Газ попутный
Попутный газ относится к продуктам сгорания топлива. Процессы горения обладают главной ролью в образовании атмосферных загрязнений. Наиболее широко в качестве топлива пользуются нефтью, углем, природным и попутным газами, в некоторых странах — древесиной. Среди основных продуктов сгорания топлива упомянем о диоксиде и оксиде углерода. В результате окисления примесей, которые содержатся в топливе, происходит образование также оксидов серы и азота.
Для получения водорода промышленным способом главным образом пользуются природными и попутными газами, продуктами газификации топлива (водяным и паровоздушным газами) и коксовым газом. Производство водорода основано на каталитических реакциях взаимодействия с водяным паром конверсии) соответственно углеводородов (главным образом метана) л оксида (П) углерода.
На установках, выполняющих закачку попутного газа в пласт, поддерживается пластовое давление (сайклинг установки) с помощью природного газа, находящегося под высоким давлением, а для отбензинивания используют низкотемпературную конденсацию или масляную абсорбцию. Закачку сухого или тощего газа, остающегося после выделения высокомолекулярных компонентов, снова производят в нефтеносный пласт, чтобы поддерживать пластовое давление.
В процессе переработки нефти в моторные топлива получается крекинг-газ в качестве побочного продукта. Попутными газами нефтепереработки ранее не пользовались при производстве водорода. Последнее объясняется большими трудностями, связанными с получением водорода из этих газов, содержащих непредельные углеводороды и серу в значительных количествах. Кроме того, нефтеперерабатывающие заводы ранее не нуждались в дополнительных ресурсах водорода. После расширения в нефтеперерабатывающей промышленности масштабов применения гидрокрекинга нефтепродуктов в последнее время возникает проблема, связанная с получением водорода из собственного сырья, которое является попутными газами нефтепереработки.
Сегодня можно утверждать о постоянно возрастающей роли природного и попутного газов в качестве сырья на нефтехимических производствах. Поэтому следует уделить внимание методам выделения из попутного газа нефтедобычи бензиновых фракций.
Характерная тенденция для развития промышленности нефтехимического синтеза заключается во все большем и большем вовлечении природных и попутных нефтяных газов в химическую переработку углеводородов. Использование природного и попутного газа является, например, в качестве сырья для производства: от метанола до формальдегида, от ацетальдегида до уксусной кислоты, от ацетона до многих других химических соединений. Природные и попутные газы являются базой для получения также синтез-газа, широко используемого для последующего синтеза ценных кислородсодержащих соединений — от спиртов до альдегидов, от кетонов до кислот. Значительные размеры производства, основанные природном и попутном газах, достигнуты в работе над синтетическим аммиаком и хлорпроизводными углеводородами. Природным и попутным газами пользуются в качестве сырья для получения олефиновых углеводородов, особенно этилена и пропилена.
В соответствии с контрольными цифрами развития народного хозяйства СССР на 1959— 1965 гг., утвержденными XXI съездом КПСС, п постановлением Майского Пленума ЦК КПСС (1958 г.) Об ускорении развития химической промышленности и особенно производства синтетических материалов и изделий из них для удовлетворения потребностей населения и нужд народного хозяйства предусматривается наиболее полное и комплексное использование богатых ресурсов химического сырья, особенно речь шла о природных и попутных газах, газах нефтепереработки, продуктах коксохимических предприятий.
О газах нефтяных месторождений (попутных газах)
В качестве жидкого топлива пользуются мазутами прямой перегонки (основой котельного топлива), крекинг-остатками, гудронами, различными смолистыми веществами — остатками от очистки масляных дистиллятов, ловушечными нефтепродуктами и др. Газообразные топлива представлены естественными или природными газами, нефтяными (попутными) газами, промышленными сухими газами, получаемыми в процессах нефтепереработки. Характеристикой нефтяных остатков и углеводородных газов является высокая теплота сгорания — от 1000 до 11 500 ккал/кг (или ккал/м ) при нормальных условиях.
Попутные газы для нефтехимии являются важнейшим сырьем, что обусловлено намного большим содержанием ценных углеводородов (алканов С —Се), в сравнении с природным газом, который часто состоит практически из одного метана .
В Советском Союзе и за рубежом практиковалось широкое применение трубчатых аппаратов с наружным огневым обогревом. Трубчатые печи используются для проведения первичной перегонки сырой нефти, мазута, процессов пиролиза (разложения) углеводородов и нефти, в сочетании с входящими в состав нефти природными и попутными газами и др.
Нефть, получаемая на промысловых скважинах, выходит совместно с попутным газом, песком, илом, кристаллами солей и водой в виде насыщенного раствора хлоридов. Отделение попутных и растворенных в нефти газов производится на промысле в системе трапов-газосепараторов благодаря последовательному снижению давления от давления в скважине до атмосферного. Газ, который выходит сверху из сепараторов, частично лишается увлеченного конденсата в промежуточных приемника. Затем производится его направление на газобензиновые заводы или закачивание в скважины, чтобы поддерживать в них пластовое давление. После трапов-газосепараторов нефти еще содержат растворенные газы, количество которых может иногда достигать 4 % (масс.)
