035-ig. A közlekedési célú földgáz felhasználás során azonban szem előtt kell tartani a csereszabatosság fogalmát. A gázok csereszabatosságának értelmében a gázok minőségjellemzőinek köre és a jellemzők értéktartománya vagy határértéke konszenzus alapján kerül meghatározásra és elfogadásra. A gázok felcserélhetőségének érdekében bemutatjuk az MSZ EN 16726 számú szabványt, amely az adott H gázcsoporttal (metánban gazdag nagy Wobbe számú gázok, fűtőérték 45,7-54,7 MJoule/m3) szembeni követelményeket ismerteti. Az általános földgázparaméterek után a földgáz cseppfolyósításának műszaki kérdéseit ismertetjük. A folyékony földgáz (LNG) –163°C-on cseppfolyósított gáz, amely színtelen, szagtalan, nem korrozív és nem mérgező, kriogén folyadék. A cseppfolyósított földgáz közlekedési szempontú felhasználásának egyik legfontosabb paramétere a metánszám (MN). A metánszám a motor kopogásos működésének jelenségével függ össze. A mértékét a kopogás létrejöttének megakadályozása határozza meg. Vizsgálataink rámutatnak arra, hogy az Európába importként érkező LNG minőségi összetétele, égéstechnikai jellemzői, metán száma (MN) és fizikai jellemzői, általában kielégítik a közlekedés követelményeit. Megítélésünk szerint az LNG közvetlen felhasználása a nagyteljesítményű szállítójárműveknél ajánlható. A harmadik részfejezetben bemutatjuk a gázkondicionálás technológiai elemeit. Ebben a fejezetben vázoljuk fel a cseppfolyósított földgázt előállító üzem általános felépítési vázlatát, valamint az üzemi rendszer főbb funkcionális egységeit. A gázkondicionáló üzemek közül a rugalmas, a modularitást kihasználó megoldásokra fókuszálunk. Ez a megoldás lehetőséget ad arra, hogy a műszaki fejlesztés és a hatékonyság valóban javuljon. Időközben a berendezések gyártói is igazodtak ehhez a felhasználói igényhez. A gáztisztítás folyamatának keretében bemutatjuk a folyékony dehidráló adszorpciós anyag, illetve a szilárd dehidráló adszorpciós anyag alkalmazásának technológiáját. Foglalkozunk továbbá a membrános leválasztás, valamint a kondenzáció elvén alapuló gáztisztítási technológiával is.


3

A gázkondicionálás után rátérünk a cseppfolyósítási technológiák vizsgálatára. Ismertetjük a hűtési ciklus legfontosabb jellemzőit és azok megvalósításának technikai eszközeit. A különböző technológiai megoldások közül az MR, a C-MR, az AP-X, a DMR, az SMR és a Conoco Philips kaszkád rendszerű földgáz cseppfolyósító eljárások kerülnek bemutatásra. A cseppfolyósítási technológiák megismertetése után az ötödik alfejezetben foglalkozunk részletesen a gázforrás típusához illeszkedő cseppfolyósító technológia szempontrendszerének kialakításával. A cseppfolyósító technológia kiválasztása komplex feladat. A probléma megközelítését, illetve áttekintését nagymértékben segítheti, ha a két legmeghatározóbb tényező alapján törekszünk a megoldásra. Az egyik ilyen meghatározó tényező a felhasználói oldalon felmerülő igény. Ez elsősorban az LNG felhasználás területein jelentkező mennyiségi igény nagyságával és annak időbeni alakulásával jellemezhető. A cseppfolyósító technológia kiválasztásának másik fontos befolyásoló tényezője a gázforrások sajátossága, típusa. A technológiák kiválasztása után foglalkozunk azok beruházási (CAPEX) és üzemeltetési (OPEX) költségeinek feltárásaival. Az LNG cseppfolyósítás fajlagos beruházási költségei a vizsgált időszakban igen széles skálán mozogtak. A fajlagos beruházási költség az egy év alatt 1 tonna LNG-re vetített beruházási költséget adja. A fajlagos beruházási költségek a 2000-es évektől egyfajta csökkenést mutattak. Ez a csökkenés a beépítendő technológiai elemek széles körben való elérésével volt indokolható. A hetedik alfejezetben a Magyarországon található kiskészletű földgáz és az inertes gáz alapú forrásokhoz igazodó szeparáló és cseppfolyósító technológia kiválasztásának módszereit vizsgáljuk meg. A hazai kiskészletű gázmezők hasznosításánál a small, mini és a nano nagyságrendbe eső megoldások lépcsőzetes kapacitásbővítést és szükség esetén viszonylag egyszerű áttelepítést tesznek lehetővé. Hazai vonatkozásban - többek között a kiskészletű gázmezők sajátosságaira tekintettel - mindenképpen az áttelepíthető építési mód mellett célszerű dönteni. A moduláris rendszerépítés általánossá vált, ami megkönnyíti a saját kivitelezést. A technológiai piacot megvizsgálva megállapítható, hogy a kis kapacitású földgáz cseppfolyósító üzemek megvalósítását ma már a témára szakosodott rendszer integrátorok végzik. Vizsgálatunk végeztével bemutatjuk azt a kínálati palettát, amelyre a konkrét fejlesztési, beruházási projekt elindulása esetén célszerű fókuszálni. Az utolsó alfejezet a biogáz tisztítás és cseppfolyósítás technológiáit hivatott áttekinteni a magyarországi alkalmazhatóság és adaptálhatóság szempontjai alapján. Azáltal, hogy a biogáz termelés és hasznosítás fejlesztése iránti igény csak az utóbbi években erősödött fel, a területet a jelen időszakban rendkívül erőteljes gazdasági és műszaki változások jellemzik. A földgáz és a biogáz fizikai és kémia tulajdonságainak nagymértékű egybeesése lehetővé teszi a földgáziparban már kiforrott technológiák elveinek, illetve tényleges megoldásainak adaptálását. Befejezésként átfogó képet adunk az elérhető biogáz tisztítási és cseppfolyósítási technológiákról.


Skangas 300.000 tpa földgáz cseppfolyósító üzeme, Risavika, Norvégia

4


5

TARTALOMJEGYZÉK TARTALOM JEGYZÉK 5 1.9.1. A szakirodalom áttekintése és kivonata 7 1.9.2. Gázminőség a közlekedés igényének megfelelően 16 1.9.2.1. Általános gázjellemzők, gáztörvények 16 1.9.2.2. Gázkeverékek 22 1.9.2.3. A gázkeverékek energetikai, tüzeléstechnikai jellemzői 23 1.9.2.4. A földgáz a CNG és LNG minőség, közlekedés szempontú problémáinak globális háttere 29 1.9.2.5. A földgáz felcserélhetőség, csereszabatosság 37 1.9.2.6. A földgáz felcserélhetőség, csereszabatosság ajánlott, illetve szabványosított értékei 43 1.9.2.7. A földgáz hajtóanyag minőségi és szabványosítási helyzete és követelményei Európában 55 1.9.3. Gázkondicionálás technológiai elemei 65 1.9.3.1. A gázkondicionálási technológia az LNG előállítás rendszerében 65 1.9.3.2. Nyers földgáz típusok és tipikus összetételük 67 1.9.3.3. Nyers földgáz előtisztítása a kútfej közvetlen közelében 68 1.9.3.4. A gázkondicionáló, tisztító rendszerek áttekintése 73 1.9.3.5. A gázkondicionálás, tisztítás fontosabb technológiái 75 1.9.3.6. A földgáz édesítése 76 1.9.3.7. Membrán szűréses technológia 84 1.9.4. Cseppfolyósítási technológiák 88 1.9.4.1. A földgáz cseppfolyósító üzemek kategorizálása 88 1.9.4.2. A hűtési ciklus főbb jellemzői 91 1.9.4.3. A földgáz cseppfolyóstó technológiák osztályozása 94 1.9.4.4. A földgáz cseppfolyóstó technológiák fontosabb alkotóinak és egységeinek jellemzői 97 1.9.4.5. A hűtőkeverék alkalmazásával működő földgáz cseppfolyósító technológiák összefoglaló áttekintése 105 1.9.4.6. Nitrogén expanziós ciklust alkalmazó LNG előállító technológiák 112 1.9.5. Gázforrás típusokhoz illeszkedő cseppfolyósító technológia kiválasztása 116 1.9.5.1. A cseppfolyósító technológia kiválasztásának általános problémái 116 1.9.5.2. Az LNG alkalmazási területei és felhasználási igény prognózisa 117 1.9.5.3. Az LNG igény lehetséges kielégítési módjai és forrásai 119 1.9.5.4. A technológiaválasztás általános döntést támogató módszere, komplex összemérés 121 1.9.6. A cseppfolyósító egységek beruházási és üzemeltetési költség mutatói 126 1.9.6.1. Az LNG cseppfolyósító vállalkozások ökonómiai aspektusai 126


6

1.9.6.2. Költségtani alapfogalmak 127 1.9.6.3. Az LNG üzemek beruházási költségeinek vizsgálata 146 1.9.7. Magyarország kiskészletű földgáz és inertes gáz alapú forrásaihoz alkalmazható szeparáló és cseppfolyósító technológia 156 1.9.7.1. Az LNG előállítás földgáz forrásaként kedvezőnek ítélt gázmezők főbb jellemzői 165 1.9.7.2. Rendezőelvek és döntési szempontok a hazai LNG üzem létesítéséhez 167 1.9.7.3. A hazai igényekhez illeszkedő gáztisztítási és cseppfolyósítási technológiák áttekintése 172 1.9.8. Biogáz alapú LNG forrásokhoz alkalmazható szeparáló és cseppfolyósító technológiák 181 1.9.8.1. Biogázon alapuló cseppfolyósító technológiák 181 1.9.8.2. A biogáz tisztító technológiák döntést megalapozó jellemzőinek áttekintése 186 1.9.8.3. A biometán cseppfolyósító technológiák döntést megalapozó jellemzőinek áttekintése 199 1.9.8.4. Kriogén alapú biogáz tisztító és cseppfolyósító technológiák döntést megalapozó jellemzőinek áttekintése 201 1.9.8.5. Néhány, referenciakén is számításba vehető LBG előállító üzemi megoldás 202 RÖVIDÍTÉSEK ÉS DEFINÍCIÓK 205 ÁBRA JEGYZÉK 207 TÁBLÁZAT JEGYZÉK 212


7

1.9.1. A szakirodalom áttekintése és kivonata

Ahhoz, hogy az LNG lehetséges hazai előállításához rendelkezésre álló technológiákat fel tudjuk mérni elengedhetetlen a gázok fizikai és kémiai tulajdonságának az ismerete. A szakirodalmi kutatásainkat ezért a gázok állapotváltozásainak vizsgálatával kezdjük el. Adott körülmények között a gáz tömege, nyomása, hőmérséklete és térfogata között meghatározott összefüggés áll fenn, és egyértelműen meghatározzák a gáz állapotát. Bármelyik tényező megváltozásának hatására megváltozik a gáz állapota. A térfogat csökkentésével nyomásnövekedés és felmelegedés következik be. A különböző hatásokra bekövetkező állapotváltozásokat az általános gáztörvények írják le ([1138] Natural gas: physical properties and combustion features, Le Corre Olivier and Loubar Khaled, 2009). Az ideális gázok molekulái tömegpontoknak tekinthetők. Az ideális gázok alkotómolekulái között kohéziós erő és belső súrlódás nem lép fel, így viszkozitás nulla. Feltételezzük, hogy a részecskék egymással és a tartályuk falával rugalmasan ütköznek ([1137] Gázjellemzők, Horánszky Beáta, ME Kőolaj és Földgáz Intézet, 2010, [1138] Natural gas: physical properties and combustion features, Le Corre Olivier and Loubar Khaled, 2009). A gáztörvények az ideális gáz állapotjellemzői, azaz a gáz abszolút hőmérséklete (T), nyomása (p) és térfogata (V) között határoznak meg matematikai összefüggéseket. Több gáztörvény összevonásával született meg az egyesített ideális gáztörvény ([1137] Gázjellemzők, Horánszky Beáta, ME Kőolaj és Földgáz Intézet, 2010). Bár a gáztörvények az úgynevezett ideális gázokra vonatkoznak, azok a gázipar számára is fontos támpontul szolgálnak a következők szerint: 

a gázok egyenlő térfogataiban azonos nyomáson és azonos hőmérsékleten azonos számú molekula van, illetve



a gázok azonos anyagmennyiségei azonos nyomáson és azonos hőmérsékleten egyenlő térfogatúak.

Az éghető gázoknál, illetve gázkeverékeknél, amely csoportba a földgáz, az LNG, a CNG, a biogáz is beletartozik, az energetikai, tüzeléstechnikai jellemzők kiemelkedően fontos szerepet játszanak. Energiaforrásként is ezeknek a jellemzőknek a felhasználásával végezzük a szóban forgó gázok értékelését, minősítését. A gázok fontosabb energetikai, tüzeléstechnikai jellemzői a következők: 

gázösszetétel,



relatív sűrűség,

1.9. LNG lehetséges hazai előállításához rendelkezésre álló technológiák 

égéshő vagy felső fűtőérték,



fűtőérték vagy alsó fűtőérték,



Wobbe-index,



gyulladási, öngyulladási hőmérséklet

8

Goffredo Wobbe olasz fizikus 1927-ben ([1150] The Wobbe Index and Natural Gas Interchangeability Application, Data Document, 2007), a következőket fedezte fel: A gázégők hő teljesítménye adott állandó nyomás és állandó nyílás mérete esetén arányos az időegység alatt égéstérbe beáramlott keverék térfogatával; Egy adott nyílás méret és állandó nyomás mellett az áramlási sebesség arányos a gáz relatív sűrűségével; A gáz fűtőértéke arányos a gázkeverék relatív sűrűségével. Az olaj után a földgáz is globális jelentőségű energiahordozóvá vált. A vele való zökkenőmentes kereskedésvilággazdasági jelentőségű. Miközben a fosszilis energiahordozók közül a szén és az olaj várható felhasználása csökkenő tendenciát mutat, a földgáz felhasználás folyamatosan növekszik ([1192] World Energy Outlook, OECD/IEA, 2011). A jelen időszakban a közlekedési szektorban éppen az energiaforrások tekintetében bontakozik ki egy távlatilag nagyon jelentős verseny. A kőolaj energiahordozó legjelentősebb hányadát benzin és gázolaj formájában a közlekedés használja fel. Egy fejlett ipari országban elérheti vagy meghaladhatja a 60%-ot. Ezt példázza az USA statisztikai adata, ahol ez az arány 2014-ben 69,8 % volt ([1146] Natural gas, Center for Climate and Energy Solutions Natural Gas, 2014). A földgáz minőségi előírásainak, szabványainak kimunkálásánál eddig a közlekedés szempontjai általában háttérbe szorultak. A közlekedési szektor az elmúlt időszakban csak igen kis felhasználóként volt jelen a földgáz piacon. A földgáz egyre jelentősebbé váló fosszilis energiahordozó, ami a közlekedésben is egyre növekvő szerepet kap. Az USA 2013. évi statisztikai adatai szerint az országos földgáz fölhasználásnak csupán 0,1 %-a esett, az egyébkén nagy energiafogyasztónak számító közlekedési szektorra ([1146] Natural gas, Center for Climate and Energy Solutions Natural Gas, 2014). A földgázt homokkő vagy mészkő formában megjelenő üledékes kőzetek tárolják. A tároló kőzetek jellemzői a porozitás és az áteresztő képesség (permeabilitás). A kitermelésnél a kútfejnél megjelenő gáz az úgynevezett nyers földgáz. Az olajkitermeléssel együtt megjelenő gázok az olajkísérő gázok. A kőzetekből magában kinyert gázt száraz földgáznak nevezzük.


9

Az LNG –163°C-on cseppfolyósított földgáz; színtelen, szagtalan, nem korrozív és nem mérgező, kriogén folyadék. Belélegzés esetén szédülést, nehézlégzés, vagy eszméletvesztést okoz. Az LNG a bőrfelületen fagyási sérülést idéz elő. Az LNG fontosabb fizikai jellemzői: 

Atmoszférikus nyomáson az LNG hőmérséklete -162°C,



Atmoszférikus nyomáson az LNG forráspontja 160-163°C,



1 liter LNG = 0,58-0,64 Nm³



A LNG sűrűsége az összetevőktől függően: 418-463 kg/m3



1 m3 of LNG atmoszférikus nyomáson 585-600 Sm³ (standard m3)



Az LNG gyulladási határa: 5-15 %-os levegő keveredésnél.

Az LNG technológia egyik lényegi jellemzőjét adják a célszerűen létrehozott halmazállapot váltások. A kitermelt és megtisztított gáz, az előnyös szállítás és tárolás végett először cseppfolyósításra kerül. A felhasználás fázisában ismét halmazállapot váltás következik be. Az újragázosítás helye és folyamata a felhasználás módjának függvénye. Az újragázosított LNG gázvezetékbe továbbítása általában az import termináloknál, nagyüzemi létesítményekben zajlik. Itt minőségi változtatás is történik, elsősorban az adott vezetékes gázrendszer szállítási és minőségi követelményeihez való igazodás érdekében. Ezen a ponton történik meg a szagosítás, illetve egyéb összetevők, például nitrogén vagy oxigén hozzáadása a gázkeverékhez. Az LNG hajtóanyagként történő felhasználásakor az újragázosítás, vagy a CNG töltőállomáson, vagy a jármű hajtóanyag ellátó rendszerében történik meg. Elvileg itt egyik esetben sem változik a gáz minősége, csak a fizikai jellemzők, a nyomás és a hőmérséklet változhat. A belsőégésű motorok működése szempontjából a földgáz hajtóanyag tulajdonságai közül kiemelkedően fontos a metánszám (MN). A metánszám a motor kopogásos működésének jelenségével függ össze. A mértékét a kopogás létrejöttének megakadályozása határozza meg. A földgáz hajtóanyagok metánszám jellemzője a benzinüzemű motoroknál ismert, oktánszámhoz hasonlítható. A kopogás jelenségét mindenképpen el kell kerülni, mert teljesítmény veszteséggel jár, és jelentős szerkezeti károsodást is okozhat. Az oktánszám meghatározásához hasonlóan, a metánszám esetén is két határérték összetevőt választottak. Ezek a hidrogén (MN=0) és a metán (MN=100) ([1197] Methane Fuels: European Automotive Fuel Quality and Standardization Requirements, Ulrich Kramer, et al., 2015). Az Európába importként érkező LNG minőségi összetétele, égéstechnikai jellemzői, metánszáma (MN) és fizikai jellemzői, általában kielégítik a közlekedés követelményeit. Az LNG közvetlen felhasználása a nagyteljesítményű szállítójárműveknél ajánlható. Az LNG


10

üzemanyag használata, a dízel üzemmel összehasonlítva, több kiegészítő előnnyel is jár ([1153], The Natural Choice, Cummins Westport, 2013, [1157] Methane Number and Fuel Composition, Vinod Duggal, 2001, [1160] Position paper on the impact of including methane number in natural gas regulation, MN-Position-Paper-GIIGNL, 2015, [1173] LNG Quality and Market Flexibityc Hallenges and Solutions, Yves Bramoullé, et al., 2015). Az LNG előállítása - az alapanyagként szolgáló földgáz minőségi összetételével és tisztaságával szemben - nagyon magas követelményeket támaszt. A követelmények kielégítését a komplex gázkondicionáló és gázkezelő folyamatok hivatottak biztosítani. A földgáz kondicionáló és kezelő technológiai rendszerre, az LNG előállítástól függetlenül is szükség van, hiszen a vezetékes gáz előállítása is igényli a minőségi követelményeknek megfelelő kezelést és tisztítást. A földgáz kezelés és tisztítás technológiájának és eszközeinek megválasztását a nyers földgáz mennyisége és minősége döntően meghatározza. A nyers földgáz összetétele rendkívül sok féle lehet ([1156] Methane number testing of alternative gaseous fuels, Martin Malenshek, Daniel B. Olsen, 2009). A nyers földgáz a szénhidrogéneken kívül különböző szilárd, cseppfolyós és gáz halmazállapotú szennyeződéseket is tartalmaz. Ezek azok az összetevők, amelyeket a földgáz kondicionálása, kezelése során minél teljesebben el kell távolítani. Ez a feladat azonban csak több lépésben hajtható végre. A kondicionáló és cseppfolyósító üzemek kialakítása nagyon sokféle lehet. Ez alapvetően, a naponta feldolgozandó nyers földgáz mennyiségétől és minőségi sajátosságaitól függ. Mint minden technológiafüggő területen, úgy itt is meghatározó, hogy mikor került kialakításra a létesítmény. Small- és nano méretben ma, a rugalmas, a modularitást kihasználó megoldások kerültek előtérbe. Ez lehetőséget ad arra, hogy a műszaki fejlesztés és a hatékonyság javítása, csak egy-egy funkcionális egység, korszerűbb megoldással történő lecserélésével valósuljon meg. A berendezések gyártói is igazodtak ehhez a felhasználói igényhez. Az LNG előállítási technológiák fejlesztésében és megvalósításában jelentős szerepet játszó nemzetközi cégek, illetve cégcsoportok között, a következők említhetők: 

Linde, Linde Group;



Air Products and Chemicals, Inc.;



Chart Industries, Inc.;



Shell, Inc.;



Conoco-Phillips Company;



Siemens;



Joule Processing, LLC.


11

A világ LNG előállításának zöme azokkal a technológiákkal történik, amelyeket a felsorolt cégek fejlesztettek ki, szabadalmaztattak, vagy saját know-how formájában jelentettek meg. Mivel a nagyüzemi termelésben évtizedeken keresztül az LNG termelő vonalak (trains) kapacitás növelésének igénye és trendje érvényesült, a technológia fejlesztői, szállítói ehhez igazodtak. Így a kimunkált földgáz cseppfolyósító eljárások, módszerek és eszközök többsége is a nagyüzemi termelésnek felelnek meg leginkább ([494] LOWERING LNG UNIT COSTS THROUGH LARGE AND EFFICIENT LNG LIQUEFACTION TRAINS – WHAT IS THE OPTIMAL TRAIN SIZE?, Anthony Eaton, 2004, [495] LNG industry trends, Deloitte, 2015). Az LNG előállító üzemek méret szerinti kategorizálása, nem teljesen egységes. A szakma a méret jellemzésére a napi, vagy az éves LNG termelés nagyságát használja. A szokásos mértékegységek a t/nap, (tpd), gallon/nap (gpd, gyakorta gázolaj energia egység), illetve millió tonna/év (MMt/y). A nagyságrend behatárolása azért fontos, mert egy adott földgáz cseppfolyósító technológia alkalmazhatósága és hatékonysága szorosan összefügg az LNG termelő kapacitás nagyságával, adott LNG termelő kapacitású üzemben, műszaki és gazdaságossági okokból csak a megfelelően illeszkedő cseppfolyósítási technológia alkalmazható. A földgáz cseppfolyósítása igen jelentős mennyiségű energiát igényel. A cseppfolyósítás, csak energia veszteségek árán valósítható meg. Ezért alapvető érdek fűződik ahhoz, hogy a folyamatban minél kisebb legyen az energiaveszteség. A földgáz cseppfolyósítás folyamatának tervezésénél és a megvalósított rendszerek üzemeltetésénél az egyik fő szempont a minél jobb energiahatékonyság elérése. Természetesen ehhez a biztonság és a gazdaságosság szempontjai is szorosan kapcsolódnak. A földgáz cseppfolyósítás egyik sajátossága, hogy a kívánt hűtési hőmérséklet elérését hűtőkeverékek alkalmazásával valósítják meg. A szakma ezt a technológiát az MR (Mixed Refrigerant) rövidítéssel illeti. Az LNG előállításában a hűtőkeverékek alkalmazása meghatározott jelentőségű. A lehetséges hűtőkeverékek, és az alkalmazható technológiai eszközök sokasága miatt, az MR, a közös alapelvet alkalmazó technológiák halmazának megjelölésére szolgál. Jelenleg a cseppfolyósított földgáz mennységének mintegy 90%-át az MR technológia alkalmazásával állítják elő. A LNG ipar legfontosabb szereplői mind kidolgozták és szabadalmaztatták a saját cseppfolyósítási technológiájukat. Az alap megoldásoknak számos módosított változata kerül alkalmazásra ([472] Brayton refrigeration cycles for small-scale LNG, ROBERTS, M., Gulf Publishing Company, 2015). Mindegyik technológiára jellemző, hogy meghatározott termelési méretnagyság tartományban alkalmazható hatékonyan. A különböző hűtőkeverékes (MR) cseppfolyósító technológiák a legelterjedtebbek. Ezek a nagyobb termelőkapacitású üzemek, illetve termelő vonalak számára lettek kimunkálva, ezért a nano és mikro méretek mellett vagy nem használhatóak, vagy alkalmazásuk nem hatékony ([479] Look at a number of liquefaction processes for FLNG facilities, Bukowski, J. D. ,LNG Industry, 2014).


12

Az LNG előállítás minden termelés kapacitási nagyságrendjében, a kompresszorok energiafogyasztása az egyik legnagyobb költséghányad. A veszteségek csökkentésében is általában ezen a területen adódik a legnagyobb lehetőség. Az LNG iparban elsősorban a centrifugál és axiál kompresszorokat használják. Ritkábban a dugattyús kompresszorok alkalmazása is előfordul. A kiskapacitású üzemeknél az egy kompresszoros, többfokozatú, centrifugális konstrukciók mutatkoznak a legelőnyösebbnek ([1110], REFRIGERATION COMPRESSORS FOR SMALL SCALE LNG, David Grabau, Cameron Process and Compression Systems, 2012). A cseppfolyósító technológia kiválasztása komplex feladat. A probléma megközelítését, illetve áttekintését nagymértékben segítheti, ha a két legmeghatározóbb tényező alapján törekszünk a megoldásra. Az egyik ilyen meghatározó tényező a felhasználói oldalon felmerülő igény. Ez elsősorban az LNG felhasználás területein jelentkező mennyiségi igény nagyságával és annak időbeni alakulásával jellemezhető. A cseppfolyósító technológia kiválasztásának másik fontos befolyásoló tényezője a gázforrások sajátossága, típusa. A nagyüzemi technológiára alapozott cseppfolyósítás ökonómiai mutatóit megvizsgálva megállapítható, hogy a projekt csak akkor rentábilis, ha akkora gázmezőt találnak ami legalább 30 évre ellátja a cseppfolyósító üzemet. Az értéklánc elemei tág költséghatárok között mozognak. Egy zöldmezős beruházás, azaz új cseppfolyósító üzem építése során egymilliárd köbméternyi kapacitás 500 millió dollárnál kezdődik. Meglévő létesítmény bővítése a méretgazdaságosságból adódóan olcsóbb; egymilliárd köbméternyi kapacitás 200-400 millió dollárba kerül. A visszagázosító üzem létesítése relatíve olcsóbb, így várhatóan gyorsuló ütemben fognak szaporodni a világban az import terminálok ([1161], Few transportation fuels surpass the energy densities of gasoline and diesel, Energy Information Administration, 2014). A 2000-2012 között létesített cseppfolyósító üzemek beruházási költségeinek összehasonlítása ugyanakkor nem egyszerű feladat. Csak nagyvonalú kísérlet tehető arra, hogy az egyes költségmutatókat közös nevezőre hozzuk. A beruházások egyedi jellege, valamint a beruházók igénye szabja meg a végleges beruházási költségek nagyságát. Költségtervezéskor figyelembe kell venni a pénz időértékének változását, akár inflációs, akár – a jövőben megtapasztalható – deflációs hatásról beszélünk. A beruházási költségeket tovább bontva megállapítható, hogy a költségek 10 %-át a gázelőkészítő berendezések telepítési költségei teszik ki. A cseppfolyósító és visszahűtő technológia a teljes beruházási költség 42 %-át, míg a szállítási, tárolási és biztonsági segédberendezések a teljes bekerülési költség 47 %-át adják. A beruházási költségek költségkategóriánként vizsgálatából kitűnik, hogy a teljes beruházási költség 50 %-a anyagjellegű költség. Idetartoznak mindazon gépek, berendezések, technológiai elemek, amelyek a gáz előkezelését, cseppfolyósítását és a folyékony kriogén gáz tárolását szolgálják. Általános megállapításként elmondható, hogy a kriogén hőcserélők, a cseppfolyósító kompresszorok (és azok hajtásai) területén korlátozott verseny alakult ki a General Electric


13

vezetésével. Ugyanakkor nagy erőfeszítéseket tesz a Siemens és a Rolls-Royce is a versenybe való beszálláshoz. A beruházás tervezésikivitelezési projektmenedzsment költsége 40 % ([461] LNG Plant Cost Escalation, B. Songhurst, The Oxford Institute for Energy Studies, 2014). 2010-től az LNG egységárai meglehetősen széles tartományt öleltek fel. Az amerikai piacon 4,50 $, az európai elosztó állomásokon 8 – 11 $, míg az ázsiai piacokon (erősen függve az olajártól) elérte a 15 $-t MMBTU-nként (British Thermal Unit; 1 MMBTU=293kWh; kb. 28,26 Nm3 földgáz). Meg kell azonban jegyezni, hogy LNG esetében az árnak tükröződnie kell az LNG minőségében. 2013-ban az LNG egységárai még elég nagyfokú szórást mutattak ([473] Liquefaction Technology, Chiyoda Corporation, 2012). Magyarországon az LNG igény kielégítésének egyik módja a hazai gyártás megteremtése lehet. Földgázforrásként a kiskészletű gázmezők szolgálhatnak. Egy-egy mező kimerülése miatt a LNG előállító rendszernek az élettartama alatt szükségessé válhat egy vagy többszöri áttelepítése. Mivel a különböző gázmezőkön kitermelhető földgáz minősége eltérő lehet, ugyanakkor a cseppfolyósító számára az alábbi gázminőségi követelményeket mindenütt ki kell elégíteni, ezért a moduláris konstrukció előnye elvitathatatlan. Egy hazai cseppfolyósító üzem megvalósítása lényegében két módon történhet. Az egyik lehetőség, hogy a rendszer fő alkotó egységei külön- külön kerülnek beszerzésre a legkedvezőbbnek ítélt gyártótól, illetve szállítótól. Az összeillesztési, csövezési, üzembe helyezési munkálatok pedig itthoni vállalkozók közreműködésével valósulnak meg. Ennek a megoldásnak lehetnek költség előnyei, de a hazai tapasztalatok hiánya miatt a kockázat meglehetősen magas, amit magas fokú gyártó oldali mérnöki támogatással lehet enyhíteni. A moduláris rendszerépítés ugyan teljesen általánossá vált, ami egy saját kivitelezést kétségtelenül megkönnyíthet. Nemzetközi szinten mégis az látszik a leggyakoribbnak, hogy a kis kapacitású földgáz cseppfolyósító üzemek megvalósítását is a témára szakosodott rendszer integrátorok végzik. Tehát egy hazai LNG előállító üzem létrehozásánál az úgynevezett kulcsrakész beruházási forma látszik célszerűbbnek. A modularitás előnyei ebben a kivitelezési formában is érvényesülhetnek. Megismerve a magyarországi lehetőségeket, illetve gázpiaci igényeket a következő megállapítások tehetők: A hazai közlekedés LNG igénye, 2017 és 2018 éveket követően, öt év alatt, várhatóan 8 t/nap mennyiségről 125 t/nap mennyiségre növekszik. Az igény egyik lehetséges kielégítési módja hazai LNG termelő bázis kialakítása. A hazai igények mini és/vagy nano termelőkapacitás kategóriába tartozó, moduláris elven felépülő rendszerrel megoldható. A kapacitásbővítést lépcsősen célszerű megvalósítani.


14

A LNG előállító rendszernek áttelepíthetőnek kell lenni. Az áttelepítés a gázforrás, illetve a gázjellemzők változásával járhat. Ezért a rendszer gázkondicionáló, gáztisztító egységének flexibilisnek és változtathatónak kell lenni. A hazai kiskészletű gázmezők közül néhány felhasználható az LNG termelés forrásaként. Az LNG termelő üzemet kulcsrakész import alapján célszerű megvalósítani. A biogáz cseppfolyósításának igénye és lehetősége is a változások által generált, viszonylag új területek közé sorolható. A földgáz és a biogáz fizikai és kémia tulajdonságainak nagymértékű egybeesése lehetővé teszi a földgáziparban már kiforrott technológiák elveinek, illetve tényleges megoldásainak az adaptálását. Ennek természetesen vannak jelentős korlátai. Az egyik jelentős különbség a két terület között a források hozamának nagyságából adódik. A biogáz források hozama általában lényegesen kisebb a földgázforrásokénál. A forrástípusok gázminősége és hozama jelentősen eltérhet egymástól, amit a tisztítási és cseppfolyósítási technológiák kiválasztásánál mindenképpen figyelembe kell venni. A szakirodalomban viszonylag kis számban található összehasonlító vizsgálat források különbözőségére. A Svéd Gáz Központ (SGC, Swedish Gas Centre) vizsgálati adatai mértékadónak tekinthető ([307] Production of liquid biogas, LBG, with cryogenic and conventional upgrading technology, Nina Johansson, 2008). A biogáz/biometán cseppfolyósítására is több technológiai megoldás kínálkozik. Ezek egy része szintén a földgáz cseppfolyósításban kiforrott technológiák adaptációja. Kifejlesztésre kerültek azonban olyan megoldások, amelyek csak a biogáz alkalmazási területéhez kötődnek. Erre példa a Scandinavia GtS biogáz-tisztító és cseppfolyósító rendszer. A biogáz szeparáló technológiák gyártói és fejlesztői a világon mindenhol kisüzemi keretekhez igazodnak, emiatt a hazai fejlesztések előkészítésénél, döntéseknél csaknem valamennyi technológia figyelembe vehető. A lehetőségek tanulmányozása során sajnos meg kell állapítani, hogy a szakirodalomban, illetve a termékismertetőkben található adatok sokszor nehezen összehasonlíthatóak. Ennek okai között még az időbeni eltérés is megjelenik, mivel a dinamikusan változó területen a gazdaságossági és a műszaki adatok is gyorsan változnak ([1133], Overview of biogas technologies for production of liquid transport fuels, Laura Bailón Allegue, Jørgen Hinge, Danish Technological Institute, 2012). A kiskategóriás cseppfolyósító rendszerek nyitott ciklusú Brayton elven működő, expanziós rendszerek. A hűtőközeg nitrogén, ritkábban nitrogén és metán keverék. A gyártók részéről többféle törekvés tapintható ki. Az egyik az igények sokféleségéhez igazodó méret skála kialakítása és kínálata. Erre példa a WSCE MiniLNG három teljesítmény nagyság kínálata. A másik törekvés a kisméretű, mozgatható biogáz cseppfolyósító egységek kialakítása. Erre példa a korábbiakban már bemutatott “Mobile LNGTM” (LNG Go), a MiniLNGTM – Hamworthy és Galilleo Cryobox gyártmányok. Bármelyik technológiát is adaptáljuk mindenekelőtt számos


15

körülményt figyelembe vevő műszaki-ökonómiai értékelést kell készíteni ([1132] LNG plants mini and small scale liquefaction technology, Wärtsilä, 2016).


16

1.9.2. Gázminőség a közlekedés igényének megfelelően 1.9.2.1. Általános gázjellemzők, gáztörvények 1.9.2.1.1. Gázállapotjelzők A gázok egy különleges halmazállapot képviselnek. Az egymástól viszonylag nagy távolságokra lévő gázatomok, illetve gázmolekulák a rendelkezésre álló teret kitöltik. A gázokat leíró fizikai és kémiai jellemzők és mennyiségek három nagy csoportba sorolhatók, ezek a következők: 

állapotjelzők,



anyagjellemzők, anyagminőség,



hő - illetve égés- és tüzeléstechnikai jellemzők.

További fontos jellemzők: 

az élettani hatás,



a környezetre gyakorolt hatás,



korrozív jellemzők.

A gázok fizikai állapotát többféle jellemző kölcsönhatása határozza meg.

A gázok állapotát egyértelműen leíró fizikai mennyiségek, az úgynevezett állapotjellemzők

Állapotjelzők és szokásos jelölésük: 

nyomás (p)



térfogat (V)



hőmérséklet (t),



anyagmennyiség (n)



tömeg (m)


17

Adott körülmények között a gáz tömege, nyomása, hőmérséklete és térfogata között meghatározott összefüggés áll fenn, és egyértelműen meghatározzák a gáz állapotát. Bármelyik tényező megváltozásának hatására megváltozik a gáz állapota. Például térfogatcsökkentés esetén nyomásnövekedés és felmelegedés következik be. A különböző hatásokra bekövetkező állapot változásokat az általános gáztörvények írják le. [1138] Natural gas: physical properties and combustion features, Le Corre Olivier and Loubar Khaled, 2009.

1.9.2.1.2. Általános gáztörvények Az ideális gázok molekulái tömegpontoknak tekinthetők. Az ideális gáz alkotómolekulái között kohézióserő és belső súrlódás nem lép fel, így viszkozitás nulla. Feltételezzük, hogy a részecskék egymással és a tartályuk falával rugalmasan ütköznek. [1137] Gázjellemzők, Horánszky Beáta, ME Kőolaj és Földgáz Intézet, 2010, [1138] Natural gas: physical properties and combustion features, Le Corre Olivier and Loubar Khaled, 2009. A gáztörvények az ideális gáz állapotjellemzői, azaz gáz abszolút hőmérséklete (T), nyomása (p) és térfogata (V) között határoznak meg matematikai összefüggéseket. Több gáztörvény összevonásával született meg az egyesített ideális gáztörvény ([1137] Gázjellemzők, Horánszky Beáta, ME Kőolaj és Földgáz Intézet, 2010), amit a következő összefüggés ír le:

Az Avogadro-törvényt felhasználásával a tökéletes viselkedésű gázokra érvényes egyetemes, vagy általános gáztörvény fogalmazható meg matematikai formában ([1138] Natural gas: physical properties and combustion features, Le Corre Olivier and Loubar Khaled, 2009), a következők szerint:

ahol SI mértékegységet használva 

p = a nyomás pascalban



V = a térfogat m³-ben



n = a gáz kémiai anyagmennyisége mol-ban



R = az egyetemes gázállandó (8,314 J/mol.K)



T = az abszolút hőmérséklet kelvinben.


18

Az anyagmennyiség egyértelmű meghatározásához az adott rendszer egynemű elemi részecskéinek (például atomok vagy molekulák) számát használhatjuk fel. Az anyagmennyiség így származtatott egysége a mól, amelynek a definíciója a következő:

A mól annak a rendszernek az anyagmennyisége, amely pontosan annyi egységet (atomot, vagy molekulát tartalmaz, mint amennyi atom 12 gramm tiszta C-12 szénizotópban van. A mól az anyagmennyiség mértékegysége, egyike az SI alapegységeknek. A definiált anyagmennyiség jele n, a mértékegységének neve pedig a mól. Egy adott esetben az elemi egység fajtáját meg kell adni, például azt, hogy atomról vagy molekuláról van szó. Bármely anyag egy mólnyi anyagmennyisége mindig ugyanannyi számú elemi egységet tartalmaz, vagyis bármely anyag mólnyi mennyiségében

elemi egység van. Ezt a számot Avogadro állandónak nevezzük. Az egyetemes gázállandó:

A moláris tömeg (mol tömeg) az adott anyag, például gázminta tömegének (m) és anyagmennyiségének (n) hányadosa. Mértékegysége a g/mol, vagy kg/mol.

mm 

m n

A moláris térfogatot (mol térfogatot), az adott anyag, például gázminta térfogatának (V) és anyagmennyiségének (n) hányadosa. Mértékegysége a m3/mol.

Amennyiben két különböző gáz azonos állapotban van, akkor a moláris térfogatuk megegyezik. Tehát a moláris térfogat az anyagi minőségtől független. Avogadro törvénye: A gázok azonos térfogataiban azonos a molekulák száma, ha az állapotjelzőik is megegyeznek.


19

Bár a gáztörvények az úgynevezett ideális gázokra vonatkoznak, azok a gázipar számára is fontos támpontul szolgálnak a következők szerint: 

a gázok egyenlő térfogataiban azonos nyomáson és azonos hőmérsékleten azonos számú molekula van, illetve



a gázok azonos anyagmennyiségei azonos nyomáson és azonos hőmérsékleten egyenlő térfogatúak.

A gáziparban döntő mértékben nem ideális gázkeverékek fordulnak elő. Ennek ellenére az az alapvető gáztörvény, amely szerint azonos állapot esetén a moláris térfogat az anyagi minőségtől független itt is érvényes. Tehát a gázkeverékek összetételének jellemzésére az összetevők mol tárfogat százalékban történő megadása az egyik korrekt megoldás. Ugyanannak a gázmennyiségnek a térfogata a nyomás és a hőmérséklet függvényében jelentősen változik, ezért az egyértelműség és az adatok összehasonlíthatósága érdekében a gázok térfogatát az úgynevezett normálállapotra vonatkoztatva célszerű megadni.

A gázok normál állapotát a normál hőmérséklet és a normál nyomás jellemzi. tn=0 °C; T0=273,15 °K; pn=101,325 kPa

A műszaki világban fontos a szabványos megoldást alkalmazni. Ez az SI mértékrendszerben a gázok térfogatának megasásánál a normál köbméter (Nm3), illetve a standard köbméter (Sm3) mértékegységek használatát jelenti.

Normál köbméter: 3

1 Nm =1 köbméter gáz térfogata 15 Celsius-fokon, 1,01325 bar légköri nyomáson Standard köbméter: 3

1 Sm =1 köbméter gáz térfogata 0 Celsius-fokon, 1,01325 bar légköri nyomáson

1.9.2.1.3. A reális gázok főbb jellemzői A reális gázok viselkedése eltér az ideális gázok viselkedésétől. Az eltérés mértéke a nyomás és a hőmérséklet viszonyoktól függ. Az eltérő viselkedés fő okai a következők: 

A reális gázok alkotó részecskéi nem ideális tömegpontok, azaz van kiterjedésük, közeg térfogatuk.



Az alkotó részecskék között kölcsönhatás érvényesül.


20

Az atomok vagy molekulák nem rugalmasan ütköznek.

