С О Д Е Р Ж А Н И Е

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................... ГЛАВА 1. Сырье и продукция газоперерабатывающих заводов.............. 1.1. Основные физико-химические характеристики сырья....... 1.1.1. Природные газы................................................................... 1.1.2. Газовые конденсаты............................................................ 1.2. Классификация продукции газоперерабатывающих заводов..................................................................................... 1.3. Требования к качеству товарных продуктов........................ 1.3.1. Товарный газ........................................................................ 1.3.2. Широкая фракция легких углеводородов.......................... 1.3.3. Сжиженные газы.................................................................. 1.3.4. Стабильный газовый конденсат......................................... 1.3.5. Продукты переработки газового конденсата.................... 1.3.6. Газовая сера.......................................................................... 1.3.7. Одорант................................................................................. ГЛАВА 2. Методы определения и расчета основных физико-химических свойств природного газа, конденсата и продуктов их перера- ботки................................................................................................ 2.1. Компонентный состав газа..................................................... 2.2. Фракционный состав газового конденсата и жидких продуктов его переработки................................................... 2.3. Плотность................................................................................ 2.4. Молекулярная масса............................................................... 2.5. Энтальпия................................................................................ 2.6. Константа фазового равновесия............................................ ГЛАВА 3. Технологические установки сепарации пластовой смеси....... 3.1. Классификация и принципиальные технологические схемы установок сепарации....................................................................... 3.1.1. Гравитационные сепараторы............................................... 3.1.2. Инерционные сепараторы................................................... 3.1.3. Центробежные сепараторы................................................. 3.1.4. Фильтрующие сепараторы.................................................. 3.2. Принципы технологического расчета гравитационных трехфазных сепараторов........................................................ ГЛАВА 4. Технологические установки очистки газов от сероводорода и диоксида углерода........................................................................ 4.1. Классификация установок очистки газов и применяемые поглотители............................................................................. 4.2. Технология аминовой очистки газов.................................... 4.2.1. Химизм процесса очистки газа алканоламинами............. 4.2.2. Технологические схемы и режимы процесса.................... 4.2.3. Влияние параметров на процесс......................................... 4.2.4. Пенообразование в аминовых растворах и борьба с ним..... 4.2.5. Принципы технологического расчета основных пара- метров установок аминовой очистки................................. 4.3. Основы технологии очистки газа физическими абсорбентами………………………………….….................. 4.4. Краткие сведения о технологии очистки растворами солей щелочных металлов и аминокислот....................................... ГЛАВА 5. Технологические установки осушки газов от влаги................ 5.1. Влагосодержание природного газа и способы его осушки…. 5.2. Абсорбционная осушка газов................................................ 5.2.1. Принципиальная схема и технологический режим процесса………………………………………………….. 5.2.2. Применяемые абсорбенты.................................................. 5.2.3. Влияние различных параметров на процесс абсорбци- онной осушки....................................................................... 5.2.4. Принципы расчета процесса гликолевой осушки газа.... 5.3. Адсорбционная осушка газов................................................ 5.3.1. Принципиальная схема процесса........................................ 5.3.2. Адсорбенты и технологический режим стадии адсорбции 5.3.3. Технологический режим стадий десорбции и охлаждения… 5.3.4. Влияние физико-химических характеристик осушаемого газа на процессы адсорбции и регенерации....................... 5.3.5. Принципы технологического расчета адсорберов............ 5.4. Комбинированные способы осушки газа.............................. ГЛАВА 6. Технологические установки отбензинивания газов................ 6.1. Классификация методов отбензинивания газов.................. 6.2. Извлечение тяжелых углеводородов методом низкотемпе- ратурной сепарации................................................................ 6.3. Извлечение тяжелых углеводородов методом низкотем- пературной конденсации....................................................... 6.4. Технология абсорбционного отбензинивания газов.......... 6.4.1. Применяемые абсорбенты.................................................. 6.4.2. Влияние основных факторов на процессы абсорбции и десорбции............................................................................. 6.4.3. Технологические схемы установок.................................... 6.4.4. Принципы расчета абсорберов и десорберов.................... 6.5. Краткие сведения о технологии адсорбционного отбензини- вания газов............................................................................... ГЛАВА 7. Основы технологии производства газовой серы...................... 7.1. Химизм получения элементной серы................................... 7.2. Влияние основных параметров на процесс получения серы методом Клауса........................................................................ 7.3. Катализаторы процесса Клауса............................................. 7.4. Технологическая схема и режим процесса........................... 7.5. Краткие сведения о доочистке отходящего газа установок Клауса....................................................................................... 7.5.1. Процессы, основанные на реакции Клауса..................... 7.5.2. Процессы, основанные на превращении сернистых соединений в один компонент............................................ ГЛАВА 8. Переработка широкой фракции легких углеводородов........... 8.1. Варианты переработки........................................................... 8.2. Краткие основы технологии очистки широкой фракции легких углеводородов от сернистых соединений................ 8.3. Ректификационное разделение широкой фракции легких углеводородов......................................................................... 8.3.1. Классификация и принципы построения технологических схем газофракционирующих установок............................. 8.3.2. Влияние основных параметров на процесс ректификации... 8.3.3. Принципы технологического расчета ректификационных колонн ГФУ........................................................................... ГЛАВА 9. Стабилизация газовых конденсатов.......................................... 9.1. Технология стабилизации конденсата.................................. 9.1.1. Многоступенчатая дегазация……………………………. 9.1.2. Стабилизация в ректификационных колоннах…………. 9.2. Особенности процесса и борьба с коррозией на установ- ках стабилизации сернистых газовых конденсатов……... ГЛАВА 10. Производство технического углерода из природного газа и газового конденсата........................................................................ 10.1. Назначение и основные физико-химические свойства технического углерода.......................................................... 10.2. Сырье для производства технического углерода................ 10.3. Химизм и механизм получения технического углерода.... 10.4. Способы получения технического углерода....................... 10.4.1. Печной способ..................................................................... 10.4.2. Канальный (диффузионный) способ................................ ГЛАВА 11. Выделение гелия из природного газа...................................... 11.1. Области применения и основные физико-химические свойства гелия......................................................................... 11.2. Основы технологии производства гелия............................. 11.2.1. Получение гелия абсорбцией фторсодержащими соединениями..................................................................... 11.2.2. Получение гелия гидратообразованием............................ 11.2.3. Получение гелия мембранной технологией...................... 11.2.4. Криогенный способ получения гелия................................ ГЛАВА 12. Основные принципы технологии сжижения природного газа.................................................................................................... 12.1. Области применения сжиженного газа................................. 12.2. Основы технологии сжижения газа...................................... 12.2.1. Установка сжижения природного газа с каскадным циклом на трех хладоагентах.......................................................... 12.2.2. Установка сжижения природного газа с однопоточным циклом на многокомпонентной смеси........................................... 12.2.3. Установка сжижения природного газа с каскадным однопоточным циклом и предварительным пропановым охлаждением…………………………………………………….. 12.3. Хранение сжиженного газа.................................................... ГЛАВА 13. Краткие сведения по технологиям производства синтетических жидких топлив и водорода……………………... 13.1. Технология производства СЖТ из природного газа……... 13.2. Технология производства водорода из природного газа… УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ……………………. ЛИТЕРАТУРА................................................................................................ ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................................