На основании логарифма вязкости для стабильных нефтей, обладающих при температуре кипения вязкостью от 0,7 до 500 СПЗ, можно сделать вывод, что уменьшение температуры и давления резервуара происходит при увеличении количества растворенных газов. Уменьшение вязкости попутных газов при низких давлениях происходит с молекулярным весом, однако при повышении давления и температуры в двухфазной области происходит увеличение вязкости с молекулярным весом.
Экономически выгодными являются только процессы выделения углеводородов, которые содержат до 8-ми атомов углерода в молекуле (из фракций с к. к. 150 °С газов перегонки жидких фракций и попутных газов).
Отметим связь этого названия с технологией, так как попутные газы относятся тоже к природным, потому что выделение тех и других происходит из скважин.
Частично газообразные компоненты попутных газов в процессе отбензинивания уносятся с бензином. В некоторых бензинах могут содержаться от 1 до 12 объемных процентов пропана, от 2 до 12 объемных процентов изобутана и от 13 до 31 объемных процентов бутана.
Особенности переработки углеводородов природных и попутных газов
Углеводороды природных и попутных газов усиленно вовлечены в химическую переработку потому, что относятся к наиболее доступному и дешевому сырью, используемому в производстве многих химических продуктов. Можно отметить, что в большинстве случаев выход целевых продуктов из этого сырья высок. Достаточно сказать, что одной тонны сжиженных углеводородов достаточно для получения 400 кг полимерных материалов.
В контрольных цифрах развития народного хозяйства СССР на 1959—1965 гг., утвержденных XXI съездом КПСС, предусмотрено, что должен быть увеличен общий объем производства химической продукции примерно трехкратно. Широко развиваться должно было производство синтетических материалов. Увеличение производства искусственных волокон должно было стать четырехкратным, из них наиболее ценные синтетические волокна от 12-ти до 13-ти раз, а пластические массы и синтетические смолы более чем в 7 раз. Предусматривалось создание мощной и всесторонне развитой промышленности синтетических материалов на основе пользования попутными газами нефтедобычи и природными газами.
В настоящей статье книга представлено краткое описание ряда современных промышленных процессов химической переработки парафиновых углеводородов, которые содержатся в природных и попутных газах (от метана до этана, от пропана до бутанов, от пентанов до гексанов в сочетании с их естественными смесями).
Состав природных и попутных газов на основных месторождениях СССР
В СССР было открыто несколько десятков месторождений, связанных с природными и попутными газами, имеющими промышленное значение. Запас газа на этих месторождениях позволял добиться увеличения его добычи в несколько раз. Кроме того, ежегодно происходило открытие все новых и новых месторождений, причем темпы роста работ, связанных с разведкой и поиском, увеличивались с каждым годом.
Руководством страны были поставлены задачи, связанные с ускоренным развитием химической промышленности. Велась работа над созданием мощной и всесторонне развитой промышленности синтетических материалов, основанной на использовании попутных газов, нефтедобыче и природных газах, комплексной переработке: от попутных гаэов нефтедобычи до природных газов, от газов нефтеперерабатывающих заводов до других видов сырья.
Добыча природных газов осуществляется непосредственно из недр. В большинстве случаев они сопровождают нефти, являясь так называемым попутным газом.
Выделение громадных количеств природного газа осуществляется в нефтяных месторождениях на Ближнем Востоке. Однако приходится сжигать этот газ, так как нет каких-либо возможностей его использования. По оценке добыча попутного газа на Ближнем Востоке составляет примерно 5,1 млрд. м ежегодно.
Началом истории, связанной с развитием физических методов переработки углеводородных газов, стало использование нефтяного газа. В 20-х годах прошлого столетия в США начался бурный рост нефтяной промышленности, приведший к возникновению задачи, связанной с утилизацией нефтяного (попутного) газа в больших объемах. Первым шагом в широком использовании нефтяного газа стало компримирование. Благодаря компримированию добивались получения так называемого газового бензина, состоящего в основном из пентанов с небольшими примесями бутанов и вышекипящих. Применение газового бензина стало эффективным в качестве компонента в автомобильных бензинах, чем был обусловлен его широкий спрос на рынке. С этого времени на промыслах началось внедрение закрытых систем по сбору и хранению нефти и началось строительство газобензиновых заводов. Газобензиновые заводы были необходимы для подготовки газа к транспортированию (очистки от механических примесей и воды, сжатия газа) и получения газового бензина. Период с 20-х по 40-е годы получил название эры газового бензина.
Направление попутного газа под давлением 140 атмосфер производилось в абсорбер, который орошала керосино-газойлевая фракция, получаемая на этой же установке. Остаточный газ сжимался, чтобы обратно закачать в пласт. Поглотительное масло дросселируют до 35 ат. Газ, выделяющийся при этом, объединялся с газом из 2-рой системы, поступающим под давлением 35 ат, после чего их направляли для дальнейшей совместной переработки. Далее смешанный газ поступал в колонну, которую орошала такая же керосино-газойлевая фракция.