A reális gázok fontos jellemzője a kompresszibilitási tényező. Jele: Z (mértékegység nélküli szám). Z

pV RT

A Z értéke a reális gáz eltérését mutatja az ideális gáztörvénytől. Az ideális gáz esetén Z=1, vagyis: pV=RT. http://garfield.chem.elte.hu/Turanyi/oktatas/fizkem_csomag/TT1_gazok.pdf A kompresszibilitási tényező értéke gázonként különböző. Az eltérések mértékét a nyomás és a hőmérséklet is befolyásolja. Az LNG és CNG, biogáz szempontjából a metán kompresszibilitási tényezőjének alakulása vehető mérvadónak, ami az 1. ábrán látható ([1137] Gázjellemzők, Horánszky Beáta, ME Kőolaj és Földgáz Intézet, 2010, [1138] Natural gas: physical properties and combustion features, Le Corre Olivier and Loubar Khaled, 2009). Néhány gáz egyedi gázjellemzőjét (R) az 1. táblázat mutatja.

1. ábra: A kompresszibilitási tényező változása Forrás: http://en.citizendium.org/wiki/Compressibility_factor_%28gases%29


21

1. táblázat: Néhány gáz egyedi gázjellemzője (R)

Forrás: http://www.engineeringtoolbox.com/individual-universal-gas-constant-d_588.html A gázjellemzők, így a kompresszibilitási tényező (Z) is számos gyakorlati feladat megoldásánál felhasználásra kerül. Példaként a térfogat korrekciós tényező meghatározására szolgáló mérés említhető. Ennél a mérési feltételek mellett mért gáz térfogatból a referencia (gázipari normálállapot) feltételekre korrigált térfogat meghatározására kerül sor. Az adott helyen a gáznyomás (Pm), a hőmérséklet (Tm) és a gáz-térfogat (Vm) műszeres mérésére kerül sor. A feladat, hogy a mért térfogatot korrigáljuk referencia feltételek melletti gázipari normál térfogattá az EN 12405 szabvány szerint. A korrekció a következő összefüggés felhasználása révén valósítható meg.

Vb 

P  Tb  Z b  Vm  C  Vm Pb  Tm  Z

ahol: • Vm = Mérési feltételek mellett mért térfogat • Vb = Referencia (gázipari normálállapot) feltételekre korrigált térfogat • Tm =Gáz hő mérséklete mérési feltételek mellett • Tb = Referencia (abszolút) hőmérséklet • Pm = Gáz abszolút nyomása a mérési feltételek mellett • Pb = Referencia abszolút nyomás


22

• Z = Gáz kompresszibilitási tényezője a mérési feltételek mellett • Zb = Gáz kompresszibilitási tényezője referencia feltételek mellett • C = Korrekciós faktor

1.9.2.2. Gázkeverékek [1137] Gázjellemzők, Horánszky Beáta, ME Kőolaj és Földgáz Intézet, 2010, [1141] Union Gas, 2011, [1151] Gas Quality Specification, EASEE-gas, 2010. A gázkeverékek megnevezése angolul: gas mixture; németül: Gasgemisch A földgáz, a sűrített földgáz (CNG), a biogáz reális gáz, mindegyik több összetevőből álló gázkeverékek. A gáztörvények a gázkeverékekre is alkalmazhatóak.

pV = mm Gm T ahol p = a gázkeverék abszolút nyomása (N/m2, lb/ft2) V = a gázkeverék térfogata (m3, ft3) mm = a gázkeverék tömege (kg, lb) G = a speciális gázállandó (J/kg K, ft lb/slugs oR) (the individual gas constant) T = a gázkeverék abszolút hőmérséklete (oK, oR)

1.9.2.2.1. A gázkeverék tömegének számítása:

Mm = m1 + m2 + .. + mn ahol m1 + m2 + .. + mn = az egyes alkotó komponensek tömege

1.9.2.2.2. A gázkeverék gázállandójának számítása

Gm = (G1 m1+ G2 m2 + .. + Gn mn) / (m1 + m2 + .. + mn )


23

1.9.2.2.3. A gázkeverék sűrűségének számítása [1137] Gázjellemzők, Horánszky Beáta, ME Kőolaj és Földgáz Intézet, 2010, [1138] Natural gas: physical properties and combustion features, Le Corre Olivier and Loubar Khaled, 2009 [1183] The Physical Universe, Krauskopf. K.B. et al., 2007.

ρm = (ρ1 V1 + ρ2 V2 + .. + ρn Vn) / (V1 +V2 + .. + Vn ) ahol ρm = a gázkeverék sűrűsége (kg/m3, lb/ft3), ρ1 .. ρn = a gázkeverék komponenseinek a sűrűsége (kg/m3, lb/ft3), v1 + v2 + .. + vn = a gázkeverék komponenseinek térfogata (m3, ft3). A fajhő a hőmérséklettől függő anyagjellemző, ami az anyag egységnyi tömegének 1°K hőmérséklet-változatásához szükséges hőenergia. Jele: c; mértékegysége: J/kgK. Gázkeverékek fajhője az alkotók fajhőinek és az alkotók tömeg szerinti viszonyszámának ismeretében számolható ki:

ahol ci = a gázkeverék alkotóinak fajhője; si = az alkotók tömeg szerinti viszonyszáma. A gáztechnikában szükséges megkülönböztetnünk állandó nyomáson (cp), illetve állandó térfogaton mért fajhőt (cV). A két jellemző közötti összefüggések írhatók fel: cp - cV = Rs (specifikus gázállandó); cp / cV = κ (mól hő viszony).

1.9.2.3. A gázkeverékek energetikai, tüzeléstechnikai jellemzői Az éghető gázoknál, illetve gázkeverékeknél, amely csoportba a földgáz, az LNG, a CNG, a biogáz is beletartozik, az energetikai, tüzeléstechnikai jellemzők kiemelkedően fontos


24

szerepet játszanak. Energiaforrásként is ezeknek a jellemzőknek a felhasználásával végezzük a szóban forgó gázok értékelését, minősítését.

A gázok fontosabb energetikai, tüzeléstechnikai jellemzői a következők: 

gázösszetétel,



relatív sűrűség,



égéshő vagy felső fűtőérték,



fűtőérték vagy alsó fűtőérték,



Wobbe-index,



gyulladási, öngyulladási hőmérséklet

A gáz alkotóinak energetikai, tüzeléstechnikai jellemzői jelentősen eltérnek vagy eltérhetnek. Ezért a gáz összetétele egyik meghatározó jellemzőnek kell tekinteni. Meghatározása az adott, szennyező anyagoktól mentes gázkeverék, kémiailag egynemű alkotóinak térfogataránya vagy térfogatszázaléka alapján történik. Mértékegysége: tf%, m3/m3. Az összetevők részarányát mérés útján lehet meghatározni. A gázminőség, a gázösszetétel meghatározására a gázkromatográfok igen széles választéka áll rendelkezésre, amint azt az 2. ábra, példaként szemlélteti. A mérőkészülékek választékában megtalálhatók laboratóriumi, ipari, szolgáltatási, stabil vagy hordozható kialakítások. Az újabb megoldások a számítógéphez, illetve a mérőhálózathoz kapcsolás lehetőségét is biztosítják.

2. ábra. A gázok minőségi jellemzőinek mérésére, a mérőeszközök széles választéka áll rendelkezésre


25

1.9.2.3.1. Relatív sűrűség A relatív sűrűség az adott állapotú gáz vagy gázkeverék és ugyanazon állapotú levegő sűrűségének hányadosa:

ahol ρkev = az adott gáz vagy gázkeverék sűrűsége ρlev = a levegő sűrűsége (1,2928 kg/m³) Az állapottól független számérték jelölése: d, mértékegysége: Egy keverék relatív sűrűsége az alkotóinak relatív sűrűségéből számítható a következők szerint: n

d kev   ri di i 1

ahol di = egyes alkotók relatív sűrűsége ri = a keverék alkotóinak térfogataránya.

1.9.2.3.2. Az égéshő vagy felső fűtőérték Az energiaforrások egyik fontos jellemzője, ami a hajtó és tüzelőanyagok energiatartalmának mérőszáma. A gáz energiahordozókra vonatkozóan a jellemző definíciója a következő: Égéshő vagy felső fűtőérték (Hs) (GCV; Gross Calorific Value; HHV; Higher Heating Value) Az a hőmennyiség, amely normál-állapotú gáz egységnyi mennyiségének levegő (vagy oxigén) jelenlétében történő tökéletes elégésekor felszabadul, ha az égéstermékek a kiindulási hőmérsékletre hűlnek le, és a keletkezett víz, cseppfolyós halmazállapotban van jelen. Mértékegysége: kJ/Nm³ vagy MJ/Nm³; kJ/kg; kJ/mol

A definícióval összhangban a gáz és a levegő hőmérséklete az elégetés előtt és az égéstermékek hőmérséklete az elégetés után egyaránt 20°C. Továbbá tüzelőanyag


26

széntartalma szén-dioxiddá a kéntartalma kén-dioxiddá ég el, és a tüzelőanyag és a levegő eredeti nedvességtartalma és a hidrogén elégetéséből származó víz az elégetés után 20°C-on cseppfolyós halmazállapotú ([1137] Gázjellemzők, Horánszky Beáta, ME Kőolaj és Földgáz Intézet, 2010, [1138] Natural gas: physical properties and combustion features, Le Corre Olivier and Loubar Khaled, 2009). Az energiahordozók megfelelő hőmérsékleten, a levegő oxigénjével történő egyesítésükkor jelentős hő szabadul fel. Az égéskor felszabaduló hőmennyiség egysége: Joule (J, kJ, MJ). Az égés intenzitás jelző faktora a hőmérséklet, egysége: Kelvin (K) vagy Celsius-fok (°C).

1.9.2.3.3. A fűtőérték vagy alsó fűtőérték A jellemző definíciója az energiaforrásként szolgáló gázokra a következő: Fűtőérték vagy alsó fűtőérték (Hi) (NCV; Net Calorific Value; LHV; Lower Heating Value) Az a hőmennyiség, amely normál-állapotú gáz egységnyi mennyiségének levegő (vagy oxigén) jelenlétében történő tökéletes elégésekor felszabadul, ha az égéstermékek a kiindulási hőmérsékletre hűlnek le, és a keletkezett víz, gőz halmazállapotban van jelen. Mértékegysége: kJ/Nm³ vagy MJ/Nm³; kJ/kg; kJ/mol

A két definíciókból következik: HI =HS – víz párolgáshője Gyakorlati ökölszabályként felírható:

Mindkét jellemző a gázkeverékek esetében az egyes alkotókra vonatkozó mennyiségekből számítható a keveredési szabály szerint:

ahol ri = a keverék alkotóinak térfogataránya; HSi, HIi = a keverék alkotóinak égéshője, illetve fűtőértéke.


27

1.9.2.3.4. Wobbe index (WI) Goffredo Wobbe olasz fizikus 1927-ben a következőket fedezte fel ([1150] The Wobbe Index and Natural Gas Interchangeability Application, Data Document, 2007): 

A gázégők hő teljesítménye adott állandó nyomás és állandó nyílás mérete esetén arányos az időegység alatt égéstérbe beáramlott keverék térfogatával;



Egy adott nyílás méret és állandó nyomás mellett az áramlási sebesség arányos a gáz relatív sűrűségével;



A gáz fűtőértéke arányos a gázkeverék relatív sűrűségével.

A földgáz iparban a gázok minőségének, illetve a csereszabatosságuk, felcserélhetőségük, (interchangeability) meghatározásában a Wobbe indexnek kitüntetett szerepe van. A gázellátásban, a gázkereskedelemben fontos minőségi indikátorként használják. Segítségével a különböző összetételű gázok elégetésével megvalósuló energiatermelés összehasonlítható. Wobbe index (WI) A WI az adott felületen és nyomáson az égetőeszközbe beáramló gázkeverék által termelt fajlagos hőmennyiség mértéke. Mértékegysége: kJ/Nm³; kJ/kg; kJ/mol Értékét, - a megadott referencia körülmények mellett, - a felső fűtőérték és a relatív sűrűség négyzetgyökének hányadosa adja:

WI 

Hs d

Definíciója a következő: A különböző földgáz keverékek egységnyi mennyiségének a hő bevitele, azonos nyomáson, ugyanakkora, ha a Wobbe indexük értéke megegyezik. Az ISO 6976 szabvány a földgáz összetétele alapján határozza meg fűtőérték, a sűrűség, a relatív sűrűség és Wobbe index számítási módját ([1191] Building components and building elements. Thermal resistance and thermal transmittance, EN ISO 6946:2007). Már itt jelezzük, hogy a közlekedésben, a földgáznak a belsőégésű motorok üzemanyagként történő felhasználásánál a Wobbe - index értéktartományára vonatkozóan szigorú megkötések vannak. A Wobbe index meghatározás egyik lehetséges elve a katalitikus égetés utáni oxigén maradék meghatározása. A Hobré Instruments által kifejlesztett mérőberendezés is ezt az elvet alkalmazza ([1190] Wobbe Index and Calorimeters, Hobre Instruments). A működés vázlatát a 3. ábra szemlélteti. Egy kis minta áramlás folyamatosan száraz levegővel keveredik, állandó arányban. Ez az arány a minta gázösszetételétől függ, amit esetenként meg kell határozni.


28

A gáz-levegő keverék egy elektromos fűtésű katalitikus égetőben 800°C körüli hőmérsékleten teljes mértékben elégetésre kerül. A maradék oxigén mennyiségét egy cirkónium dióda segítségével, nagy pontossággal megmérik. A maradék oxigén mennyisége jól korrelál a gáz Wobbe index értékével, másrészt módot ad az égéshez szükséges levegő pontos mérésére is. A kimeneti kalorikus értékek mérési pontossága a keverék sűrűségét szabályzó, és az opcionálisan választható cella típusától függ. A folyamatos mérés és szabályozás esetén a mérési pontosság: +/- 0.1 %. Az 5 másodpercenkénti mintavételezésen alapuló sűrűség szabályzásnál a mérési pontosság: +/- 0.5 % ([1190] Wobbe Index and Calorimeters, Hobre Instruments).

3. ábra: Az égési oxigén maradék mérésén alapuló Wobbe index meghatározás elvi vázlata Forrás: http://www.hobre.com/files/products/Wobbe_Index_general_information.pdf

1.9.2.3.5. Gyulladáspont, öngyulladás A gyulladás az égési folyamat megindulása külső gyújtóforrás hatására, vagy anélkül. A gyulladáspont vagy gyulladási hőmérséklet az a legalacsonyabb hőmérséklet, amelynél meghatározott vizsgálati körülmények között az anyagból felszabaduló gőzök és illetve gázok atmoszferikus nyomáson spontán meggyulladnak. Az anyagok lobbanáspontját szabványos vizsgálati módszerek szerint határozzák meg. A szabványos vizsgálati módszereket nemzeti és nemzetközi bizottságok és szervezetek írják elő, és ellenőrzik. A három fő testület a CEN / ISO Joint Working Group on Flash Point (JWG-FP), ASTM D02.8B Flammability Section és az Energy Institute TMS SC-B-4 Flammability Panel. Az öngyulladási hőmérséklet az a legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen a folyadék gőzeinek vagy az éghető gázoknak az oxigén jelenlétében a meggyulladáshoz már nincs szükség külső gyújtóeszközre.


29

1.9.2.4. A földgáz, a CNG, és az LNG minőség közlekedés szempontú problémáinak globális háttere Az olaj után a földgáz is globális jelentőségű energiahordozóvá vált. A vele való zökkenőmentes kereskedés világgazdasági jelentőségű. Miközben a fosszilis energiahordozók közül a szén és az olaj várható felhasználása csökkenő tendenciát mutat, a földgáz felhasználás folyamatosan növekszik. Ez látható az OECD 2035-ig szóló előrejelzésében is (4. ábra).

4. ábra: Az energiaforrások százalékos részesedésének alakulása 2035-ig az OECD 2011. évi előrejelzése szerint, [1192] World Energy Outlook, OECD/IEA, 2011. A fejezet döntően a földgáz, a CNG és az LNG fizikai és kémiai minőségi jellemzőit hivatott áttekinteni a közlekedésben való alkalmazás szempontjából. A problémának a környezetéből való kiragadásával azonban semmiképpen nem tárható fel a kapcsolódó döntéseket kellően megalapozó helyzet. A földgáznak hajtóanyagként való használatát - beleértve a minőségi követelményeket is - csak tágabb összefüggési rendszerben ítélhetjük meg reálisan. Ezért röviden áttekintjük azt a hátteret, amely a szűkebb témát valamilyen mértékben befolyásolja. Minden energiahordozó típus kitermeléséhez vagy előállításához, transzportjához, a használatot biztosító szolgáltatásokhoz, óriási és nagyon komplex gazdasági és technológiai rendszerek alakultak, illetve alakulnak ki. Ezek ma már globális vagy regionális szerveződések. Az eltérő alapon működő komplex rendszerek kiegészítik egymást, de esetenként egymás riválisai is. Ez utóbbi - a verseny révén - egyik mozgatója a műszaki fejlődésnek.


30

A jelen időszakban a közlekedési szektorban éppen az energiaforrások tekintetében bontakozik ki egy hosszabb távon nagyon jelentős verseny. A kőolaj energiahordozó legjelentősebb hányadát, benzin és gázolaj formájában, a közlekedés használja fel. Egy fejlett ipari országban elérheti vagy meghaladhatja a 60 %-ot. Ezt példázza az USA statisztikai adata, ahol ez az arány 2014-ben 69,8 % volt. Az egyes szektorok olajfelhasználásának arányát az 5. ábra szemlélteti ([1146] Natural gas, Center for Climate and Energy Solutions Natural Gas, 2014).

5. ábra: Az olajfelhasználás szektoronkénti százalékos megoszlása az USA gazdaságában, U.S. Department of Energy, “Total Energy: Monthly Energy Review.” August 4, 2014. A jelentős fejlesztések ellenére a benzin és gázolaj üzemanyagot használó járművek kritikusan nagymértékű környezetterhelést okoznak. A globális felmelegedés mérséklésének kényszere a kevésbé környezetszennyező hajtóanyagok alkalmazását hozta előtérbe. Napjainkban többféle alternatív energiaforrásra épülő hajtástechnológia verseng, hogy a hagyományos, kőolaj alapú közlekedés részarányát csökkentse, és hosszútávon azt le is váltsa. Az alternatív megoldásokkal kapcsolatban elég nagy biztonsággal prognosztizálható, hogy párhuzamosan több változat fog működni. Ezek részesedési aránya ma még nehezen előrevetíthető. Az azonban bizonyos, hogy a földgáz az olajra épülő közlekedés háttérbe szorításában több okból is jó eséllyel rendelkező alternatívának számít. A teljesség igénye nélkül a földgáz jármű hajtóanyagként történő felhasználásának előnyei között a következők említhetők: 

A földgáz hő és égéstechnikai tulajdonsága lehetővé teszi a belsőégésű motorokban való alkalmazást.



A jelenlegi gépjármú konstrukciók elfogatható mértékű módosítással, átalakíthatók gázüzemre.



A benzines és gázolajos üzemhez képest lényegesen kedvezőbb emissziós jellemzők;



Akár több száz évre elegendő gáztartalékok állnak rendelkezésre;


31

Az LNG mind a logisztikában, mind a felhasználás technológia funkcionalitásában gazdaságos és rugalmas megoldások megvalósításához nyitott utat.

A párizsi klímacsúcson elfogadott határozatok kapcsán, az LNG hajtóanyagként történő alkalmazási lehetősége várhatóan felértékelődik. Az LNG káros anyag kibocsátási jellemzői, a többi hajtóanyagéval összevetve kiemelkedően jók. Ez szoros összefüggésben van az LNG minőségi összetételével és tisztaságával, ami a cseppfolyósítási technológiákkal szemben támasztott szigorú követelményekből is adódik. A 6. ábra a különböző hajtóanyagok emissziós jellemzőinek összehasonlító vizsgálati eredményeit mutatja.

6. ábra: Különböző hajtóanyagok károsanyag-kibocsátási jellemzői, [1194] AirLNG Emissions, 2016 A kőolajra alapozott közlekedéssel szemben bármilyen alternatív megoldásnak, így a földgáz hajtóanyagként történő alkalmazásnak is nagy kihívásokkal és ellenállással kell szembenéznie. Ez akkor is igaz, ha az alternatív megoldások oldalán - elsősorban környezetvédelmi indíttatással - egyre nagyobb támogató erő sorakozik fel. A benzin és gázolaj hajtóanyagra épülő közlekedés évszázados szerves fejlődéssel kialakult komplex rendszer, társadalmi, gazdasági és technikai beágyazottsága globálisan mély és szerteágazó. Amint azt a 7. ábra érzékelteti az új technológiának jelentős ellenállást kell áttörni ([1193] Rendszertechnika, Faust D., 2015).


32

7. ábra: A meglevő kőolaj alapú közlekedési rendszer ellenállást jelent a korszakváltó földgáz alapú megoldássokkal szemben A földgáz technológiák térhódítása - „penetrációja” - általánosan az úgynevezett „S” görbékkel képezhető le. Valójában a penetráció intenzitásától függően elnyújtott S alakról van szó. Egyegy penetrációs görbe a szakemberek számára hasznos és orientáló információt nyújthat. A penetrációs görbéknek három jellegzetes szakasza van: a bevezető - lassan növekedő - a gyors felfutást mutató, valamint a lassuló - telítődési - szakaszok. Ezek láthatók a 8. ábra „a” részletén. Az ábra „b” részlete azt mutatja, hogy a különböző technológiák penetrációs intenzitása jelentősen eltérhet. Jelen időszakban például a CNG-vel illetve az LNG-vel működő járművek elterjedtsége és penetrációja jelentősen eltér. Az ábra jelöli az ökölszabály-szerűen értelmezhető kritikus penetrációs szintet ([1193] Rendszertechnika, Faust D., 2015). Általában a kritikus penetrációs szintnél elkezd megnövekedni az adott dolog iránti érdeklődés, amelynek kapcsán megmozdul a területre irányuló befektetői tőke, aminek hatására a terjedés felgyorsul.


33

8. ábra: A penetrációs görbék elvi vázlata Nagyon fontos megérteni, hogy adott esetben mi a vonatkoztatás alapja. Például az International Association for Natural Gas Vehicles (IANGV) 2012. év júliusában közreadott grafikonja a földgáz üzemű gépjárművek számának gyors növekedését mutatja (9. ábra). A növekedés üteme és tendenciája a földgáz üzemanyag használat híveinek természetesen jó hír. Amennyiben azonban azt a vonatkoztatási alapot tekintjük, hogy a közel 20 milliós földgázos gépjármű mit jelent a közlekedési rendszer egésze szempontjából, a döntéshozók más képet kapnak. Jelenleg a közlekedési utakon mintegy 1,2 milliárd gépjármű közlekedik. Ennek alapján az NGV extrapolációs adatát figyelembe véve a földgázzal üzemeltetett gépkocsik a teljes állomány közel 1,7 %-át teszi ki. Ez az érték valamilyen arányban megoszlik a CNG és az LNG használata között, ami alapján megállapítható, hogy az értékek, a penetrációra megadott kritikus értékhatároktól még nagyon távol esnek. A kritikus tömeg elérése, az alapvető célok között kell, hogy szerepeljen. A földgáz üzemű járművek elterjedtségének 1,7 %-os adatából és a gyorsuló növekedés üteméből az a következtetés is levonható, hogy a szóban forgó technikai megoldás életképes és fejlődőképes.


34

9. ábra: A földgázzal üzemelő járművek számának időbeni alakulása, [1178] International Association for Natural Gas Vehicles (IANGV), 2013 A technológiai váltás gyorsasága és erőteljes volta döntően függ az iparilag fejlett és tőkeerős országokban kialakuló folyamatoktól. Itt elsősorban az USA, Európában pedig Németország, Franciaország, Olaszország fejlesztési törekvései és eredményei a mértékadóak. A gázhajtóanyagra vonatkozó szabványosítási folyamatokban is ezek az országok játsszák a generatív szerepet. A földgázüzemű járművek penetrációjával kapcsolatban megjelent prognosztizáló forgatókönyvek közül kettőt emelünk ki. A 10. ábra arra mutat előrejelzéseket, hogy várhatóan milyen penetrációs intenzitások lehetségesek az USA áruszállításában. A 9 % körüli kritikus penetrációs határértéket a növekedés 2020 körül éri el. Itt a viszonyítási alap a szállításban használt járművek összessége. A földgázzal üzemelő szállítójárművek részaránya, a különböző forgatókönyvek szerint 2040-re érik el a 25, a 35, illetve az 55 százalékot.


35

10. ábra: A földgáz hajtóanyaggal üzemelő szállítójárművek várható penetrációja az USA-ban különböző forgatókönyvek szerint, IEA, NGV, Global, Poten, TOTAL, Citi Research, Portfolio.hu A közlekedést érintő energiaforrás váltás lefolyása nagymértékben függ attól is, hogy a járműgyártó cégek mennyire hajlandók gyártmányfejlesztésre és az új termékek gyártására, forgalmazására. A 11. ábra erre vonatkozóan közöl előrejelzést. Az ábra az új gyártmányként megjelenő, földgáz hajtóanyaggal működtetett nehézjárművek várható penetrációját mutatja, három, különböző szempontú forgatókönyv alapján. Az alapforgatókönyv becslése szerint, az adott gépjármű kategóriában a 2020-as évek elejére várható, hogy az új gyártmányoknak már a közel 50 %-a a földgáz hajtóanyaggal működik.


36

. 11. ábra: Az új gyártmányként megjelenő, földgáz hajtóanyaggal működtetett nehézjárművek várható penetrációja, három forgatókönyv szerint, Citi Research, Portfolio.hu

A földgáz minőségi előírásainak, szabványainak kimunkálásánál eddig a közlekedés szempontjai általában háttérbe szorultak. A közlekedési szektor az elmúlt időszakban csak igen kis felhasználóként volt jelen a földgáz piacon. Az USA 2013. évi statisztikai adatai szerint ([1146] Natural gas, Center for Climate and Energy Solutions Natural Gas, 2014) az országos földgáz felhasználásnak csupán 0,1 %-a esett, az egyébként nagy energiafogyasztónak számító közlekedési szektorra (12. ábra). A közlekedési szektor szempontjainak erőteljesebb érvényesülése a gázipari előírásokban, szabványokban várhatóan akkor következhet be, amikor a földgáz üzemanyagként történő használatának elterjedtségi mértéke eléri a korábban említett kritikus értéket ([1146] Natural gas, Center for Climate and Energy Solutions Natural Gas, 2014).


37

12. ábra: A gázfelhasználás megoszlása az USA-ban, U.S. Energy Information Administration, 2013 Kétségtelen, hogy a földgáz széleskörű alkalmazása hajtóanyagként, elsősorban CNG és LNG formában, viszonylag új felhasználási terület, ezért is komoly kihívást generál a nemzetközileg elfogadott minőségi követelmények, szabványok definiálása és érvényesítése terén.

1.9.2.5. A földgáz felcserélhetőség, csereszabatosság A különböző földgázforrásokból kitermelt gázok minősége még a tisztító, kondicionáló kezelés után is nagyon eltérő lehet. A szóbanforgó termék minőségi értékjellemzői az export és az import tevékenységben, valamint a felhasználók energiaforrással történő ellátásában meghatározóak. A földgáz minőségi jellemzői nem csak a gazdasági és kereskedelmi szempontból fontosak, hanem a felhasználási pontokon jelentkező technikai és technológiai követelmények kielégítése szempontjából is. A földgáz ipar hatékony működésének alapfeltétele az Interchangeability, azaz felcserélhetőség, csereszabatosság feltételeinek a megteremtése. Ehhez az szükséges, hogy a gázok minőségjellemzőinek köre és a jellemzők értéktartománya vagy határértéke konszenzus alapján kerüljön meghatározásra és elfogadásra. A globális földgázipar és piac nagyon komplex rendszerré vált, amelyben rengeteg a szereplő. A szereplők törekvései, igényei és érdekei igen sokfélék, és gyakran ellentmondásosak. A rendezettség megteremtésében három - egymással szoros kölcsönhatásban működő - terület jelölhető meg (13. ábra).


38

13. ábra: A gázszektor hatékony és integrált működését biztosító, egymással kölcsönhatásban álló területei A globális földgázszektorban a harmonizáció és szabványosításon, a felcserélhetőségen, valamint a rendszerek zökkenőmentes integrált együttműködésének (interoperability) megteremtésén számos ország számos szervezete munkálkodik. Integrált rendszer együttműködés (Interoperability) A fogalom általánosan olyan rendszerek összekapcsolását jelenti, amelyek önállóan is működőképesek. A jól definiált kapcsolódási pont, illetve interfész, továbbá az együttműködés rögzített szabályai alapján, a rendszerek összekapcsolásával zökkenőmentes, hatékony, integrált együttműködés valósulhat meg. Az interoperabilitás hatóköre szélesebb mint a gázok felcserélhetősége, de bizonyos mértékben azt is magában foglalja. A műszaki, az üzemeltetési és a kommunikációs szempontok harmonizációjának hiánya akadályozhatja a földgáz szabad áramlását az Európai Unióban, és ezáltal hátráltathatja a piaci integrációt. Az EU Bizottsága 2015.ben rendeletet bocsátott ki az interoperabilitás és az adatcsere szabályaira vonatkozó üzemi és kereskedelmi szabályzat létrehozásáról [1167] 2015/703/EK rendelet az interoperabilitás és az adatcsere szabályaira vonatkozó üzemi és kereskedelmi szabályzat létrehozásáról, 2015. Az interoperabilitásra és az adatcserére vonatkozó uniós szabályoknak lehetővé kell tenniük az ezen a területen szükséges harmonizációt, és ennek eredményeként a tényleges piaci integrációt. A szomszédos szállítási rendszer-üzemeltetők által a kereskedelem és az üzemeltetés terén folytatott együttműködés előmozdítása érdekében egységes módon szabályozni kell az összekapcsolási és üzemeltetési megállapodásokat, az alkalmazott mértékegységeket, a gázminőséget, a gázszagosítását és az adatcserét. Olyan szabályokat és eljárásokat kell megállapítani, amelyek révén megvalósítható az Unión belüli hatékony földgáz-kereskedelemhez és a földgázszállító rendszerek közötti hatékony


39

földgázszállításhoz szükséges mértékű harmonizáció. A rendelet meghatározza, hogy hálózati rendszerek összekapcsolásánál, a referencia feltételek miatti eltérésnél a gázjellemzőket, miként kell módosítani (2. táblázat) ([1167] 2015/703/EK rendelet az interoperabilitás és az adatcsere szabályaira vonatkozó üzemi és kereskedelmi szabályzat létrehozásáról, 2015). 2. táblázat: Referenciafeltételek közötti átszámítási tényező

Az interoperabilitás nem csak a nagy gázszállító rendszerek összekapcsolhatósági szintjén jelenik meg, hanem az együttműködő technikák és technológiák területén is. Példaként említhető az LNG töltőállomás töltőcsonkjának és a jármű üzemanyag tartályának a zökkenőmentes és biztonságos összekapcsolása. Mint minden szakterületen, itt is fontos szerepe van a definícióknak, az egységesen értelmezett fogalmaknak. A földgázok minőségi jellemzői és a csereszabatosság szoros összefüggésben vannak.

A gázok felcserélhetősége, csereszabatossága (Interchangeability) (definíció) Egy éghető gáznak azon jellemzői, illetve minőségi tulajdonságai, amelyek lehetővé teszik, hogy adott égéstechnikai alkalmazásban helyettesíteni tud egy másik energiaforrásként használt gázt, miközben az üzemeltetés biztonsága, a hatásfok és teljesítmény, valamint az emissziós jellemzők, változatlanok maradnak.

A földgázellátásban a felcserélhetőség problémája már a 1940-es években megjelent. Azóta a területen kétféle folyamat van jelen párhuzamosan; az egyik a turbulencia, a másik az egységesedést, a szabványosodást elősegítő konvergencia ([1166] White Paper on Natural Gas Interchangeability and Non-Combustion End Use, NGC and Interchangeability Work Group, 2005). A turbolencia okai között a teljesség igénye nélkül a következők említhetők: a globalizáció kibontakozása, az LNG és a palagáz megjelenése, az új felhasználói területek (például a közlekedés) megjelenése a sajátos igényeikkel, valamint az országok és az üzleti szereplők, részben megrögzött, részben változó egyedi érdekei.


40

Az egységesedés, a szabványosodás megvalósulásán munkálkodók sokaságánál az alapcélok ugyan közösek, de a különböző háttér és szemlélet, számos esetben gátja a jó és gyors megoldás elérésének. A felcserélhetőség tartalma a földgáz iparban zajló változások következtében folyamatosan változott, és e változás a jövőben is folytatódni fog. Elég itt arra utalni, hogy a nemzetközi együttműködést segítő felcserélhetőségi ajánlások kidolgozásával is foglalkozó EASEE-gas egyesülés néhány gázminőségi jellemző értéktartományának szabvány foglalási dátumát 2030-ban jelöli meg ([1172] Current State and Prospect of LNG in the UNECE Region, 2012). A gázok csereszabatosságának feltételi jellemzőinek változási folyamatában fontos mérföldkövet jelentett a Federal Energy Regulatory Commission (FERC): által 2005-ben megjelentetett „White Paper on Natural Gas Interchangeability And Non-Combustion End Use” kiadvány. A dokumentum azért is jelentős, mert bár azt egy amerikai munkacsoport dolgozta ki, a munkacsoport tudatosan felhasználta az európai országok - elsősorban Németország eredményeit. A tanulmányban leírtak a témában megszületett újabb dokumentumok alapját képezik ([1166] White Paper on Natural Gas Interchangeability and Non-Combustion End Use, NGC and Interchangeability Work Group, 2005).

Mindenképpen maradandó az a megállapítás, hogy a gázok csereszabatosságát három tényező együttes figyelembevételével kell meghatározni. Ezek a következők: 1. A földgázt energiaforrásként használó területek által alkalmazott hő és égéstechnikai eszközök és azok jellemzői. A számba vett területek között a belsőégésű motorok is szerepelnek. 2. A gáz égéstechnikai tulajdonságai. 3. A földgáz emissziós jellemzői. A földgáz fontosabb égéstechnikai tulajdonságai, jelenségei: •

Öngyulladási (más néven "kopogás" a motoroknál); (Auto Ignition);

•

Égési dinamika (nyomásingadozás és rezgés)

•

Utóégés; (Flashback)

•

Emelés; (Lifting);

•

Kialvás; (Blowout);

•

A tökéletlen égés (szén-monoxid-termelés), (Incomplete combustion);

•

Sárga lerakodás; (Yellow tipping);


41

A kibocsátás fontosabb káros anyagai: •

Széndioxid,

•

Nitrogén oxidok,

•

El nem égett szénhidrogének.

Ugyancsak fontos eredmény az AGA Bulletin 36 Indices and the Weaver Indices módszerek felhasználására és továbbfejlesztésére épülő megoldás, amely az égéstechnikai eszközök normális működési tartományának meghatározását teszi lehetővé. Ez a belsőégésű motorok hajtóanyagaként használt földgáz minőségi jellemzőinek behatárolása szempontjából kiemelkedően fontos. A 14. ábra a működési tartomány határait és jellemzőit mutatja. A mező jobb oldali határa a motor kopogás kezdeti határértékének függvénye ([1166] White Paper on Natural Gas Interchangeability and Non-Combustion End Use, NGC and Interchangeability Work Group, 2005).

A tartomány alsó határát az adott területre érvényes alsó Wobbe érték, a felső határát pedig a felső Wobbe érték adja.

14. ábra: A felcserélhetőséget meghatározó működési tartomány, [1166] White Paper on Natural Gas Interchangeability and Non-Combustion End Use, NGC and Interchangeability Work Group, 2005.


42

A Wobbe index a csereszabatosság fontos jellemzője, de önmagában nem elégséges. A fűtőérték, a fajlagos sűrűség, a metánszám és a káros összetevőkre vonatkozó korlátok megadása is szükséges ([1166] White Paper on Natural Gas Interchangeability and NonCombustion End Use, NGC and Interchangeability Work Group, 2005, [1173] LNG Quality and Market Flexibityc Hallenges and Solutions, Yves Bramoullé, et al., 2015). A FERC által kiadott White Paper megjelenése óta a földgáz iparban további jelentős változások történtek. Ennek nyomán a gázok felcserélhetőségével, csereszabatosságával, a szabványosítással kapcsolatban új igények és követelmények is megjelentek. A White Paper az LNG által felszínre hozott problémák kezelésére is kitért. Időközben azonban az LNG globális szinten is új dimenziókat nyitott. A gázvezetékes hálózatok egyre jobban nemzetközivé váltak. A 15. ábra összefoglalón mutatja be a gázellátás és a felhasználás komplex rendszerét. Az ábrán megjelölésre kerültek azok a pontok, ahol a gázok minőségi jellemzőinek mérése vagy minőség azonosítása, esetlegesen az értékek számítása a csereszabatosság szempontjából szükséges lehet.

15. ábra: A földgázellátás és -felhasználás komplex rendszere, a minőség mérés vagy azonosítás pontjainak megjelölésével


43

1.9.2.6. A földgáz felcserélhetőség, csereszabatosság ajánlott, illetve szabványosított értékei 1.9.2.6.1. A H gázcsoport fontosabb jellemzői, szabványai A földgáz egyre jelentősebbé váló fosszilis energiahordozó, ami a közlekedésben is egyre növekvő szerepet kap. A földgázt, homokkő vagy mészkő formában megjelenő üledékes kőzetek tárolják. A tároló kőzetek jellemzői a porozitás és az áteresztő képesség (permeabilitás). A kitermelésnél a kútfejnél megjelenő gáz az úgynevezett nyers földgáz. Az olajkitermeléssel együtt megjelenő gázok az olaj kísérőgázok. A kőzetekből magában kinyert gázt száraz földgáznak nevezzük. A száraz földgázok nagy arányban tartalmaznak kis széntartalmú szénhidrogéneket, például metánt. A nedves földgázok, komponensként nagy széntartalmú szénhidrogéneket is tartalmaznak. A savanyú gázok nagyobb arányban kénhidrogént tartalmaznak. A földgáz nem mérgező, a levegőnél könnyebb gáz. A földgáz sűrűsége megközelítőleg 0,68 kg/m³, amíg a levegőé 1,293 kg/m³. Hazánkban a földgáz mennyiségét gáztechnikai normál köbméterben mérik. A normál köbméter annak a gázmennyiségnek felel meg, amelynek térfogata 1,01325 bar nyomáson és 15°C fokon 1 m³. A fogyasztókkal való elszámolásnál az energiatartalmat (MJ) is alapul veszik. A földgáz minőség sokféleségéből adódó problémák rendezésében fontos lépés volt az alapjellemzőkre épülő gázcsoportok és sajátosságaik meghatározása. Az EN 437 szabvány a Wobbe index felhasználásával a gázokat három nagy csoportba sorolja (3. táblázat). A 4. táblázat a H jelű gázcsoport égéstechnikai jellemzőinek határértékeit rögzíti.


44

3. táblázat: A gázok csoportosítása a Wobbe index alapján (EN 437)

4. táblázat: A H gázcsoport égéstechnikai jellemzői (EN 437)

A fogyasztók Magyarország területének legnagyobb részén, a 2H gázcsoportba tartozó gázt kapják. Ennek főbb jellemzői, az MSZ 1648:2000 szabvány szerint, a következők: 

Wobbe index: 46,1 -56,5 MJ/m³



Fűtőértéke (Alsó hő érték): 27,94-40,81 MJ/ m³



Égéshője (Felső hő érték): 31,00-45,28 MJ/ m³



CH harmatpontja (maximum 40 bar): 4°C



Szennyezők maximális határértéke: o Összes illó kén maximum: 100 mg/ m³


45

o H2S maximum: 20 mg/ m³ o Szilárd anyag: maximum: 5 mg/ m³ o oxigén: maximum 0,2 tf% o vízgőz: 0,17 g/ m³. A vezetékes földgáz tipikus összetétele és az alkotók térfogat százaléka: Metán CH4

97 %

Etán C2H6

0,919 %

Propán C3H8

0,363 %

Bután C4H10

0,162 %

Szén-dioxid CO2

0,527 %

Oxigén O2

0-0,08 %

Nitrogén N2

0,936 %

Nemesgázok: Ar, He, Ne, Xe

nyomelemként

Hazánkban jelenleg ez a gázminőség áll rendelkezésre a CNG hajtóanyag előállítására. A szolgáltatott gáz minőségének biztosítása, a Földgázminőség Elszámolási Rendnek megfelelően, szigorú rendszabályok alapján történik. A magyarországi gerincvezetékeket üzemeltető FGSZ Zrt. számos mérőhelyen, 4 percenként gáz-kromatográffal méri és dokumentálja az átáramló gáz minőségét.

1.9.2.6.2. 2016-ban megjelent „Gázinfrastruktúra. Gázminőség. H gázcsoport” tárgyú, MSZ EN 16726 számú szabvány rövid áttekintése A 2016-ban megjelent „Gázinfrastruktúra. Gázminőség. H gázcsoport” tárgyú, MSZ EN 16726 számú szabvány részletezi az adott gázcsoporttal szembeni követelményeket, amelyeket az 5. táblázat mutat be. A szabvány kiadásának időpontjában az egyes CEN tagállamokban érvényes eltérő szabályozások miatt egy egységes Wobbe-szám tartomány nem volt meghatározható ([1181] Gázinfrastruktúra. Gázminőség. H gázcsoport., MSZ EN 16726). A gázforrások összetételében és a gázrendszer felépítésében meglévő különbségek miatt, a CEN tagországok különböző régióiban a fogyasztókhoz eljutó H-gáznak, nem azonos az összetétele és nem azonos az összetétel változási tartománya sem.

1.9. LNG lehetséges hazai előállításához rendelkezésre álló technológiák 5. táblázat: Követelmények az MSZ EN 16726 szabvány szerint (2015.)

46

1.9. LNG lehetséges hazai előállításához rendelkezésre álló technológiák 5. táblázat folytatása: Követelmények az MSZ EN 16726 szabvány szerint (2015.)