ВВЕДЕНИЕ

В последние 10-20 лет быстро наращивается добыча природного газа и газового конденсата. При общих запасах газа 130-140 трлн. м³ мировая добыча в 2005 году составила 2871, 8 млрд. м³/год, при этом в России она составила 627, 5 млрд. м³ (21, 8 % от мирового производства), в США – 516, 6 млрд. м³ (18, 0 % от мирового производства), в Канаде – 187, 2 млрд. м³ (6, 5 % от мирового производства) [1]. Наиболее крупными месторождениями природного газа в России и странах СНГ являются газовые и газоконденсатные месторождения Западной Сибири, Заполярья, Оренбургской и Астраханской областей, Украины, Туркмении и Узбекистана и др. За рубежом крупные месторождения газа имеются в странах Ближнего Востока, Китае, США, Канаде, Франции, Норвегии и др.

В связи с быстрым ростом добычи природного газа изменяется и структура потребления энергии. Так, в 1973 году доля природного газа в общем объеме потребляемой энергии составляла 10 %, в 1985 году – 15, 3 %, в 1995 году – 16, 3 %, в 2000 году – 20, 0 %. [1, 2]. Согласно прогнозам, доля газа в мировом потреблении первичных энергоресурсов к 2050 году достигнет 26, 4 % [1].