Нефтяные скважины эксплуатировались с помощью следующих способов: фонтанного, глубинно-насосного и компрессорного. В начальное время эксплуатации применялся фонтанный способ. Нефть под давлением пласта из скважины поступала в трап (газоотделитель) где происходило выделение из нее попутного газа, направляемого на газоперерабатывающие заводы. Далее нефть направляли для промысловой подготовки (обезвоживания, обессоливания и стабилизации).
Добыча природных газов осуществляется на чисто газовых месторождениях. В их состав в основном входит метан (93 — 99 % масс.) с небольшой примесью его гомологов, не углеводородные компоненты: от сероводорода до диоксида углерода, от азота до редких газов (Не, Аг и др.). Отличия газов газоконденсатных месторождений и нефтяных попутных газы от чисто газовых состоят в том, что метан в них сочетается со значительными концентрациями его газообразных гомологов С -С и выше. Поэтому они и называются жирными газами. Они применяются для получения легкого газового бензина, являющегося добавкой к товарным бензинам, а также сжатых жидких газов в качестве горючего. Использование этана, пропана и бутанов после разделения эффективно в качестве сырья для газонефтехимии.
Нефть, которую извлекают из скважин, всегда состоит из попутного газа, механических примесей и пластовой воды, с растворенными в ней различными солями, чаще всего хлоридами натрия, кальция и магния, реже — карбонатами и сульфатами. Обычно на начальной стадии эксплуатации месторождения добывают безводную или малообводнодненную нефть, но по мере добычи ее происходит увеличение обводненности, достигающей от 90-та до 98-ми %. Очевидно, что такая «грязная» и сырая нефть, состоящая к тому же из легколетучих органических (от метана до бутана) и неорганических (Н 5, СО ) газовых компонентов, не пригодна для транспортировки и переработки на НПЗ без тщательной ее промысловой подготовки.
Широкое использование природных газов эффективно для газификации в промышленных районах и населенных пунктах. Помимо этого, они используются в качестве исходного сырья для производства ряда химических продуктов: от водорода до сажи, от ацетилена до формальдегида, и хлороформа. Применение более тяжелых углеводородов попутных газов эффективно для бытовых нужд и автотранспорта. Их также используют в качестве сырья для пиролиза на этилен и пропилен, для производства бутадиена, от галоидопроизводных до многих других ценных веществ.
Среди новых методов производства метанола упомянем о жидкофазном окислении попутных газов (пропана и бутана), где наряду с ним образуются ацетальдегид, формальдегид и другие кислородсодержащие соединения. Данный метод широко развит в США, где с помощью окисления углеводородных газов (в основном бутана) получают до 10% от общего производства метанола.
В качестве весьма ценного пиролизного сырья упомянем о сжиженных попутных газах нефтедобычи (пропане и бутане). Среди важнейших направлений использования этих газов в СССР упомянем о бытовом газоснабжении и приготовлении автотоплив, особенно для городского автотранспорта. Большие количества бутана на заводах синтетического каучука дегидрировались в дивинил. Было подсчитано, что в связи с обеспечением сырьем выше указанных потребителей, оставшиеся ресурсы сжиженных газов будут недостаточными для производства этилена в необходимых количествах.
Благодаря интенсивной переработке на газобензиновых заводах и нефтестабилизационных установках попутного нефтяного газа можно относиться к пентану (одному из компонентов попутных газов) как к весьма перспективному сырью для получения химических продуктов (себестоимость пентана не превышает от 10-ти до 12-ти рублей за одну тонну). Кроме того, значительные количества пентанов в содержатся в головных фракциях прямогонного бензина, из которых их можно выделять четкой ректификацией. Перерабатывают обычно смесь пентанов, так как при получении индивидуального углеводорода возникают известные трудности и дополнительные расходы.
Среди основных жидких фракций, используемых в качестве сырья для нефтехимии, упомянем о низкооктановых бензинах, полученных, когда отбензиниваются природные попутные газы или газы крекинга, в сочетании с легкими бензинами первичной перегонки или крекинга.
Однако нефть является не только удобным и высококалорийным топливом, но и важнейшим видом сырья для производства самых разнообразных химических продуктов (от синтетических спиртов до моющих средств, от каучукоподобных материалов до растворителей и др.). Широко пользуются в качестве сырья для химической промышленности также попутными газами нефтедобычи и газами нефтепереработки. Добыча нефти в СССР возрастала ежегодно.
С краткими сведениями о газах нефтяных месторождений можно ознакомиться в БСЭ (изд. 3-е). Вообще же задачи, связанные с нефтяными месторождениями, сформулированы в книге Т. А. Ботневой и др. «Геохимия нефтяных попутных газов» /М., Недра , 1966/.