47


48

1.9.2.6.3. Az LNG fizikai, minőségi jellemzői Az LNG –163°C-on cseppfolyósított földgáz; színtelen, szagtalan, nem korrozív és nem mérgező, kriogén folyadék. Belélegzés esetén szédülést, nehézlégzés, vagy eszméletvesztést okoz. Az LNG a bőrfelületen fagyási sérülést idéz elő. Az LNG fontosabb fizikai jellemzői: 

Atmoszférikus nyomáson az LNG hőmérséklete -162°C,



Atmoszférikus nyomáson az LNG forráspontja 160-163°C,



1 liter LNG = 0,58-0,64 Nm³



A LNG sűrűsége az összetevőktől függően: 418-463 kg/m3



1 m3 of LNG atmoszférikus nyomáson 585-600 Sm³



Az LNG gyulladási határa 5-15%-os levegő keveredésnél.

A földgáz sűrűségének változása a nyomás és a hőmérséklet függvényében a 16. ábra alapján követhető nyomon. Az LNG telítődésének változását a piros vonal jelzi.

16. ábra: A földgáz tárolási sűrűségének változása a nyomás és a hőmérséklet függvényében, [1138] Natural gas: physical properties and combustion features, Le Corre Olivier and Loubar Khaled, 2009


49

Az LNG fizikai és kémiai jellemzői a származási helytől függően széles tartományban változnak. A felhasználói igények országonként, illetve régiónként is, nagyon különbözőek. Ez a nemzetközi szabványosítást jelentősen megnehezíti, ami viszont a közlekedésben - az LNG hajtóanyagként történő felhasználása szempontjából - mindenképpen kívánatos volna. A 17. ábra tájékoztató jellegű képet ad a közlekedésben hajtóanyagként szóba jöhető gázok, nevezetesen az LNG, CNG, NGL, CNG, LPG, GTL, kémiai összetevőinek arányáról.

17. ábra: A hajtóanyagként használható gázok tipikus kémiai összetétele, [1161] Few transportation fuels surpass the energy densities of gasoline and diesel, Energy Information Administration, 2014 Az LNG előállítás szigorú követelményeket támaszt az inertgázok, és a szennyeződések eltávolítása terén. Ezért az európai import terminálokra érkező LNG szállítmányok minősége a tisztasági követelményeket tekintve - általában megfelel a követelményeknek. Az LNG technológia egyik lényegi jellemzőjét adják a célszerűen létrehozott halmazállapot váltások. A kitermelt, előállított és megtisztított gáz az előnyös szállítás és tárolás végett először cseppfolyósításra kerül. A felhasználás fázisában ismét halmazállapot váltás következik be. Az újragázosítás helye és folyamata a felhasználás módjának függvénye. A földgáz, a CNG és az LNG egymáshoz viszonyított térfogat változásának mértékét a 18. ábra jól szemlélteti.

18. ábra: A gáz térfogat változások mértéke


50

Az újragázosított LNG gázvezetékbe továbbítása általában az import termináloknál, nagyüzemi létesítményekben zajlik. Itt minőségi változtatás is történik, elsősorban az adott vezetékes gázrendszer szállítási és minőségi követelményeihez való igazodás érdekében. Ezen a ponton történik meg a szagosítás, illetve egyéb összetevők, például nitrogén vagy oxigén hozzáadása a gázkeverékhez. Az LNG hajtóanyagként történő felhasználásakor az újragázosítás, vagy a CNG töltőállomáson, vagy a jármű hajtóanyag ellátó rendszerében történik meg. Elvileg itt egyik esetben sem változik a gáz minősége, csak a fizikai jellemzők, a nyomás és a hőmérséklet változnak. Az LNG kapcsán azonban nem szabad megfeledkezni arról, hogy az ellátás láncolatában szereplő tárolókba különböző forrásból származó - eltérő minőségű - anyag kerülhet betáplálásra. A probléma egyik kezelési módja a kialakult keverék minőségének mérés útján történő meghatározása. A másik lehetséges megoldás, hogy a keveréket adó anyagok mennyiségének és minőségének külön-külön ismerete alapján az aktuális összetétel számítás útján kerül meghatározásra. Ehhez a korábban ismertetett összefüggések használhatók fel. A csereszabatosság tekintetében vizsgálva a gázminőség kérdését megállapítható, hogy az eddig kialakult specifikációk, ajánlások, illetve a közlekedési célú felhasználás igényei csak korlátozott mértékben lettek figyelembe véve. A közlekedés szakembereinek tehát a kialakult helyzetet minél jobban megismerve kell megtalálni az elfogadható megoldásokat. A nemzetközi közlekedés tekintetében az országonként vagy régiónként eltérő hajtóanyag specifikációk a jármű üzemeltetőknek elfogadhatatlan helyzetet teremtenek. A földgázminőség specifikálásában korábban kialakult két megoldás. Ezek: 

A helyi termelési és elosztási sajátosságokhoz igazodó minőség specifikálás.



A külső beszállító erőforrásaihoz igazodó minőség specifikálás.

Az újhelyzetben - amelyben az LNG növekvő jelentőségű - a gázipar nagy gazdasági szereplőinek érdekei vagy ellenérdekei formálják a gázok csereszabatosságának kritérium rendszerét. Az LNG importban jelentősen érdekelt országok vagy régiók mérete, és földrajzi elhelyezkedése, nem utolsó sorban a minőséggel szembeni elvárása számít döntő tényezőnek. A 19. ábra az LNG import eddigi főszereplőit mutatja. Az ábrából látható, hogy Japán illetve az ázsiai térség a legjelentősebb LNG importőr. A 2011évi adatok a közeljövőben jelentősen megváltozhatnak, például az USA LNG exportőrként való megjelenésével.


51

19. ábra: A fő LNG importáló országok, illetve régiók, [1146] Natural gas, Center for Climate and Energy Solutions Natural Gas, 2014 Az LNG forrásokra is jellemező, hogy a minőségi összetétel elég széles tartományban változik. Ezt példázzák a 6. táblázat adatai. 6. táblázat: Különböző exportőrtől származó LNG minőségi jellemzői, [1147] Contribution of LNG

use for the low calorific natural gas network’s safe and sustainable operation, Rolf Albus, 2015

Az LNG vásárlásnál a tisztasággal kapcsolatos követelmények teljesülése mellett, a felső fűtőérték, a Wobbe index, valamint a relatív sűrűség értékei a mérvadóak. Amennyiben a három alapjellemzőből kettőt kiválasztunk, ezek alsó és felső határértékeit felhasználva egy csereszabatosság mezőt határolhatunk körbe. A szakma ezt a körülhatárolt területet angolul “interchangeability box” névvel illeti ([1172] Current State and Prospect of LNG in the UNECE Region, 2012).


52

A European Association for the Streamlining of Energy Exchange (EASEE) non-profit szervezet európai LNG és vezetékes gázminták vizsgálati adataiból kapott eredmények felhasználásával mutatta be a csereszabatosság mező (“interchangeability box”) koncepciót (20. ábra).

20 ábra: A felső fűtőérték és a Wobbe index alapján meghatározott “interchangeability box” [1161] Few transportation fuels surpass the energy densities of gasoline and diesel, EIA, 2014 Az LNG piac fontosabb országai, illetve régiói, a saját maguk által specifikált felső fűtőérték és Wobbe index határértékek alapján működnek. Amennyiben a csereszabatosság területeit egy diagramba rajzoljuk fel fontos következtetésekre juthatunk. A 21. ábra egy ilyen esetet szemléltet.


53

21. ábra: Az LNG piac fontosabb szereplőinek eltérő csereszabatosság területe a HHV és WI specifikált határértékei alapján, [1162] Method for Estimating the Dielectric Constant of Natural Gas Mixtures, Harvey A. H, Lemmon E. W, 2005 Az országonkénti és regionális elkülönülés még jobban kirajzolódik a hőértékek (GCV) és a WI értékek sokszor igen jelentősen eltérő, specifikált tartományai alapján (22. és a 23. ábrák) ([1147] Contribution of LNG use for the low calorific natural gas network’s safe and sustainable operation, Rolf Albus, 2015). Az európai országokban a gázok elfogadott hőérték vagy felső fűtőérték tartománya szélesebb mint más országoké, illetve régióké. Különösen széles a sáv Belgiumban. A szerzők által megjelölt várható európai szabvány szerinti tartomány 36,8 és 47,6 MJ/ Nm³. A Wobbe index tartományok is az európai országokban a legszélesebbek. A jövőben kialakuló európai szabványban a WI várhatóan 49,5 és 56,8 MJ/ Nm³, ami szűkebb mint a Spanyolország és Franciaország által specifikált éréktartomány ([1147] Contribution of LNG use for the low calorific natural gas network’s safe and sustainable operation, Rolf Albus, 2015).


54

22. ábra: A különböző régiókban illetve országokban érvényes specifikált hőérték tartományok (Gross Calorific Value), [1192] World Energy Outlook, OECD/IEA, 2011

23. ábra: A különböző régiókban illetve országokban érvényes Wobbe index tartományok, [1147] Contribution of LNG use for the low calorific natural gas network’s safe and sustainable operation, Rolf Albus, 2015 Az előző ábrák adataiból szakemberek egyértelmű következtetést vontak le, miszerint nem lehetséges az egész LNG piacra egy egységes globális minőségi szabványt kialakítani. Az európai régiónak jó esélye van arra, hogy egy átfogó - saját - gázszabványt munkáljon ki. Ez a közlekedési fejlesztéseknek is stabilabb alapot biztosítana.


55

1.9.2.7. A földgáz hajtóanyag minőségi és szabványosítási helyzete és követelményei Európában 1.9.2.7.1. Általános helyzetértékelés A közúti közlekedés és a hozzá tartozó infrastruktúra a társadalmi és gazdasági élet meghatározó, és egyik legfejlettebb szegmense. Fejlődése ma is töretlen. A kialakult állapotoknak számos mozgatója volt. Az előrevivő tényezők között vitathatatlan, hogy a hajtóanyagok szabványosodása korán és széles körben megtörtént. A hajtóanyagok minőségének szabványosítási folyamata mindig lépést tartott a tudománnyal és a műszaki fejlődéssel. A nemzetközi szabványok nélkül elképzelhetetlen lett volna a nemzetközi közlekedés kialakulása. A motorfejlesztések sem valósulhattak volna meg, a benzin és a gázolaj jól definiált minőségi előírásának hiányában, nem alakulhattak volna ki a belsőégésű motorok égéstérének kifinomult kiképzései sem. A hatékonyság érdekében a gázzal működő motorok befecskendezési rendszerét és égésterét az új hajtóanyag tulajdonságoknak megfelelőn kell kialakítani. A benzin és a gázolaj alapú rendszer szabványosítása követendő példaként kell szolgáljon a földgáz hajtóanyagot használó rendszer fejlesztésénél, kiépítésénél. A feladat rendkívül nehéz. A korábbiakban láthattuk, hogy a földgáz területén a minőségi jellemzők nemzetközileg harmonizált szabványosítása nagyon nehézkesen valósul meg. A közlekedés igényei és követelményei pedig nem jelennek kellő súllyal meg. Felmerül a kérdés, hogy az előrehaladás érdekében melyik terület fejlesztésére célszerű koncentrálni. Az eddigi megfontolások és tapasztalatok azt mutatják, hogy a nehéz és a középnehéz közúti járműveket célszerű elsősorban megcélozni. Az LNG energiasűrűsége elégségesnek mutatkozik arra, hogy ezeknél a járműveknél hajtóanyagként szerepeljen. A különböző hajtóanyagok energiasűrűségét a dízel hajtóanyag százalékában 24. ábra szemlélteti.


56

24. ábra: A különböző hajtóanyagok energiasűrűség aránya a dízel hajtóanyag százalékában, [1178] Natural Gas Vehicle Knowledge Base, IANGV, 2014, [1196] Few transportation fuels surpass the energy densities of gasoline and diesel, US DoE, 2014. A közúti nehéz járművek száma elmarad a személygépkocsik számától, de a futásteljesítményük lényegesen nagyobb. Ez látható egy USA-ban végzett felmérés adataiból is (25. ábra).

25. ábra: Különböző járműkategória átlagos éves futásteljesítménye (miles), FHA


57

Bíztató fejleménynek mondható, hogy az utóbbi időben egyre több gyártó és egyéb gazdasági szereplő áll a földgáz hajtóanyag használata mellé. Jó példa erre, hogy a Stuttgartban 2015. októberében „Gas Powered Vehicles Conference” címmel megrendezett szakmai tanácskozáson elsősorban a gépkocsi gyártás szakemberei fogalmazták meg a földgáz hajtóanyag minőségi és szabványosítási követelményeit Európa számára ([1197] Methane Fuels: European Automotive Fuel Quality and Standardization Requirements, Ulrich Kramer, et al., 2015,. [1198] Natural Gas / Methane Fuel: European Automotive Fuel Quality and Standardization Requirements, Ulrich Kramer, et al., 2015). A szakemberek három összefüggő területen indokolták szabványosítás felgyorsítását. Meg kell alkotni az átfogó földgáz minőség szabványát. Szabványt kel alkotni a töltőállomásokra, és azok hálózatára, valamint a gáz injektáló rendszerekre ([1198] Natural Gas / Methane Fuel: European Automotive Fuel Quality and Standardization Requirements, Ulrich Kramer, et al., 2015). A földgázoknál a kén, a víz és a hidrokarbonátok jelentik a legveszélyesebb szennyeződéseket. Ezek a gáz közlekedési alkalmazásánál szigorú határérték követelményeket támasztanak. A motorok által kibocsátott káros anyagok közül a kén, a földgáz szagosító anyaga az egyik legveszélyesebb. Jelenleg az európai országokban eltérő határértékeket szabnak meg a gáz kéntartalmára vonatkozóan. Ezt mutatja be a 7. táblázat. 7. táblázat: Néhány európai országban gáz kéntartalmára vonatkozó határértékek, [1197] Methane Fuels: European Automotive Fuel Quality and Standardization Requirements, Ulrich Kramer, et al., 2015.

A kén, a víz és a hidrokarbonát tartalmakra vonatkozó határértékeknél az EASEE-Gas által meghatározottakat célszerű figyelembe venni. Ezek a határértékek a közlekedés követelményeinek is megfelelnek. Az EASEE-Gas által, a kéntartalomra megadott követelményeket egyéb adatok mellett a 8. táblázat tartalmazza.


58

8. táblázat: A gáz kénszennyezési határértékei, [1173] LNG Quality and Market Flexibity Challenges and Solutions, Yves Bramoullé, et al., 2015.

Mindenképpen el kell kerülni, hogy a gázhálózatba kifagyást okozó víz vagy hidrokarbonát kerüljön. A mértékadó harmatpont értékeket a 9. táblázat tartalmazza. 9. táblázat: Harmatpont értékek

Az import terminálok maguk alakítottak ki LNG specifikációt, amit a beszállítókkal igyekeznek betartatni. A 10. táblázat az OFFSHORE LNG TOSCANA S.p.A. import terminál LNG specifikációját mutatja be.


59

10. táblázat: Toscana import terminál LNG specifikációja, [1171] LNG and Gas Quality and Measurement Manual for LNG Carriers Calling at Terminal, Offshore LNG Toscana S.p.A., 2013.

A földgáz tisztaságára vonatkozó ajánlások és specifikált határértékek - az EASEE-Gas és az OFFSHORE LNG TOSCANA S.p.A. import terminál adatai alapján, illetve az LNG előállításának szigorú tisztasági követelményeiből következően - betarthatóak.

1.9.2.7.2. A földgáz hajtóanyagok metánszáma (MN) A belsőégésű motorok működése szempontjából a földgáz hajtóanyag tulajdonságai közül kiemelkedően fontos a metánszám (MN). A metán szám a motor kopogásos működésének jelenségével függ össze. A mértékét a kopogás létrejöttének megakadályozása határozza meg. A földgáz hajtóanyagok metánszám jellemzője a benzinüzemű motoroknál ismert


60

oktánszámhoz hasonlítható. A kopogás jelenségét mindenképpen el kell kerülni mert teljesítmény veszteséggel jár, és jelentős szerkezeti károsodást is okozhat. Az oktánszám meghatározásához hasonlóan, a metánszám esetén is két határérték összetevőt választottak. Ezek a hidrogén (MN=0) és a metán (MN=100). A metánszám szerepe és hatása egy szikragyújtású motor példáján tanulmányozható, amit a 26. ábra mutat be. Megfigyelhető, hogy a metánszám változásával miként változnak a motor karakterisztikái. A metán szám 70-ről 60-ra csökkenése húsz százalékos teljesítmény csökkenést okoz.

26. ábra: A metánszám (MN) hatása a motorjellemzőkre, [1197] Methane Fuels: European Automotive Fuel Quality and Standardization Requirements, Ulrich Kramer, et al., 2015. A metánszám a gázoknak nem egy hőtechnikai jellemzője, hanem az összetevők minősége és mennyisége révén az égési folyamatot befolyásoló jellemző. Meghatározására többféle méréses és számításos módszer szolgál, ezeket foglalja össze a 27. ábra.


61

27. ábra: A metánszám (MN) meghatározás lehetséges módjai A metánszám meghatározás egyes módszereinek részletezésére nem térünk ki. Ez a szakmai terület ma is forrongásban van. Mind a méréses mind a számításos területen egyrészt a korábbi megközelítések finomítása folyik, másrészt a probléma megoldására új technikák és eljárások jelennek meg ([1162] Method for Estimating the Dielectric Constant of Natural Gas Mixtures, Harvey A. H, Lemmon E. W, 2005, [1163] Dielectric Permittivity of Eight Gases Measured with Cross Capacitors, Schmidt J. W. et al, 2003, [1165] New Thermal Conductivity Microsensor to Measure the Methane Number of Naturak Gas, Gutierrez A.M., 2006, [1196] Few transportation fuels surpass the energy densities of gasoline and diesel, Today in Energy, 2014, [863] Fuel Quality Guide – Ignition and Combustion, CIMAC, 2011). Hasonlóan nincs nyugvóponton a metánszám alsó kritikus értékének meghatározási problémája. A motorgyártók a saját biztonságukat szem előtt tartva a metánszám minimális értékét 80-ban határozták meg ([1189] Basic Properties of LNG, GIIGNL, 2010). Egy másik jelentős érdekcsoport - a GIIGNL (International Group of LNG Importers), amely 25 ország 75 társaságát képviseli - a 80-as metánszám érték általános elfogadását rendkívül veszélyesnek tartja. Ez ugyanis az LNG gyártók jelentős részét kizárná az érdekelt piacból. Ezt támasztja alá a tizenkét LNG forrás vizsgálata. Az LNG minták metánszám meghatározása az ISO 15403, illetve az AVL különböző módszerei alapján történt (28. ábra). Látható, hogy az export-szállítmányok több mint felénél a metánszám nem éri el a 80-as értéket ([1189] Basic Properties of LNG, GIIGNL, 2010).


62

28. ábra: Különböző források LNG mintáinak számított metánszám értékei, [1189] Basic Properties of LNG, GIIGNL, 2010 A probléma érzékeltetésére a GIIGNL egyesülés a vizsgálatok alapján összefoglalta, hogy különböző metánszám határok miként érintenék az LNG szektort (11. táblázat). 11. táblázat: A metánszám értékek hatása az LNG szektorra, [1189] Basic Properties of LNG, GIIGNL, 2010

Az előzőeket figyelembe véve jelenleg a belsőégésű motorok működése szempontjából a 70es metán szám (MN) tűnik konszenzusos határértéknek. Az európai import terminálokra érkező LNG szállítmányok döntő része megfelel ennek a kritériumnak ([1189] Basic Properties of LNG, GIIGNL, 2010). Európában jelenleg folyamatban van az MN-el kapcsolatos szabványosítás. A 65-ös metánszám elfogadása esetén a motoroknál már konstrukciós változtatás válhat szükségessé. Ilyen változtatást valósított meg egyik típusánál a Cummins cég, amiről a Gas


63

Technology Institute számolt be ([1199] Natural Gas Composition for NGVs, William E. Liss, 2014).

29. ábra: Az égéstér átalakításával lehetségessé válik a kisebb MN értékű hajtóanyag gáz használata Az LNG tárolásával kapcsolatban merül fel az öregedés problémája (LNG ageing). A jelenség a magasabb széntartalmú hidrokarbonátok jelenlétével függ össze. A metán és a nitrogén elpárolgása következtében a nehezebb szénhidrogének koncentrációja megnövekszik. Ez az LNG öregedése. A probléma a nagy széntartamú komponensek csökkentésével, illetve a tárolási, logisztikai folyamatok megfelelő menedzselésével elfogadható módon kezelhető ([1195] Methane Number Standardized Method, 2015). A korábban leírtakra építve, a metánszám és a Wobbe index felhasználásával a 30. ábrában összefoglaltuk a földgáz hajtóanyag működési tartományát.


64

30. ábra: A földgáz hajtóanyag működési tartomány a belsőégésű motoroknál Összegzésként megállapítható, hogy az Európába importként érkező LNG minőségi összetétele, égéstechnikai jellemzői, metánszáma (MN) és fizikai jellemzői, általában kielégítik a közlekedés követelményeit. Az LNG közvetlen felhasználása a nagyteljesítményű szállítójárműveknél ajánlható. Az LNG üzemanyag használata, a dízel üzemmel összehasonlítva, több kiegészítő előnnyel is jár, amint azt a 31. ábra mutatja ([1153] The Natural Choice, Cummions Westport, 2013, [1157] Methane Number and Fuel Composition, Vinod Duggal, 2001, [1160] Position paper on the impact of including methane number in natural gas regulation, GIIGNL, 2015, [1173] LNG Quality and Market Flexibityc Hallenges and Solutions, Yves Bramoullé, et al, 2015).

31. ábra: Az LNG és dízel üzemanyaggal működő gépjárművek összehasonlító értékelés


65

1.9.3. Gázkondicionálás technológiai elemei

1.9.3.1. A gázkondicionálási technológia az LNG előállítás rendszerében Az LNG előállítása, az alapanyagként szolgáló földgáz minőségi összetételével és tisztaságával szemben, nagyon magas követelményeket támaszt. A követelmények kielégítését a komplex gázkondicionáló, gázkezelő folyamatok hivatottak biztosítani. A földgáz kondicionáló és kezelő technikai, technológiai rendszerre, az LNG előállítástól függetlenül is szükség van, hiszen a vezetékes gáz előállítása is igényli a minőségi követelményeknek megfelelő kezelést és tisztítást. Az LNG gyártásban a földgáz kondicionálás rendszere és a cseppfolyósítás rendszere szorosan összekapcsolódik. Az összekapcsolódást és a komplex működést fontos mennyiségi és minőségi kritériumok határozzák meg. Egy-egy üzem kialakításánál az alapfunkciók, az egyes funkcionális egységek, illetve modulok gondos megválasztása és összehangolása elengedhetetlen. Ebben a munkában a források földgáz minősége és hozama fontos kiindulópont. Az alfejezet részletesebben a földgáz kondicionálását, kezelését, tisztítását tárgyalja. Szükséges azonban röviden vázolni az előzőekben említett két alapfunkció kapcsolódását. A 32. ábra egy cseppfolyósított földgázt (LNG) előállító üzem általános felépítési vázlatát mutatja, megjelölve az üzemi rendszer főbb funkcionális egységeit.

32. ábra: Egy cseppfolyósított földgázt (LNG) előállító üzem általános felépítési vázlata


66

A 33. ábra globális áttekintést ad az üzem alapfolyamatairól, és azok logikai kapcsolódásáról. A földgáz kondicionálás és kezelés alaprendeltetése a víz, a kondenzátumok, a savas összetevők, a hidrátok és higany eltávolítása.

33. ábra: Globális áttekintést ad az üzem alapfolyamatairól A 34. ábra részletesebben vázolja a rendszer működési folyamatait, és azok logikai kapcsolódását. Az ábrán megjelölésre kerültek a meghatározó fontosságú specifikálási pontok, és az ott elvárt minőség, minimum követelményei is. Az alfejezet további részében a nyersgáz kondenzálás, a kúthozam mérés, az előtisztítás valamint a komplex gáztisztítás, gázkezelés folyamataival foglalkozunk.

34. ábra: A gázkezelés és cseppfolyósítás áttekintő rendszervázlata, valamint az alapvető minőségi specifikációk megjelölése


67

1.9.3.2. Nyers földgáz típusok és tipikus összetételük. A földgáz kezelés és tisztítás technológiájának és eszközeinek megválasztását, a forrásból, vagy forrásokból származó nyers földgáz mennyisége és minősége döntően meghatározza. A kitermelés során a kútfejnél megjelenő gáz az úgynevezett nyers földgáz. Az olajkitermeléssel együtt megjelenő gázok, az olaj kísérőgázok. A kőzetekből magában kinyert gázt, száraz földgáznak nevezzük. A száraz (dry or lean) földgázok nagy arányban tartalmaznak kis széntartalmú szénhidrogéneket, elsősorban metánt. A nedves (wet) földgázok, komponensként nagy széntartalmú (C5 - C10) szénhidrogéneket, kondenzátumokat is tartalmaznak. A savanyú (sour) gázok nagyobb arányban tartalmaznak kénhidrogént (H2S). A nyers földgáz összetétele rendkívül sokféle lehet. A szénhidrogén összetétel lehetséges értékhatáraira, a 12. táblázat mutat példát. A nyers földgáz, a szénhidrogéneken kívül, különböző szilárd, cseppfolyós és gáz halmazállapotú szennyeződéseket is tartalmaz. Ezek azok az összetevők, amelyeket a földgáz kondicionálása, kezelése során minél teljesebben el kell távolítani. Ez a feladat azonban csak több lépésben hajtható végre. 12. táblázat: A nyers földgáz összetétel lehetséges értéktartományai, [1155] Natural Gas

Composition for NGVs., William E. Liss – GTI, 2013.


68

1.9.3.3. Nyers földgáz előtisztítása a kútfej közvetlen közelében 1.9.3.3.1. Az előtisztítás szükségessége A kútfejnél megjelenő nyers földgáz mindig tartalmaz különböző szilárd szennyeződéseket, leginkább homokot. A nyers földgázkeverék több olyan szénhidrogén komponenst is tartalmaz amelyek kondenzálódnak ha a nyomás ezen alkotók harmatponti nyomása alá csökken. A nyers földgáz úgynevezett szabad víztartalma hasonló módon kondenzálódhat. A homokot és az egyéb szilárd szennyeződéseket,valamint a vizet és a szénhidrogén kondenzátumokat már a kútfej közelében el kell távolítani. Ugyanis ezek csővezetékbe kerülése, komoly problémákat okozhat. A szilárd részecskék a csővezetéket erőteljesen koptatják. A víz egyrészt korróziót, másrészt megfagyva dugulást idéz elő. A kondenzálódott nehéz szénhidrogének a csőben lerakódhatnak, ami az áramlás romlásához, végső fokon, eltömődésekhez vezethet.

35. ábra: Az előtisztítást és a gázhozam mérést kutanként kell elvégezni Egy kút és a gáztisztító és LNG gyártó üzem közötti távolság különböző lehet, néhány száz métertől több kilométeres távolság is adódhat. Amint azt a 35. ábra is mutatja, az üzem több forrásból is kaphatja a nyers földgázt. Az előtisztítást és a hozam mérését kutanként kell elvégezni.

1.9.3.3.2. Fontosabb mechanikus szeparálási alapelvek Az előtisztító berendezések, egy vagy több fizikai alapelv alapján teljesítik feladatukat. Ezek egyike a momentum elv. A különböző sűrűségű összetevőkből álló áramló közegnél egy éles


69

áramlási irányváltás következtében fázis elkülönülés következik be. Ennek oka, hogy a nagyobb sűrűségű, nagyobb momentummal rendelkező összetevők nehezebben váltanak irányt mint a kisebb sűrűséggel rendelkezők. A szeparátoroknál gyakran alkalmazzák a gravitációs szűrési, anyag szétválasztási elvet. A folyadék cseppek kiválnak a gázáramból ha a gravitációs erő nagyobb mint a cseppre ható egyéb erők (például az áramlásból származó erő). Nagyon kis cseppeket - amelyek köd vagy pára formájában vannak jelen - a gravitáció segítségével gyakorlatilag nem lehet elválasztani. A leválasztási mód érvényesüléséhez valamilyen cseppképző hatást kell előidézni. A szűrő szeparátor általában két komponens elkülönítésére alkalmas. Az elkülönítés az összetevők részecske mérete alapján valósul meg. Az áramló keverék gáz összetevője átáramlik a szűrő falán, míg a nagyobb molekulájú összetevők - akár folyadékot alkotva - a szűrő belső oldalán áramlanak tovább.

1.9.3.3.3. Szeparátor megoldások, és jellemzőik A nyers földgázok előtisztítására vertikális, illetve horizontális kialakítású szeparátorokat fejlesztettek ki. Általában mindkét kivitelnél, az előzőekben ismertetett mechanikus anyag szétválasztási elvek kombinálásával találkozhatunk. A 36. ábra a vertikális és a horizontális előtisztító elvi vázlatát mutatja be. Funkciójuk azonos. Rendeltetésük a nyers földgáz keverékből a szilárd szennyeződések (homok, víz, olaj, kondenzálódásra hajlamos nehéz szénhidrátok) hatékony leválasztása ([1166] White Paper on Natural Gas Interchangeability and Non-Combustion End Use, NGC and Interchangeability Work Group, 2005, [1168] Effects of Natural Gas Composition Variations on the Operation, Performance and Exhaust Emissions of Natural Gas - Powered Vehicles, Hien Ly, 2004, [1169] Interchaneability, Edgar Kuipers, 2013). A kétféle alapkialakítás különböző előnyökkel és hátrányokkal rendelkezik. A tudatos kiválasztás elősegítése érdekében röviden összefoglaljuk a vertikális és a horizontális konstrukció fontosabb sajátosságait. Természetesen a megválasztásban a helyi feltételek és adottságok, nevezetesen az adott kút hozama és a nyers földgáz összetétele a meghatározó.


70

36. ábra: A vertikális és a horizontális földgáz előtisztítók felépítésének és működésének elvi vázlata, [1230] Gas-Liquid Separators Sizing Parameter, Campbell J. M, 2014, [1232] Importance of Flow Measurement for Separators, Lee Rumbles, 2012 Mindkét típusnál szem előtt kell tartani, hogy a funkciójukat csak a gyártó által megadott nyomástartományban tudják teljesíteni. A nyomásszabályzó fontos részét képezi a szeparátornak. A vertikális szeparátorok kisebb kúthozamoknál, és nem nagy térfogat arányú folyékony halmazállapotú összetevőket tartalmazó nyers földgázok esetén használhatóak eredményesen. Az előnyök között a következők említhetők: 

A horizontális megoldáshoz viszonyítva kisebb a helyigényük;



Jelentős homok, iszap, parafin és viasz leválasztása esetén is dugulás nélkül tudnak működni;



A leválasztott szennyeződések és kondenzátumok eltávolítása viszonylag könnyen megoldható.



A szint ellenőrzés lehetősége kedvező.

A hátrányok között a következők említhetők: 

A kivitelezésük meglehetősen bonyolult;



Nagyobb kúthozamok esetén nagy átmérőre van szükség;



Szállításuk, telepítésük nehezebben megoldható.


71

A moduláris kialakításra kevésbé alkalmasak.

A horizontális szeparátorok háromfázisú leválasztást biztosítanak. Feladatukat nagy kúthozamok és nagy szennyezés és kondenzátum tartalom esetén is jól ellátják. A megoldás előnyei a következőkben foglalható össze: 

A konstrukciós kialakítás egyszerű;



Fajlagosan kisebb méretet igényel;



Nincs ellenáramlás;



A nagy folyadék felület miatt nem alakul ki turbulencia;



Ingadozó, és lökésszerű terhelésnél is megfelelően működnek.



Moduláris kialakítás is lehetséges.

A hátrányok között a következők említhetők: 

Térfoglalása nagyobb, mint a vertikális szeparátornak;



A gázáramlásra az edény keresztmetszetének csak egy része áll rendelkezésre;



A szintellenőrzés nehezebb, pontatlanabb;



Tisztítása nehezebb.

37. ábra: Több funkciós előtisztító rendszer vázlata, [1234] Advances in Membrane Materials Provide New Gas Processing Solutions, Patrick Hale et al., 2014


72

A nyersgáz nagy nyomása és hőmérséklete esetén, valamint hosszabb szállítási távolságoknál, bonyolultabb, kombinált megoldásra, hőcserélő, nyomáscsökkentő, illetve kompresszor rendszerbe iktatására lehet szükség. Igény lehet több szeparátor összekapcsolására is. Ezeket az igényeket a horizontális szeparátorok tudják kielégíteni. Egy kombinált előtisztítási rendszer kialakítására mutat példát a 37. ábra. A horizontális szeparátorok sorba is köthetők ([1234] Advances in Membrane Materials Provide New Gas Processing Solutions, Patrick Hale et al., 2014).

1.9.3.3.4. A kutak folyamatos hozamának mérése Az előtisztító szeparátorok után mérőegységet kell beiktatni. A kutak időben változó teljesítményének folyamatos mérése és az adatok rögzítése, valamint azok rendszeres értékelése a rendszer racionális működtetése szempontjából elengedhetetlen, ([1230] GasLiquid Separators Sizing Parameter, Campbell J. M, 2014, [1232] Importance of Flow Measurement for Separators, Lee Rumbles, 2012). Korábban írószerkezetes hozam mérőket alkalmaztak, amelyek analóg módon, folyamatosan papírra rögzítették az adott kút pillanatnyi hozamát. Az érékelést utólag, nagy időráfordítással lehetett csak elvégezni. Az érzékelés technológiája az idők során kiforrottá vált. Az alkalmazott fontosabb érzékelési módszerek, illetve elvek a következők: 

Nyomás különbségen alapuló áramlásmérés;



Mágnesesség elvén alapuló áramlásmérés;



Coriolis elvű átfolyás mérők;



Vortex áramlásmérők.

Az áramlás érzékelők analóg jeleinek vételére, úgy nevezett intelligens érzékelők állnak rendelkezésre, amelyek egy áramköri tokba szerelve három alapfunkció ellátására alkalmasak. Ezek a következők: 

Az analóg jeladók jelének vétele és digitális jellé konvertálása (A/D konverzió);



Intelligens jelfeldolgozás és igény szerinti tárolás a memóriába;



Kétirányú rádiófrekvenciás kommunikáció.

Egy ilyen egység felépítési vázlatát a 38. ábra mutatja. Az egységekből nagy területet átfogó, robosztus mérőhálózatok alakíthatók ki. Kapcsolat alakítható ki mobil adatkommunikációs szolgáltatással (GPRS), ami nagyterületi összeköttetést biztosít. A vázolt rendszer alkalmazása természetesen a földgázkezelés és LNG előállítás technológiájában is helyet kaphat ([1228] Gépek és Rendszerek Üzemeltetése, Faust D., 2015).


73

38. ábra: Egy intelligens érzékelő funkcionális vázlata [1228] Gépek és Rendszerek Üzemeltetése, Faust D., 2015

1.9.3.4. A gázkondicionáló, tisztító rendszerek áttekintése Egy földgáz kondicionáló és kezelő üzem sokfunkciós, összetett technológiai rendszer. Ezt példázza a 39. ábra.

39. ábra: Egy földgáz kondicionáló üzem kiépítési példája


74

Az üzemek kialakítása nagyon sokféle lehet, ami alapvetően a naponta feldolgozandó nyers földgáz mennyiségétől és minőségi sajátosságaitól függ. Mint minden technológiafüggő területen úgy itt is meghatározó, hogy mikor került kialakításra a létesítmény. Ma a rugalmas, modularitást kihasználó megoldások kerültek előtérbe. Ez lehetőséget ad arra, hogy a műszaki fejlesztés és a hatékonyság javítása csak egy-egy funkcionális egység korszerűbb megoldással történő lecserélésével valósuljon meg. A berendezések gyártói is igazodtak ehhez a felhasználói igényhez. Újabban mind a nagy kapacitású, mind a mini kategóriába tartozó gázkondicionáló és LNG előállító rendszerek a modularitás elveit alkalmazva épülnek. A 40. ábra egy áttelepíthető, kis kapacitású gázkondicionáló rendszerre mutat példát.

40. ábra: Mikro gázkondicionáló modul http://www.cobey.com/Gas_Conditioning_Skids/gas_conditioning_skids.html A környezeti és egyéb feltételek eltérő volta miatt minden létesítmény egyedinek tekinthető. Ennek ellenére két kulcsfontosságú funkció mindenhol azonos; ezek a funkciók: a gázkeverék nem kívánatos alkotóinak eltávolítása, valamint a tisztításban használt különböző anyagok


75

regenerálása, az újra felhasználhatóság érdekében. Mindkét főfunkció maga is több összekapcsolódó részfolyamatból áll, amelyek megvalósításához sajátos anyagok és technikai berendezések szükségesek.

1.9.3.5. A gázkondicionálás, tisztítás fontosabb technológiái 1.9.3.5.1. A víz és a hidrátok eltávolítása, dehidrálási módok Már a nyers földgáz előtisztítása kapcsán utaltunk a víz jelenlétének káros hatásaira, a korrózió előidézésre és a jég képződésére. Az LNG előállítás technológiája különösen érzékeny a cseppfolyósítandó földgáz víz szennyezésére. Ezért a víz és a hidrátok eltávolítása- a földgáz úgynevezett dehidrálása- nagyon szigorú technológiai követelményeket támasztó feladat. Ennek megoldása többféle módon lehetséges ([1209] The Dehydration and Sweetening of Natural Gas, Parlaktuna, 2002, [1211] Gas Dehydration, KLM Technology Group, 2012, [1213] Natural Gas Processing Plants, Linde, 2015). A földgáziparban három technológiai megoldás alakult ki (41. ábra): 

folyékony dehidráló adszorpciós anyag alkalmazása,



szilárd dehidráló adszorpciós anyag alkalmazása,



membrános leválasztás,



kondenzáció.

41. ábra: A földgáz dehidrálásának módszerei A folyékony (abszorbens) vagy szilárd (adszorbens) dehidráló anyagok jellemzője, hogy a földgáz keverékben szabad víz, pára, illetve hidrátok formájában lévő vizet megkötik. Csak azok az anyagok kerülhetnek alkalmazásba amelyek a következő követelményeket kielégítik: 

Jó a víz megkötő képességük;


Könnyű az újrahasznosításukhoz szükséges regenerálásuk, tisztításuk;



Nem mérgezőek;



Nem okoznak korróziót;



Nem lépnek kémiai reakcióba a szénhidrogénekkel.

76

1.9.3.5.2. Abszorpció, a glikolos víztelenítési technológia főbb jellemzői A glikolok - különösen etilén-glikol (EG), di-etilén-glikol (DEG), tri-etilén-glikol (TEG), és tetraetilén-glikol (Treg) - elégítik ki legjobban a földgáz dehidrálásnak kritériumait. A hidrogénoxigén kötés miatt a víz és a glikolok a folyékony fázisban teljes kölcsönös oldhatóságot mutatnak, miközben ezek vízgőz nyomása nagyon alacsony. A leggyakrabban használt dehidráló abszorbens folyadék a Tri-Etilén-Glikol (TEG). Az áramló glikol az ellenáramú földgázzal érintkezve folyamatosan megköti a vízmolekulákat. A folyamat az úgynevezett kontaktor toronyban zajlik (42. ábra).

42. ábra: A víz megkötése a tri-etilén-glikol kontaktor toronyban történik A belül tálcás kiképzésű toronyban a felfelé áramló gáz terelése olyan, hogy az kényszerített módon, átáramlik a glikolon. Ez segíti a víz megkötésének a hatékonyságát. A száraz gáz a torony felső részén távozik. A száraz vagy sovány (lean) glikol a kontaktor torony felső részén áramlik be. A vízzel telített glikol a torony alján távozik, és kényszer áramoltatással belekerül a regeneráló, szárító folyamatba. A folyamat elvi működési vázlatát a 43. ábra szemlélteti. A folyamat energia fogyasztását döntő mértékben a glikol regenerálási folyamata határozza meg. Az egész rendszer működésének gazdaságosságát legnagyobb arányban a felhasznált glikol mennyisége, költsége, és regenerálása befolyásolja.


77

43. ábra: A földgáz glikolos víztelenítési rendszerének technológiai vázlata A rendszer víztelenítési kapacitását részben a torony átmérője, de még inkább a benne elhelyezett tálcák száma szabja meg. Belépő gáz hőmérséklete jelentős tényező. Magasabb hőmérsékleten a földgáz intenzívebb glikol cirkulációt igényel. A belépő gáz hőmérsékletét 15°C és 50°C értékek között kell tartani. Mindenképpen hűtésre van szükség, ha a gáz hőmérséklete az 50°C-ot meghaladja. A földgáz nyomása elvileg 15 és 20 MPa lehet, a gyakorlatban a 3,5 és 13 MPa közötti nyomás tartomány tekinthető kedvezőnek.

1.9.3.5.3. Adszorpció, szilárd dehidráló adszorpciós anyag alkalmazása Az adszorpciós vízelvonás fizikai vagy kémiai hatásra jöhet létre. A földgáziparban a kémiai folyamaton alapuló adszorpció alkalmazása ritka. A fizikai elven működő abszorbensek a vizet a felületükön fellépő erők révén kötik meg. A víz lekötési képességet a fajlagos felület határozza meg. A kereskedelemben kapható adszorbensek fajlagos felülete: 500 – 800 m²/g. Fontos, hogy az anyag ellenállása a gáz áramlásával szemben kicsi legyen, és a dehidráló egységben minimális legyen a nyomásesés. Követelmény továbbá, hogy az anyag gazdaságosan és sokszor ismételhetően, regenerálható legyen.


78

Több olyan anyag létezik amelyik megfelel az üzemi elvárásoknak, az adszorbensek árai azonban jelentősen különböznek. Az ismert anyagok a következők: alumínium-oxid (alumina), szilika gél és szilika-alumina gél, valamint a molekuláris szűrők. A 44. ábra két adszorber egységből álló rendszert mutat be. A váltó szelepek lehetővé teszik, hogy az edényekben váltakozva víztelenítés, illetve a vízelvonó anyag regenerálása, szárítása történjen. Általában a szilárd dehidráló anyagok regenerálása egyszerűbben és gazdaságosabban megoldható mint a glikoloké.