Газ многих месторождений содержит в своем составе жидкую фазу – газовый конденсат, содержащий углеводороды от С₅Н₁₂ до С₂₀Н₄₂ в количестве 5 – 500 г/м³ газа. Газовые конденсаты являются существенным ресурсом жидкого углеводородного сырья, так как только в России их суммарная добыча достигает 25 – 28 млн. тонн в год, что в среднем составляет примерно 40 г на 1 м³ добываемого газа. В 2004 году только ОАО «Газпром» было добыто 11, 1 млн. тонн газовых конденсатов [3], при этом некоторые конденсаты по своему фракционному составу и другим показателям качества практически мало отличаются от легких нефтей типа грозненской, тенгизской и некоторых других.

Добываемый природный газ в большинстве случаев требует дополнительной переработки (сепарации газового конденсата, очистки от кислых компонентов (сероводорода и диоксида углерода), осушки и др.) непосредственно на промыслах или на специализированных газоперерабатывающих заводах и производствах.

Историю развития мировой газопереработки можно условно разделить на четыре этапа.

Первый этап (20-40-е годы XX века) называется эрой газового бензина, так как газоперерабатывающие заводы тогда строили с целью извлечения газового бензина (компонент моторных топлив) и подготовки газа к дальнейшей транспортировке. На заводах имелись установки отбензинивания газа, удаления из него механических примесей и осушки.

Второй этап (50-70-е годы XX века) назван эрой сжиженных газов: на газоперерабатывающих заводах начали, помимо извлечения газового бензина и подготовки газа к транспорту, получать сжиженные газы (пропан и бутаны), которые использовали в качестве коммунально-бытового и моторного топлива и сырья для нефтехимии. На заводах появились абсорбционные процессы, включая низкотемпературную абсорбцию, и процессы низкотемпературной сепарации и конденсации.

Третий этап (начало – 70-е годы XX века) назван эрой этана, так как на газоперерабатывающих заводах стали получать этановую фракцию и применять процессы глубокого охлаждения газа до -80 ¸ -100⁰С.

Четвертый этап (начало – 90-е годы XX века XX века) – это эра сжиженных природных газов и газохимии (производство из газа водорода, синтетических жидких топлив, полиолефинов и др.).

Данное учебное пособие посвящено вопросам технологии глубокой переработки газа и газового конденсата, начиная от головного процесса - сепарации пластовой смеси и кончая процессами получения синтетических жидких топлив. Приведены также требования к сырью и продукции газоперерабатывающих заводов, изложены методы определения и расчета основных физико-химических свойств природного газа, конденсата и продуктов их переработки, а также принципы технологического расчета основных процессов газопереработки. С момента первого издания этого учебного пособия прошло более 8 лет, за которые изменились требования к качеству продуктов нефтегазопереработки, совершенствовалась технология переработки газа и газового конденсата и др., что нашло свое отражение в настоящем – втором – издании учебного пособия.

В данном учебном пособии обобщен опыт авторов по чтению лекций и руководству курсовым и дипломным проектированием по дисциплине " Технология переработки природного газа" и учтены современные тенденции развития мировой газопереработки.

Пособие включает 13 глав, список литературы и приложения, содержащие справочные данные по ряду физико-химических свойств газов.

Усвоение студентами материала пособия позволит поднять уровень их подготовки по процессам переработки газа и газового конденсата до требований современности и дать представления о перспективах развития этих процессов.

 

Г Л А В А 1

 

СЫРЬЕ И ПРОДУКЦИЯ ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДОВ

1.1. Основные физико-химические характеристики сырья

Сырьем газоперерабатывающих заводов является пластовая смесь газовых и газоконденсатных месторождений, состоящая в общем виде из природного газа, газового конденсата и пластовой воды. Назначение газоперерабатывающих заводов – это разделение пластовой смеси и последующая переработка газа и конденсата с применением абсорбционных, адсорбционных, хемосорбционных, конденсационных и других процессов.

 

1.1.1. Природные газы

Основные физико-химические характеристики природных газов крупных газовых и газоконденсатных месторождений приведены в табл. 1.1 [4]. Как видно из табл. 1.1, природные газы характеризуются высоким содержанием метана (67, 0-99, 0 % об.), а содержание тяжелых углеводородов (S С₅₊) невелико (от полного отсутствия до 6, 0 % об.). Большинство газов содержит 1-5 % об. неуглеводородных компонентов: азота, диоксида углерода, сероводорода, серооксида углерода, сероуглерода и др. Газы трех крупных газоконденсатных месторождений – Оренбургского, Карачаганакского и Астраханского – содержат большое количество сероводорода (от 1, 7 до 14, 0 % об.) и поэтому целевое назначение переработки этих газов – производство элементной серы.

 

 

Таблица 1.1