44. ábra: Az iker tornyos szilárd adszorberes víztelenítő technológiai vázlata A rendszer gazdaságosabbá tétele érdekében, a viszonylag nagy energiafogyasztást olyan módon csökkentik, hogy a melegítéshez szükséges hőenergia biztosításához a motorok és egyéb helyek veszteséghőjét is felhasználják. A molekuláris szűrők - adszorpciós képességét a sajátos kristályszerkezetük adja. A molekuláris szűrők osztályába tartoznak az alumínium-szilikátok. Ezek produkálják a legalacsonyabb víz harmatpontot és nagy előnyük, hogy egyidejűleg felhasználhatók a földgázok édesítésére és a víz eltávolítására. Az molekuláris szűrőknél az egyensúlyi vízkapacitás jóval kevésbé függ adszorpciós hőmérséklettől és a relatív páratartalomtól.


79

Membrán technológia A fejlesztése terén intenzív kutatások folynak. Bár vannak biztató eredmények a membránok dehidrálásban történő alkalmazására, a magas követelmények kielégítése még további fejlesztéseket igényelnek. Közvetlen hűtés A földgáz telített vízgőz tartalma csökken, ha megnő nyomás vagy csökken a hőmérséklet. Így a vízzel telített forró gázokat közvetlen hűtéssel, részlegesen dehidrálni lehet.

1.9.3.6. A földgáz édesítése A nyers földgázok mindig tartalmaznak több-kevesebb kéndioxidot (SO2) és széndioxidot (CO2). Ezek savassá, savanyúvá teszik a gázt. Ezeknek az összetevőknek az eltávolítása mindenképpen szükséges. A savas hatás erőteljes korróziót okoz, a kéndioxid erősen mérgező hatású. A H2S és a CO2 (acidok) eltávolítása egy menetben is végrehajtható, a folyamatot gáz édesítésnek nevezzük. A kéntelenítés ( savtalanítás) a dehidráláshoz hasonlóan abszorpciós vagy adszorpciós folyamatokkal valósítható meg. Elsősorban a széndioxid eltávolításában a membrános technológia egyre jelentősebb szerepet játszik. A megoldási változatokat a 45. ábra foglalja össze.

45. ábra: A H2S és CO2 kivonás módszerei Az abszorpció során folyékony abszorbens alkalmazására kerül sor, ezért ezt nedves eljárásnak nevezzük. Az adszorpciós folyamatban az adszorbens szilárd anyag, ezért itt száraz eljárásról beszélünk. Mind az adszorpció fizikai folyamatok során valósul meg. Az abszorpciós folyamatok fizikai vagy kémiai típusúak lehetnek. A megoldások a következő kategóriákba sorolhatók:


80



Regenerálást nem tartalmazó technológia. A földgáz kezelésére felhasznált anyagok visszanyerése nem történik meg. Ez a megoldás gazdaságtalan, de a higany eltávolításánál szükséges lehet az alkalmazására.



Regeneráló folyamatok alkalmazása. Ide tartoznak az amint és a molekuláris szűrőket alkalmazó technológiák.

 Regeneratív folyamat, az elemi kén visszanyerésére. Az egyik legelterjedtebb földgáz édesítő eljárás az amint alkalmazó gázkezelés. A gézkeverék savas alkotóinak eltávolítására használt amin gázos technológia a kémiai eljárások közé tartozik. A kémiai abszorbens magához köti a kéndioxidot, amint ezt, a 46. ábrán látható vázlat mutatja. Amin gázt felhasználó édesítés vagy semlegesítés kémiai folyamatának egyszerűsített leírása a következő: Acid (gyenge sav) + Amin (gyenge lúg) = vízben oldható só (újra hasznosítható)

46. ábra: A földgáz édesítés kémiai folyamatának vázlata A földgáz édesítés technológiai rendszerében három meghatározó résztechnológia különül el. A földgáz édesítő kotaktor toronyban az adott technológia által használt abszorbens (például amin), vagy adszorbens segítségével megtörténik a H2S és a CO2 kivonása gázból. A másik fontos technológia folyamat a kémiai vagy fizikai ágensek regenerálása ([1208] Amine Gas Treating and H2S/CO2 Removal, Natural Gas Processing, 2014, [1209] The Dehydration and Sweetening of Natural Gas, Parlaktuna, 2002, [1210] Natural Gas Sweetening Process Design, Kurt Mearkeltor, 2011). Ez a regeneráló toronyban történik. A harmadik egység a tiszta kén kinyerését segíti elő. A rendszer vázlatát a 47. ábra mutatja.


81

47. ábra: A földgáz édesítés technológiai folyamatának áttekintő vázlata, [1208] Amine Gas Treating and H2S/CO2 Removal, Natural Gas Processing, 2014, K-Patents, Process Instruments anyagának felhasználásával Az amin technológiát megvalósító üzem felépítési vázlatát és az anyag áramlások folyamatát a 47. ábra szemlélteti. (Az ábra a WestPoint Ga. cég ábrájának felhasználásával készült) ([1223] Contaminants removed utilizing Amine Treating, Newpoint Gas, 2016). A kezelendő gáz tulajdonságai, a tisztítás megkívánt minőség követelményei, valamint a gazdaságosság szempontjai alapján szükséges és célszerű lehet a különböző eljárások kombinálása. Amin és a molekuláris szűrés kombinálására mutat példát a 48. ábra ([1217] Natural Gas Cleaning and Treatment, Gas und Umwelttechnik, 2014). A folyamatok összekapcsolásában, hálózatszerű kialakításában a membrános technológiák egyre nagyobb szerepet kapnak.


82

48. ábra: Amin üzem felépítési és működési vázlata, [1223] Contaminants removed utilizing Amine Treating, NewPoint Gas, 2016 anyagának felhasználásával

49 ábra: Amin alapú és a molekuláris szűrés kombinálásával kialakított technológia [1217] Natural Gas Cleaning and Treatment, Gas und Umwelttechnik, 2014.


83

A kereskedelem, a szilárd adszorbensek egyre szélesebb választékát kínálja (50. ábra). Ezek alkalmazása egyre versenyképesebb a jelenleg elterjedt, költséges, amint alkalmazó technológiákkal szemben. A különböző készítményekkel a dehidrálás, a földgáz édesítése, a CO2 valamint a higany eltávolítása megoldható. Az anyagok regenerációja általában könnyen megoldható ([1220] Adsorbents for Natural Gas Conditioning: Reliable and Efficient - Part 1. és [1221] Adsorbents for Natural Gas Conditioning: Reliable and Efficient - Part 2., Salar Sadri, 2016).

50. ábra: A szilárd abszorbensek különböző típusaival a gáz kondicionálás eltérő igényei kielégíthetőek A nano méretű, kristályos szerkezetű zeolit molekuláris szűrő kiválóan alkalmazható a víz és a széndioxid megkötésére. A nagy széndioxid tartalmú gázoknál sikerrel alkalmazták az egységek sorbakötését. A zeolit molekuláris szűrő alacsony hőmérsékleten fejti ki a hatását, a telítődött anyag egyszerű melegítéssel regenerálható ([1203] Preteatment System Modifications for Improving CO2 Removal in the Feedgas for 3 Gas Utility Peak-Shaving Plants, James Goodchild, et al., 2013). A higany eltávolítására is rendelkezésre állnak adszorbensek. A technológiák általában abban különböznek, hogy a kezelés kezdeti vagy befejező folyamata a higany eltávolítása. A kén visszanyerése Tágabb értelemben beletartozhat a földgázkezelés és tisztítás folyamatába. A tiszta kén az édesítés folyamatából kilépő kénhidrogénből egy hevítési és egy katalizátoros technológia összekapcsolásával nyerhető ki ([1200] Physical Solvents for Acid Gas Removal, Ściążko, 2013, [1201] A Comparison of Physical Solvents for Acid Gas Removal, Barry Burr, et al, 2009, [1217] Natural Gas Cleaning and Treatment, Gas und Umwelttechnik, 2014). A folyamat vázlatát az 51. ábra szemlélteti.


84

51. ábra: A kén visszanyerésének technológiai vázlata

1.9.3.7. Membránszűréses technológia Az utóbbi évtizedben a membrános szűrés technológiája nagyot fejlődött. Jelenleg is kiterjedt kutatások folynak a tökéletesebb, szélesebb körű alkalmazást lehető tevő megoldások kimunkálása terén. A membránszűrés, a gázok édesítési, víztelenítési, valamint a nagy széntartalmú szénhidrogének leválasztási folyamataiban egyre szélesebb körű alkalmazást nyer. Az általános tendenciát az 52. ábra mutatja.

52. ábra: A földgáz kondicionálás műszaki fejlesztésének egyik markáns tendenciája a membránszűréses technológia térhódítása A membránszűrés általában egyszerű, könnyen kezelhető technológiát képvisel. Alkalmazása nem jár környezetterheléssel. A működés egyszerűsége az alapelv egyszerűségéből következik. Ez látható az 53. ábrán.


85

53. ábra: A membrán szűrés alap modellje

A konstrukciós kialakítás szempontjából két alap megoldás létezik ([1238] Gas Conditioning, E-bbok Library, 2010, [1241] Membrane Network in Natural Gas Separation, Nina Wright, 2015). Ezek: 

Spirál membránszűrők (54. ábra),



Csöves membránszűrők (55. ábra).

54. ábra: A spirál membránszűrő felépítése és működése [1241] Membrane Network in Natural Gas Separation, Nina Wright, 2015


86

55. ábra: A csöves membránszűrő felépítése és működése, [1241] Membrane Network in Natural Gas Separation, Nina Wright, 2015 A földgáz kondicionálásban és kezelésben egyértelműen a csöves konstrukciós kialakítás az előnyösebb. Egy adott térfogat mellett a csöves membránok lényegesen nagyobb szűrőfelületet biztosítanak, így a hatékonyságuk is nagyobb a spirál kialakításúakénál. Az anyag mindig nyomás mellett halad át a szűrőn. A nyomás előállítása mellett szükség lehet az áramló közeg előzetes felmelegítésére is ([1225] Carbon Dioxide Membrane Principles and MEDAL MembraneAir Liquide, 2013, [1227] Combination of membrane separation and gas condensation for advanced natural gas conditioning, Katja Neubauer et al., 2014.), melynek egy szokásos elrendezési vázlatát az 56. ábra szemléltet. A szűrési folyamat termelékenységét a szűrő konstrukciós kialakítása és mérete, valamint az áramló közeg fizikai, kémiai tulajdonsága és nyomása együttesen határozza meg.

56. ábra: A membránszűrés egy szokásos elrendezési vázlata előfűtéssel A membránszűrés technológiájának hatékonyságát, és funkcionalitásának bővülését nagymértékben előmozdítja, hogy a membrán szűrű egységek sorba kapcsolhatók. Sőt az úgynevezett szuper struktúra kialakításával még kedvezőbb hatást is el lehet érni ([1241] Membrane Network in Natural Gas Separation, Nina Wright, 2015). Az 57. ábra egy lehetséges membránszűrő hálózat kialakítására mutat példát.


87

57. ábra: Példa a membránszűrő hálózatra A membránszűrűk előnyei között kell megemlíteni a moduláris kiépítés lehetőségét. Hátrányai viszont, hogy a kompresszorok esetenként nagy teljesítményt igényelnek. Az energiafelhasználást növelheti, hogy egy-egy tisztítási követelmény csak hálózatba kapcsolással elégíthető ki. Összességében azonban a kutatások és a műszaki fejlesztések eredményeként a nem nagy földgázhozamoknál a membránszűrős technológia alkalmazás mind technikai, mind gazdaságossági szempontból előnyös lehet.


88

1.9.4. A földgáz cseppfolyósítás technológiai elemei

1.9.4.1. A földgáz cseppfolyósító üzemek kategorizálása A gázok cseppfolyósításának lehetősége régóta ismert. A földgáz cseppfolyósításnak jelentősebb, iparszerű alkalmazása a múlt század 60-as éveiben indult el. A mintegy fél évszázados időszak alatt rendkívül kiterjedt, és dinamikus technikai fejlődés ment végbe. A műszaki fejlesztés és fejlődés természetesen magát a cseppfolyós földgáz (LNG) előállítását érintette, de ezzel párhuzamosan zajlott a tárolás, az export és import terminálok, a tengeri szállítás, valamint a hasznosítás infrastruktúrájának nagyléptékű és látványos fejlődése is. A jelen fejezet a cseppfolyósítás igen változatos technikai és technológiai megoldásait hivatott bemutatni. Az LNG előállítási, mozgatási és tárolási technológiái mindenképpen a high-tech kategóriába sorolandók. Elég itt csupán a –162 Celsius fokos cseppfolyósított földgáz létrehozására és biztonságos kezelésére utalni. A szükséges eszközök és technológiai folyamatok rendkívül magas követelményeket támasztanak, ami magas költségekkel jár együtt. Ezzel is magyarázható, hogy az LNG ipari méretű előállítására szolgáló üzemi létesítmények létrehozása viszonylag kisszámú, jelentős tőkével rendelkező multinacionális céghez kötődik. A teljesség igény nélkül az LNG előállítási technológiák fejlesztésében és megvalósításában jelentős szerepet játszó nemzetközi cégek, illetve cégcsoportok között, a következők említhetők: • • • • • • •

Linde, Linde Group; Air Products and Chemicals, Inc.; Chart Industries, Inc.; Shell, Inc.; Conoco-Phillips Company; Siemens; Joule Processing, LLC.

A világ LNG előállításának zöme azokkal a technológiákkal történik, amelyeket a felsorolt cégek fejlesztettek ki, szabadalmaztattak, vagy saját know-how formájában jelentettek meg. Mivel a nagyüzemi termelésben évtizedeken keresztül az LNG termelő vonalak (trains) kapacitás növelésének igénye és trendje érvényesült, a technológia fejlesztői, szállítói ehhez igazodtak. Így a kimunkált földgáz cseppfolyósító eljárások, módszerek és eszközök többsége is a nagyüzemi termelésnek felelnek meg leginkább. Az LNG előállító termelő vonalak növekedési trendjét az 58. ábra szemlélteti ([494] LOWERING LNG UNIT COSTS THROUGH LARGE AND


89

EFFICIENT LNG LIQUEFACTION TRAINS – WHAT IS THE OPTIMAL TRAIN SIZE?, Anthony Eaton, 2004, [495] LNG Industry Trends, Deloitte, 2015).

58. ábra: Az LNG termelő vonalak (trains) kapacitás növekedési trendje, [494,495] Az utóbbi öt, tíz évben a földgáz ágazatban, nemzetközi szinten, rendkívül jelentős változások következtek be, amely sok tekintetben világméretű átrendeződést eredményezett. A változások eléggé közismertek. Ezek közül néhány az LNG ipart is érinti, például olyan módon, hogy új irányok, új alkalmazási területek, és természetesen új technológiák kialakulását generálják. A mára már egyre fontosabbá váló globális LNG iparág évi mintegy 300 millió tonna cseppfolyósított földgázt állít elő. Jelenleg ennek a mennyiségnek zömét nagyüzemi rendszerek állítják elő, amelyeknek egy-egy termelővonal kapacitása évi 3 és 8 millió tonna. Ugyanakkor éppen a kőolaj és földgáz kitermelő szektort, benne az LNG ipart érintő változások egyik következményeként növekszik az igény, a kisebb kapacitású LNG előállító üzemek iránt. Ezek termelő kapacitása év 0,01 és 2 millió tonna tartományba esik. A korábban csak nagyüzemi LNG előállítókra koncentráló fejlesztő és beruházó cégek, az utóbbi időben, a technológiáikat és a tevékenységüket igyekeznek hozzáigazítani az új kapacitás méret igényekhez. A korábban említett multinacionális cégek csaknem mindegyike kínál komplex megoldást a kicsi (small-scale) és a közepes (mid-size) termelő kapacitású LNG üzemek kialakításához. Ezeket a jelzőket nem csak az üzem méretének, hanem a termelő vonalak kapacitásának jellemzésére is használják. Már itt utalunk arra, hogy jelenleg az LNG előállító üzemek méret szerinti kategorizálása nem teljesen egységes. A szakma a méret jellemzésére a napi, vagy az éves LNG termelés értékét használja. A szokásos mértékegységek a t/nap, (tpd), gallon/nap (gpd, gyakorta gázolaj energia egység), illetve millió tonna/év (MMt/y). A nagyságrend behatárolása azért fontos, mert egy adott földgáz cseppfolyósító technológia alkalmazhatósága és hatékonysága szorosan összefügg az LNG termelő kapacitás nagyságával. Vagy megfordítva, adott LNG termelő kapacitású üzemben műszaki és gazdaságossági okokból csak a megfelelően illeszkedő cseppfolyósítási technológia alkalmazható.


90

A legnagyobb bizonytalanság a kis termelő kapacitású (small-scale) behatárolásánál mutatkozik. Előfordul például, hogy egy cég által kiadott három szakanyagban háromféle felső kapacitás érték megjelölés található: 400, 600 és 900 t/d. [482] “Small-Medium scale LNG solutions to monetize stranded gas”, Olof Källgren - The Linde Group, 2011, [483] JouleThomson (J-T) Plants, Joule Processing Products, 2015, [499] StarLNG, The leading small-tomid scale standard LNG plant, Linde AG Engineering Division, 2015. A Chart szakanyagában ([498] THE LNG VALUE CHAIN, Chart Industries Inc., 2013) a kis és közepes kapacitású LNG előállítók méretskáláját közli ez látható az 59. ábrán. Eszerint az úgynevezett small-scale kategória termelő kapacitás határai 162 és 727 t/nap, (tpd).

59. ábra: A kis és középüzemi LNG előállítási kapacitás értékhatárai a Chart Industries, Inc. szerint, [498] THE LNG VALUE CHAIN, Chart Industries Inc., 2013 A GE Oil & Gas egy 2014-ben megjelent, a kisméretű LNG üzemek számára készített útmutatójában a termelő kapacitásokat illetően a 60. ábrán látható méretskálát ismerteti. Látható, hogy ez esetben a kapacitás felső határa 1 200 000 gallon/nap.

60. ábra: A kisméretű LNG termelés méret skálája a GE Oil & Gas útmutatója szerint, [497] THE DEFINITIVE GUIDE TO SMALL-SCALE LIQUEFIED NATURAL GAS (LNG) PLANTS, GE Oil & Gas, Houston, 2014 A közelmúltban az LNG iparban a kis üzemek kapacitás szerinti besorolásánál újabb kategória megnevezések jelentek meg ([497] THE DEFINITIVE GUIDE TO SMALL-SCALE LIQUEFIED NATURAL GAS (LNG) PLANTS, GE Oil & Gas, Houston, 2014). Ezt példázza a 13. táblázat. A Cryonorm ezen besorolása könnyebbé és egyértelművé teszi a kisméretű LNG előállító


91

üzemek kategorizálását. Ugyanakkor a small-scale besorolás felső határértéke eltér a korábban említettekétől. 13. táblázat. Az LNG előállító kis üzemek Cryonorm cég szerinti kapacitás besorolása, [496] LNG liquefaction plants, Cryonorm BV., 2013

Nano-scale

<10 Metric Tons per Day

<6,250 gallons per day

Micro-scale



Small-scale



1.9.4.2. A hűtési ciklus főbb jellemzői A földgáz cseppfolyósítás körfolyamata a gáztörvények illetve a termodinamikai törvények keretei között valósul meg. A hűtés és a cseppfolyósítás folyamata állapot változások sorozataként, ciklikusan valósul meg. Azt a termodinamikai folyamatot nevezzük körfolyamatnak- azaz ciklusnak - amelyekre az jellemző, hogy a rendszer a váltások sorozata során visszatér az eredeti állapotába. A Carnot- féle körfolyamat a lehető legjobb hatásfokú körfolyamat, amely egy adott mennyiségű hőenergiát mechanikai munkává alakít, illetve egy adott mennyiségű mechanikai munkát hűtési céllal átalakít hőenergiává. Ez az ideális, reverzibilis folyamat azonban csak elméletben létezik. A valós rendszereink irreverzibilisek és hatásfokuk csak kisebb lehet az ideálisnál. Carnot vizsgálata nyomán Clausius, Kelvin és Planck ismerték fel, hogy a valós világ folyamatai irreverzibilisek és rájuk termodinamika második főtétele érvényes ([1102] A termodinamika második főtétele, és az entrópia, Scribd, 2011, [1103] Termodinamikai körfolyamat, Wikipedia, 2015). Amint azt a 61. ábrán látható elvi ábra is mutatja a hűtés során csak mechanikai munka felhasználásával vonhatunk el hőt.

61. ábra: A hőelvonás elvi vázlata


92

A földgáz cseppfolyósítása igen jelentős mennyiségű energiát igényel. A cseppfolyósítás, csak energia veszteségek árán valósítható meg. Ezért alapvető érdek fűződik ahhoz, hogy a folyamatban minél kisebb legyen az energia veszteség. A földgáz cseppfolyósítás folyamatának tervezésénél és a megvalósított rendszerek üzemeltetésénél az egyik fő szempont a minél jobb energia hatékonyság elérése. Természetesen ehhez a biztonság és a gazdaságosság szempontjai is szorosan kapcsolódnak. A hűtési ciklusban többféle energiaveszteség adódik. Ezek közül legnagyobb a kompressziós veszteség. A hőátadásnál és az expanziónál további veszteségek jelentkeznek. Az energetikai analízishez a hűtési ciklus entrópia és hőmérséklet diagramja nyújt segítséget. A veszteségek kialakulását a 62. ábrán tekinthetjük át.

62. ábra: A hűtési ciklus veszteségeinek analízise az entrópia és hőmérséklet diagram alapján, [489] Sensitivity Analysis of Proposed LNG liquefaction Processes for LNG FPSO. Natural Gas Technology, Sultan Seif Pwaga - Norwegian University of Science and Technology, 2011 forrás felhasználásával A hűtés és a cseppfolyósítás folyamatának termodinamikai elvei meglehetősen hasonlóak, de a két rendszer tervezése és a megvalósítás technológiája már többé-kevésbé különböznek egymástól. Az egyszerű hűtést egy zárt ciklusú működési folyamat valósítja meg, amelyben a hűtőfolyadék folyamatosan cirkulál ([489] Sensitivity Analysis of Proposed LNG liquefaction Processes for LNG FPSO. Natural Gas Technology, Sultan Seif Pwaga - Norwegian University of Science and Technology, 2011). A hűtési folyamat vázlatát a 63. ábra szemlélteti. Az egyszerű hűtési folyamat viszonylag egyszerű, kevés elemet tartalmazó konstrukcióval megvalósítható.


93

63. ábra: A hűtés vázlata, [489] Sensitivity Analysis of Proposed LNG liquefaction Processes for LNG FPSO. Natural Gas Technology, Sultan Seif Pwaga - Norwegian University of Science and Technology, 2011 forrás felhasználásával A rendszer zártsága következtében a hűtőközeg nem koncentrálódik és nem is távozik el. A cseppfolyósítási technológiákban viszont több lépcsőben, összetettebb állapotváltozási folyamatok történnek. A vázolt hűtési folyamattal a cseppfolyósítás, annak speciális sajátosságai miatt nem valósítható meg. A PRICO cseppfolyósítási technológiában felismerhető ugyan az egyszerű hűtési körfolyamat, de a különbség nem csak az ábrán is látható technológiai eltérésekből adódik, hanem a sajátos hűtőkeverék alkalmazásából is. A hűtőközegben több lépcsőben olyan fizikai állapot változások is végbemennek amilyenek az egyszerű hűtési folyamatokban nem fordulnak elő.

64. ábra: Az egyszerű hűtési elv a PRICO cseppfolyósítási folyamatban is megtalálható


94

1.9.4.3. A földgáz cseppfolyóstó technológiák osztályozása A földgáz cseppfolyósítás egyik sajátossága, hogy a kívánt hűtési hőmérséklet elérését hűtőkeverékek alkalmazásával valósítják meg. A szakma ezt a technológiát az MR (Mixed Refrigerant) rövidítéssel illeti. Az LNG előállításában a hűtőkeverékek alkalmazása meghatározott jelentőségű. A lehetséges hűtőkeverékek, és az alkalmazható technológiai eszközök sokasága miatt, az MR, a közös alapelvet alkalmazó technológiák halmazának megjelölésére szolgál. Jelenleg a cseppfolyósított földgáz mennységének mintegy 90%-át az MR technológia alkalmazásával állítják elő. A szakirodalomban az MR technológiának csak eléggé elnagyolt definícióival találkozhatunk. Általában csak a keverék hűtőközeg alkalmazását tekintik egyetlen attribútumnak. A technológiának az is meghatározó sajátossága, hogy a cseppfolyósítás olyan zárt hűtési ciklus alapján történik, amelyben többlépcsős, általában J-T (Jolue-Thompson) szeleppel vezérelt expanzió, fázis szeparáció és hőcserélés valósul meg. Az MR rövidítés mellett, vagy ahelyett az MRC is előfordul, a ciklusra való utalás miatt.

A kevert hűtőközeges cseppfolyósítás (MR) definíciója Az MR, valamilyen hűtőkeveréket alkalmazó, zárt hűtési ciklusú technológia, amelyben a földgáz cseppfolyósítása, - az expanzió, a szeparálás, és a hőcserélés folyamatainak logikus összekapcsolása révén, - több lépcsőben valósul meg. A hűtőközeg keverék olvadáspontja a hűtött anyag hőmérsékletétől függően változó.

A hűtési folyamat hatékonyságát többek között az biztosítja, hogy a legtöbbször használt hűtőközeg, szénhidrogén, esetleg egyéb alkotóinak forráspontja, valamint más fizikai jellemzője eltérő. A cégek különböző összetételű keverék recepteket dolgoztak ki és szabadalmaztattak, ezek többsége kereskedelmi áru. A hűtőközegek, hűtőkeverékek nagymértékben meghatározzák a cseppfolyósítás módját, technológiai folyamatát. A 65. ábra a cseppfolyósítási módok osztályozását mutatja be.


95

65. ábra: A földgáz cseppfolyósítási módok osztályozása Az osztályozásban elkülönül az előhűtéses és az előhűtés nélküli technológiai vonal. A nagyobb kapacitású üzemek csaknem kizárólag az előhűtéses technológiát alkalmazzák. Az előhűtés technológiai folyamatba iktatása általában előnyös és hatékony, annak ellenére, hogy plusz beruházást, plusz egységek rendszerbe állítását jelenti. A LNG ipar legfontosabb szereplői mind kidolgozták és szabadalmaztatták a saját cseppfolyósítási technológiájukat. Az alap megoldásoknak számos módosított változata kerül alkalmazásra. A legismertebb és legelterjedtebb földgáz cseppfolyósító technológiákat a 66. ábra foglalja össze.

66. ábra: A meghatározó földgáz cseppfolyósító technológiák, [472] Brayton refrigeration cycles for small-scale LNG, ROBERTS, M., Gulf Publishing Company, 2015 Mindegyik technológiára jellemző, hogy meghatározott termelési méretnagyság tartományban alkalmazható hatékonyan. A különböző hűtőkeverékes (MR) cseppfolyósító technológiák a legelterjedtebbek. Ezek a nagyobb termelőkapacitású üzemek, illetve termelő


96

vonalak számára lettek kimunkálva, ezért a nano és mikro méretek mellett vagy nem használhatóak, vagy alkalmazásuk nem hatékony. A fontosabb technológiák relatív, egymáshoz viszonyított hatékonyságát a 67. ábra segítségével tekinthetjük át.

67. ábra: A fontosabb technológiák hatékonyságának relatív összehasonlítása, [479] Look at a number of liquefaction processes for FLNG facilities, Bukowski, J. D. - LNG Industry, 2014. Az Air Products által a különböző LNG termelő kapacitásokhoz ajánlott technológiákat a 68. ábra szemlélteti ([488] Air Products’ full range of liquefaction process options: Supporting all segments of the, Air Products and Chemicals, Inc., 2013). A nano, a mikro és a kisméretű (small-scale) LNG előállító egységeknél a hűtőkeverékes technológia helyett a nitrogén expanzió alapján működő cseppfolyósítási technológia ajánlható. Bár ez a megoldás energetikai szempontból kedvezőtlenebb, mint az MR technológiák. Előny viszont az egyszerűbb és olcsóbb kivitel ([472] Brayton refrigeration cycles for small-scale LNG, ROBERTS, M., Gulf Publishing Company, 2015, [480] Nitrogen expansion cycle enhances flexibility of small-scale LNG, Pak, J. - Gulf Publishing Company, 2015).

68. ábra: Az LNG előállítási kapacitások és a cseppfolyósítási technológiák kapcsolata, [488] Air Products’ full range of liquefaction process options: Supporting all segments of the, Air Products and Chemicals, Inc., 2013


97

A Linde cég a különböző termelési kapacitásokhoz a 69. ábrán látható földgáz cseppfolyósítási technológiákat ajánlja.

69. ábra: A Linde technológiai ajánlata a különböző mérető LNG előállító kapacitásokhoz, [482] “Small-Medium scale LNG solutions to monetize stranded gas”, Olof Källgren - The Linde Group, 2011

1.9.4.4. A földgáz cseppfolyóstó technológiák fontosabb alkotóinak és egységeinek jellemzői 1.9.4.4.1. A hűtőkeverék komponensek megválasztásának fontosabb szempontjai A hűtőkeverék adott feltételekre történő megválasztásánál a forráspont (NBP) és az olvadáspont értékeket kell szem előtt tartani. Kívánatos, hogy a hűtőközeg gőznyomása mind a négy ciklusban nagyobb legyen a légköri nyomásnál, hogy ez által elkerüljük vákuum kialakulását a hűtőberendezésben. Következésképpen a legalacsonyabb forráspontú hűtőközeg forráspontjának alacsonyabbnak kell lenni, mint a hűtőberendezés legalsó hőmérséklete. Ezen túlmenően, a hűtőközegben nem alakulhat ki szilárd anyag, ami dugulást eredményezhet. Tehát minden komponenssel szemben elvárás, hogy az olvadáspontjuk alacsonyabb legyen a legalacsonyabb hűtési hőmérsékletnél. A hűtőkeverékek bizonyos rugalmasságot nyújtanak, mivel ezek olvadáspontja mindig alacsonyabb az egy komponenses hűtőközegeknél ([1108] LNG LIQUEFACTION PROCESS SELECTION: ALTERNATIVE REFRIGERANTS TO REDUCE FOOTPRINT AND COST, Robert D. Denton, 2013). A hűtőközeg komponensek megválasztásánál a környezetvédelmi szempontokat is fontos figyelembe venni. A gyakorlatban használt, és alternatív hűtőkeverék komponenseket, és a kiválasztás szempontjából fontos jellemzőit a 14. táblázat mutatja be. (MW – molekulasúly; NBP – forráspont; MP – olvadáspont). A hűtőkeverék gondos megválasztása azért fontos, mert a keverék összetétele és a komponensek részaránya, mind a cseppfolyósításhoz szükséges időt, mind pedig a fajlagos


98

energia felhasználást, nagymértékben csökkenti. Ezt szemlélteti a 70. ábra. A keverék hűtőközeg megfelelő komponensei segítik a földgáz lehűlési görbéjét megközelíteni. 14. táblázat: LNG előállításban használható hűtőkeverék komponensek, és főbb jellemzői, [1108] LNG LIQUEFACTION PROCESS SELECTION: ALTERNATIVE REFRIGERANTS TO REDUCE FOOTPRINT AND COST, Robert D. Denton, 2013


99

70. ábra: A cseppfolyósítás energia igényét a hűtőközeg keverék megválasztása is befolyásolja

1.9.4.4.2. Az LNG előállítás technológiáinak fontosabb technikai egységei Az LNG előállítás technológiáiban kulcsfontosságú szerepet játszanak a kompresszorok, továbbá az expanderek, a hőcserélők és a fázis szeparátorok. Mivel a szeparátorok funkcióit, működési elveit és szerkezeti kialakításuk megoldásait, már korábbi fejezet részletesen bemutatta, ezért ezzel itt nem foglalkozunk. Az LNG előállítás technológiái, a működési struktúra kialakítástól, valamint a termelő vonalak számától és kapacitásától függően egy vagy több kompresszor egységet foglalhatnak magukban. A kompresszorok munkája döntő mértékben meghatározza a cseppfolyósítási folyamat elvárt színvonalú és biztonságos megvalósulását. A rendszerekben megvalósuló, előírás szerinti áramlási és nyomás viszonyok biztosítása érdekében műszakilag és gazdaságilag megalapozott kompresszor kiválasztásra van szükség. Hasonlóan fontos a szakszerű üzemeltetés. A már a közép, de még inkább a nagy termelő kapacitású (world class) LNG előállító létesítmények, extrém nagy teljesítményű kompresszorok kialakítását tették, illetve teszik szükségessé (71. ábra).


100

71. ábra: Példa a nagyüzemi cseppfolyósító (a), és a párolgó gáz (b) kompresszor kialakításra, [1115] Liquefied natural gas (LNG) plants, LNG/Floating LNG, Mitsubishi Heavy Industries, 2013 A kompresszorok, illetve a kompresszor rendszerek működtetéséhez szükséges energia igény is jelentős, extrém módon nagy. A legnagyobb rendszereknél a kompresszor rendszerek összes teljesítmény igénye közel MW nagyságrendbe eshet. Az LNG termelés döntő mennyiségét előállító üzemekben, ezt a nagy teljesítmény igényt többnyire csak gázturbinás rendszerrel tudják kielégíteni. Amint azt a 72. ábra mutatja, a nagy ipari LNG előállító rendszerekben a kompresszorok működtetésében csak az utóbbi időszakban lépett be a villamos hajtás ([1114] Liquefied Natural Gas and Floating LNG. A technology review, Gabriel Castaneda, 2014).

72. ábra: A nagyüzemi LNG üzemekben alkalmazott kompresszor hajtások időbeni alakulása


101

Az LNG előállítás minden termelés kapacitási nagyságrendjében a kompresszorok energiafogyasztása az egyik legnagyobb költséghányad. Ezért, a veszteségek csökkentésében is általában ezen a területen adódik a legnagyobb lehetőség. Az LNG iparban elsősorban a centrifugál és axiál kompresszorokat használják. Ritkábban a dugattyús kompresszorok alkalmazása is előfordul. A kompresszor megválasztásánál a következő jellemzőket kell figyelembe venni: 

Az axiál kompresszor főbb jellemzői: nagy, alacsony nyomás;



A centrifugál kompresszor főbb jellemzői: szállítási teljesítmény közepestől nagyig, a többfokozatú kialakítással nagy nyomás.

A kiskapacitású üzemeknél az egy kompresszoros, többfokozatú, centrifugális konstrukciók mutatkoznak a legelőnyösebbnek ([1110] REFRIGERATION COMPRESSORS FOR SMALL SCALE LNG, David Grabau - Cameron Process and Compression Systems, 2012). Gyakori, hogy a hőcserélés, az expander és a fázis szeparálás funkcióit, a kompaktság növelése és a moduláris építési elv érdekében összevonják. A 73. ábrán látható elvi vázlat, és a 74. ábrán megjelenített modul erre mutat példát. A Joule-Thomson egységek, illetve a J-T szelepek nagyon fontos hőtechnikai, illetve energetikai szerepet játszanak a földgáz cseppfolyósítási technológiákban.

73. ábra: Joule-Thomson modul egység funkcionális elemei


102

74. ábra: A Joule-Thomson modul szerelési egysége, [1117] Joule-Thomson (J-T) Plants, Joule Processing, 2016 A hőcserélők szintén kulcsfontosságú technikai alkotóegységei a cseppfolyósítás technológiai rendszereinek. Az extrém környezeti és üzemi feltételek miatt ezeknek is nagyon magas követelményeknek kell megfelelni. A konstrukciós kialakításuk és a működési elvük alapján a hőcserélők csőkígyós vagy lemezes megoldásúak lehetnek. Mindkét alkalmazott változatnak vannak előnyös és kevésbé előnyös tulajdonságai. A választásnál a helyi igényeket és feltételeket, valamint a gazdaságosságot komplex módon kell figyelembe venni. A 15. táblázat összefoglalóan mutatja be a lemezes és a csőkígyós hőcserélők legfontosabb tulajdonságait. A lemezes hőcserélőknél előnyként a nagy fajlagos hűtőfelületet és a kompakt kialakítást lehet kiemelni. Hátrány a korrózió érzékenység és a szűkebb hőmérséklet és nyomás tartomány. A csőkígyós hőcserélőnek általában tágabb az alkalmazhatósági tartománya és korrozív közegek esetében is használható. A nagykapacitású LNG előállító létesítményekben a csőkígyós hőcserélők alkalmazása az elterjedtebb.


103

15. táblázat: A lemezes és a csőkígyós hőcserélők legfontosabb tulajdonságai Értékelési szempontok Kompaktság Áramlási csatornák Áramlási fázis szám Áramló közeg tisztasági igény

Lemezes hőcserélő

Fajlagos hűtő felület

Nagyon kompakt Sokcsatornás Egy- és kétcsatornás közeg áramlás Nagyon tiszta Ellenáram Keresztáram 300 - 1400 m²/m³

Anyag

Ötvözött alumínium

Hőmérséklet tartomány Nyomáshatár

"-269 -tól, + 65 Celsius fokig" 115 bar Kriogén területek Nem korrozív közegek Kis beépítési terület igény

Áramlási irány

Alkalmazhatóság

Csőkígyós hőcserélő Kompakt Sokcsatornás Egy- és kétcsatornás közeg áramlás Tiszta Ellenáram 20 - 300 m²/m³ Ötvözött alumínium Rozsdamentes acél Szénszál Fémötvözet Minden gyakorlatban használt hőfoknál 250 bar Korrozív közegeknél Nagy hőmérséklet ingadozásoknál is Magas hőmérsékleteknél

Mind a két konstrukciót széles méret, illetve hő-kapacitás tartományban gyártják. Mivel a lemezes hőcserélő anyaga és gyártása is olcsóbb, ezért ahol nincsenek korlátozó tényezők ez a megoldás gazdasági szempontból mindenképpen előnyöket élvez. A 75. ábra a csőkígyós és a lemezes kialakítás vázlatát mutatja.

75. ábra: A csőkígyós (a) és a lemezes (b) hőcserélők kialakításának vázlata, [491] Engineering Division: Cryogenic Heat Exchangers for LNG Plants, Linde, 2014 Az LNG ipar berendezés és eszköz gyártói az utóbbi években felismerték a nano, a mini és a kisméretű LNG üzemek építése iránti igényt. Ennek eredményeként egyre több olyan technológiai megoldás és gyártmány születik, amelyek ennek a földgáz cseppfolyósító szegmensnek a fejlődését támogatják.


104

A szóban forgó kis termelőkapacitású LNG üzemekben elsősorban a nitrogén visszanyerésen alapuló technológia valamelyik változata kerülhet alkalmazásra. Ebben a technológiában fontos technikai egység a turbó-kompresszor. Egy ilyen egység felépítését mutatja a 76. ábra. A turbó expander és a kompresszor közös tengelyű kialakításával javul az energia hatékonyság, mivel a turbó expander a működése során besegít a kompresszor-hajtásba.

76. ábra: A turbó-kompresszor egység felépítése, [1116] Dual Turbo Expander Compressor (TC) Series, ACDCOM, 2015 A 77. ábra az európai részleggel is rendelkező amerikai ACD CRYO cég által gyártott és forgalmazott modul, két a turbó-kompresszorral szerelt kialakítását mutatja. A modularitás itt is nagy előny, ugyanis igény esetén egy turbó-kompresszorral szerelt változat is könnyen megvalósítható. Az a kedvező fejlemény ismerhető fel, hogy a gyártmányokban számos olyan kiforrott és jó technikai színvonalat képviselő alkatrész épül be, amelyek gyártása már nagy sorozatban folyik. Ezáltal az LNG előállításában használt gyártmányok és modulok ára a felhasználok számára kedvezőbben alakulhat.


105

77. ábra: Példa a kis kapacitású LNG termelő üzemekben használható, két turbókompresszorral szerelt moduláris kialakításra, [1116] Dual Turbo Expander Compressor (TC) Series, ACDCOM, 2015

1.9.4.5. A hűtőkeverék alkalmazásával működő földgáz cseppfolyósító technológiák összefoglaló áttekintése 1.9.4.5.1. Az MR, illetve C3-MR földgáz cseppfolyósító alaptechnológia főbb jellemzői A világ LNG előállításának döntő hányadát a jelenlegi időszakig, hűtőkeveréket alkalmazó technológiákkal állították elő. A megtermelt teljes LNG mennyiségből az egyes technológiák százalékos részesedését a 78. ábra mutatja. Látható, hogy a legnagyobb arány a C3-MR technológia, valamint annak valamilyen változata teszi ki. Ez annak is köszönhető, hogy ez a technológia a termelő kapacitások széles tartományában jó eredménnyel alkalmazható. A korábban ismertetett 79. ábrán ez a széles tartomány jól kitűnik. A C3-MR technológia további cseppfolyósítási megoldásoknak az alapját, vagy részét képezi. A megjelölésben a C betű a hűtőkeverék előhűtéses alkalmazására utal.


106

78. ábra: A különböző technológiák százalékos részesedése a világ LNG előállításában, [1114] Liquefied Natural Gas and Floating LNG. A technology review, Gabriel Castaneda, 2011 A technológiai séma bemutatja a rendszer struktúráját, azaz a fő funkcionális alkotó egységeket és azok logikai kapcsolódását. A nyílfolyamok alapján a cseppfolyósítandó földgáz és hűtőkeverékek áramlási útjai és ezek által a rendszer működése követhető nyomon.

79. ábra: A C3-MR alaptechnológia struktuális és működési vázlata, [1106] THE C3MR LIQUEFACTION CYCLE: VERSATILITY FOR A FAST GROWING, Mark Pillarella, 2012


107

Mivel az Air Products Inc. szabadalmának és installációinak legnagyobb az elterjedtsége, ezért a cég nevére utalva a technológiára az AP-C3MR megnevezés járatos ([476] FOR FUTURE LNG PLANTS AND FLOATING LNG FACILITIES, Air Products and Chemicals, Inc. 2013, [479] Look at a number of liquefaction processes for FLNG facilities, Bukowski, J. D. - LNG Industry, 2014, [488] Air Products’ full range of liquefaction process options: Supporting all segments of the, Air Products and Chemicals, Inc., 2013, [1106] THE C3MR LIQUEFACTION CYCLE: VERSATILITY FOR A FAST GROWING, Mark Pillarella, 2012). A C3-MR földgáz cseppfolyósító technológia két alrendszerre tagolódik. Az egyik a propán hűtőközeges előhűtés, a másik pedig maga a cseppfolyósítás. Az előhűtőbe áramló kondicionált és tisztított földgáz a propános előtisztítóba áramlik, ahol -35 Celsius fokra hűl le. A propános hűtőkör saját kompresszorral rendelkezik. A földgáz előhűtése érdekében a propán nyomását olyan mértékben megnövelik, hogy a hűtővíz vagy levegő felhasználásával kondenzálódjon. A cseppfolyóssá vált propán a nyomás vesztés és egy többlépcsős folyamat során olyan hőmérsékletre hűl, hogy ezáltal megfelelő hűtőhatást tud kifejteni. Az egy komponenses hűtőközegű előhűtő rendszer folyamatai könnyen kézben tarthatók. Az ábrán nyomon követhető, hogy a fő hőcserélőből kikerülő hűtőkeverék, az előhűtése érdekében keresztül áramlik a propános előhűtőn. Ez a technológiai megoldás számottevően javítja a cseppfolyósítás energiahatékonyságát. Az előhűtést követően a részben kondenzálódott hűtőkeverék, a nyomás alatti fázis szeparátorban gázra és folyadékra különül el. Ezek külön áramlási ágon áramlanak keresztül a hőcserélő alegységeken, amelyek a fő hőcserélőben helyezkednek el. A hűtőkörökbe iktatott J-T expanziós szelepek hozzájárulnak a hűtőkeverék hőmérséklet csökkenéséhez. A hűtőkeverék összetétele: nitrogén, metán, etán vagy etilén és propán. A szabadalmaztató cég nevére, valamint a hideg hűtőkeverék alkalmazására utalva az APC rövidítés terjedt el. Egyik előnye az AP-C3MR cseppfolyósító technológiának, hogy ezek a hűtőkeverék komponensek a földgázból is kinyerhetők. Másik előnyként említhető, hogy a komponensek arányának megfelelő megválasztásával univerzális, flexibilis és könnyen kézben tartható cseppfolyósítás valósítható meg. Ez az egyik magyarázata annak, hogy a technológia a legelterjedtebbé vált. A hűtőkeveréknek is köszönhető, hogy a hűtőszakaszok logikus kombinálásával és a komponensek olvadáspontjának kihasználásával a cseppfolyósítás egy hőcserélő egységben megvalósulhasson.

1.9.4.5.2. Az AP-X földgáz cseppfolyósító főbb jellemzői Az AP-X technológia a legnagyobb termelőkapacitású LNG előállítók számára kialakított földgáz cseppfolyósító technológia. Ezek termelése 5 – 8 millió tonna/év tartományba esik. Az AP-X technológiát az Air Productions cég fejlesztette ki. A kialakításhoz alapul használták fel a nagyon rugalmasan alakítható AP-C3MR technológiát. Ehhez párosították az egyszerű és


108

könnyen kézben tartható nitrogén expanziós hűtőegységet. Ebben az utóbbi egységben fejeződik be a cseppfolyósítás folyamata ([493] LARGE LNG TRAINS: DEVELOPING THE OPTIMAL PROCESS CYCLE, Mark R. Pillarella - Gastech, 2005, [1106] THE C3MR LIQUEFACTION CYCLE: VERSATILITY FOR A FAST GROWING, Mark Pillarella, 2012). Az AP-X technológiai rendszer felépítési és működési vázlatát a 80. ábra mutatja.

80. ábra: Az AP-X földgáz cseppfolyósító rendszer elvi vázlata A nitrogén expanziós hűtőegység sorosan kapcsolódik, a korábbiakban részletesen ismertetett AP-C3MR technológiai egység, amely ez előhűtés folyamatát is magában foglalja. Az AP-X cseppfolyósító a hűtő blokkok kaszkád kapcsolódásának egyik megoldását képviseli. A legnagyobb kapacitású AP-X LNG előállító vonalban a Linde csőkígyós hőcserélője kapott helyet. Ennek méretét a gyárthatóság és a szállíthatóság határolta be. (A hőcserélő átmérője 5 méter, súlya 430 tonna) ([1106] THE C3MR LIQUEFACTION CYCLE: VERSATILITY FOR A FAST GROWING, Mark Pillarella, 2012).

1.9.4.5.3. A DMR földgáz cseppfolyósító főbb jellemzői A Shell által kifejlesztett DMR (Dual Mixed Refrigerant) földgáz cseppfolyósítási technológia sok hasonlóságot mutat az AP-C3MR megoldással. A Shell DMR technológiának létezik egy Air Products által megvalósított változata is. Az elvek és megoldások könnyebb összehasonlíthatósága érdekében, ennek a változatnak a strukturális felépítését és működési elvét mutatjuk be a 81. ábra segítségével.


109

A DMR technológia két hűtési lépcsőben valósítja meg a földgáz cseppfolyósítását. Az előhűtő egység és a fő hőcserélő kaszkád kapcsolata valósul meg. A leglényegesebb eltérés a szintén előhűtést alkalmazó C3-MR technológiától, hogy itt az előhűtés hűtőkeverék alkalmazásával történik.

81. ábra: AP-DMR cseppfolyósító technológia elvi vázlata, [475] INNOVATIONS IN NATURAL GAS LIQUEFACTION TECHNOLOGY, Justin Bukowski - International Gas Union Research Conference, 2011, [489] Sensitivity Analysis of Proposed LNG liquefaction Processes for LNG FPSO. Natural Gas Technology, Sultan Seif Pwaga - Norwegian University of Science and Technology, 2011 A DMR földgáz cseppfolyósító technológia változatai ugyan abban az LNG termelő kapacitás tartományban alkalmazhatóak, mint a C3-MR.

1.9.4.5.4. A SMR földgáz cseppfolyósító főbb jellemzői Az SMR (Single Mixed Refrigerant), vagy PRICO folyamatnak is nevezett cseppfolyósítási technológia fő jellemzője, hogy csak egy hűtőkeverék alkalmazása történik. Részben ezzel is összefügg, hogy az az LNG előállító termelési kapacitás tartomány, amelyben ez a technológia alkalmazható viszonylag szűk. Ugyanakkor ez az egyetlen olyan hűtőkeveréket alkalmazó cseppfolyósítási technológia, amelyik a kis kapacitású LNG üzemekben is megoldást kínál. A technológia működése a 82. ábra segítségével tanulmányozható. Ezzel a technológiával az Air Products 0,8 tonna/nap kapacitású üzemeket létesített. Az USA-ban és Kínában több 0,4 tonna/nap LNG előállító üzem létesült ([475] INNOVATIONS IN NATURAL GAS LIQUEFACTION TECHNOLOGY, Justin Bukowski - International Gas Union Research Conference, 2011, [478]


110

Optimize small-scale LNG production with modular SMR technology, Price B. - Gulf Publishing Company, 2015).

82. ábra: Az SMR technológia egyszerűsített működési vázlata, [475] INNOVATIONS IN NATURAL GAS LIQUEFACTION TECHNOLOGY, Justin Bukowski - International Gas Union Research Conference, 2011 A SMR technológiának, egy üzemi alkalmazáshoz közelebb álló technológiai vázlata látható a 83. ábrán. Megfelelően előkezelt és tisztított földgáz esetén a kompakt és viszonylag kisebb beruházási költséget jelentő lemezes hőcserélő ebben a technológiában jól alkalmazható. A technológiai rendszer részét képező folyékony földgáz komponensek (NGL) leválasztása a felmerülő plusz költségek ellenére összességében javíthatják a rendszer hatás fokát. Plusz berendezésként az NGL szeparátor, egy hevítő egység és egy LNG reflux szivattyú jelenik meg. Természetesen a leválasztott folyékony szénhidrogének tárolása is megoldásra vár. Mindent összevetve, az SMR technológia az áttekinthetőségével, viszonylag egyszerű és kis szerkezeti méreteivel, ebből adódóan mérsékelt költségeivel az egyik lehetséges alternatív megoldás lehet a kis kapacitású LNG előállító üzemek létesítése során.


111

83. ábra: Lemezes hőcserélővel és NGL szeparáló egységgel működő SMR cseppfolyósító struktúra és működési vázlata, [480] Nitrogen expansion cycle enhances flexibility of smallscale LNG, Pak, J. - Gulf Publishing Company, 2015

1.9.4.5.6. A Conoco Philips kaszkád rendszerű földgáz cseppfolyósító főbb jellemzői A nagyon változatos LNG előállító technológiák egyike a Conoco Philips kaszkád rendszerű földgáz cseppfolyósító megoldása. Mint korábban már többször utaltunk rá a technológiák egyik kritikus elemét a kompresszorok jelentik. A kaszkád rendszerben a három sorba kapcsolt hűtőblokkon végighaladva, történik meg a földgáznak a cseppfolyósítása. Mindhárom blokknak saját kompresszora van. Emellett a megoldás mellett szól, hogy a kompresszorok mérete kisebb lehet. A kisebb méretű kompresszorok beruházási költsége nyilván alacsonyabb. A technológiai rendszer struktúráját és működési elvét a 84. ábra szemlélteti. Az első blokk funkciója az előhűtés, a második blokkban történik a cseppfolyósítás, amibe besegít az utóhűtő blokk. A hűtőközegként propán, etilén és metán szolgál. A technológiai megoldás nagy termelési kapacitások esetén használatos ([1120] Natural Gas Liquefaction Process, LNGlicensing, 2015).


112

84. ábra: A Conoco Philips kaszkád rendszerű cseppfolyósítás technológiai vázlata, ([1120] Natural Gas Liquefaction Process, LNGlicensing, 2015

1.9.4.6. Nitrogén expanziós ciklust alkalmazó LNG előállító technológiák A nano, a mikro és a kisméretű LNG előállítási kapacitásokhoz a hűtőkeverékes (MR) technológiák nem, vagy csak korlátozott mértékben alkalmazhatóak. Mint korábban említettük csak az SMR cseppfolyósítási technológia szolgálhatja a kisüzemi LNG előállítást. A nitrogén expanziós technológiák alapvetően az úgynevezett Brayton ciklusú hűtési elven alapulnak. A technikai megvalósítás technikai alapelemeit és az általuk megvalósított hűtési ciklust a 85. ábra szemlélteti. Ez esetben a hűtőközegként a nitrogén szolgál. Ennek előnye, hogy a környezetből elérhető és tisztítás után felhasználható.


113

85. ábra: A nitrogén expanziós hűtési ciklus technikai elemei és működési folyamata A nitrogén expanziós ciklus technikai alapeleminek a felhasználásával különböző technológiai változatokat lehet kialakítani. Ez lehetőséget ad arra, hogy a konkrét igényekhez és feltételekhez rugalmasan illeszkedő megoldások szülessenek. A rendszerek fő technikai egységei: villanymotor, turbó-kompresszor, (esetleg külön expander és kompresszor), lemezes hőcserélő, J-T szelep, nitrogén torony, LNG tároló. A nitrogén expanziós technológiáknak nagy előnye, hogy a rendszerek indítása és leállítása könnyen megvalósítható. Mivel a kisüzemi LNG előállítás iránti érdeklődés, illetve igény az utóbbi években megnövekedett, ezért a fejlesztések is kiszélesedtek és intenzívebbé váltak. Ennek nyomán új változatok látnak napvilágot. Ezek egyike a nitrogén és metán együttes alkalmazása hűtőközegként. A továbbiakban a szakirodalom alapján bemutatjuk azokat a technológiai változatokat, amelyek a gyakorlatban már alkalmazást nyertek, vagy új megvalósítási lehetőségeket kínálnak. A bemutatott megoldások mindegyike a megismert alapelvek alapján működnek, ezért ezek részletes magyarázatot nem kívánnak ([472] Brayton refrigeration cycles for smallscale LNG, ROBERTS, M. - Gulf Publishing Company, 2015, [474] Liquefaction Process Evaluation for Floating LNG. Maya Kusmaya - TGTC, 2014, [478] Optimize small-scale LNG production with modular SMR technology, Price B. - Gulf Publishing Company, 2015, [480] Nitrogen expansion cycle enhances flexibility of small-scale LNG, Pak, J. - Gulf Publishing Company, 2015, [1107] Nitrogen Cycle Natural Gas Liquefiers, Cryostar, 2013, [1110] REFRIGERATION COMPRESSORS FOR SMALL SCALE LNG, Compresssion Systems, 2012, [1111] Turbo expander, Wikipedia, 2015, [1116] Dual Turbo Expander Compressor (TC) Series, ACDCOM, 2015).


114

86. ábra: Egyszerű expanziós ciklusú (a) és J-T expanziós szeleppel kiegészített változat (b), [472] Brayton refrigeration cycles for small-scale LNG, ROBERTS, M. - Gulf Publishing Company, 2015

87. ábra: Két és háromfokozatú expanziós technológia vázlata, [472] Brayton refrigeration cycles for small-scale LNG, ROBERTS, M. - Gulf Publishing Company, 2015


115

88. ábra: Nitrogén expanzión alapuló tipikus technológiai megoldások, [474] Liquefaction Process Evaluation for Floating LNG. Maya Kusmaya - TGTC, 2014 https://www.sintef.no/globalassets/project/tgtc2014/presentations-a1-a3/liquefactionprocess-evaluation-for-flng_rev2.pptx.pdf


116

1.9.5. Gázforrás típusokhoz illeszkedő cseppfolyósító technológia kiválasztása 1.9.5.1. A cseppfolyósító technológia kiválasztásának általános problémái Hazánkban a földgáz cseppfolyósításának, a cseppfolyósított földgáz hasznosításának nincsenek mértékadó előzményei és tapasztalatai. Ezért ehhez a nálunk újnak számító technológiai területhez kapcsolódó fejlesztések döntően a nemzetközi tapasztalatok és eredmények felhasználásával valósulhatnak meg. Mint minden tervezésnek, fejlesztésnek az első és döntő jelentőségű fázisa az igények és követelmények minél pontosabb körülhatárolása, definiálása, valamint dokumentálása. Ennek megvalósítása a szükséges LNG termelés biztosításához számos nehézségbe ütközik. A teljesség igénye nélkül a nehézségek között említhetőek a következők: 

Hazánkban az LNG technológia alkalmazása és fejlesztése teljesen új, hagyomány nélküli területnek számít;



Nagyon kevés jól felkészült szakember áll rendelkezésre;



A nagyon szerteágazó és nagy bonyolultságú szakmai terület, a viszonylagos újdonsága miatt is rendkívül sok bizonytalansági tényezővel rendelkezik;



Az LNG alkalmazását a hazai és a nemzetközi feltételek, követelmények és trendek sokasága határozza meg, illetve befolyásolja;



Az LNG jármű hajtóanyagként való felhasználás technikai feltételeinek megteremtése külföldi gyártók tevékenységi körébe tartozik (Pl.: nehézjárművek LNG tankja, stb.). A fejlesztések irányáról, üteméről sokszor nehéz időben, hiteles információkhoz jutni;



Sok tekintetben még hiányoznak az LNG alkalmazás-technológiáját segítő jogi és szabályozási keretek.

A cseppfolyósító technológia kiválasztása komplex feladat. A probléma megközelítését, illetve áttekintését nagymértékben segítheti, ha a két legmeghatározóbb tényező alapján törekszünk a megoldásra. Az egyik ilyen meghatározó tényező a felhasználói oldalon felmerülő igény. Ez elsősorban az LNG felhasználás területein jelentkező mennyiségi igény nagyságával és annak időbeni alakulásával jellemezhető. A cseppfolyósító technológia kiválasztásának másik fontos befolyásoló tényezője a gázforrások sajátossága, típusa. A leírtakat foglalja össze a 89. ábra.


117

89. ábra: A földgáz cseppfolyósító technológia kiválasztásnak meghatározó tényezői A cseppfolyósítás technológiai folyamatába már a szigorú minőségi követelményeknek megfelelő földgáz lép be. A minőségi jellemzők biztosításáért a megelőző gázkondicionáló és gáztisztító folyamatok a felelősek. Így a cseppfolyósító technológiának a gázforrások minőségi jellemzőivel csak áttételes kapcsolódása van. Kivételt képeznek azok a gázminőségi komponensek, amelyeknek az eltávolítása és leválasztása a kriogén folyamatban frakcionálással következnek be. Ilyen gáz összetevők lehetnek a nehéz szénhidrogének, a széndioxid és a nitrogén. Ezeknek a gáz összetevőknek a leválasztását egyes cseppfolyósító technológia biztosítani képes. Néhány esetben a szükséges funkció opcionálisan biztosítható. A kriogén folyamat során frakcionálással leválasztást igénylő összetevők mennyisége a cseppfolyósító LNG termelő kapacitását befolyásolja. Ez egy mennyiséget érintő kapcsolatot jelent a gázforrás és a cseppfolyósító technológia között. A mennyiségi kapcsolat döntő mértékét azonban az LNG felhasználási igény határozza meg.

1.9.5.2. Az LNG alkalmazási területei és felhasználási igény prognózisa A hazai felhasználás időbeni alakulásának prognosztizálása, mind az esetleges hazai LNG előállítás rendszerének és technológiájának kialakítása, mind pedig a létesítendő töltőállomások biztonságos ellátásának szempontjából elkerülhetetlenül szükséges. Az igények várható alakulása, természetesen az LNG lehetséges alkalmazási területeitől, az ott jelentkező mennyiségi szükségletektől függ. Az LNG alkalmazás lehetséges hazai területeit a 90. ábra foglalja össze. A színezéssel (halványkék), az elsődlegességre kívánunk utalni.


118

90. ábra: A cseppfolyósított földgáz lehetséges hazai alkalmazási területei A külföldi tapasztalatok egyértelműen azt bizonyítják, hogy a legnagyobb közvetlen LNG felhasználók a hajózás és a közúti közlekedés, illetve általában a nehéz járművek. Néhány országban (mint például Törökország) emellett az ipari felhasználóké a jelentős felhasználói szerep. Hazánkban is ez prognosztizálható. Az eddig megvalósult CNG töltőállomások nem LNG használatra épültek ki. A jövőben LNG+LCNG töltőállomások is megvalósulnak, de az LNG döntő volumenét, a cseppfolyósított gáz-hajtóanyag használatára megfelelően kialakított kamionok és egyéb nehézgépjárművek fogják felhasználni. A kamionforgalom döntő hányada a sztrádákra, illetve a fő közlekedési útvonalakra koncentrálódik. A Magyarországon átmenő kamionforgalom igen jelentős. A technológia kezdeti felfutó szakaszában az LNG igény meghatározásánál elsősorban az európai közlekedés szempontjából is fontos, TEN-T sztrádaszakaszok a meghatározóak. Az ellátási igényt három, négy éves távlatban a további sztrádák mentén kiépülő LNG töltőállomások is növelni fogják. A 16. táblázat a hazai CNG és LNG igény, illetve felhasználás, becslésen alapuló előrejelzését tartalmazza a 2020-2030 közötti időszakra. A prognózis kialakítását mindazok a nehézségek terhelik, amelyek korábban említésre kerültek. A becsült értékeknél, a fejlesztésre kijelölt sztráda szakaszok (korridor) forgalom számlálás adatait, a járműpark megújításának ütemét és még sok más körülményt, közöttük a tranzit forgalom azon járművek becsült arányát vettük figyelembe, amelyek magyar területen tankolnak. Az egyik legnagyobb kihívás az LNG hajtóanyagot használó kamionok százalékos arányának, annak időbeni alakulásénak a megbecsülése. Itt a PAN-LNG 1.2. és 1.4. tanulmány fejezetek előrejelzéseit használtuk fel.


119

16. táblázat: A hazai CNG és LNG fogyasztás, prognosztizált időbeni alakulása, valamint az LCNG töltőállomások hatására módosult CNG és LNG kereskedelem prognózisa, PAN-LNG 1.4. fejezet

Éves fogyasztás [t]

L

Üzemanyag fogyasztás prognózisa

M

H

L

Üzemanyag kereskedelem prognózisa

M

H

CNG szükséglet LNG szükséglet CNG szükséglet LNG szükséglet CNG szükséglet LNG szükséglet CNG szükséglet LNG szükséglet CNG szükséglet LNG szükséglet CNG szükséglet LNG szükséglet

2020

2025

2030

43 318

86 728

216 060

13 125

36 563

101 563

85 410

325 160

544 070

95 938

238 125

536 875

168 250

519 085

925 925

137 813

348 125

762 500

33 539

60 407

99 070

23 688

61 892

208 615

91 011

203 398

186 344

111 836

362 715

849 799

187 114

241 404

395 034

170 891

633 960

1 287 096

1.9.5.3. Az LNG igény lehetséges kielégítési módjai és forrásai A hazai LNG felhasználási igényeket rövid és hosszú távon egyaránt különböző forrásokból lehet kielégíteni. A lehetséges változatokat a 91. ábrában foglaltuk össze. A megfelelő döntés, a változatok komplex összemérésével, vagyis a gazdaságossági, a műszaki és a megvalósíthatósági szempontok együttes figyelembevételével hozható meg. Ehhez azonban a szükséges alapadatok csak részben állnak rendelkezésre. Az ábrán közöltek egyrészt segíthetik a döntéshozó előszelektálási munkáját, másrészt ráirányítja a figyelmet, hogy melyik versenyző megoldásokhoz kell meghatározni a még hiányzó adatokat. A prognosztizált LNG felhasználási igény alakulása alapján egyértelműen megállapítható, hogy a hazai előállítás melletti döntés esetén csak a kis termelő kapacitású kategóriába tartozó cseppfolyósítók jöhetnek számításba. Ebbe az úgynevezett small-scale, a mikro és a nano cseppfolyósítók tartoznak.


120

A szóba jöhető kapacitás nagyságrend meghatározza az alkalmazható cseppfolyósítási technológiát. Ezt szemlélteti a 91. ábra. A small-scale termelő kapacitás kategóriába tartozó cseppfolyósítóknál az SMR (Single Mixed Refrigerant) hűtési technológiával érhető el a legjobb hatékonyság. Ehhez a cseppfolyósító kategóriához forrás oldalon 50 000 m³/nap körüli gázhozam biztosítása szükséges.

91. ábra: A hazai LNG ellátás lehetséges forrásai A mini és a nano cseppfolyósítók nitrogén expanziós technológia alapján működnek. Forrás oldalról ezek gázigényét, a hazai kishozamú, 20 000 m³/nap körüli kitermelést biztosító kutak ki tudják elégíteni.

92. ábra: A termelő kapacitás és a cseppfolyósítási technológia kapcsolata, [488] Air Products and Chemicals Inc. – Air Products’ full range of liquefaction process options: Supporting all segments of the, 2013


121

A méretlépcsőn lefelé haladva a döntéshozónak két ellentétes hatással kell számolni. A termelő kapacitás csökkenésével általában csökken a beruházási költség, ugyanakkor az LNG előállítás fajlagos hatékonysága romlik. Ez jól szemléltethető a fajlagos energia felhasználással. Az SMR cseppfolyósítási technológiánál a fajlagos energia felhasználás 0,80 kWh/gal. Ugyan ez a nitrogén expanziós technológiánál, vagyis a mini és a nano cseppfolyósítóknál 1,1 kWh/gal ([478] Prince, B. et al. – Optimize small-scale LNG production with modular SMR technology. UOP, Des Plaines, Illinois, Gulf Publishing Company, 2015). A hazai kiskészletű gázmezők hasznosítása szempontjából a mini és a nano nagyságrendbe eső megoldások nagyobb rugalmasságot, és könnyebb illeszthetőséget biztosítanak. Ezekkel a méretkategóriákkal, lépcsőzetes bővítéssel, az LNG hajtóanyag iránti növekvő igény viszonylag jól követhető.

1.9.5.4. A technológiaválasztás általános döntést támogató módszere, komplex összemérés A fejlesztés során a tervezés alapproblémájaként merül fel az eszköz technológiájának, vagy rendszerének racionális kiválasztási feladata a lehetséges, illetve az egymással versenyző változatok és megoldások halmazából. Még a viszonylag egyszerű esetben is számos tényező egyidejű figyelembevétele szükséges. A döntést befolyásoló értékelési tényezők nem azonos súlyúak és már önmagában a súlyozás is kihívást jelent. Fontos szemléletbeli kérdés, hogy a kiválasztás értékelési tényezőinek súly jelentősége nem abszolút értékű, hanem nagymértékben a döntéshozó helyzetétől függ. Például a tőkehiány esetén a döntéshozó számára a beruházási költség súlya felértékelődik. A rendszereket, illetve az egymással versenyző technikai, technológiai megoldásokat a lényeges jellemzőik együttes figyelembevételével kell összevetnünk. Ezt komplex összemérésnek nevezzük. Az elmúlt évtizedekben számos rangsoroló, komplex összemérő módszer és eljárás alakult ki. Ezek közül a továbbiakban a Guilford által kidolgozott módszer Szent István Egyetemen továbbfejlesztett, számítógéppel is támogatott megoldását ismertetjük ([1121] Rendszertechnika – Dr. Faust Dezső, SZIE Gödöllő, 2012). A komplex összemérés módszerére épít a Stevens által 1951-ben kiterjesztett méréselméletre, amely szerint a mérésszámok hozzárendelése az objektumokhoz, illetve azok jellemzőihez meghatározott szabályrendszer szerint valósul meg. A komplex összemérés alaphelyzetét a 93. ábra szemlélteti. A tervezési vagy fejlesztési feladatok megoldása során többféle lehetőség, választható út kínálkozik. A tervező, vagy fejlesztő minél körültekintőbben tárja fel a lehetséges megoldási változatokat, annál nagyobb valószínűsége van a jó megoldás megtalálásának.


122

A komplex összemérésnek két alapfázisa van. Az első fázisban az értékelési jellemzők halmazán (E) egy olyan súlyozó rendezést kell elvégezni, amelynek végeredményeként egy 0tól 100-ig terjedő értékskála alakul ki. A második fázisban már a konkrét alternatív megoldások adatainak és a súlyszámmal rendelkező értékelési tényezők felhasználásával végzet halmaz (mátrix) művelet révén juthatunk el a döntést támogató sorrendi skálához.

93. ábra: A komplex összemérés két meghatározó alaphalmaza Az értékelési tényezőkre vonatkozóan néhány fontos kikötést kell tenni. Be kell tartani a teljesség kritériumát, ami azt jelenti, hogy a döntés szempontjából minden lényeges jellemzőnek szerepelnie kell. A függetlenség követelménye szerint az értékelési tényezőknek egymástól függetlennek kell lenni. Biztosítani kell az azonosrangúságot. Például a beruházási költség mellett az üzemeltetés költségének kell szerepelnie és nem annak valamilyen összetevőjének. Mivel jelenleg nem egy konkrét tervezési, illetve döntési helyzettel állunk szemben a módszer megvalósítási menetét és az elérhető eredményeket egy feltételezett példán keresztül mutatjuk be. I. fázis. Az értékelési tényezők súlyozása. Az érékelő jellemzők súlyozásának logikai menete: 1. Az érékelő jellemzők meghatározása. 2. A preferencia mátrix elkészítése (94. ábra). 3. Ez egy n*n-es mátrix, amelynek sorait, illetve oszlopait az értékelési tényezők adják. Ahol n az értékelési tényezők darabszáma. 4. A preferencia mátrix kitöltése az értékelő jellemzők páronkénti összehasonlításával. 5. A sorok értékelési tényezőit hasonlítjuk össze rendre az oszlopokban szereplő értékelési tényezőkkel. 6. A páronként összehasonlításban a döntéshozónak csak azt kell eldönteni, hogy a két tényező közül számára melyik a fontosabb.


123

7. A fontosabbnak ítélt a megfelelő mátrix pozícióban az 1-es, az ellenpárja a 0-ás értéket kapja. 8. A preferencia gyakoriság (a) meghatározása. Ez a mátrix sorösszegeként adódik (új oszlop a táblázatban). 9. A preferencia arány (P) meghatározása

P

a  m2 mn

10. A képletben az m a döntéshozók számát, az n pedig az értékelő jellemzők számát jelenti. A döntésben több szakember is részt vehet. Az egymástól függetlenül létrehozott preferencia mátrixokat össze kell adni. 11. P --- > U transzformáció (az értékek a standardizált normál eloszlás statisztikai táblázatból vehető, előjel helyesen) (U oszlop). 12. Az értékelő jellemzők Z súlyszám meghatározás (Z oszlop). Z = (Ui – Umin) / ( Umax –Umin)*100 [%]

94. ábra: Példa a preferencia mátrixra és az értékelési tényezők súlyozására A súlyozás eredményét, grafikus formában a 95. ábra szemlélteti, segítve az áttekintést és az értékelést.


124

95. ábra: Az értékelési tényezők súlyszáma %-ban II. fázis. Az alternatívák értékskálájának kialakítása 1. Az értékelő mátrix elkészítése. A mátrix sorait a versenyző változatok, alternatívák, az oszlopait pedig az értékelő jellemzők adják. 2. A Z*p szorzatokkal a mátrix értékeinek meghatározása. A mátrix kitöltéséhez minden értékelő jellemző vonatkozásában, célszerűen egy 1-től 5-ig terjedő segéd skálát alkalmazunk. 3. A számszerűsíthető tényezőknél (pl.: beruházási költség) a legjobb (legkisebb) érték az 5-ös p értéket kapja, míg a legrosszabb az 1-et. 4. A közbülső értékek arányos pontot kapnak. 5. A nem számszerűsíthető értékelő jellemzőknél is könnyen megoldható a besorolás: rossz (1), elfogadható (2), közepes (3), stb. (Például szerviz háttér, stb.). 6. Az alternatívák pontszámainak meghatározása. 7. Az indexelésnek megfelelő Z*p szorzatokkal kitöltött értékelő mátrix adatait alternatívánként összeadjuk. 8. Ezzel kialakul az értékelő skála, amely alapján a legjobb, azaz a legnagyobb pontszámot elért megoldás kiválasztható.


125

Az értékelésbe beiktathatunk egy elméletileg elképzelhető ideális változatot (alternatívát), amelyik minden értékelési szempont alapján a legnagyobb értéket kapja. Feltételezve, hogy a komplex összemérés ajánlatokra vonatkozik, a végeredményt a 96. ábrán látható grafikus formában jeleníthetjük meg.

96. ábra: A komplex összemérés végeredménye grafikus formában


126

1.9.6. A cseppfolyósító egységek beruházási és üzemeltetési költség mutatói

1.9.6.1. Az LNG cseppfolyósító vállalkozások ökonómiai aspektusai A tanulmány ezen fejezetében a cseppfolyós földgázt előállító üzemek beruházási költségeit (CAPEX) vizsgáljuk meg. Egyrészt tesszük ezt azért, mert a beruházási költségek nagyságának meghatározásakor előzetes kalkulációkat készítünk, amelynek során a már meglévő adatokra, információkra támaszkodunk. Másrészről a teljes beruházási költség a számítási alapja az üzemeltetési költségek között elszámolandó amortizációs költségnek. A létesítmények üzemeltetési költségeinek (OPEX) meghatározásához csak elméleti kapaszkodót adunk, hisz egységes adatok képzése ismerve a vállalkozások különbözőségét szinte lehetetlen. A másik fontos kérdés, hogy megéri-e egyáltalán beruházni LNG-be, azaz mennyire költséghatékony a cseppfolyós földgáz előállítása és kereskedelme. A teljes LNG-értéklánc mintegy 7-14 milliárd dollárba kerül, így összességében ez az egyik legdrágább energiafajta. Ráadásul az energiaszektor általános drágulása, az erős kereslet és az inputokért (jó minőségű nyersanyag, képzett munkaerő) folytatott verseny miatt nem is várható a költségek számottevő csökkenése. Ezért az LNG-szektor továbbra is néhány energiaipari óriásvállalat kezében maradhat. A nagyüzemi technológiára alapozott cseppfolyósítás ökonómiai mutatóit megvizsgálva megállapítható, hogy csak akkor érdemes belefogni a projektbe, ha akkora gázmezőt találnak, ami legalább 30 évre ellátja a cseppfolyósító üzemet, különben a beruházási költségek nem térülnek meg. Az értéklánc elemei tág költséghatárok között mozognak. Egy zöld mezős beruházás, azaz új cseppfolyósító üzem építése során egymilliárd köbméternyi kapacitás 500 millió dollárnál kezdődik. Meglévő létesítmény bővítése a méretgazdaságosságból adódóan olcsóbb; egy barna mezős beruházás egymilliárd köbméternyi kapacitása 200-400 millió dollárba kerül. A visszagázosító üzem létesítése relatíve olcsóbb, így várhatóan gyorsuló ütemben fognak szaporodni a világban az import terminálok. A leginkább ingadozó költsége a hajózásnak, szállításnak van, ugyanis a teljes költség 30-45 százaléka között változhat. Így leginkább ebben mutatkozik meg az eladók és a vevők relatív versenyképessége. Annál inkább megéri LNG-t szállítani vezetékes földgáz helyett, minél nagyobb távolságra kell eljuttatni az árut. Tenger alatt futó gázvezetékkel összevetve a fedezeti pont 1200 kilométer körül van, azaz ennél nagyobb távolságra gazdaságosabb cseppfolyós földgázt szállítani hajóval. Szárazföldi vezeték esetén a fedezeti pont 3500-4000 kilométer körül van, de a pontos érték függ az egyedi esettől. Napjainkban növekszik az igény a nagyobb hajók iránt, hogy a méretgazdaságosságot kihasználva csökkenteni lehessen a hajózási költségeket. A fejlettebb technológiák szintén hozzájárulnak a költségek kismértékű


127

csökkentéséhez: a korszerűbb hajtóműrendszerek mérséklik az üzemanyagköltséget, és növelik a teherkapacitást, emellett megnőtt a hajók működési ideje, és jobb biztonsági rendszerekkel vannak felszerelve, ami csökkenti a balesetek és így a pótlólagos kiadások kockázatát. Napjainkban azonban technikai és technológiai lehetőség nyílt a kis-, közepes méretű cseppfolyósító üzemek kialakítására. Ezek az üzemek ma már lokálisan megvalósíthatók néhány millió dolláros beruházási költséggel is.

1.9.6.2. Költségtani alapfogalmak A beruházások döntés-előkészítésének fázisában kiemelt jelentősége van a költségek elemzésének. Ahhoz, hogy egy kiemelt jelentőségű projekt sikerrel valósulhasson meg szükséges az ökonómiai alapfogalmak tisztázása. Az LNG cseppfolyósító üzemek ökonómiai mutatóit két összetevőben célszerű megvizsgálni, úgymint: a működési, valamint a beruházási költségek struktúrájában. Ehhez első lépésként a költségtan elméleti alapjainak áttekintése szükséges. A vállalkozások többsége ugyanis nem „price setter”, azaz ármeghatározó a versenypiacon, hanem többségük „price taker” (ár átvevő), azaz áraiban valakihez alkalmazkodnia kell. Míg a vállalkozás vezetői nem változtatgathatják tetszés szerint áraikat, a költséggazdálkodás terén nagyobb szabadságfokkal rendelkeznek. Az árak befolyásolhatóságához a költségek leszorításán keresztül vezet az út. Csak a hatékony költséggazdálkodás segítségével válhat egy vállalkozás ármeghatározóvá. A hagyományos költséggazdálkodás keretében sokszor a költségek lefaragása a cél. Pedig nem elég csupán a költségek csökkentése. Akár növekedhet is a költség, ha ezzel párhuzamosan az adott területen növekszik a szervezet teljesítőképessége és teljesítménye. A kellően megalapozott döntések meghozatala szempontjából lényegesek azok a költségelemek, amelyek különbséget tesznek a döntési alternatívák között. Nem releváns költség pedig az, amely változatlan marad, függetlenül attól, melyik alternatívát választottuk, azaz nem lényegesek a döntés szempontjából. Ez összefügg azzal, hogy a költségek között vannak olyanok, amelyeket a vezető döntéseivel már nem tud befolyásolni – ezek az ún. nem befolyásolható költségek – és vannak olyanok, amelyeket igen. Ezért fontos behatárolni a vezetői döntésekkel befolyásolható, ún. rugalmas költségek halmazát. Ennek érdekében tekintsük át a költségek természetével és


128

viselkedésükkel a vállalkozás működésében a felmerülésük pillanatától addig, amíg értékük végleg elszámolásra kerül az eredménytételek között. A költség a vállalkozás tevékenységéhez, működéséhez kapcsolódó kategória: egy adott cél érdekében feláldozott erőforrás (emberi munka, termelőeszköz, anyag, külső szolgáltatások) pénzben kifejezett értéke A költség legfontosabb jellemzői: 

Egy adott cél érdekében feláldozott, erőforrás: a lényeg itt az adott célon van. A költség-áldozat jogos, ha az adott cél a hozamszerzés érdekében történik, de indokolatlan, ha hozam nélkül merül fel, azaz az erőforrást elpocsékoljuk.



Tevékenység érdekében feláldozott (felmerült, felhasznált): azaz a költség a szűkebb értelemben vett termeléshez (termék-előállítás és szolgáltatásnyújtás) tartozó fogalom.



Erőforrások felhasználása – az erőforrások egy része (ingatlanok, gépek, berendezések, anyagok stb.) olyanok, amelyek „mérlegképesek”, más részük viszont (munkaerő, a tevékenység támogató folyamatainak pl. marketing, oktatás, erőforrásai) „nem mérlegképesek”, azaz a jelenlegi számviteli előírások szerint nem vehetők értékkel fel a mérlegbe, hanem eredménycsökkentő tételként kerülnek elszámolásra.



Pénzben kifejezett érték: a különböző erőforrás-felhasználásokat pénz segítségével lehet közös nevezőre hozni és összesíteni.

A gazdasági profit tartalmazza a számviteli profiton felül azt a normál profitot, amely a tulajdonosi tőke alternatíva költségét kalkulálja a tőkepiacok árfolyami modellje, a (Capital Asset Pricing Mode, CAPM) segítségével. A gazdasági költség eszerint magában foglalja a termelés érdekében felmerült valamennyi ráfordítás pénzben kifejezett értékét, és a részvényesi tőke alternatív költségét is. Létezik még egy másik típusú alternatíva költség, az opportunity cost (lehetőség-költség, vagy haszonáldozati költségi). Ez a legmagasabb szintű költségfogalom, ami szintén nem számviteli kategória, ám a gazdaságossági döntéseknél igen fontos mérlegelési szempontként szolgál. Alternatíva költség alatt azt a hozamot jelenti, amelyet adott választásunk legjobb alternatívája eredményezett volna, ha nem a tényleges választás mellett döntünk, hanem ezen másik alternatívát választjuk. Folyamatos működéssel kapcsolatos költségek, folyó költségek (OPEX, Operational Expenditure) A folyó költségek (OPEX) az adott évben, a folyamatos, zavartalan működéssel kapcsolatban felmerülő költségek, amelyek az előállított termékek, végzett szolgáltatások értékesítése során viszonylag gyorsan, többnyire már a felmerülés évében meg is térülnek. (Ilyenek például


129

anyag és energiafelhasználással, munkaerővel, külső szolgáltatás igénybe vételével, szállítással, raktározással stb. kapcsolatos költségek.) Explicit vagy kifejezett költségek: amelyek adott időszak folyamán a termeléssel kapcsolatban felmerülnek és számlákon, pénzügyi átutalásokban, kifizetésekben kifejezett formában megjelennek (munkadíj, bérleti díj, energia költség, szállítás költsége, kamatköltség). Implicit vagy burkolt költségek: az alternatíva költségek azon része, amely pénzkifizetés formájában ugyan nem jelenik meg, de tényleges ráfordítás, így a gazdasági döntéseknél szükséges számba venni azokat. Két fajtáját különböztetjük meg. 

Elszámolható implicit költség: ilyen a tárgyi eszközök éves amortizációja (értékcsökkenés), mivel a tárgyi eszköz beszerzésről a beszerzés évében van számla, de több éven keresztül számoljuk el a költségét időarányosan vagy teljesítményarányosan. Az elszámolható implicit költségeket a számviteli- és az adótörvény is elismeri költségként.



El nem számolható implicit költség vagy más néven normál profit: Általában nem tényleges költség vagy profit, hanem ún. elmaradt haszon. A normál profitot úgy is megfogalmazhatjuk, hogy az adott iparágban szokásosan elérhető profit.

A bemutatott költségkategóriák alapján látható, hogy a költségszámvitelben nem minden költség jelenik meg, nem kezeli például az alternatíva költségeket. A vezetés viszont igényt tarthat a számviteli költségfogalom és a kötelező számviteli beszámolórendszeren túlmutató információkra is, amelyet igény esetén a kontrolling rendszernek kell biztosítani. A kontrolling keretében kalkulálhatjuk az alternatíva költséget, amely fontos lehet például termelési program összeállításánál) vagy a kalkulált kamatokat (amely része a gépköltségnek) is.

1.9.6.2.1. Kapacitás és költség értelmezése, az üzemeltetési költségek (OPEX = Operative Expenditure) A termelési költségek nagysága és a termelés volumene között igen szoros korreláció mutatható ki. Az előző fejezetben kitértünk arra, hogy a költségáldozat jogos, ha hozamszerzés érdekében történik és indokolatlan, ha hozam nélkül merül fel, azaz elpocsékoljuk. A cél sosem lehet az, hogy minden költség leszorítására törekedjünk, hanem ott kell költségcsökkentési lehetőségeket találni, ahol a költség felmerülés nem jár együtt hozamszerzéssel, teljesítménynövekedéssel, az erőforrásainkban megtestesülő kapacitás optimális kihasználásával. A költségek felmerülése eszerint az erőforrásainkban megtestesülő kapacitások működtetéséből és fenntartásából keletkezik, s így a költségek természetét csak akkor


130

értelmezhetjük helyesen, ha minden költségfelmerülés mögött megkeressük annak kapacitás hátterét. A kapacitás egy adott erőforráshoz kapcsolódik, a tevékenység folytatásához szükséges erőforrások termelőképességét, cselekvőképességét fejezi ki. A termelési kapacitás egy termelő berendezés teljesítőképességének felső határát jelöli, amit egy adott időszak alatt maximálisan előállítható termék mennyiségével valamilyen természetes mértékegységben lehet meghatározni. A kapacitás vonatkozhat befogadóképességre, űrtartalomra, térfogatra, kiterjedésre, nagyságra. Személyek esetében részint a teljesítőképességet kifejező mértékekkel és különböző kompetenciák meglétével (rátermettség, szakértelem megléte) közelíthetjük az illető fizikai-lelki-szellemi kvalitásait. Ha megszerzünk egy tárgyiasult vagy nem tárgyiasult erőforrást, hozzájutunk egy meghatározott kapacitásmennyiséghez. Ez a lekötött kapacitásmennyiség a továbbiakban adottság a számunkra. Az a követelmény, hogy a kapacitást előbb le kell kötni, mielőtt felhasználnánk, mély hatással van a költséggazdálkodásra és a költségek rövid távú költségek és hosszú távú költségek szerinti differenciálásához vezet. Lényegében ez húzódik meg a költségek változó és fix költségekre való felbontása mögött és ez ad segítséget ahhoz, hogy nagyra duzzadt fix költségeinket hatékonyan használjuk fel. Nem kell mást tenni, mint kideríteni azt, hogy a fix költségek mögött a szükséges kapacitások állnak-e, vagy esetleg más. Ha ezt a gondolatmenetet általánosítjuk, akkor beláthatjuk, hogy végsősoron minden költség a kapacitás igénybevételhez kapcsolódó áldozat. A tervezett és tényleges kapacitásokkal kapcsolatban rögzítsünk néhány fogalmat, amelyekre a kapacitáskihasználás vizsgálat során szükségünk lehet: 

Elméleti vagy névleges kapacitásszint 100%-os kihasználást feltételez, jellemzően nem ezzel, hanem a fenntartható kapacitással tervezünk, amely figyelembe veszi az elkerülhetetlen állásidőket, biztonsági kapacitásokat épít be.



Normál vagy átlagos kapacitásszint kielégíti a hosszú távú átlagos keresletet (kiküszöböli a ciklikus ingadozásokat).

A meglévő erőforrásokban megtestesülő kapacitások használata során – vagyis működtetés érdekében felmerülő költségként (OPEX) – kétféle erőforrás áldozat (költségfelmerülés) lehetséges: A kapacitások működtetésével kapcsolatos költségek, például az üzemanyag, az energiaköltségek, a kapacitásokat működtető munkatársak bérköltségei stb. A kapacitások fenntartásával kapcsolatos költségek közé tartozik például a kötelező szervízelés költsége, a kopott alkatrészek cseréje stb. Egy különleges fenntartási költség az amortizáció, amely ugyan sok mindenre fordítható, de lényegében a kapacitások fenntartási forrásaként keletkezik.


131

A vezetésnek az az alapvető érdeke, hogy rugalmas kapacitásokkal rendelkezzen, amit a piaci keresleti-kínálati ingadozásoknak megfelelően hozzá tud illeszteni az üzletmenet fellendüléséhez vagy visszaszorításához. A gyakorlatban a kapacitások rugalmas változtatása több objektív akadályba ütközik, hiszen a szükséges erőforrásokat lehetetlen naponta mozgósítani a napi teljesítmények függvényében. Különösen igaz ez az épületekben, gépekben lekötött kapacitások növelése, csökkentése esetében, ami nemcsak rugalmatlanul változtatható, de minden változás jelentős anyagi konzekvenciával jár. Igaz ez az igazán értékes szellemi kapacitásokat hordozó munkatársak esetében is. A vállalkozások emiatt – ha egyébként megengedhetik maguknak – inkább túlbiztosítják magukat a jó anyagi és emberi kapacitásokból. Megoldást jelenthetne a rugalmasság fokozására a szükséges kapacitások lízingelése, ám a tapasztalat szerint igazán előnyös bérleti feltételeket hosszú távú igénybevétel esetén lehet kialkudni.

1.9.6.2.2. Beruházások, Expenditure)

fejlesztések

erőforrás-áldozata

(CAPEX

=

Capital

Térjünk vissza költség definíciónk azon meghatározásához, hogy a költség erőforrás áldozat vagy erőforrás felhasználás. Meglévő tartós erőforrásaink felhasználása amortizáció elszámolás formájában láthatóan megjelenik a működési költségekben, az implicit költségek között. Mi van azonban a beruházási, fejlesztési projektek során felmerült költségekkel? Az anyagi (mérlegképes) beruházási, fejlesztési projektek kiadásai alkotják a CAPEX költségeket. Egy vállalkozás rendelkezésére álló erőforrásai anyagiak és nem anyagiak lehetnek, amelyeknek csak egyik része jelenik meg tárgyiasult formában a mérleg vagyonelemei között, másik – egyre nagyobb – része „nem mérlegképes”, azaz jelenleg értékkel nem szerepeltethető a mérleg eszközei között. Ez utóbbiak képezik a láthatatlan, nem tárgyiasítható erőforrásokat. A mérlegképes (látható) erőforrások azok az erőforrások, amelyek az adott pénzügyi számviteli előírásoknak és kapcsolódó megjelenítési kritériumoknak megfelelően az eszközök közé sorolhatók. Ide tartoznak a vállalkozás működését szolgáló befektetett eszközök (elsősorban az immateriális javak és a tárgyi eszközök) és forgóeszközök (elsősorban a készletek, követelések, pénzeszközök). A befektetett eszközöket több éven keresztül tudjuk hasznosítani, értéküket lassan adják bele az újratermelési folyamatba, ám az idő múlásával szükségszerűen veszítenek az értékükből. Fizikai és piaci avulást szenvednek el, ezért gondoskodni kell arról, hogy mire tönkremennek, újat vehessünk helyettük. A forgóeszközök az éves működés során többnyire felhasználásra kerülnek. A nem mérlegképes (láthatatlan) erőforrások, amelyek a jelenlegi elszámolási gyakorlatban nem


132

jelennek meg a mérlegben az eszközök között, hanem ráfordítások között szerepelnek az eredménykimutatásban és a költségek között a költségszámvitelben. A meglévő nem mérlegképes erőforrások kapacitáskihasználásával kapcsolatos vezetői döntések jelentősége sokszor messze meghaladja a mérlegképes erőforrásokét, nem is beszélve az ide irányuló fejlesztési, döntésekről, amelyek a jövőbeli növekedés zálogai, ám ebből a jelenlegi elszámolási gyakorlat alapján csak a folyó évi kiadás és eredményrontó hatás kerül a kimutatható információk alapján a vezetők látókörébe. Melyek ezek a működési folyamathoz közvetlenül kapcsolódó, és a működést közvetve, a támogató tevékenységeken keresztül szolgáló jelenleg nem mérlegképes erőforrások a következők: a személyekhez kötődő költségek többsége, különösen a fejlesztési, képzési, rekreációs költségek, az információ technológiával kapcsolatos költségek, a reklám és marketing költségek, az élhető környezet megtartása, helyreállítása érdekében felmerült költségek stb.

1.9.6.2.3. Beruházás-gazdaságossági számítások A befektetési számítások során az egyik elsődleges feladat a különböző időpontokban fellépő és különböző dimenziókban mérhető, egyszeri és folyamatos „pénzmennyiségek” (kiadások, illetve bevételek, ráfordítások, illetve hozamok) összemérési feltételeinek biztosítása, azaz „közös nevezőre” való hozása, az összehasonlíthatóság feltételeinek megteremtése. A beruházásokhoz kapcsolódó befektetéseknél egyszeri költségként jelentkeznek a tárgyi eszközök létesítési költségei (beruházási költségek) és az egyszeri forgóalap feltöltés költségei. (forgóeszköz-szükséglet). A működést a folyamatosan jelentkező kiadások és bevételek jellemzik (97. ábra).


A tárgyi eszköz egyszeri létesítési költsége

Folyamatosan (Revenue – R)

jelentkező

133

bevétele

Egyszeri forgóalap feltöltés (1+2 = Investment – I) Folyamatos működési költségek (Cost – C) 97. ábra: A beruházási projektek kiadásai és bevételei, [465] Műszaki gazdaságtan Oktatási segédlet, Husti I. - SZIE Műszaki Menedzsment Intézet, 2006

Az időbeliségnek a figyelmen kívül hagyása, illetve figyelembevétele szerint a gazdaságossági kalkulációk lehetnek: 

statikus számítások – melyek nem veszik figyelembe a pénz időértékét, vagy



dinamikus számítások – melyek számolnak az idővel, mint közgazdasági tényezővel.

A statikus számítási módszer A statikus kalkulációs módszer, a következő feltételezésekből kiindulva határozza meg az előnyösebb változatot: 

a projekt egyszeri ráfordításával kapcsolatos tőkelekötés koncentráltan jelentkezik (maximum 1 év), majd ezután megkezdődhet az értéktermelés,



a beruházást követően a folyamatosan jelentkező évenkénti kiadások, bevételek, illetve az eredmények - a létesítmény működése során - azonosak, illetve amennyiben nem, akkor évenkénti átlagérték határozhatók meg,



a tárgyi eszközök fizikai kopásából és erkölcsi avulásából származó amortizációt a költségek között elszámolják, majd elhasználódás után ebből az összegből újra pótolják.


134

A statikus kalkulációs módszerek elterjedtek és egyszerűségük miatt közkedveltek is. Alkalmazásuk nem igényel komolyabb matematikai felkészültséget és technikai eszközöket, a mutatók eredményei jól áttekinthetők és könnyen értelmezhetők. A sok előnyös tulajdonság ellenére sem szabad elfelejteni, hogy csak korlátozottan alkalmasak különböző beruházási változatok gazdaságosságának összehasonlítására, mert ezek az eljárások az egyes projekteket külön-külön önmagukban értékelik és nem helyezik el azt az adott vállalat/vállalkozás egészének összefüggés-rendszerébe.

(Ft/év)

beruházási költség bevétel kiadás

(év)

98. ábra: A statikus számítások körülményeit jellemző sematikus ábra, [465] Műszaki gazdaságtan Oktatási segédlet, Husti I. - SZIE Műszaki Menedzsment Intézet, 2006

Mindezek ellenére célszerű elvégezni a statikus számításokat is, mert a döntés-előkészítés során ezekre az információkra is szükség lehet, de nem célszerű csak statikus számításokra alapozva döntést hozni. A statikus számítások körülményeit szemlélteti a 98. ábra. Az egymást kizáró projektek gazdasági összehasonlítása során: 

a költség-összehasonlító,



a jövedelmezőséget összehasonlító,



a megtérülési időt meghatározó,



a deviza gazdaságosságot és



az eszköz-igényességet vizsgáló mutatók alkalmazhatók.

A költség-összehasonlító elemzés lényege, hogy a döntéshozó a felmerülő változatok közül amellett dönt, amelynél a termék vagy teljesítmény egységre eső átlagos évi költsége a legkisebb. A mutató alkalmazása csak homogén jellegű termelés esetén lehetséges. A számításokat ki kell egészíteni technikai elemzésekkel is (például: kapacitás, élettartam). A


135

gyakorlatban általában kisebb volumenű projektek például: gépcsere-gazdaságossági számításokhoz használják a módszert.

A mutatót a következő képlettel lehet meghatározni:

B Ü  T a termékegységre eső ráfordítás, ahol: B = egyszeri tárgyi- és forgóeszköz-befektetés (fejlesztési költség) [Ft], Ü = üzemeltetési költség [Ft], T = termelés [természetes mértékegység]. A jövedelmezőséget összehasonlító számítások a jövedelmezőséget az elérhető nyereség és a lekötött tőke hányadosaként, relatív mutatóként értelmezi, amely a lekötött tőke egységére jutó nyereségét fejezi ki. Azonos tőkelekötésű változatok mellett a legnagyobb átlagos nyereségű alternatívát kell választani. Fontos, hogy a figyelembevett nyereség a pótlólagos hozamából induljon ki és az amortizációt ne tartalmazza. A jövedelmezőséget összehasonlító mutató az azonos futamidejű projektek összehasonlítására – a hiányosságok ellenére is – a leginkább alkalmas számítási módszer. J

 Ny  100 B k

ahol: Ny = az éves nyereség összege [Ft/év], Bk = a beruházási/fejlesztési költségek összege [Ft]. A megtérülési idő mutató arról nyújt információt, hogy a projekt megvalósításához fölhasznált tőkebefektetés mennyi idő alatt térül vissza a vele elérhető nyereségből. Az a változat kedvezőbb, amelyiknek megtérülési ideje rövidebb. Alkalmazása körültekintést igényel, hiszen olyan projekt is előbbre kerülhet a megtérülési mutató alapján a rangsorban, amelynek jövedelmezősége gyengébb. A mutató alkalmazása olyan esetekre javasolható, amikor viszonylag rövid élettartamú beruházási változatokat kell rangsorolni. A megtérülési mutató meghatározási módja a következő:

M

Bk Ny (év)


136

A devizagazdaságossági mutatókkal az egységnyi deviza előállításához szükséges forintráfordítást határozhatjuk meg. Az a változat a kedvezőbb, melynek eredményeként egységnyi deviza kisebb forintráfordítással állítható elő. A mutatónak olyan tevékenységek esetén van különös jelentősége, amelyeknél az export-import folyamatok meghatározóak.

Dg 

Ed Fr

ahol: Ed = az előállított deviza mennyisége [valutanem], Fr = az Ed mennyiségű deviza előállításához szükséges forint ráfordítás [Ft]. Az eszköz-igényességi mutatók segítségével meghatározható, hogy egységnyi nyereség előállításához mekkora értékű forgó-, illetve tárgyi eszköz állomány lekötése szükséges. Versenyeztetés esetén az a változat a kedvezőbb, amelyiknél kisebb értékű eszközlekötéssel érjük el ugyanazt, vagy akár nagyobb nyereséget. A kiszámítás képlete:

E ig 

Ny  100 Bk

ahol: Eig = eszköz igényességi mutató [%].

A dinamikus számítási módszer A fejlesztés (beruházás) időben végbemenő folyamat, amely a cél elérésével kapcsolatos első tőkelekötéssel (egyszeri ráfordítással) kezdődik és a gazdaságilag hasznos üzemidő utolsó évével fejeződik be. Az így számított időintervallumot két részre, 

kivitelezési (megvalósítási) időre, és



üzemeltetési (termelőképesség-hasznosítási) időre osztjuk.

A kivitelezés időszakában a tőkét anyagi eszközökre és élőmunkára váltják át, annak érdekében, hogy létrehozzák azokat a kapacitásokat, amelyek a jövedelemtermelés eszközéül szolgálnak. Az ilyen céllal a kivitelezési időben lekötött tőke ki van rekesztve az értéktermelő folyamatból mindaddig, amíg a termelési/szolgáltatási folyamat el nem kezdődik. A tőke átmeneti kirekesztése (befagyasztása) az értéktermelő folyamatból és egyidejű lekötése a beruházás kivitelezésének folyamatába veszteséggel jár. Ennek nagyságát illetően


137

nem járunk messze a valóságtól, ha azt mondjuk: „annyit veszítünk, mint amennyit nyerhetnénk, ha tőke nem befagyasztott, hanem működő állapotában lenne”. A kivitelezési idő egyes éveiben - a megvalósítási tervtől függően - a beruházással kapcsolatos egyszeri ráfordítások egymástól eltérő nagyságrendben merülnek fel. A fejlesztés megvalósítása, az ezzel kapcsolatos egyszeri ráfordítások és az idő között szoros kapcsolat van. A dinamikus tőkebefektetési számításokban az időfaktornak és a pénz időérték-faktornak megkülönböztetett szerepe van. Az időfaktorral kapcsolatban - az eddigiek kiegészítéseként számolni kell azzal, hogy amennyiben a kivitelezési időt indokolatlanul növelik, az a beruházási ráfordítások növekedését eredményezheti. A dinamikus számítási módszerek az egyedi beruházási projektek abszolút értékelése mellett, az egyes alternatívák közötti gazdaságossági sorrend megállapítására is alkalmasak, mivel az idő szerepét dinamikusan értelmezik.

(Ft/év) bevétel kiadás

beruházás

(év)

99. ábra: A dinamikus számítások körülményeit jellemző sematikus ábra A következő körülmények megléte esetén, a számítások során a dinamikus módszer használata szükséges (99. ábra): 

a beruházási folyamat hosszú ideig tart, (esetleg több év);



a beruházás teljes befejezése előtt már keletkeznek bevételek;



a folyamatosan jelentkező kiadások és bevételek időben változnak.

A dinamikus beruházás-gazdaságossági vizsgálatok feltételrendszere: 

az időegységre (év) jutó bevételek és kiadások mindig egy összegben, az időegység végén – vagy elején – merülnek fel;



a különböző időpontokban felmerülő kiadásokat és bevételeket egymással összemérhetővé kell tenni (kamatos-kamatszámítás, diszkontálás);



a kalkulatív kamatláb a beruházás teljes élettartama alatt állandó.


138

A beruházás időtartamán belül a kivitelezési idő lerövidítésével eredménytöbbletet lehet elérni, ha az idő lerövidítésének áraként jelentkező egyszeri ráfordítás-többlet kisebb, mint az az eredmény, amelyet az idő lerövidítésével érhetnek el. A tőkebefektetés időhorizontján belül a kivitelezési idő meghosszabbítása egyrészt növeli a tőkebefagyasztásból származó veszteséget (az elmaradt jövedelmet), másrészt késlelteti a befektetéstől várt jövedelem megjelenését, ezáltal csökkenti a beruházás élettartama alatt elérhető összes jövedelmet. A tőkebefektetés időtartamának másik része az üzemeltetési idő. Ez az idő akkor kezdődik, amikor az egyszeri tőkebefektetés befejeződött, a befektetéssel nyert kapacitásokat üzembe helyezték és azokkal a termelést/szolgáltatást megkezdték. A beruházás teljes időtartamán belül - ha sikerül lerövidíteni a kivitelezési időt - növelni lehet az üzemeltetési időt, azt az időtartamot, amely alatt a befektetett tőkét vissza kell nyerni és a tőkehozadékból a tőkét növelni lehet. A befektetett tőke visszatérülését (ahogy erről már korábban szó volt) a költségek között elszámolt amortizáció biztosítja. A befektetett tőke növekedése pedig attól függ, hogy az üzemeltetés egyes éveiben mekkora tőkehozadékot (eredmény-többletet) lehet elérni. Amennyiben a beruházás teljes időtartama (kivitelezési + üzemeltetési idő) alatt a befektetett tőke nagyságával azonos tőkehozadékot lehet elérni, akkor azt mondjuk, hogy a tőke megtérült. A beruházás teljes élettartamán belül minél rövidebb idő szükséges a tőke egyszeri megtérüléséhez, annál eredményesebb a tőkebefektetés. A tőke visszatérülésével kapcsolatosan alapvető követelmény, hogy a befektető a beruházás élettartama alatt a tőkét visszakapja. A tőke megtérülésével kapcsolatosan viszont arra kell törekedni, hogy a tőke a beruházás teljes élettartama alatt minél többször térüljön meg. E követelmények teljesülésének feltétele, hogy a beruházás teljes élettartamán belül: 

jól határozzák meg az amortizációs idő hosszát és a tőke törlesztésének módszerét,



a tervezett üzemeltetési idő hosszának meghatározásakor vegyék figyelembe a technikai színvonal változásának és a piaci körülményeket befolyásoló más tényezőknek ezen időtartamra várhatóan gyakorolt hatását,



az egyes években az árbevételeket, a folyamatos ráfordításokat és az eredményt úgy vegyék számításba, ahogy az ténylegesen bekövetkezik.

Az árbevétel, a folyamatos ráfordítás és az eredmény számbavételénél tekintettel kell lenni arra, hogy:


a termelő-berendezések fizikai elhasználódása és gazdasági avulása következtében csökken azok termelőképessége, mert:



gyakoribbak és esetenként hosszabb időt igényelnek a karbantartási, javítási munkák,



növekednek a termelő-berendezések ismételt felülvizsgálatával és üzembehelyezésével kapcsolatos munkák miatti időkiesések,



növekszik a selejtes darabok mennyisége, abból eredően, hogy a gépalkatrészek, berendezések, felszerelések a fizikai elhasználódás következtében veszítenek pontosságukból,



a piacon egyre nagyobb termelőképességű gépek jelennek meg, minek következtében csökken a már meglévő termelő-berendezések relatív termelőképessége,



a relatív termelőképesség csökkenést az esetek többségében a régi berendezéseken elvégzett felújításokkal nem lehet ellensúlyozni.



a termelőkapacitásokkal előállítható termékek mennyiségének csökkenése az idő folyamatában együtt jár a fajlagos költségek növekedésével. Ennek okai lehetnek



a tárgyi eszközökkel kapcsolatos fenntartási költségek, a szerszámköltségek, a termékek után javításával kapcsolatos ráfordítások növekedése,



a selejtveszteség,



az energia többletfogyasztás,



az értékesítés és az ellenőrzés költségeinek a növekedése.



csökken az árbevétel, mert



romlik a termelő-berendezések abszolút és relatív termelőképessége, ugyanakkor növekszik az egységköltség,



korszerűbb termékek jelennek meg a piacon,



változik a vevők magatartása a termékkel szemben,



növekszik a verseny a piacok megtartásáért, új piacok megszerzéséért.



az egymást követő években különböző nagyságrendekben jelentkező eredménynek (tőkehozadéknak) más-más értéke van. Az üzembe-

139


140

helyezéshez közelebb eső években jelentkező egységnyi eredmény nagyobb, a távolodó években jelentkező egységnyi eredmény kisebb értékkel bír. A dinamikus tőkebefektetési számításokkal kapcsolatban a következő feltételezésekkel élünk: 

a tőkebefektetés időben végbemenő folyamat. A fejlesztés (a beruházás) az első tőkelekötéssel (kifizetéssel), veszi kezdetét és az üzemelletési idő végével fejeződik be;



a beruházás teljes élettartama magába foglalja a kivitelezési időt és a hasznos üzemidőt.



a kivitelezési idő alatt a tőkelekötés évente eltérő nagyságrendben megy végbe. Az üzemeltetési idő alatt a bevételek és a hozadékok összege évente ugyancsak eltérő nagyságrendű. A számítások során feltételezzük, hogy az időegységre (egy-egy évre) eső kiadások, illetve bevételek (a pénzáramok) mindig egy összegben, az időegység végén vagy elején merülnek fel (mennek végbe);



az idő, mint önálló eredményességének;



a pénz időértéke, amely egyenlő a tőkebefektetéstől elvárt jövedelmezőséggel, minden évben azonos nagyságrendű és a hozadékot a figyelembe vett pénz-időértékkel teljes összegben be lehet fektetni;



a fejlesztés egyszeri ráfordítását és a tervezett eredményt nemcsak azok nagyságrendje, hanem az időtényező is befolyásolja. Az összes egyszeri ráfordítás és annak időértéke áll szemben a tervezett hozadékkal és annak időértékével.

faktor,

egyik

meghatározója

a

befektetés

A kamatláb feladata és jelentősége A kivitelezési idő egyes éveiben egymástól eltérő nagyságú tőkeráfordítást (egyszeri befektetést), az üzemeltetési idő egyes éveiben különböző nagyságrendben elérhető eredményt - mint láttuk - egy feltételezett kamatláb alkalmazásával tettük összegezhetővé. Ehhez a különböző időpontokban felmerülő ráfordításokat és jelentkező eredményeket azonos időpontra, a „jelen időre” számítottuk át. A jelen időpont lehet: 

a beruházás megkezdésének, illetve


141

a beruházás üzembe helyezésének, éve, de lehet bármely időpont, amikor a tőkebefektetéssel összefüggésben ráfordítást eszközölnek vagy eredmény keletkezik.

Logikai szempontból a beruházás üzembe helyezésének évét, praktikus okokból a beruházás megkezdésének idejét célszerű jelen időpontként választani. Azt, hogy adott esetben melyik időpontra kell a kamatláb alkalmazásával a ki-, illetve visszaáramló pénzt (a ráfordítást, illetve az eredményt) jelen értékben kifejezni, a pénzpiacon kialakult gyakorlat határozza meg. Az egyszeri ráfordítások (a befektetések) és az eredmények a beruházás teljes élet-tartamán belül nemcsak egymástól eltérő nagyságrendben, hanem különböző időpontokban (napokon) merülnek fel, illetve jelentkeznek. A gyakorlatban a tőkeráfordításokat és az eredményeket úgy veszik számításba, hogy azok vagy az év elején vagy az év végén, egy összegben jelentkeznek, függetlenül attól, hogy az adott évben a pénz ki-, illetve visszaáramlása valójában mely napokon történik. Azt a kamatlábat, amellyel a ráfordításokat, illetve az eredményeket a jelen időpontra átszámítják, kalkulatív kamatlábnak nevezik. Kalkulatív kamatlábként olyan százalékos értéket vesznek figyelembe, amely azt fejezi ki, hogy ha a tőkét más célra fektették volna be, az évente milyen hasznot (eredményt) hozna. Ezt a „tőke helyettesítési költségének” vagy marginális hasznának is nevezzük. A dinamikus beruházás-számítás keretében a kalkulatív kamattételnek alapjában véve két feladata van. Ezek: 

a különböző időpontokban esedékes fizetéseket (pénz ki-, illetve visszaáramlásokat) összegezhetővé és ezáltal összehasonlíthatóvá teszi,



a befektetett tőke vonatkozásában jövedelmezőség követelményét.

meghatározza

a

minimális

A kalkulatív kamatláb megválasztása szerves részét képezi a beruházási döntések előkészítésének. Miután ez a kamatláb hatással van a befektetésre kerülő tőke pénzidőértékkel számított nagyságára, továbbá jövedelmezőségi követelményt határoz meg, nem célszerű a kamatlábat önkényesen megválasztani.

A beruházás-gazdaságossági kalkulációk célja, jelentősége és típusai A beruházások gazdaságossági vizsgálatának fő célja a tőkebefektetés, illetve az adott beruházás indokoltságának bizonyítása, a jövedelmező és pénzügyileg is megvalósítható fejlesztési elképzelés meghatározása, az egyes változatok közötti választás megkönnyítése.


142

Egy adott fejlesztési projekt értékelése sokkal többet jelent egy-egy mutató értékének a meghatározásánál. Általános cél, hogy minél több oldalról és minél több szempont szerint megvizsgáljuk a megvalósítás lehetséges változatait. A beruházás-gazdaságossági kalkulációk célja és jelentősége attól függően is változik, hogy mikor készítjük azokat. Ennek megfelelően megkülönböztetünk elő- és utókalkulációkat, illetve utóelemzéseket. Az előkalkulációkat a beruházás előkészítő szakaszában készítjük azzal a céllal, hogy igazolni tudjuk az adott fejlesztés szükségességét, megvalósíthatóságát és a tevékenység életképességét, valamint a döntéshozatal során az adott beruházási változat kiválasztásának okát. Az előkalkulációk elkészítéséhez valós, aktuális és sokoldalú információra van szükség. Az előkalkulációk elkészítése során figyelembe vett értékek nagy része becsült, ezért az információk pontosításával jelentősen növelhető az eredmények megbízhatósága. Az utókulációkat az eszköz üzembe helyezése és a termelés beindítása után végezzük. Ekkor már pontosan ismerjük a fejlesztéshez felhasznált egyszeri, valamint a folyamatos üzemeltetési költségeket, illetve a folyamatos bevételek alakulását is. A kapott eredményeket összehasonlítva a korábban elkészített előkalkuláció eredményeivel levonhatjuk a szükséges következtetéseket, és az eredmények jelentős eltérése esetén meghozhatjuk az operatív, taktikai vagy esetleg a stratégiai jellegű döntéseket. Az utóelemzést az adott létesítmény életútja végén, a selejtezést követően végezzük, aminek célja egy következő beruházás előkészítéséhez valós információk biztosítása és tapasztalatok gyűjtése. Az utóelemzés nyújtotta információk értékét növeli, hogy azok általában hosszú távú tendenciákat mutatnak be, megbízhatóak, vagy megbízhatóságuk mértéke számunkra ismeretes. Fontos szempont az is, hogy helyi, vagyis az adott térségre és vállalkozásra vonatkozó saját adatok halmazáról, nem pedig általánosan hozzáférhető statisztikai adatokról van szó. A 18. táblázat a három kalkuláció-típus legfőbb jellemzőit foglalja össze.


143

18. táblázat: Az egyes kalkulációk, elemzések készítésének ideje, célja és jelentősége, [465] Műszaki gazdaságtan Oktatási segédlet, Husti I. - SZIE Műszaki Menedzsment Intézet, 2006 Megnevezés

Időpont

Cél

Jelentőség

Előkalkuláció

Az előkészítés szakasza.

A beruházási változat Támpont a létesítésének indoklása. beruházási döntéshez.

Utókalkuláció

Az üzembehelyezés után.

A becsült és konkrét adatok egybevetése.

Szükséges módosítások.

Utóelemzés

Selejtezés után.

Új beruházás előkészítése.

Helyi, megbízható, hosszú távú adatok.

A beruházás-gazdaságossági számítások módszerei Olyan univerzális (egyetlen) mutatószámot, amely a beruházások hatékonyságával összefüggő valamennyi nemzetgazdasági és vállalati szintű követelményt képes lenne egyetlen értékben kifejezni, elképzelhetetlen lenne kialakítani. Ezért a beruházások gazdaságossági értékelésére számos mutatót alakítottak ki, amelyek más és más oldalról vizsgálják meg az adott kérdést. A konkrét stratégiai és gazdasági célkitűzésekből kiindulva a mutatószám-rendszeren belül lehet valamelyik mutatót alapvetőnek tekinteni. Az egymást kizáró beruházási változatok gazdasági összehasonlítása során: 

a költség-összehasonlító elemzés lényege, hogy a döntéshozó a felmerülő változatok közül amellett dönt, amelynél a termék vagy teljesítmény egységre eső átlagos évi költsége a legkisebb;



a jövedelmezőséget összehasonlító számítások a jövedelmezőséget az elérhető nyereség és a lekötött tőke hányadosaként értelmezi egy relatív mutatóként, amely a lekötött tőke egységére jutó nyereséget fejezi ki;



a megtérülési idő arról nyújt információt, hogy a beruházás megvalósításához fölhasznált tőkebefektetés mennyi idő alatt térül vissza a vele elérhető nyereségből;



a devizagazdaságossági mutatókkal az egységnyi deviza előállításához szükséges forintráfordítást határozhatjuk meg;


144

az eszköz-igényességi mutatók segítségével meghatározható, hogy egységnyi nyereség előállításához mekkora értékű forgó-, illetve tárgyi eszköz állomány lekötése szükséges.

A beruházás-gazdaságossági mutatók a következők lehetnek: A jövedelmezőséget összehasonlító mutató: J J

 Ny  100 B k

ahol: J = jövedelmezőségi mutatató [%],

A megtérülési idő: M

M

Bk Ny

ahol: M = megtérülési idő [év].

Nettó jelenérték mutató: NPV (Net Present Value) NPV  PV ( R)  PV (C )  PV ( I )  0

ahol: PV (R) = az évente keletkező bevételek diszkontált értékösszege; PV (C) = az évente jelentkező működési költségek diszkontált értékösszege; PV (I) = a beruházás-jellegű költségek diszkontált értékösszege. A számítást az objektum teljes vagy várható élettartamára készítjük. Adott beruházás kapcsán alapvető feltétel, hogy az objektum (vállalkozás) jelen időre számolt tiszta nyeresége legyen nagyobb vagy egyenlő a beruházási költségek szintén jelen időre számolt értékösszegével,


145

azzal a tőkeráfordítással, amibe az objektum került. A NPV értéke tehát legyen pozitív, több változat rangsorolásánál az a leginkább kedvező, amelyik nettó jelenértéke a legmagasabb. A nettó jelenérték mutató korlátozottan kifejező képes, mivel két komoly információt kerül meg, nevezetesen a tőkeösszeget és a lekötési időt. Gazdálkodási szempontból nem lehet közömbös, hogy a szóban forgó diszkontált többletnyereséget milyen átlagos összegű befektetéssel érjük el, illetve, hogy hány évi átlagos tőkelekötés húzódik meg az adott diszkontált többletnyereség mögött.

A belső megtérülési ráta: IRR (Internal Rate of Return) Kiszámításakor azt a kamatlábat keressük, amely mellett a beruházás nettó jelenértéke éppen nulla, azaz a beruházás egyszeri és a működés folyamatos költségei a bevételekből éppen egyszer térülnek meg a létesítmény teljes élettartama során. E számításoknál tehát nem határozunk meg előre egy diszkontálásnál alkalmazható kamatlábat, mint például a jelenérték számításánál, hanem éppen ellenkezőleg, erre a bizonyos kamatlábra vagyunk kíváncsiak. t

1

 (1  k ) n 1

n

( R  C  I )  0

ahol: 1/(1+k)n = diszkonttényező R = az évente keletkező bevételek. C = az évente jelentkező működési költségek. I = a beruházás-jellegű költségek. A kapott belső kamatláb értéke a „tőke megtérülési sebességét” fejezi ki. Minél nagyobb ez az érték annál kedvezőbb a befektetés. A mutató jól alkalmazható a különböző beruházási és befektetési változatok rangsorolására is. A szemléletes és könnyen értelmezhető eredmény miatt a legkülönfélébb projektek gazdaságossági vizsgálatára alkalmazható módszer.

A haszon-költség arány mutató: BCR (Benefit Cost Ratio) A következő két típusa terjedt el a gyakorlatban:

BCR1 

PV ( R) 1 PV (C )  PV ( I )


BCR2 

146

PV ( R)  PV (C ) 1 PV ( I )

ahol: a jelölések megegyeznek az NPV mutatónál alkalmazottakkal. A BCR1 megmutatja, hogy a bevételek diszkontált összegéből, hányszor térül meg a beruházás egyszeri és folyamatos működési költségeinek diszkontált összege. A BCR2 értéke arra ad választ, hogy a keletkező jövedelem diszkontált összegéből hányszor térül meg a beruházási költségek diszkontált összege. Adott beruházási változat gazdasági életképességéhez alapvetően szükséges, hogy mindkét mutató értéke 1-nél nagyobb legyen. Fontos megjegyezni, hogy a BCR mutatók az egymást kizáró változatok rangsorolására nem alkalmasak. Versenyeztetésre leginkább alkalmas a nettó haszon – beruházási költség arány (N/K) mutató, amikor a pozitív évek nettó jelenértékét elosztjuk a beruházás után jelentkező negatív évek nettó jelenértékével. Az a változat a kedvezőbb, amelyik magasabb N/K értéket eredményez.

1.9.6.3. Az LNG üzemek beruházási költségeinek vizsgálata Az LNG cseppfolyósítás fajlagos beruházási költségei a vizsgált időszakban igen széles skálán mozogtak. A becsült teljes beruházási költségek (US $) és a cseppfolyósító üzem éves kapacitásának (tonna) hányadosából képzett fajlagos beruházási költségek tendenciáját a 100. ábra szemlélteti. A fajlagos beruházási költség az egy év alatt 1 tonna LNG-re vetített beruházási költséget adja amerikai dollárban. A fajlagos beruházási költségek a 2000-es évektől egyfajta csökkenést mutattak. Ez a csökkenés a beépítendő technológiai elemek széles körben való elérésével volt indokolható. 2013-tól azonban az LNG előállítás technológiája iránti kereslet növekedése a beruházási költségek nagyságában is kimutatható. A fajlagos beruházási költségek nagysága az üzem elhelyezkedésétől, valamint a kialakított technológia körértől függően 300 és 1200 $/t/év között mozog.


147

100. ábra: A cseppfolyósító üzemek fajlagos beruházási költségeinek alakulása 1965 és 2015 között, [461] LNG Plant Cost Escalation, B. Songhurst - The Oxford Institute for Energy Studies, 2014

101. ábra: A normál és a magas beruházási költségű LNG projektek, [461] LNG Plant Cost Escalation, B. Songhurst - The Oxford Institute for Energy Studies, 2014 A 19. táblázat tartalmazza a már megvalósult, vagy szorosan az átadás előtti fázisban lévő nagyüzemi cseppfolyósító létesítmények legfontosabb adatait.


148

Megnevezés

Ország

Cseppfolyósító egységek száma [db]

Cseppfolyósító egységek kapacitása [Mt/év]

Összes kapacitás [Mt/év]

Aktiválás éve

19. táblázat: Az 1969 és 2015 között megvalósult LNG cseppfolyósító üzemek főbb adatai, [461] LNG Plant Cost Escalation, B. Songhurst - The Oxford Institute for Energy Studies, 2014

Kenai Brunei Skikda Brunei ADGAS 1 Bontang I Trains A,B Arun I Arzew GL1Z Skikda GL2K Arzew GL2Z Bontang II Trains C,D MLNG Bintulu I Satu Arun II Arun III Bontang III Train E North West Shelf 1 & 2 Arzew I & II North West Shelf 3 ADGAS 2 Bontang IV - Train F MLNG Bintulu 2 Dua Arzew Qatargas I Trains 1,2,3 Bontang V - Train G Atlantic I Bontang VI - Train H RasGas I - Trains 1,2 Nigeria LNG 1 & 2 Oman Trains 1,2 Atlantic 2 & 3 Nigeria LNG 3 MLNG Bintulu 3 Tiga RasGas II - Train 3,4,5 Damietta Egypt LNG I & II Atlantic 4 Darwin Nigeria LNG 4 & 5

Alaszka, USA Brunei Algéria Brunei UAE Indonézia Indonézia Algéria Algéria Algéria Indonézia Malaysia Indonézia Indonézia Indonézia Ausztrália Algéria Ausztrália UAE Indonézia Malaysia Algéria Katar Indonézia Trinidad and Tobago Indonézia Katar Nigéria Omán Trinidad and Tobago Nigéria Malaysia Katar Egyiptom Egyiptom Trinidad and Tobago Ausztrália Nigéria

1 4 1 1 2 2 2 6 6 6 2 3 2 1 1 2 2 1 1 1 3 6 3 1 1 1 2 2 2 2 1 2 3 1 2 1 1 2

1,0 1,1 4,0 2,1 1,1 1,8 1,7 1,4 1,3 1,3 2,3 2,0 2,2 2,5 2,9 2,1 2,6 2,1 1,3 2,9 2,6 1,6 2,0 2,7 3,1 3,0 3,3 3,0 3,3 3,4 3,0 3,4 4,7 5,0 3,6 3,3 3,5 4,1

1,0 4,4 4,0 2,1 2,2 3,6 3,4 8,4 7,8 7,8 4,6 6,0 4,4 2,5 2,9 4,2 5,2 2,1 1,3 2,9 7,8 9,6 6,0 2,7 3,1 3,0 6,6 6,0 6,6 6,8 3,0 6,8 14,1 5,0 7,2 3,3 3,5 8,2

1969 1972 1972 1974 1977 1977 1978 1978 1981 1982 1983 1983 1984 1986 1989 1989 1990 1993 1994 1994 1995 1996 1996 1998 1999 1999 1999 2000 2000 2002 2002 2003 2004 2005 2005 2006 2006 2006

1.9. LNG lehetséges hazai előállításához rendelkezésre álló technológiák Qalhat Train 3 EG LNG Trains 1,2 Snohvit Nigeria LNG 6 North West Shelf Train 5 Yemen Qatargas II Trains 4,5 RasGas III - Trains 6,7 Sakhalin Trains 1,2 Tangguh Trains 1,2 Peru LNG Qatargas III Train 6 Qatargas IVTrain 7 Pluto Skikda Angola PNG Australia Pacific Donggi-Senoro Gladstone Gorgon Petronas Floating Sabine Pass Prelude Floating Wheatstone Ichthys

Omán Ekvátori Guinea Norvégia Nigéria Ausztrália Jemen Katar Katar Oroszország Indonézia Peru Katar Katar Ausztrália Algéria Angola Pápua Új Guinea Ausztrália Indonézia Ausztrália Ausztrália Malaysia USA Ausztrália Ausztrália Ausztrália

1 2 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 1 2 3 1 4 1 2 2

3,3 3,4 4,2 4,1 4,4 3,6 7,8 7,8 4,8 3,8 4,5 7,8 7,8 4,3 4,5 5,2 3,4 3,9 2,0 4,5 5,0 1,2 4,5 3,6 4,3 4,2

149 3,3 6,8 4,2 4,1 4,4 3,6 15,6 15,6 9,6 7,6 4,5 7,8 7,8 4,3 4,5 5,2 6,8 7,8 2,0 9,0 15,0 1,2 18,0 3,6 8,6 8,4

2006 2007 2007 2008 2008 2008 2009 2009 2009 2009 2010 2010 2011 2012 2013 2013 2014 2015 2015 2015 2015 2015 2015 2016 2016 2017

A beruházási költségek nagyságának vizsgálatakor figyelembe kell venni azt a tényt is, hogy milyen a beruházandó terület infrastrukturális ellátottsága. A közvetlen beruházási költségek ugyanis alacsony infrastruktúrával rendelkező területen kiegészülnek a kapcsolódó és járulékos beruházási költségekkel is. A 101. ábra a „normál” és a „magas” költségű projekteket szemlélteti. Természetesen abban az esetben, ha csak a cseppfolyósító üzem kerül kialakításra, akkor a beruházási költségek jóval alacsonyabbak, mintha a teljes (gáztisztítási és tárolási) vertikum megvalósul. A nagyméretű cseppfolyósító üzemek beruházási költségeinek emelkedése az elmúlt tíz évben ugrásszerűen megemelkedett. Ez az emelkedés sokkal progresszívebb volt, mint más - akár energia - ipari ágazatokban tapasztalható beruházási költségek. A bázis évnek tekintendő 2000-es évet 100 %-nak véve a jelenlegi beruházási költségek több mint megkétszereződtek (102. ábra).


150

102. ábra: Az LNG üzemek beruházási volumenindexe 2000 és 2014 között, [461] LNG Plant Cost Escalation, B. Songhurst - The Oxford Institute for Energy Studies, 2014 A 2000-2012 között létesített cseppfolyósító üzemek beruházási költségeinek összehasonlítása ugyanakkor nem egyszerű feladat. Csak nagyvonalú kísérlet tehető arra, hogy az egyes költségmutatókat közös nevezőre hozzuk. A beruházások egyedi jellege, valamint a beruházók igénye szabja meg a végleges beruházási költségek nagyságát. A költségek nagyságának tervezésekor figyelembe kell venni a pénz időértékének változását, akár inflációs, akár – a jövőben megtapasztalható – deflációs hatásról beszélünk. Az eddig létesített nagyüzemi cseppfolyósító üzemek méretét tekintve megállapítható, hogy a hozamuk is jelentősen növekedett, amelyet a 103. ábra szemléltet. Az évi kapacitásuk 1 és 5 millió tonna LNG közé helyezhető. A kisebb gázmezőkhöz igazodva azonban ma már elérhetők azok a technológiai megoldások, amelyek az évi néhány ezer tonna LNG előállításra alkalmazhatók.


151

103. ábra: A cseppfolyósító állomások évi kapacitásának növekedése, [461] LNG Plant Cost Escalation, B. Songhurst - The Oxford Institute for Energy Studies, 2014 A beruházási költségeket tovább bontva megállapítható, hogy a költségek 10 %-át a gázelőkészítő berendezések telepítési költségei teszik ki. A cseppfolyósító és visszahűtő technológia a teljes beruházási költség 42 %-át, míg a szállítási, tárolási és biztonsági segédberendezések a teljes bekerülési költség 47-át adják (104. ábra).

104. ábra: Az LNG cseppfolyósító üzemek főbb beruházási költségösszetevőinek aránya, [461] LNG Plant Cost Escalation, B. Songhurst - The Oxford Institute for Energy Studies, 2014


152

105. ábra: Az LNG cseppfolyósító üzemek beruházási költségaránya kategóriánként, [461] LNG Plant Cost Escalation, B. Songhurst - The Oxford Institute for Energy Studies, 2014 A beruházási költségek költségkategóriánként vizsgálatából kitűnik, hogy a teljes beruházási költség 50 %-a anyagjellegű költség (105. ábra). Ide tartoznak mindazon gépek, berendezések, technológiai elemek, amelyek a gáz előkezelését, cseppfolyósítását és a folyékony kriogén gáz tárolását szolgálják. Általános megállapításként elmondható, hogy a kriogén hőcserélők, a cseppfolyósító kompresszorok (és azok hajtásai) területén korlátozott verseny alakult ki a General Electric vezetésével. Ugyanakkor nagy erőfeszítéseket tesz a Siemens és a Rolls-Royce is a versenybe való beszálláshoz. A beruházás tervezési-kivitelezési projektmenedzsment költsége 40 %. A legfontosabb technológiai berendezések beszállítói a következők: Kriogén hőcserélők és hűtő boxok: Chart, Air Products, Linde, General Electric (GE) Hűtőkompresszorok:

GE, Nuovo Pignone (GE Oil & Gas)

LNG tároló tartályok: CB&I, Tractebel, Samsung C&T, Whessoe, Worthington Bechtel/Thiess TKK/BG&E (Darwin), Techint Sener Entrepose, A beépítendő alkatrészek, csővezetékek az olaj- és gáziparban használatos felszerelések. A rozsdamentes acélból készült eszközök azonban meg kell, hogy feleljenek a kriogén (- 160C) feltételnek, amely az előállítási költségeiket jóval nagyobb mértékben megemeli. A cseppfolyósító üzemek beruházási költségeinek további bontását szemlélteti a 20. táblázat. Az adatokból jól kitűnik, hogy a beruházás során a két legjelentősebb tétel a cseppfolyósító egységek beruházása, valamint a tárolókapacitás létesítése.


153

20. táblázat: 2 db cseppfolyósító egységgel rendelkező LNG üzem beruházási költségeinek legfontosabb összetevői, [472] Brayton refrigeration cycles for small-scale LNG, ROBERTS, M. - Gulf Publishing Company, 2015

Megnevezés 2 db cseppfolyósító egység, ebből: Gáz fogadó létesítmények Savas gáz eltávolítása Víztelenítő berendezések Higany eltávolító berendezések Hűtő/cseppfolyósító egységek Gázfrakcionálás Kapcsolódó berendezések, anyagok, ebből: Hajtóművek Hűtővíz Egyéb anyagok (Gőz, Nitrogén, stb.) Tárolási költségek, ebből: LNG tároló tartályok LPG tároló tartályok Kondenzátumok tárolása Töltő móló Gázfáklya Tűzvédelmi, vízelvezetési, környezetvédelmi berendezések Infrastruktúra kiépítése, ebből: Utak, kerítés Biztonsági épületek IT, Kommunikációs infrastruktúra Adminisztrációs, karbantartási épületek Mindösszesen:

Minimum [%] 45 5 5 2 1 30 2 8 3 2 3 20 10 0 0 4 3 3 7 2 1 2 2

Maximum [%] 65 10 8 3 1 40 3 15 7 4 4 40 15 9 2 6 4 4 10 3 2 3 2 100 %

2010-től az LNG egységárai meglehetősen széles tartományt öleltek fel. Az amerikai piacon 2,5-4,5 $, az európai elosztó állomásokon 7,5 – 12 $, míg az ázsiai piacokon (a kereslet/kínálat függvényétől) elérte a 20 $-t mmbtu-nként, mostanra azonban 10 USD alá került. Meg kell azonban jegyezni, hogy LNG esetében az árnak tükröződnie kell az LNG minőségében. 2013ban az LNG egységárai még elég nagyfokú szórást mutattak (106. ábra).


154

106. ábra: Az LNG világpiacának 2013 áprilisában leszállított árai USD/mmBTU-ban, [473] Liquefaction Technology, Chiyoda Corporation, 2013 A 2016. januári árak azonban nagyfokú csökkenést mutatnak az LNG világpiaci árában (107. ábra). Ennek legfőbb oka cseppfolyósító üzemek, az import terminálok, valamint a szállítási kapacitások növelésével indokolható. A jövőbeni prognózisok a 4 $/mmbtu árat vetítik elő hosszú távra.

107. ábra: Csökkenő LNG világpiaci árak 2016. januárjában [$/mmBTU]


155

Az árak kialakítása az LNG termelés és disztribúció önköltségének meghatározása után történik. Az önköltség kalkuláció alapja a teljes LNG lánc szereplőinek (gázkitermelés, előkészítés és cseppfolyósítás, szállítás, tárolás) működési költségei. A teljes LNG értéklánc szereplőinek fajlagos működési költségeit a 108. ábra mutatja.

Kitermelés

Cseppfolyósítás Szállítás Tárolás/újragázosítás A teljes értéklánc beruházási költségeinek arányai 15-20 % 30-45 % 10-30 % 15-25 % A fajlagos működési költségek [USD/mmBTU] 0,60-1,20 0,90-1,30 0,50-1,80 0,4-0,2 108. ábra: Az LNG értéklánc szereplőinek fajlagos működési költségei, [471] Project Activities Schedule (Gated Process), Uhde Energy and Power

Technológia

Mindezeket összevetve megállapítható, hogy az LNG cseppfolyósító üzemek fajlagos beruházási költségeinek mértéke legfőképpen két tényezőtől függ. Az egyik a cseppfolyósító állomás (egység) beruházási költsége. Abban az esetben, ha a már meglévő tároló kapacitások kihasználásának az emelése a cél, abban az esetben a fajlagos beruházási költségek mérsékelhetők. Magasabb beruházási költségekre kell azonban számítani akkor, ha a teljes cseppfolyósítási technológiát meg kell valósítani a gázlelőhelytől való szállításon át a gáztisztítás, majd utolsó lépésként a tároló tartályok megvalósításáig. A másik befolyásoló tényező az elhelyezkedés. Itt figyelembe kell venni a már kiépült és meglévő infrastruktúrát, valamint a pénzügyi-gazdasági környezet hatásait. Itt kell megemlíteni a pénzügyi kockázat beruházási költségekre történő hatásait. A két tényező beruházási költségre gyakorolt hatásait a 109. ábra szemlélteti. Teljes előállítási vertikum Csak cseppfolyósító egység

Magas

Nagyon magas

Alacsony

Magas

Alacsony költség

Magas költség

Elhelyezkedés

109. ábra: A beruházási költségek alakulása az elhelyezkedés és a kialakítandó technológia tükrében, [461] LNG Plant Cost Escalation, B. Songhurst - The Oxford Ins., 2014


156

Technológia

A 110. ábrán a tipikus fajlagos beruházási költségek értéke látható. Meg kell ugyanakkor jegyezni, hogy – hasonlóan más egyedi beruházásokhoz – nincs két egyforma létesítési projekt. A beruházási költségek előzetes tervezésének így kitüntetett szerepe van, hiszen alulbecslés esetében kritikussá válhat a beruházás befejezése, míg a beruházási költségek elengedése, indokolatlan megemelése elrettentheti a befektetőket. Teljes előállítási vertikum

1000 – 1200 $/t/év

1400 -1800 $/t/év

Csak cseppfolyósí -tó egység

600 – 800 $/t/év

1000 – 1200 $/t/év

Alacsony költség

Magas költség

Elhelyezkedés 110. ábra: Tipikus beruházási költségek értékei az elhelyezkedés és a kialakítandó technológia függvényében, [461] LNG Plant Cost Escalation, B. Songhurst - The Oxford Institute for Energy Studies, 2014 A nagykapacitású LNG üzemek fajlagos beruházási költségeinek kompromisszumok nélküli átvételére figyelmeztet a GTI (Gas Technology Institute) tanulmánya. A nagyüzemi LNG előállítás technológiája ugyanis nem minden esetben alkalmazható a kis- és közepes méretű vállalkozásokra. A nagyüzemi technológia méretének csökkentése nem jár együtt azok ökonómiai mutatóinak csökkenésével (111. ábra). Ez legfőképpen az LNG előállítás hatásfokával, valamint a gépek és berendezések időkihasználási tényezőjének romlásával magyarázható.


157

Fajlagos beruházási költség [USD/LNG gallon/nap] 1000 Nagyüzemi technológia

800 600 400

Kisüzemi cseppfolyósítás

200

Nagyüzemi cseppfolyósítás

0 102

103

104

105

106

107 LNG gallon/nap

111. ábra: A kisüzemi LNG létesítmények elvárt fajlagos beruházási költségei, [473] Liquefaction Technology, Chiyoda Corporation, 2012 Szintén megfontolandó a GTI ajánlása a kis és közepes méretű vállalkozások technológiájának megvalósításához (21. táblázat). A 22. táblázat a különböző LNG előállítási technológiák előnyeit, hátrányait és azok méretre gyakorolt hatásait mutatja. 21. táblázat: Különböző üzemméretre alkalmazható technológiai módok az LNG előállításhoz, [473] Liquefaction Technology, Chiyoda Corporation, 2012

Kisüzem GTI MRC

Közepes méretű üzem

Nagy méretű üzem

Hagyományos MRC technológia Linde eszközökkel Kaszkád MRC

Nitrogén hűtés (Brayton-elv) Nyitott nitrogén hűtés Kompresszoros sűrítés


158

22. táblázat: Különböző technológiai módok előnyei és hátrányai, [473] Liquefaction Technology, Chiyoda Corporation, 2012

Típus

Előnyök

Hátrányok

GTI MRC

Magas energiahatékonyság Alacsony költségek (1 kompresszor, gáz expander nélkül)

Magas fokú gázelőkészítés, tisztítás

Hagyományos MRC

Magas hatásfok

Korlátozott méret

Kaszkád MRC

A legmagasabb MRC hatékonyság

Magas beruházási költség

Nitrogén-hűtés (Brayton-elv) Nyitott nitrogén-hűtés

Egyszerű and megbízható

Relatív alacsony hatékonyság

A legegyszerűbb

A költségek a N2 árától függenek

Kompresszoros sűrítés (Turbóexpander)

A legmagasabb hatásfok

Kevésbé elérhető technológia

A kisüzemi méretben is alkalmazható cseppfolyósító berendezések ma már számos gyártótól szerezhetők be, amelyeket 23. táblázat tartalmazza. A gyártók által kínált megoldások legfőképpen a hűtés típusában, illetve a hűtés folyamatában térnek el egymástól. Egyes folyamatok a gyártók saját fejlesztései, amelyeket saját szabadalmi oltalom véd. 23. táblázat: A kisüzemi LNG cseppfolyósítási technológiát nyújtó gyártók, [470] Gas Technology Institute, Lindsay, 2014

A gyártók különböző hűtési folyamatának sematikus modelljeit a 24. táblázat szemlélteti.

1.9. LNG lehetséges hazai előállításához rendelkezésre álló technológiák 24. táblázat: A különböző gyártók cseppfolyósító egységének sematikus modelljei, [470] Gas Technology Institute, Lindsay, 2014

159


160


161


162

A kisüzemi LNG cseppfolyósító üzemek létjogosultsága az LNG hajtóanyagként való felhasználásában is megtestesül. Nemzetközi trendek igazolják, hogy az LNG iránti kereslet a következő 15 évben a közlekedés igény oldaláról emelkedik a legjelentősebben (112. ábra). A jelenlegi közel 4 mrd. m3-es kapacitás várhatóan megötszöröződik és meghaladja a 22 mrd. m3-t. A földgáz gépjármű és hajó hajtóanyagkénti felhasználásának módjára ma már kész technológiai megoldások érhetők el mind a CNG, mind az LNG esetében.


163

112. ábra: Az LNG felhasználás legfontosabb területeinek prognózisa, [464] Paper ‘LNG liquefaction – Not all plants are created equal’ - LNG and Gas Processing, Charles Durr Energy Technology, H. Kotzot, 2007

Az LNG közlekedési hajtóanyagkénti felhasználása komoly versenyhelyzetet teremt a dízel olaj piacával szemben. Jelenlegi prognózisok azt jelzik előre, hogy a kőolaj hordónkénti brent átlagára 40-60 $/hordó közötti sávban fog stagnálódni hosszabbtávon. Az LNG a hozzákapcsolódó további járulékos költségekkel növelt értékesítési egységára is alatta marad a dízel olaj kiskereskedelmi átlagárának ([464] Paper ‘LNG liquefaction – Not all plants are created equal’ - LNG and Gas Processing, Charles Durr - Energy Technology, H. Kotzot, 2007.)


164

113. ábra: Az LNG hajtóanyagkénti egységára és a dízel olaj egységára közötti különbözet A LNG hajtóanyagként való felhasználása az alábbi területeken élvezhet prioritást: 

tengeri és édesvízi hajózás,



vasúti vontatás,



nagytávolságú közúti árufuvarozás,



közösségi közúti személyszállítás,



hulladékbegyűjtő és feldolgozó gépjárművek.

A kisüzemi LNG előállítás és hajtóanyagkénti felhasználásának az ökonómiai előnyökön túl környezetvédelmi aspektusai is vannak. Ezek közül csak a legfontosabbak a csökkenő korom, CO2, SOx és NOx kibocsátás. Makrogazdasági szinten a legerősebb érv, amely a kisüzemi LNG technológia alkalmazása mellett szól, az az ország energia ellátásának további függetlenítése.


165

1.9.7. A Magyarország kiskészletű földgáz és inertes gáz alapú forrásaihoz alkalmazható szeparáló és cseppfolyósító technológia

1.9.7.1. Az LNG előállítás földgáz forrásaként kedvezőnek ítélt gázmezők főbb jellemzői A jelen projekt keretében előzetes felmérés készült a hazai kiskészletű és inertes gázmezők magyarországi LNG előállítás forrásként történő hasznosítási lehetőségéről (8. tanulmány fejezet). A nagyszámú gázmezőkből kiemelésre kerültek azok, amelyek a megítélés szerint az LNG előállítás földgáz forrásaként elsősorban szóba jöhetnek. A jog- és titoksértés elkerülésének igényeit szem előtt tartva, az előzetes felmérés adatait felhasználva készítettük el a 25. táblázatot. Az LNG előállítás forrásaként számításba vehető, kiskészletű földgázmezők konkrét földrajzi megnevezése helyett az abc nagybetűit használtuk. Az LNG technológia szempontjából fontos adatok a táblázatban változatlanul szerepelnek. Amennyiben a bánya- és gáztörvények és jogszabályok, valamint a megszerzett jogosultságok nem támasztanak akadályokat a „B” jelű gázmezőt tartjuk legalkalmasabbnak arra, hogy további részletes vizsgálat és elemzést követően a terület a tényleges döntés tárgya legyen. A további vizsgálatokra azért van szükség, mert a cseppfolyósító rendszerek gyártói, illetve beszállítói már az árajánlathoz is, de még inkább a konkrét kiviteli tervekhez, a jelenleg rendelkezésre álló adatokhoz képest pontosabb és kiterjedtebb információkat igényelnek. A földgáz cseppfolyósítása szempontjából a „B” jelű gázmező kiemelése mellett az szól, hogy a hozam jellemzőket tekintve is kedvezőnek ítélhető kutakból kitermelt gáz, mivel jellemzően csak nitrogén inertgázt tartalmaz. Így elmarad a széndioxid leválasztás feladata és a mindig gondot jelentő széndioxid kezelése. A leválasztott nitrogén végső soron a levegőbe is kiengedhető. A tárolt gázvagyon nem, vagy csak hosszú időszak után teszi szükségessé az LNG üzem másik gázmezőre telepítését.


166

25. táblázat: A hazai LNG előállítás forrásaiként hasznosítható kiskészletű és inertes gázmezők fontosabb jellemzői, PAN-LNG Project 1.8. tanulmány fejezet Mező/terület "A" gázmező "A" gázmező "A" gázmező "A" gázmező "A" gázmező "A" gázmező "B" gázmező "B" gázmező "B" gázmező "B" gázmező "C" gázmező "D" gázmező "E" gázmező "E" gázmező "E" gázmező "E" gázmező

Földtani szabadgáz vagyon Mm3 19 159 6 108 99 651 34 79 193 5 41 54 22 5 3 1

Kitermelhető Bányászati szabadgáz vagyon jogosult Mm3 10 95 4 65 50 325 27 64 150 4 29 37 19 4 3 1

Kutatási jogosult

CH tartalom tf% Nitrogén tartalom tf% CO2 tartalom tf% 55 54 na 18 11 6 80 79 82 79 52 83 52 66 44 62

na na na na na na 20 20 18 18 22 11 1 34 42 38

44 45 na 82 88 94 0 0 1 3 26 6 47 0 2 0

A cseppfolyósításnál a gáz nitrogén tartalmát 1% alá kell csökkenteni. Az N2 kivonása a földgázból kriogén eljárással vagy membránszűrő alkalmazásával lehetséges. A kriogén eljárásnál a földgáz cseppfolyósítási folyamatban, az úgynevezett NRU egység ("Nitrogen Rejection Units") -140 Celsius fok alatti hőmérsékleten frakcionálással távolítja el a nitrogént. A membrán szűrés technológiája egyre nagyobb teret nyer a földgáz kezelésében, tisztításában. A nitrogén leválasztásához az Air Liquide cég MEDAL nitrogén membrán szűrője megfelelő megoldás lehet az adott esetben szükséges gáztisztítási volumenhez. A nitrogén membránszűrő működését a 114. ábra mutatja.

114. ábra: MEDAL nitrogén membránszűrő működési vázlata http://www.medal.airliquide.com/en/nitrogen-membranes/nitrogen-membranestechnology.html


167

1.9.7.2. Rendezőelvek és döntési szempontok a hazai LNG üzem létesítéséhez Egy földgáz cseppfolyósító-üzem létesítés, még kis kapacitás igény esetén is nagyon jelentős beruházási költséggel jár. Gondos és komplex mérlegelés szükséges a létesítmény megvalósítása melletti döntés meghozatalához. A továbbiakban ismertetésre kerülő rendezőelvek és döntési szempontok ehhez a feladathoz nyújthatnak támogatást. A tömörség és a jobb áttekinthetőség érdekében ahol csak lehet, ábrákat alkalmazunk. A gazdaságossági, illetve költségtényezők természetesen nagyon fontosak, de ezekre itt nem tértünk ki, mivel a problémával külön egy másik alfejezet már foglalkozott.

1.9.7.2.1. Az LNG üzemek kategorizálása termelő kapacitás alapján A 115. ábra a cseppfolyósító üzemek osztályozását a termelési kapacitásuk nagyságrendje szerint mutatja. Magyarországi vonatkozásban a gázforrások tekintetében csak a kisméretű (small-scale), a mikro, illetve a nano méretkategóriák megvalósítása jöhet számításba.

115. ábra: A cseppfolyósító üzemek termelési kapacitás szerint osztályozása Az ábrán kék színnel is kiemelt kis termelőkapacitású földgáz cseppfolyósítók csoportján belüli méretlépcsőknél a hűtési folyamat más-más hűtőközeg alkalmazásával valósul meg. A smallscale kategóriában az előhűtött SMR hűtőkeverékes technológia jó hatékonyságot biztosít. A mikro és nano LNG előállító rendszerekben a nitrogén expanziós hűtés alkalmazása az általános. A hazai kiskészletű gázmezők hasznosításánál a small, a mini és a nano nagyságrendbe eső megoldások lépcsőzetes kapacitásbővítést és szükség esetén viszonylag egyszerű áttelepítést tesznek lehetővé.

1.9.7.2.2. Az LNG üzem kiépítési, megvalósítási módjainak fontosabb szempontjai A nagykapacitású, alapellátást szolgáló LNG előállító üzemek hagyományos, fix építésűek. A kis kapacitású üzemek esetében mind az alapfunkciót szolgáló létesítmények, mind az infrastrukturális épületek (iroda, öltöző, stb.) áttelepíthető módon is kiépíthetők. Hazai vonatkozásban többek között a kiskészletű gázmezők sajátosságaira tekintettel, mindenképpen az áttelepíthető építési mód mellett célszerű dönteni (116. ábra).


168

116. ábra: A földgáz cseppfolyósító üzemek építési módjai A korábbi évtizedekben létrehozott technológiai rendszerek úgynevezett zárt konstrukciót alkottak, általában fix kapacitással. A gyorsuló műszaki fejlődés csaknem minden területen gyakoribbá tette a technikai és technológiai váltást. Az életszakaszok rövidülése miatt a rugalmas, fejleszthető konstrukciós kialakítások kerültek előtérbe. Egy LNG üzemi beruházás esetében is ezt a megatrend-szerű változást célszerű szem előtt tartani és a rugalmas, fejleszthető megoldásokat előnyben részesíteni (117. ábra).

117. ábra: Az LNG előállító rendszerek konstrukciós kialakításának koncepciói Az LNG előállító üzemek fontos jellemzője, hogy a két fő funkcionális egység, vagyis a gáztisztító és a cseppfolyósító kapcsolódása, együttműködése miként valósul meg. A 118. ábra a lehetséges alapvető kapcsolódási módot szemlélteti. Korábbi létesítményeknél a két funkcionális egység fizikailag szorosan összekapcsolódott. Az egységeket sokszor összehegesztett csőhálózat fűzte egybe. Egy ilyen kialakításra mutat példát a 119. ábra.


169

118. ábra: A gáztisztító és a cseppfolyósító technológiai egységek kapcsolódási módjai

119. ábra: Példa a gáztisztító és a cseppfolyósító szoros egybeépítésére, (Alabama Gas Co.’s LNG plant in Pinson, Alabama) Magyarországon az LNG igény kielégítésének egyik módja a hazai gyártás megteremtése lehet. Földgázforrásként a kiskészletű gázmezők szolgálhatnak. Egy-egy mező kimerülése miatt a LNG előállító rendszernek az élettartama alatt szükségessé válhat egy vagy többszöri áttelepítése. Mivel a különböző gázmezőkön kitermelhető földgáz minősége eltérő lehet ugyanakkor a cseppfolyósító számára az alábbi gázminőségi követelményeket mindenütt ki kell elégíteni, - ezért a moduláris konstrukció előnye elvitathatatlan. Az LNG előállítás által megkövetelt szennyezettségkorlát specifikációja: H2S <4 ppm, CO2 <50 ppm, H2O <1 ppm, Hg <10 nanog/m³


170

Mindebből az következik, hogy a gázkondicionáló és gáztisztító alrendszernél a flexibilitást, változtathatóságot kell biztosítani. Ez az igény a gáztisztító és a cseppfolyósító merev kapcsolódása esetén nem elégíthető ki. A rendszerbe beépített nagynyomású puffer gáztároló megoldhatja a hozamingadozásból, illetve a technológiai, műszaki okokból adódó termelésingadozás okozta problémákat. Ez azonban a beruházási költség növekedésével járhat. Egy hazai cseppfolyósító üzem megvalósítása lényegében két módon történhet (120. ábra). Az egyik lehetőség, hogy a rendszer fő alkotó egységei külön- külön kerülnek beszerzésre a legkedvezőbbnek ítélt gyártótól, illetve szállítótól. Az összeillesztési, csövezési, üzembehelyezési munkálatok pedig magyarországi vállalkozók közreműködésével valósulnak meg. Ennek a megoldásnak lehetnek költség előnyei, de a hazai tapasztalatok hiánya miatt a kockázat meglehetősen magas, amit magas fokú gyártó oldali mérnöki támogatással lehet enyhíteni.

120. ábra: Az LNG üzem kivitelezésének módozatai A moduláris rendszerépítés ugyan teljesen általánossá vált, ami egy saját kivitelezést kétségtelenül megkönnyíthet. Nemzetközi szinten mégis az látszik a leggyakoribbnak, hogy a kiskapacitású földgáz cseppfolyósító üzemek megvalósítását is a témára szakosodott rendszer integrátorok végzik. Tehát egy hazai LNG előállító üzem létrehozásánál az úgynevezett kulcsrakész beruházási forma látszik célszerűbbnek. A modularitás előnyei ebben a kivitelezési formában is érvényesülhetnek. A beruházási döntésnél szempont lehet, hogy honnan történik a rendszer beszerzése. Ez a kérdés a pályázati források felhasználásánál kerülhet főleg előtérbe. A lehetséges változatokat a 121. ábra mutatja.


171

121. ábra: A beruházási import lehetséges származási helyei Az LNG üzem technikai, technológiai importjához nem közvetlenül kapcsolódó, de mindenképpen orientáló az az információ, amit a German Energy Agency által 2014-ben készített tanulmány tartalmaz ([1122] LNG in Germany: Liquefied Natural Gas and Renewable Methane in Heavy-Duty Road Transport. German Energy Agency, 2014 Berlin). A tanulmány az LNG közlekedésben történő használatát taglalja németországi és nemzetközi szinten. Az LNG hajtóanyagként használatának a jelen időszakra is érvényesnek tekinthető általános helyzetét a tanulmány a 122. ábrán látható módon foglalja össze. Az ábrából könnyen kikövetkeztethető, hogy az USA-ban és Kínában valósult meg legtöbb olyan kis kapacitású LNG üzem, amely a közlekedés szükségleteit szolgálja.

122. ábra: Az LNG hajóanyag felhasználás helyzete a közlekedésben, [1207] Carbon Dioxide in Raw Natural Gas, SpectraSensors, 2015 A kínai LNG gyártó létesítmények kezdetben elsősorban az USA-ból származó import beruházás alapján épültek. Jelenleg már Kína is LNG üzemeket exportál. Fontos megjegyezni, hogy a kiskapacitású, főleg a mini és a nano üzemek zöme mind az USA-ban, mind pedig Kínában nem gázmezőkhöz telepítettek. Az üzemek többsége forrásként a hálózati gázt használja. Ezeknél a rendszereknél a tisztító egységek értelemszerűen egyszerűbbek, és


172

kevesebb funkció ellátására alkalmasak. Erre a tényre az esetleges berendezés import döntésnél mindenképpen figyelemmel kell lenni. Összegzés. Az előzőekben tárgyalt rendezőelvek és felvázolt lehetőségek, illetve igények alapján a következő megállapítások tehetők: 

A hazai közlekedés LNG igénye, 2017 és 2018 éveket követően, öt év alatt, várhatóan 8 t/nap mennyiségről 125 t/nap mennyiségre növekszik.



Az igény egyik lehetséges kielégítési módja hazai LNG termelő bázis kialakítása.



A hazai igények mini és/vagy nano termelőkapacitás kategóriába tartozó, moduláris elven felépülő rendszerrel megoldható. A kapacitásbővítést lépcsősen célszerű megvalósítani.



A LNG előállító rendszernek áttelepíthetőnek kell lenni. Az áttelepítés a gázforrás, illetve a gázjellemzők változásával járhat. Ezért a rendszer gázkondicionáló, gáztisztító egységének flexibilisnek és változtathatónak kell lenni.



A hazai kiskészletű gázmezők közül néhány felhasználható az LNG termelés forrásaként.



Az LNG termelő üzemet kulcsrakész import alapján célszerű megvalósítani.

1.9.7.3. A hazai igényekhez illeszkedő gáztisztítási és cseppfolyósítási technológiák áttekintése Az adatok és az információk ismeretének jelenlegi szintjén a gáztisztító és cseppfolyósító technológiák, illetve az egész LNG előállító üzemi rendszer kiválasztása vonatkozásában felelősségteljes konkrét javaslat nem adható. Hiányoznak például olyan fontos ismeretek, mint például a beruházási keret nagysága, vagy az LNG kutak hazai kiépítésének a felfutási üteme olyan időtávon, ami a létesítmény élettartamával közelítően egybe esik. Ott is bizonytalanság mutatkozik, hogy az általunk megjelölt, kedvező készlet és gázminőséggel rendelkező „B” jelű gázmező ténylegesen felhasználható-e forrásként. És a sor tovább folytatható. Mindezekből következik, hogy jelenlegi ismereteink alapján körülhatároljuk azt a technológiai és üzleti kört, amelyre a konkrét fejlesztési, beruházási projekt elindulása esetén fókuszálni célszerű.


173

1.9.7.3.1. Kút közeli szeparálás és mérés A kút közeli nyomásszabályzás, szeparálás és mérés feladataira a nemzetközi piac számos megoldást kínál. A 123. ábra az Exterran cég kínálatából mutat szeparátor megoldási példákat.

123. ábra: Szeparátorok az Exterran kínálatából http://www.exterran.com/Products/production-equipment/liquid-removal/blowcase A kút közeli szeparálás és mérés megoldására előnyösebb lehet a MOL által használt megoldások egyikét alkalmazni. Valószínűleg ez árelőnnyel is járna, ezenkívül biztosított lenne a hazai szervizháttér is.

1.9.7.3.2. Gáztisztítás Bár korábban azon kulcsrakész rendszer előnybe helyezését javasoltuk ahol a gáztisztítás is az üzemi rendszer szerves része, mégis a tisztítás néhány technológiai elemére külön is kitérünk. Ennek oka kettős. Az esetleges rendszer áttelepítések miatt új gáztisztítási funkció válhat szükségessé. Másrészt a technológiai piacon olyan megoldások is találhatók amelyek a hazai fejlesztésben is számításba jöhetnek, de elsődlegesen csak a cseppfolyósítási funkciót foglalják magukban. Ilyen például a Galileo CryoBox földgáz cseppfolyósító egység. A 11-50 bar szükséges bejövő gáznyomás mellett a termelő kapacitás megközelíti a 10 t/nap értéket.


174

124. ábra: A Galileo NanoBox cseppfolyósító üzeme gáz szállítóvezetékből helyi cseppfolyósítására alkalmas

A gáztisztítás területén egyre jobban előtérbe kerül a membránszűrő, illetve a membrános szűrőrendszerek alkalmazása. Mivel az elképzelésekben a kiskészletű gázmezők hasznosítása szerepel, ahol is a források gázhozama az alacsony kategóriába tartozik, a membránszűrés alkalmazása az egyik legjobb megoldás lehet. Amint azt a 125. ábra mutatja a kishozamú gázforrásoknál a membránszűrés jó eredménnyel alkalmazható ([1123] Lokhandwala K. A, et al. – New Membrane Applications in Gas Processing, MTR, California; [1126] Use of Membranes in Gas Conditioning, Gas Conditioning University at our E book Library; [1129] Nina Wright – Membrane Network in Natural Gas Separation, 2015).


175

125. ábra: A kémiai és membránszűréses gáztisztítás alkalmazhatósági területének áttekintése, [1125] Hope Baumgarner et al. – Use of Membranes in Gas Conditioning A hálózatba fűzhető, esetleg eltérő funkciójú membránszűrő modulok segítségével a különböző forrástípusokhoz rugalmasan lehet alkalmazkodni. A 126. ábra a széles választékból a nitrogén leválasztásra alkalmas, telepíthető membrán szűrőre mutat példát.

126. ábra: Rio Vista típusú, (CA. USA) telepíthető membrános nitrogén gáz szeparátor, [1130] Field Demonstration of a Membrane Process to Separate Nitrogen from Natural Gas, National Energy Technology Laboratory, 2007


176

1.9.7.3.3. Földgáz cseppfolyósító rendszer megoldások A továbbiakban a hazai igények szempontjából vizsgálatra érdemes, kulcsra kész LNG előállító rendszereket tekintjük át. Ezekről részletes technikai, technológiai adatok nem állnak rendelkezésre. Ezeket a cégek hivatalos árajánlat kérés alkalmával bocsájtják rendelkezésre. WSCE Mini LNG Plant http://www.lngglobal.com/mini-lng/mini-lng-plant-overview.html (Elérhetőség: LNG Global 400 Continental Blvd., 6th Floor El Segundo, CA 90245 U.S.A. Phone: +1 310.426.2224 e-mail: [email protected]) Az ajánlatban három termelési kapacitás szerepel a következők szerint: 

MiniLNG-1. 4 000 gallon/nap; Szállítási határidő 4 hónap







A gázszeparálást is magában foglaló rendszer felépítésének és funkcionális egységeinek a vázlatát a 127. ábra szemlélteti. A rendszer technológiai elemei konténerekben kapnak helyet és alapvetően a telepítendő gázforrásra méretezett technológiai egységeket foglal magába. A 128. ábra a konténeres szállítás, a 129. ábra egy kút közeli telepített rendszert mutat. A MiniLNG-3 költsége 6 millió €, a MiniLNG-5 hozzávetőlegesen 9 millió € áron gyártatható le.


127. ábra: A WSCE MiniLNG-1 üzemi rendszer vázlata

128. ábra: A WSCE-MiniLNG rendszer konténeres szállítása

177


178

129. ábra: A WSCE-MiniLNG rendszer telepített referencia üzeme

VXTM Cycle – “Mobile LNGTM” http://expansion-energy.com/yahoo_site_admin/assets/docs/Expansion_Energy_LLC__VX_Cycle_Overview_PPT_-_June_2015.162175426.pdf A nano kapacitású rendszer trélerre, vagy raklapszerű platformra épülhető, amint ezt a 130. ábra szemlélteti. Kapacitása 6000 gallon/nap. A kulcsrakész rendszer gyári szereléssel készül, de gázkondicionálást nem tartalmaz.

130. ábra: A VXTM Cycle – “Mobile LNGTM” cseppfolyósító egység felépítése


179

MiniLNGTM – Hamworthy A rendszert eredetileg a tengeri olajkitermelő platformon a kísérőgáz cseppfolyósításra alakították ki. Ennek megfelelően kompakt megoldás (131. ábra). A kapacitása 15 t/nap értéket érheti el. Gázelőkészítés nélkül a konténeres berendezés 5 millió €-s budget költséget eredményez. Az ismertetője meglepően alacsony, 0.6 kWh/termelt LNG kg fajlagos energia felhasználást közöl, az nem egész 4 %-ot jelent.

131. ábra: A MiniLNGTM – Hamworthy mini cseppfolyósító rendszer képe

Galilleo Cryobox Nano LNG-Station A megoldás bizonyos feltételek között perspektivikusnak mutatkozik. A cseppfolyósító alapegységét a 132. ábra mutatja. A Galileo rendszer fejlesztése során már induláskor a moduláris fejleszthetőséget, bővíthetőséget célozták meg. A 133. ábrán egy modulokból kiépített cseppfolyósító üzem képe látható, amelyet egy gyorsjáratú komphajó ellátására állították össze. A rendszer hátránya, hogy a kapacitás növelésével az ára és üzemeltetési költsége is lineárisan változik, ami a gazdaságosság rovására megy, továbbá nagy bejövő nyomás szükséges a működéshez, ami kevés helyen valósítható meg. A szállítóvezetékek mellett általában nem, azonban a gázforrásokon a tisztítórendszerek ekkora bejövő és kimenő gáznyomást rendszerint nem tesznek lehetővé ([1311] Cryobox Nano LNG-Station - Galileo Technologies).


132. ábra: A Galilleo Cryobox alapegység

133. ábra: A Galilleo Cryobox alapegységből kiépített üzemi rendszer gyorsjáratú hajó ellátásához

180


181

1.9.8. Biogáz alapú LNG forrásokhoz alkalmazható szeparáló és cseppfolyósító technológiák

1.9.8.1. Biogázon alapúló cseppfolyósító technológiák A biogáz termelésnek már több évtizedes múltja van. A területben rejlő lehetőségek kihasználása csak a fosszilis energiahordozók fogyásához, illetve azok klímaváltozásra gyakorolt hatásához kapcsolódó problémák miatt került előtérbe. A biogáz termelés növelése és a hasznosítás formáinak bővítése az Európai Unió által is támogatott cél. A PANNON LNG Projekt 1.7. tanulmány fejezete részletesen feltárta a hazai biogáz potenciált. A jelen fejezet a biogáz tisztítás és cseppfolyósítás technológiáit hivatott áttekinteni a magyarországi alkalmazhatóság és adaptálhatóság szempontjai alapján. Azáltal, hogy a biogáz termelés és hasznosítás fejlesztése iránti igény csak az utóbbi években erősödött fel, a területet a jelen időszakban rendkívül erőteljes gazdasági és műszaki változások jellemzik. A biogáz cseppfolyósításának igénye és lehetősége is a változások által generált, viszonylag új területek közé sorolható. A földgáz és a biogáz fizikai és kémia tulajdonságainak nagymértékű egybeesése lehetővé teszi a földgáziparban már kiforrott technológiák elveinek, illetve tényleges megoldásainak az adaptálását. Ennek természetesen vannak jelentős korlátai. Az egyik jelentős különbség a két terület között a források hozamának nagyságából adódik. A biogáz források hozama általában lényegesen kisebb a földgázforrásokénál. A különbségek közé sorolható a biogáz források decentralizáltsága, a hozamok időjárási hatásoktól is függő időbeni egyenetlensége. A biogázban sajátos szennyeződések is előfordulhatnak, ami a tisztítási folyamatban is sajátos eljárást igényelhetnek. Példaként említhető a biológiai szennyeződés, vagy a depógázban előforduló sziloxán. A gazdásági és műszaki szempontból egyaránt racionális és hatékony technológiai fejlesztés, vagy adaptáció csak a megfelelő rendezőelvek, osztályozási struktúrák és értékelési elvek mentén lehetséges. A PANNON LNG Projekt szempontjából a biogáz termelés és hasznosítás egyik lehetséges átfogó rendező modelljét a 134. ábra szemlélteti. A modell a biogáz helyi hőtermelési és az egyéb hasznosítási módokat nem tartalmazza.


182

134. ábra: A biogáz termelés és hasznosítás rendező modellje Azok az anyagok, amelyekből a biogáz keletkezik, közvetlenül vagy közvetve az emberi léthez kötődnek, így az élelmezést szolgáló állattartáshoz, a hulladék és szennyvíz „termeléshez”. Ebből az is következik, hogy a földgázzal ellentétben a biogáz megújuló energiaforrás. Ebből ered az is, hogy az amerikai szakirodalomban a sűrített és cseppfolyósított biometánt, az Európában általánosan elterjedt CBG, LBG rövidítések helyett, az R-CNG és a R-LNG (R – Renewable) jelölésekkel említik. Rendkívül változatos a biogáz alapjául szolgáló anyagok fajtája, összetétele. A változatosságba a helyi adottságok és körülmények is szerepet játszanak. Részben ezekből is következik, hogy a keletkezett biogáz összetétele is széles tartományban mozoghat. A mezőgazdasági fermentálók, a hulladék lerakók és a szennyvíziszap kigázosítók képezik a biogáz alapforrásait. A forrástípusok gázminősége és hozama jelentősen eltérhet egymástól, amit a tisztítási és cseppfolyósítási technológiák kiválasztásánál mindenképpen figyelembe kell venni. A szakirodalomban viszonylag kis számban található összehasonlító vizsgálat források különbözőségére. A Svéd Gáz Központ (SGC, Swedish Gas Centre) vizsgálati adatai mértékadónak tekinthető ([307] Production of liqued biogas, LBG, with cryogenic and conventional upgrading technology, Nina Johansson, 2008). A 26. táblázat a tipikus gázjellemzőket és a fontosabb összetevők esetében a lehetséges értéktartományokat is tartalmazza.


183

26. táblázat: A hulladéklerakóból és a mezőgazdasági fermentálóból származó biogáz tipikus összetétele, [307] Production of liqued biogas, LBG, with cryogenic and conventional

upgrading technology, Nina Johansson, 2008

A gáztisztító rendszer a nyers (szennyezett) biogázból biometán terméket állít elő. A biometán különböző területeken kerülhet felhasználásra, döntő mértékben meghatározva annak minőségi követelményeit. A helyi hasznosítástól (pl.: hőtermelés) ismét eltekintve, az alkalmazható gáztisztítási technológiákat három fontos alkalmazási terület minőségi követelményei határozzák meg. A hasznosítási területek egyike a biometán földgázvezetékbe komprimálása. Így közvetetten CNG hajtóanyagként történő hasznosításra is lehetőség nyílik. A biometán vezetékbe injektálására számos külföldi példa szolgál, de a hazai alkalmazáshoz a regiszter kialakítását kell létrehozni. A sűrített biometán (CBG) közvetlenül is felhasználható hajtóanyagként. A biometán minőségével szemben a legszigorúbb követelményeket a cseppfolyósítás támasztja. Ezek a követelmények ugyanazok, amelyek a földgáz cseppfolyósítása területén kvázi szabványként kialakultak. Ez a gáztisztaságra vonatkozó specifikáció a következő:    

H2S <4 ppmv, CO2 <25 ppmv, H2O <1 ppmv, Hg <10 nano gram/m³.

Meg kell jegyezni, hogy ez a gáztisztasági specifikáció csak az úgynevezett hagyományos cseppfolyósító technológia alkalmazására érvényes. Egy viszonylag új LBG előállítási technológiában a biogáz tisztítása részben a kriogén folyamat során valósul meg.


184

A biometán jellemzőire vonatkozó szabványosítási folyamat jelenleg is zajlik. A végleges szabvány kialakulásáig a szakma a svéd szabványt tekinti mérvadónak, aminek a főbb jellemzőit a 27. táblázat tartalmazza ([1133] Overview of biogas technologies for production of liquid transport fuels, Laura Bailón Allegue, Jørgen Hinge, Danish Technological Institute, 2012). 27. táblázat: A hajtóanyagként szolgáló biometán Svédországi szabványa (SS 155438)

Az idők folyamán a biogáz tisztítására többféle technológia alakult ki. Vannak a sajátos terület igényeihez kifejlesztett speciális változatok is, mint például a biológiai szűrők vagy a szilán szűrők. A 135. ábra összefoglalóan mutatja be azt a biogáz tisztító technológiai választékot, amit a hazai fejlesztéseknél is figyelembe vehetünk.

135. ábra: A biogáz tisztító technológiai megoldások választékának összefoglalása A biogáz/biometán cseppfolyósítására is több technológiai megoldás kínálkozik (136. ábra). Ezek egy része szintén a földgáz cseppfolyósításban kiforrott technológiák adaptációja.


185

Kifejlesztésre kerültek azonban olyan megoldások, amelyek csak a biogáz alkalmazási területéhez kötődnek. Erre példa a Scandinavia GtS biogáz-tisztító és cseppfolyósító rendszer.

136. ábra: A biogáz/biometán cseppfolyósítás technológiai választéka A gáztisztítás, illetve cseppfolyósítás technológiai egységeit és rendszerit gyártók igyekeznek olyan rugalmas termékskálát kialakítani, amely lehetővé teszi, hogy az igen változatos kapacitásigényekhez és gázminőségi feltételekhez minél jobban igazodni tudjanak. Ezért a potenciális felhasználók sajátos adottságairól, feltételeiről igyekeznek megfelelően tájékozódni. A tájékozódásuk, illetve a megalapozott ajánlat kialakítása érdekében egy adatlap kitöltését várják el. A 137. ábra erre mutat példát.


186

137. ábra: Példa a technológiai ajánlat tételhez szükséges adatlapra

1.9.8.2. A biogáz tisztító technológiák döntést megalapozó jellemzőinek áttekintése A biogáz-tisztító technológiák többségénél a szennyeződések lekötésére, illetve eltávolítására különböző fizikai, kémiai vagy biológiai ágenseket alkalmaznak. A teljesség igénye nélkül ezek közül bemutatjuk a fontosabbakat (dőlt írásmóddal jelölve a biogáz tisztításnál előnyösen használhatóakat).


187

Fizikai és kémiai ágensek o Adszorbensek:



 Aktív szén,  Vasoxidok (vasoxid szivacs),  Cinkoxidok,  Molekuláris szűrők, (zeolit),  Szilárd alkáliák o Abszorbensek  Víz,  Vizet nem tartalmazó fizikai oldószerek,  Fémsók, vas kelét,  Lúgos oldatok,  Cink-oxid oldat,  Vas-oxid zagy. o Biológiai megoldások  Biológiai szűrés,  Rothasztó anyag adagolás, oxigén/levegő befújással  Biológiai tisztítószer. Membránszűrés (Nem igényel fizikai vagy kémiai ágenst).

A gyakorlatban a fizikai/kémiai és a biológiai ágensek kombinált alkalmazása is előfordul.

1.9.8.2.1. Vizes gázmosásos technológia (water scrubbing technology) A vizes gázmosásos technológia strukturális felépítésének és működésének a vázlatát az 138. ábra szemlélteti. A technológia funkciója a kéndioxid és a széndioxid eltávolítása a biogázból. A rendszer működési alapelve azon alapszik, hogy a kéndioxid és a széndioxid oldódik a vízben, míg a metán nem, vagy csak nagyon kis mértékben. Tehát a folyamat tisztán fizikai. Mivel a kéndioxid jobban oldódik a széndioxidnál, ez lehetővé teszi a szelektív leválasztást is.


188

138. ábra: A vizes gázmosó technológia strukturális és működési vázlata A nyomás alatti nyers biogáz a tisztító torony alsó részén áramlik be a rendszerbe. A víz ellenáramban fentről lefelé mozog, eközben a biogázból a szennyeződéseket kimossa. A technológiának több alváltozata is van. Az ábra a víznek a tisztítás (regenerálás) utáni újrafelhasználását mutatja. A regenerálási folyamatot levegő befújással is segíthetik. Amennyiben a vízfelhasználásnak nincs korlátja - csak egyszeri átáramlás történik - a regenerálás elmarad. Megjegyezzük, hogy az ábrán látható technológia a víz helyett a glikol (Polyethylene glycol (PEG)) ágens használatát is lehetővé teszi, amely azonban költségesebb. A vizes gázmosásos technológia fontosabb jellemzői: 

A biogáz tisztítás nem igényel kémiai anyagot, ez a technológia fő előnye.



Jelentős a víz igény. A nem regeneráló vízhasználat mellett, megközelítően 150 l/Nm³ fajlagos fogyasztási értékkel számolhatunk. A víz hosszabb távon még Magyarországon is kritikus erőforrássá kezd válni, ezért a technológia csak olyan helyekre ajánlható, ahol ez a korlátozó tényező nincs jelen.



A jelentős mennyiségű víz keringtetése magas energiafogyasztással is jár.



A rendszerből kikerülő víz költséges tisztítást igényel.



A rendszerek üzemi nyomása 4-10 bar.



A rendszer üzemeltetése egyszerű. A megbízhatósága elfogadható. A rendszer műszaki készenléti tényezője: K = 0,94-0,96.


189



A várható metánveszteség a nyomás és a hőmérséklet viszonyoktól függően 2 és 8 százalék közé esik.



De Hullu et al. (2008) szerint a vizes gázmosásos technológia fajlagos költsége 0.13 €/ Nm³ ([1133] Overview of biogas technologies for production of liquid transport fuels, Laura Bailón Allegue, Jørgen Hinge, Danish Technological Institute, 2012).

1.9.8.2.2. PSA (Pressure-swing adsorption) technológia Jelenleg a biogáz tisztításban a PSA technológia terjed a leggyorsabban, ami a viszonylag kedvező munkaminőségi és egyéb rendszerüzemeltetési jellemzőinek köszönhető. A PSA biogáz tisztító technológia strukturális felépítésének és működésének a vázlatát a 139. ábra szemlélteti.

139. ábra: A PSA technológia működési vázlata A rendszerben automatikus szeleprendszer vezérli a közegáramlást, beleértve a biogáz áramlását. Az abszorpciós tornyokban nagy nyomással halad keresztül a biogáz, miközben az abszorber megköti a szennyező alkotókat. A nyomás növelése javítja a szennyeződések megkötését. Jelenleg az aktív szén az egyik legkedveltebb abszorbens. A regeneráló toronyban a lecsökkentett nyomás hatására az abszorbensből eltávoznak a korábbi fázisban megkötött, biogázt szennyező gázok. A rendszer működési folyamata az ábrán jól nyomon követhető. Az abszorbens szennyeződést megkötő mechanizmusát a 140. ábra szemlélteti


190

. 140. ábra: A molekuláris szűrés működése, [1135] BGX Solutions Brochure, XEBEC Inc., 2015 alapján A PSA technológia fontosabb jellemzői: 

A technológia elsősorban a nitrogén és az oxigén eltávolításában kiváló. Szükséges lehet a kéndioxid előzetes eltávolítása.



A rendszer egységeiben váltakozva magas és alacsony nyomás jelenik meg. Az abszorbens nagy nyomás mellett leköti a biogáz szennyeződéseit. Alacsony nyomásra váltva az abszorbens elengedi a megkötött szennyeződéseket és ezáltal regenerálódik.



A munkaminőséget a 97-99 %-os metántartalom jelzi.



A várható metánveszteség 1-3 %.



Mivel az egyik legelterjedtebb biogáz tisztítási technológia, ezért a leginkább kiforrottnak is tekinthető.



Az üzemeltetés és karbantartás igénye átlagos.



Hátrány, hogy a veszteség gázok külön kezelést igényelnek.



Fajlagos villamos energia felhasználás 0,23-0,3 kWh/ Nm³ biogáz.


191

Több cég gyárt és forgalmaz PSA technológiai egységet. Az újabb gyártmányok keretre szerelt moduláris felépítésű rendszerek, általában tréleren szállíthatóak, majd telepíthetőek. A 141. ábra a Molecular Gate Guild Associates, Inc. új fejlesztésű, telepíthető PSA rendszerét mutatja ([1134] Pipeline Quality Natural Gas from Digesters - Guild Molecular GateTM Technology, Guild Associates Inc., 2012).

141. ábra: Telepíthető biogáz tisztító PSA rendszer, [1134] Pipeline Quality Natural Gas from Digesters - Guild Molecular GateTM Technology, Guild Associates Inc., 2012

Hasonló koncepcióval kialakított PSA rendszert kínál a Xebec Biogas Solutions is, [1135] BGX Solutions Brochure, XEBEC Inc., 2015.

1.9.8.2.3. Biogáz tisztítás kémiai technológiával A kémiai gáztisztítást a gáziparban régóta használják. Kiforrott, jó minőségű tisztítást biztosító technológia. Az ide tartozó módszerek és eljárások, a földgáz tisztításával foglalkozó fejezetben részletesen leírásra kerültek. A kémiai gáztisztítás egyszerűsített technológiai vázlatát a 142. ábra mutatja. Az abszorpciós toronyban az alkalmazott kémiai ágens általában valamilyen amin, amely a szennyeződéseket kémiailag köti le. A folyamat reverzibilis, vagyis a kémiai abszorbens regenerálódik a regeneráló toronyban. A kémiai technológia a biogáz tisztításában is jól felhasználható. A gyakorlati alkalmazásra is több példa található ([1133] Overview of biogas technologies for production of liquid transport fuels, Laura Bailón Allegue, Jørgen Hinge, Danish Technological Institute, 2012). A módszer alkalmazása azonban visszaszorulóban van. Ennek nem csak a vegyszer költsége az oka, hanem az is, hogy a viszonylag kisméretű biogáz tisztító üzemek nincsenek felkészülve a kémiai anyagok kezelésére, beleértve a környezetvédelmi szempontból fontos utókezelés lebonyolítását. Általánosságban is elmondható, hogy a kémiai alapú gáztisztítási technológiák – többek között környezetvédelmi okok miatt – visszaszorulóban vannak.


192

142. ábra: A kémiai gáztisztítás technológiai vázlata A kémiai biogáz tisztítási technológia fontosabb jellemzői: 

Ez az eljárás adja a legkedvezőbb értéket a metánveszteségben: 0,1-0,2 %.



A kéndioxid gázszennyeződés eltávolításának ez az egyik leghatékonyabb technológiája.



A rendszer üzemeltetése, karbantartása viszonylag bonyolult. Kisüzemi körülmények között az alkalmazása nehézkes.



A technológia irányadó fajlagos költsége: 0.17 Euro/Nm³ biogáz ([1133] Overview of biogas technologies for production of liquid transport fuels, Laura Bailón Allegue, Jørgen Hinge, Danish Technological Institute, 2012).

1.9.8.2.4. Biogáz tisztítás membránszűrűvel, membránszűrő hálózattal A membránszűrők tisztán fizikai folyamat során valósítják meg a gáz tisztítását. A membránszűrés technológiája nagyon gyors ütemben fejlődik. A fejlesztések feladat specifikusak. Ennek megfelelően születtek meg a célzottan biogáz tisztítására alkalmas membránszűrők. A membránszűrők hálózatba kapcsolásával jó tisztítási hatékonyság érhető el. Erre mutat példát a 143. ábra. Mivel a biogáz gyakran tartalmaz illékony szerves vegyületeket (VOC, Volatile Organic Compaund). Ezek eltávolítására úgynevezett VOC szűrők alkalmazása célszerű.


193

143. ábra: A membránszűrés alkalmazása a biogáz tisztításban A membránszűrők alkalmazásával végzett biogáz tisztítási technológia főbb jellemzői:   







A membránszűrési technológia biztosítja a kapacitáshoz igazodó legrugalmasabb skálázhatóságot. A megfelelő membránszűrő egységek hálózatba kapcsolásával jól lehet igazodni a gázforrások adottságaihoz. A technológia könnyen megvalósíthatóvá teszi a moduláris, kompakt, telepíthető konstrukciós megoldások létrehozását. Ezek a gyártási elvek érvényesülnek a 144. ábrán látható a MEDAL biogáz membránszűrőkből kialakított tisztítórendszernél is. A membránszűrő technológia jól illeszthető más gáztisztító technológiákhoz, ami hatékony rendszerek kialakítását teszi lehetővé. Erre mutat példát az Air Liquide cég biogáz tisztító rendszere, amelybe MEDAL biogáz membránszűrők kerültek beépítésre (145. ábra). Az Air Liquide cég új, konténeres biogáz tisztító rendszere, a nagyobb kapacitású hazai biogáz telepeken is figyelemre méltó lehetőséget nyújt (146. ábra). A membránszűrő technológia beruházási költsége jelenleg még viszonylag magas. Az üzemeltetési költsége a többi tisztító megoldáshoz képest azonban alacsony, ha nem éri valamilyen okból károsodás. A rendszer üzemeltetése és karbantartása könnyű.


144. ábra: Telepíthető membránszűrő hálózat

145. ábra: Az Air Liquide cég biogáz tisztító rendszerének felépítési vázlata

194


195

146. ábra: Air Liquide cég új fejlesztésű, konténerbe szerelt biogáz tisztító rendszere

1.9.8.2.5. Biológiai biogáz tisztítási technológia A biológiai biogáz tisztítás jelenleg ismert technológiái nem alkalmasak arra, hogy a megkívánt minőségi követelményeket kielégítsék. Alkalmazásukat az indokolhatja, hogy csökkenthetik a tényleges tisztítók terhelését. A biológiai gáztisztítás egyik használatos technológiájának a működési vázlatát a 147. ábra szemlélteti.

147. ábra: A biológiai biogáz tisztítás technológiai vázlata


196

1.9.8.2.6. A sziloxán eltávolítási technológiája biogáz tisztításban A sziloxán szennyeződés eltávolításának a feladata általában csak a depógáz tisztítása során merül fel. A sziloxán szennyeződés a belsőégésű motoroknál, vagy turbináknál rendkívül intenzív kopáshoz, valamint elhasználódást eredményező lerakódáshoz vezet. Ezt szemléltetik a 148. ábrán látható képek.

148. ábra: Példák a sziloxán szennyeződés károsító hatására Nagyobb méretű hulladéklerakók depógázának sziloxán szűrésére jó referenciákkal rendelkezik a Parker cég. A 149. ábra a PpTek BioGas AutoKleen (BGAK) sziloxán szűrőrendszer képét mutatja.

149. ábra: A depógáz tisztítására szolgáló PpTek BioGas AutoKleen (BGAK) sziloxán szűrőrendszer képe


197

A PpTek BioGas AutoKleen (BGAK) sziloxán szűrő egy adszorpciós rendszer, automatikus regenerálással. A szűrők csere nélkül, még öt év működés után is képesek a biogáz sziloxán szennyezettségét 10 mg/m³ érték alatt tartani. Ez elsősorban a speciális szűrési mechanizmus alkalmazásának köszönhető. A szűrés működési elve a 150. ábra segítségével követhető nyomon. A rendszerben a tisztító, a passzív és a regeneráló fázisok egymást követik.

150. ábra: A PpTek BioGas AutoKleen (BGAK) sziloxán szűrés működési elve

1.9.8.2.7. A biogáz tisztítás technológiáinak rövid összegző értékelése a hazai szempontok figyelembevételével A biogáz szeparáló technológiák gyártói és fejlesztői a világon mindenhol kisüzemi keretekhez igazodnak. Emiatt a hazai fejlesztések előkészítésénél, döntéseknél csaknem valamennyi technológia figyelembe vehető. A 151. ábra bizonyos támpontot ad a konkrét döntési problémák eredményes megoldásához ([1133] Overview of biogas technologies for production of liquid transport fuels, Laura Bailón Allegue, Jørgen Hinge, Danish Technological Institute, 2012). A lehetőségek tanulmányozása során sajnos meg kell állapítani, hogy a szakirodalomban, illetve a termékismertetőkben található adatok sokszor nehezen összehasonlíthatóak. Ennek okai között még az időbeni eltérés is megjelenik, mivel a dinamikusan változó területen a gazdaságossági és a műszaki adatok is gyorsan változnak. Egyértelműen megállapítható azonban, hogy a gázáram-kapacitás csökkenésével a hatékonysági mutatók romlanak ezért megfontolandó az olyan struktúrák kialakítása, ahol a drága szeparáló eszközrendszer több felhasználót is kiszolgál. Az úgynevezett guruló, vagy trélerre épített megoldások enyhíthetnek a problémákon (152. ábra). Természetesen ehhez átgondolt koncepció, logisztikai tervezés és szervezés szükséges.


198

151. ábra: A biogáz tisztítás nemzetközi és hazai jellemzőinek összevetése, [1133] Overview of biogas technologies for production of liquid transport fuels, Laura Bailón Allegue, Jørgen Hinge, Danish Technological Institute, 2012 felhasználásával

152. ábra: A biogáz tisztító rendszer mozgatása tréleren, [1135] BGX Solutions Brochure, Xebec Inc., 2015

1.9.8.3. A biometán cseppfolyósító technológiák döntést megalapozó jellemzőinek áttekintése A biometán cseppfolyósítása viszonylag rövid múltra tekint vissza. A számos hasonlóság miatt azonban a nagyobb múlttal rendelkező földgáz cseppfolyósítási terület jó technikai és technológiai hátteret biztosít a LBG előállítás számára.


199

A biometán cseppfolyósításában is kétféle alaptechnológia kap szerepet. Az egyik a zárt folyamatkört képviselő, egy vagy többkomponensű hűtőkeveréket alkalmazó hűtési, cseppfolyósítási rendszer. Ennek technológiai vázlatát mutatja a 153. ábra.

153. ábra: A zárt folyamatú, hűtőkeverékes biometán cseppfolyósító technológiai vázlata, [1132] LNG plants – mini and small scale liquefaction technology, Wärtsilä, 2016 nyomán A hűtőközeg típusa döntő jelentőségű a zárt rendszerű cseppfolyósítási technológiánál. Az MR jelölést a kevert, többkomponenses hűtőkeverék alkalmazására utal, melyet a közepes és a nagyméretű rendszereknél alkalmaznak. A biometán cseppfolyósításban azonban a mikro és mini, illetve a small-scale nagyságrendbe tartozó megoldások kapnak helyet. A közelmúltban a piacon megjelenő kiskategóriás cseppfolyósítónál a működés szabadalommal védett MR alapú. Erre példa a “Mobile LNGTM” (LNG Go), a MiniLNGTM – Hamworthy és a WSCE MiniLNG1. Mivel az MR technológiához bizonyos méretnagyságot szükséges, valószínűsíthető, hogy ezek a kiskategóriás rendszerek valamilyen speciális, szabadalmaztatott SMR hűtőközeget alkalmaznak. A kiskategóriás cseppfolyósító rendszerek nyitott ciklusú Brayton elven működő, expanziós rendszerek. A hűtőközeg nitrogén, ritkábban nitrogén és metán keverék. A cseppfolyósító technológia működési vázlatát a 154. ábra mutatja.


200

154. ábra: A nyílt ciklusú cseppfolyósító technológia működési vázlat, [1132] LNG plants – mini and small scale liquefaction technology, Wärtsilä, 2016 nyomán A gyártók részéről többféle törekvés létezik. Az egyik az igények sokféleségéhez igazodó méret skála kialakítása és kínálata. Erre példa WSCE MiniLNG három teljesítmény nagyság kínálata. A másik törekvés a kisméretű, mozgatható egységek kialakítása. Erre példa a korábbiakban már bemutatott “Mobile LNGTM” (LNG Go), a MiniLNGTM – Hamworthy és Galilleo Cryobox gyártmányok. Egész kisméretű cseppfolyósító egység kialakítására is láthatunk példát. A Gas Technology Institute (GTI) a közelmúltban egy nano kategóriába tartozó, 1500 gallon/nap kapacitású cseppfolyósítót fejlesztett ki. Ennek képét szemlélteti a 155. ábra.


201

155. ábra. A Gas Technology Institute (GTI) a közelmúltban kifejlesztett nano cseppfolyósító egysége, [315] GTI Small-Scale Liquefier Technology, Tony Lindsay – GTI, 2013

1.9.8.4. Kriogén alapú biogáz tisztító és cseppfolyósító technológiák döntést megalapozó jellemzőinek áttekintése A biogáz szennyeződései a kriogén folyamat során is eltávolíthatók. Erre dolgozott ki szabadalmaztatott eljárást a Scandinavian GtS. A szennyeződés eltávolítása és a cseppfolyósítás négy hűtési fázisban valósul meg. Ennek vázlatát mutatja a 156. ábra.


202

156. ábra: A Scandinavian GtS technológia a biogáz kriogén alapú tisztításának és cseppfolyósításának egy menetben történő megvalósítására A technológia sok vonatkozásban egyedülálló, azonban jelenleg még nem állnak rendelkezésre széleskörű üzemi tapasztalatok. A megoldás ebben a fázisban még elég költségesnek mutatkozik, ami nem meglepő, hiszen teljesen új fejlesztésről van szó. A költségektől eltekintve, a minőségre vonatkozó adatok kedvezőnek mutatkoznak. A gazdaságosságot javítja, hogy a széndioxid kinyerési lehetősége 100 százalékos, élelmiszeripari tisztaságot biztosít a kinyert cseppfolyósított halmazállapotú szénsav.

1.9.8.5. Néhány, referenciaként is számításba vehető LBG előállító üzemi megoldás A több referenciával rendelkező nemzetközi Wärtsilä cég tisztító és cseppfolyósító üzemének kulcsrakész ajánlatában szereplő megoldás sémáját a 157. ábra mutatja. A cég kulcsrakész rendszere meglehetősen nagy kapacitástartományt fog át (2 000-30 000 TPA).


203

157. ábra: A Wärtsilä cég kulcsrakész rendszer ajánlata a 2 000- 30 000 TPA kapacitás tartományban, [1132] LNG plants – mini and small scale liquefaction technology, Wärtsilä, 2016 nyomán A Linde által Kaliforniában megvalósított depóniagáz cseppfolyósító (158. ábra) a Pusztazámori lerakó nagyságrendjében oldja meg a biogáz cseppfolyósítását.

158. ábra: A LINDE cég által megvalósított, napi 13 000 gallon kapacitású depóniagáz cseppfolyósító üzeme, [315] GTI Small-Scale Liquefier Technology, 2013


204

Nagyságrendjét és kialakítását tekintve egyik referencia üzemként tekinthető az Air Liquide által szállított biogáz/biometán cseppfolyósító üzem (159. ábra), ami Svédországban, Lidköpingben valósult meg. A technológia a fordított Brayton ciklus elvén működik ([10] BioLNG Improves your Carbon Footprint - Dr. Mattias Svensson, Swedish Gas Technology Centre, 2014).

159. ábra: Biogáz cseppfolyósító üzem a svédországi Lidköpingben, [1209] The Dehydration and Sweetening of Natural Gas, Parlaktuna, 2002


205

RÖVIDÍTÉSEK ÉS DEFINÍCIÓK

A gázok felcserélhetősége, csereszabatossága (Interchangeability): Egy éghető gáznak azon jellemzői, illetve minőségi tulajdonságai, amelyek lehetővé teszik, hogy adott égéstechnikai alkalmazásban helyettesíteni tud egy másik energiaforrásként használt gázt, miközben az üzemeltetés biztonsága, a hatásfok és teljesítmény, valamint az emissziós jellemzők, változatlanok maradnak. Állapotjellemzők: A gázok állapotát egyértelműen leíró fizikai mennyiségek. Btu, mBtu (British thermal unit, Million British thermal unit): Brit hőegység Capex (Capital Expenditure): Beruházási költség Égéshő vagy felső fűtőérték: Az a hőmennyiség, amely normál-állapotú gáz egységnyi mennyiségének levegő (vagy oxigén) jelenlétében történő tökéletes elégésekor felszabadul, ha az égéstermékek a kiindulási hőmérsékletre hűlnek le, és a keletkezett víz, cseppfolyós halmazállapotban van jelen. Eng & PM (Engineering and Project Management): Műszaki és Projektmenedzsment EPC (Engineering, Procurement and Construction): Tervezési és kivitelezési munkák, illetve azok költségei Fűtőérték vagy alsó fűtőérték: Az a hőmennyiség, amely normál-állapotú gáz egységnyi mennyiségének levegő (vagy oxigén) jelenlétében történő tökéletes elégésekor felszabadul, ha az égéstermékek a kiindulási hőmérsékletre hűlnek le, és a keletkezett víz, gőz halmazállapotban van jelen. Integrált rendszer együttműködés (Interoperability): A rendszerek olyan összekapcsolása, amelyben a rendszere önállóan is működőképesek. Kísérő gázok: Az olajkitermeléssel együtt megjelenő gázok. LNG (Liquefied Natural Gas): Cseppfolyósított földgáz Metric Cost: Fajlagos költség Mól: annak a rendszernek az anyagmennyisége, amely pontosan annyi egységet (atomot, vagy molekulát tartalmaz, mint amennyi atom 12 gramm tiszta C-12 szénizotópban van. MR (Mixed Refrigerant) technológia: Földgáz cseppfolyósítási technológia, amely hűtőkeverékek alkalmazásával valósítható meg. NRU Nitrogen Rejection Units: Nitrogén eltávolítás kriogén eljárással.


206

Nyers földgáz: A kitermelés során a kútfejnél megjelenő gáz. Relatív sűrűség: az adott állapotú gáz vagy gázkeverék és ugyanazon állapotú levegő sűrűségének hányadosa SMR (Single Mixed Refrigerant), vagy PRICO folyamat: a cseppfolyósítási technológiában csak egy hűtőkeverék alkalmazása történik. Száraz földgáz: A kőzetekből magában kinyert gáz. Tpa, mtpa: (Tonnes per annum, Million tonnes per annum): Évi termelési kapacitás tonnában kifejezve UCCI (Upstream Capital Cost Index): Tőke index Wobbe index (WI): Az adott felületen és nyomáson az égetőeszközbe beáramló gázkeverék által termelt fajlagos hőmennyiség mértéke.


207

ÁBRA JEGYZÉK 1. ábra: A kompresszibilitási tényező változása 2. ábra: A gázok minőségi jellemzőinek mérésére, a mérőeszközök széles választéka áll rendelkezésre 3. ábra: Az égési oxigén maradék mérésén alapuló Wobbe index meghatározás elvi vázlata 4. ábra: Az energiaforrások százalékos részesedésének alakulása 2035-ig az OECD 2011. évi előrejelzése szerint 5. ábra: Az olajfelhasználás szektoronkénti százalékos megoszlása az USA gazdaságában 6. ábra: Különböző hajtóanyagok káros anyag kibocsátási jellemzői 7. ábra: A meglevő kőolaj alapú közlekedési rendszer ellenállást jelent a korszakváltó földgáz alapú megoldássokkal szemben 8. ábra: A penetrációs görbék elvi vázlata 9. ábra: A földgázzal üzemelő járművek számának időbeni alakulása 10. ábra: A földgáz hajtóanyaggal üzemelő szállító járművek várható penetrációja az USA-ban különböző forgatókönyvek szerint 11. ábra: Az új gyártmányként megjelenő, földgáz hajtóanyaggal működtetett nehézjárművek várható penetrációja, három forgatókönyv szerint 12. ábra: A gáz felhasználás megoszlása az USA-ban 13. ábra: A gázszektor hatékony és integrált működését biztosító, egymással kölcsönhatásban álló területei 14. ábra: A felcserélhetőséget meghatározó működési tartomány 15. ábra: A földgáz ellátás és felhasználás komplex rendszere, a minőség mérés vagy azonosítás pontjainak megjelölésével 16. ábra: A földgáz tárolási sűrűségének változása a nyomás és a hőmérséklet függvényében 17. ábra: A hajtóanyagként használható gázok tipikus kémiai összetétele 18. ábra: A gáz térfogat változások mértéke 19. ábra: A fő LNG importáló országok, illetve régiók 20 ábra: A felső fűtőérték és a Wobbe index alapján meghatározott “interchangeability box” 21. ábra: Az LNG piac fontosabb szereplőinek eltérő csereszab.adosság területe, a HHV és WI specifikált határértékei alapján 22. ábra: A különböző régiókban, illetve országokban érvényes, specifikált hő érték tartományok 23. ábra: A különböző régiókban, illetve országokban érvényes Wobbe index tartományok 24. ábra: A különböző hajtóanyagok energiasűrűség arány a dízel hajtóanyag százalékában 25. ábra: Különböző járműkategória átlagos éves futásteljesítménye 26. ábra: A metán szám (MN) hatása a motorjellemzőkre 27. ábra: A metánszám (MN) meghatározás lehetséges módjai 28. ábra: Különböző források LNG mintáinak számított metán szám értékei 29. ábra: Az égéstér átalakításával lehetségessé válik a kisebb MN értékű hajtóanyag gáz használata 30. ábra: A földgáz hajtóanyag működési tartomány a belsőégésű motoroknál


208

31. ábra: Az LNG és dízel üzemanyaggal működő gépjárművek összehasonlítsa 32. ábra: Egy cseppfolyósított földgázt (LNG) előállító üzem általános felépítési vázlata 33. ábra: Globális áttekintést ad az üzem alapfolyamatairól 34. ábra: A gázkezelés és cseppfolyósítás áttekintő rendszervázlata, valamint az alapvető minőségi specifikációk megjelölése 35. ábra: Az előtisztítást és a gázhozam mérést kutanként kell elvégezni 36. ábra: A vertikális és a horizontális földgáz előtisztítók felépítésének és működésének elvi vázlata 37. ábra: Több funkciós előtisztító rendszer vázlata 38. ábra: Egy intelligens érzékelő funkcionális vázlata 39. ábra: Egy földgáz kondicionáló, kezelő üzem kiépítési példája 40. ábra: Mikro gázkondicionáló modul 41. ábra: A földgáz dehidrálásának módszerei 42. ábra: A víz megkötése a tr-ietilén-glikol kontaktor toronyban történik 43. ábra: A földgáz glikolos víztelenítési rendszerének technológiai vázlata 44. ábra: Az iker tornyos szilárd adszorberes víztelenítő technológiai vázlata 45. ábra: A H2S és CO2 kivonás módszerei 46. ábra: A földgáz édesítés kémiai folyamatának vázlata 47. ábra: A földgáz édesítés technológiai folyamatának áttekintő vázlata 48. ábra: Amin üzem felépítési és működési vázlata 49. ábra: Amin alapú és a molekuláris szűrés kombinálásával kialakított technológia 50. ábra: A szilárd abszorbensek különböző típusaival a gáz kondicionálás eltérő igényei kielégíthetőek 51. ábra: A kén visszanyerés technológiai vázlata 52. ábra: A földgáz kondicionálás, kezelés műszaki fejlesztésének egyik markáns tendenciája a membrán szűréses technológia térhódítása 53. ábra: A membrán szűrés alap modellje 54. ábra: A spirál membránszűrő felépítése és működése 55. ábra: A csöves membránszűrő felépítése és működése 56. ábra: A membrán szűrés egy szokásos elrendezési vázlata 57. ábra: Példa a membránszűrő hálózatra 58. ábra: Az LNG termelő vonalak (trains) kapacitás növekedési trendje 59. ábra: A kis és középüzemi LNG előállítási kapacitás értékhatárai, a Chart Industries, Inc. szerint 60. ábra: A kisméretű LNG termelés méret skálája a GE Oil & Gas útmutatója szerint 61. ábra: A hőelvonás elvi vázlata 62. ábra: A hűtési ciklus veszteségeinek analízise az entrópia és hőmérséklet diagram alapján 63. ábra: A hűtés vázlata 64. ábra: Az egyszerű hűtési elv a PRICO cseppfolyósítási folyamatban is megtalálható 65. ábra: A földgáz cseppfolyósítási módok osztályozása 66. ábra: A meghatározó földgáz cseppfolyósító technológiák 67. ábra: A fontosabb technológiák hatékonyságának relatív összehasonlítása


209

68. ábra: Az LNG előállítási kapacitások és a cseppfolyósítási technológiák kapcsolata 69. ábra: A Linde technológiai ajánlata a különböző mérető LNG előállító kapacitásokhoz 70. ábra: A cseppfolyósítás energia igényét a hűtőközeg keverék megválasztása is befolyásolja 71. ábra: Példa a nagyüzemi cseppfolyósító (a), és a párolgó gáz (b) kompresszor kialakításra 72. ábra: A nagyüzemi LNG üzemekben alkalmazott kompresszor hajtások időbeni alakulása 73. ábra: Joule-Thomson modul egység funkcionális elemei 74. ábra: A Joule-Thomson modul szerelési egysége 75. ábra: A csőkígyós (a) és a lemezes (b) hőcserélők kialakításának vázlata 76. ábra: A turbó-kompresszor egység felépítése 77. ábra: Példa a kis kapacitású LNG termelő üzemekben használható, két turbó-kompresszorral szerelt moduláris kialakításra 78. ábra: A különböző technológiák százalékos részesedése a világ LNG előállításában 79. ábra: A C3-MR alaptechnológia funkcionális és működési vázlata 80. ábra: Az AP-X földgáz cseppfolyósító rendszer elvi vázlata 81. ábra: AP-DMR cseppfolyósító technológia elvi vázlata 82. ábra: Az SMR technológia egyszerűsített működési vázlata 83. ábra: Lemezes hőcserélővel és NGL szeparáló egységgel működő SMR cseppfolyósító struktúra és működési vázlata 84. ábra: A Conoco Philips kaszkád rendszerű földgáz cseppfolyósítás technológiai vázlata 85. ábra: A nitrogén expanziós hűtési ciklus technikai elemei és működési folyamata 86. ábra: Egyszerű expanziós ciklusú (a) és J-T expanziós szeleppel kiegészített változat (b) 87. ábra: Két és háromfokozatú expanziós technológia vázlata 88. ábra: Nitrogén expanzión alapuló tipikus technológiai megoldások 89. ábra: A földgáz cseppfolyósító technológia kiválasztásnak meghatározó tényezői 90. ábra: A cseppfolyósított földgáz lehetséges hazai alkalmazási területei 91. ábra: A hazai LNG ellátás lehetséges forrásai 92. ábra: A termelő kapacitás és a cseppfolyósítási technológia kapcsolata 93. ábra: A komplex összemérés két meghatározó alaphalmaza 94. ábra: Példa a preferencia mátrixra és az értékelési tényezők súlyozására 95. ábra: Az értékelési tényezők súlyszáma %-ban 96. ábra: A komplex összemérés végeredménye grafikus formában 97. ábra: A beruházási projektek kiadásai és bevételei 98. ábra: A statikus számítások körülményeit jellemző sematikus ábra 99. ábra: A dinamikus számítások körülményeit jellemző sematikus ábra 100. ábra: A cseppfolyósító üzemek fajlagos beruházási költségeinek alakulása 1965 és 2015 között 101. ábra: A normál és a magas beruházási költségű LNG projektek 102. ábra: Az LNG üzemek beruházási volumenindexe 2000 és 2014 között 103. ábra: A cseppfolyósító állomások évi kapacitása 104. ábra: Az LNG cseppfolyósító üzem beruházási költségeinek főbb összetevői 105. ábra: Az LNG cseppfolyósító üzemek beruházási költsége költségkategóriánként


210

106. ábra: Az LNG régiónkénti egységára 2013-ban 107. ábra: Csökkenő LNG világpiaci árak 2016. januárjában 108. ábra: Az LNG értéklánc szereplőinek fajlagos működési költségei 109. ábra: A beruházási költségek alakulása az elhelyezkedés és a kialakítandó technológia tükrében 110. ábra: Tipikus beruházási költségek értékei az elhelyezkedés és a kialakítandó technológia függvényében 111. ábra: A kisüzemi LNG létesítmények elvárt fajlagos beruházási költségei 112. ábra: Az LNG felhasználás legfontosabb területeinek prognózisa 113. ábra: Az LNG hajtóanyagkénti egységára és a dízel olaj egységára közötti különbözet 114. ábra: MEDAL nitrogén membránszűrő működési vázlata 115. ábra: A cseppfolyósító üzemek termelési kapacitás szerint osztályozása 116. ábra: A földgáz cseppfolyósító üzemek építési módjai 117. ábra: Az LNG előállító rendszerek konstrukciós kialakításának koncepciói 118. ábra: A gáztisztító és a cseppfolyósító technológiai egységek kapcsolódási módjai 119. ábra: Példa a gáztisztító és a cseppfolyósító szoros egybeépítésére 120. ábra: Az LNG üzem kivitelezésének módozatai 121. ábra: A beruházási import lehetséges származási helyei 122. ábra: Az LNG hajóanyag felhasználás helyzete a közlekedésben 123. ábra: Szeparátorok az Exterran kínálatából 124. ábra: A Galileo NanoBox cseppfolyósító üzeme gáz szállítóvezetékből helyi cseppfolyósítására alkalmas 125. ábra: A kémiai és membrán szűréses gáztisztítás alkalmazhatósági területének áttekintése 126. ábra: Rio Vista típusú, (CA. USA) telepíthető membrános nitrogén gáz szeparátor 127. ábra: A WSCE MiniLNG-1 üzemi rendszer vázlata 128. ábra: A WSCE-MiniLNG rendszer konténeres szállítása 129. ábra: A WSCE-MiniLNG rendszer telepített referencia üzeme 130. ábra: A VXTM Cycle – “Mobile LNGTM” cseppfolyósító egység felépítése 131. ábra: A MiniLNGTM – Hamworthy mini cseppfolyósító rendszer képe 132. ábra: A Galilleo Cryobox alapegység 133. ábra: A Galilleo Cryobox alapegységből kiépített üzemi rendszer 134. ábra: A biogáz termelés és hasznosítás rendező modellje 135. ábra: A biogáz tisztító technológiai megoldások választékának összefoglalása 136. ábra: A biogáz/biometán cseppfolyósítás technológiai választéka 137. ábra: Példa a technológiai ajánlat tételhez szükséges adatlapra 138. ábra: A vizes gázmosó technológia strukturális és működési vázlata 139. ábra: A PSA technológia működési vázlata 140. ábra: A molekuláris szűrés működése 141. ábra: Telepíthető biogáz tisztító PSA rendszer 142. ábra: A kémiai gáztisztítás technológiai vázlata 143. ábra: A membránszűrés alkalmazása a biogáz tisztításban


211

144. ábra: Telepíthető membránszűrő hálózat 145. ábra: Az Air Liquide cég biogáz tisztító rendszerének felépítési vázlata 146. ábra: Air Liquide cég új fejlesztésű, konténerbe szerelt biogáz tisztító rendszere 147. ábra: A biológiai biogáz tisztítás technológiai vázlata 148. ábra: Példák a sziloxán szennyeződés károsító hatására 149. ábra: A depógáz tisztítására szolgáló PpTek BioGas AutoKleen (BGAK) sziloxán szűrőrendszer képe 150. ábra: A PpTek BioGas AutoKleen (BGAK) sziloxán szűrés működési elve 151. ábra: A biogáz tisztítás nemzetközi és hazai jellemzőinek összevetése 152. ábra: A biogáz tisztító rendszer mozgatása tréleren 153. ábra: A zárt folyamatú, hűtőkeverékes biometán cseppfolyósító technológiai vázlata 154. ábra: A nyílt ciklusú cseppfolyósító technológia működési vázlat 155. ábra: A Gas Technology Institute (GTI) a közelmúltban kifejlesztett nano cseppfolyósító egysége 156. ábra: A Scandinavian GtS technológia a biogáz kriogén alapú tisztításának és cseppfolyósításának egy menetben történő megvalósítására 157. ábra: A Wärtsilä cég kulcsrakész rendszer ajánlata a 2 000-30 000 TPA kapacitás tartományban 158. ábra: A LINDE cég által megvalósított, napi 13 000 gallon kapacitású depóniagáz cseppfolyósító üzeme 159. ábra: Biogáz cseppfolyósító üzem a svédországi Lidköpingben


212

TÁBLÁZAT JEGYZÉK

1. táblázat: Néhány gáz egyedi gázjellemzője (R) 2. táblázat: Referenciafeltételek közötti átszámítási tényező 3. táblázat: A gázok csoportosítása a Wobbe index alapján (EN 437) 4. táblázat: A H gázcsoport égéstechnikai jellemzői (EN 437) 5. táblázat: Követelmények az MSZ EN 16726 szabvány szerint (2015.) 6. táblázat: Különböző exportőrtől származó LNG minőségi jellemzői 7. táblázat: Néhány európai országban gáz kéntartalmára vonatkozó határértékek 8. táblázat: A gáz kénszennyezési határértékei 9. táblázat: Harmatpont értékek 10 táblázat: Toscana import terminál LNG specifikációja 11. táblázat: A metán szám értékek hatása az LNG szektorra 12. táblázat: A nyers földgáz összetétel lehetséges értéktartományai 13. táblázat: Az LNG előállító kis üzemek Cryonorm cég szerinti kapacitás besorolása 14. táblázat: LNG előállításban használható hűtőkeverék komponensek, és főbb jellemzőik 15. táblázat: A lemezes és a csőkígyós hőcserélők legfontosabb tulajdonságai 16. táblázat: A hazai LNG igény, prognosztizált időbeni alakulása 18. táblázat: Az egyes kalkulációk, elemzések készítésének ideje, célja és jelentősége 19. táblázat: Az 1969 és 2015 között megvalósult LNG cseppfolyósító üzemek főbb adatai 20. táblázat: 2 db cseppfolyósító egységgel rendelkező LNG üzem beruházási költségeinek legfontosabb összetevői 21. táblázat: Különböző üzemméretre alkalmazható technológiai módok az LNG előállításhoz 22. táblázat: Különböző technológiai módok előnyei és hátrányai 23. táblázat: A kisüzemi LNG cseppfolyósítási technológiát nyújtó gyártók 24. táblázat: A különböző gyártók cseppfolyósító egységének sematikus modelljei 25. táblázat: A hazai LNG előállítás forrásaiként hasznosítható kiskészletű és inertes gázmezők fontosabb jellemzői 26. táblázat: A hulladéklerakóból és a mezőgazdasági fermentálóból származó biogáz tipikus összetétele 27. táblázat: A hajtóanyagként szolgáló biometán Svédországi szabványa

Felelős szerkesztő: Domanovszky Henrik Kiadásért felelős: MGKKE Copyright © Magyar Gázüzemű Közlekedés Klaszter Egyesület

Domanovszky Henrik. A tanulmányok készítésének vezetője Az MGKKE elnöke és a PAN-LNG Project koordinátora

Recommend Documents