газы природные горючие

га́зы природные горючие

^{статья сверена с оригиналом и вычитана}

ГАЗЫ ПРИРОДНЫЕ ГОРЮЧИЕ

естественные смеси углеводородов разл. строения, заполняющие поры и пустоты горных пород, рассеянные в почвах, растворенные в нефти и пластовых водах. Различают: 1) прир. газы, добываемые из чисто газовых месторождений, практически не содержащих нефти; основной (до 99%) компонент — метан (см. табл.); 2) газы нефтяные попутные; 3) газы газоконденсатных месторождений (см. газовые конденсаты), 4) твердые газовые гидраты; помимо метана и его гомологов содержат парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды.

По содержанию углеводородов C₃ и выше собственно прир. газы относят к т. наз. сухим, или тощим, газам ( < 150 г/м³), остальные Г. п. г. — к газам средней жирности (150–300 г/м³) и жирным, или богатым ( > 300 г/м³). Наряду с углеводородами Г. п. г. могут содержать N₂, CO₂, H₂S, COS, CS₂, меркаптаны, тиофены, He, Ar, а также пары H₂O.

Г. п. г. — эффективное топливо (теплота сгорания 34,3 МДж/м³) и ценное сырье для промышленности орг. синтеза. Из метана получают водород, синтез-газ, широко применяемый для производства углеводородов, метанола и др., ацетилен, синильную кислоту, хлороформ, техн. углерод и т. д. Гомологи метана используют для получения олефинов, прежде всего этилена и пропилена, которые в свою очередь служат сырьем в производстве полимеров.

^{СОСТАВ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ НЕКОТОРЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СССР (% по объему)}

Кроме того, при очистке и переработке газа получают большие количества дешевой серы (напр., термокаталитич. окислением H₂S), гелия и др. неорг. продуктов. Ежегодно в мире добывается ок. 1,60 триллионов м³, в СССР — более 0,58 триллионов м³ газа (1984).

Углеводороды извлекают из Г. п. г. на газоперерабатывающих заводах след. методами: масляной абсорбцией, низкотемпературными процессами — абсорбцией, конденсацией и ректификацией, а также адсорбцией и компрессией (см. ниже). Перед транспортировкой и переработкой Г. п. г. подвергают предварительной подготовке — осушке от влаги (см. газов осушка) и очистке от механических примесей и кислых газов.

Очистка от механических примесей. Примеси в газах могут состоять из твердых (песок, продукты коррозии внутр. поверхностей трубопроводов) или жидких (нефть, газовый конденсат, вода, масло, унесенное после компрессоров) частиц.

Для сухой очистки от взвешенных твердых частиц применяют т. наз. циклонные сепараторы, в которых благодаря вращательно-поступательному движению газа под действием центробежной силы частицы примесей ударяются о стенки и ссыпаются в бункер.

• см. также осаждение, пылеулавливание, циклоны

Аппараты мокрой очистки более эффективны. Принцип действия, напр., широко применяемых ударно-инерционных пылеуловителей заключается в том, что поток газа ударяется о жидкость, заполняющую ниж. часть аппарата, и разворачивается на 180°. При этом твердые частицы осаждаются на поверхности жидкости, а чистый газ направляется к выходному патрубку. Пыль из газов удаляют также с помощью фильтров из волокнистых материалов.

Для очистки газа от частиц жидкости применяют разл. сепарирующие устройства. В гравитационных аппаратах газ движется снизу вверх, а частицы жидкости оседают. Эти аппараты просты по конструкции, но наиб. металлоемки и крупногабаритны; их используют обычно как части комбиниров. сепараторов. Более эффективны и компактны инерц. аппараты. В них под действием инерц. сил газожидкостной поток посредством металлич. отбойников разделяется на очищенный газ, который выходит сверху, и жидкость, отводимую на ниж. части аппарата. В инерц. сепараторах применяют отражательные отбойники, состоящие из неск. рядов плотно расположенных уголков, труб, стержней разл. сечения, швеллеров и др.; жалюзийные аппараты снабжены наборами профилиров. пластин (волнообразные, уголки и др.), установленных вертикально или под некоторым углом по отношению к газожидкостному потоку. Весьма эффективны центробежные сепараторы — разл. циклоны и т. наз. прямоточные аппараты (с ниж. выводом очищенного газа) с лопастными и др. завихрителями, обладающие малым гидравлическим сопротивлением.

В сетчатых и гравитационно-сетчатых сепараторах в качестве сепарирующих элементов служат сетчатые насадки из металлич. или синтетич. материалов (см. также каплеулавливание, пенная сепарация, сепарация воздушная). Еще более эффективны для очистки газов от капельных жидкостей фильтры-сепараторы. Как правило, их используют в двух- и многоступенчатых сепарац. устройствах, которые, кроме фильтров, состоят из гравитац. секций, а также сетчатых и др. отбойников.

Очистка от кислых газов. Г. п. г. очищают от кислых газов методами абсорбции с хим. реакцией (см. газов очистка), физ. абсорбции, а также комбинированными. Ниже рассмотрены методы двух последних групп.

Методы физической абсорбции. Реализованы в процессах "флюор", "селексол", "пуризол" и "ректизол". Абсорбенты — орг. растворители (пропиленкарбонат, диметиловый эфир полиэтиленгликоля, Ν-метилпирролидон и др.), которые при парциальном давлении кислых газов 3 МПа и выше предпочтительнее растворов алканоламинов, применяемых при абсорбции с хим. реакцией; во многих случаях они регенерируются без подвода тепла лишь снижением давления, что приводит к уменьшению растворимости кислого газа в абсорбенте и выделению его избыточного количества. Кроме того, такие растворители имеют низкие температуры замерзания, не вспениваются, не вызывают коррозию оборудования, химически стабильны, легко разлагаются при биол. очистке сточных вод. Они обеспечивают селективное извлечение H₂S в присут. CO₂; выделение последнего наряду с H₂S возможно при соотношении CO₂: H₂S > 1, Помимо H₂S, орг. растворители позволяют очищать Г. п. г. от др. серосодержащих соединений (RSH, COS, CS₂). Параметры процессов: температура от −15 до 30 °C, давл. от 0,4 до 7,5 МПа. Однако используемые абсорбенты растворяют углеводороды (особенно C₅ и выше), не обеспечивают тонкой очистки газов и относительно дороги. Все же благодаря низким капитальным затратам и эксплуатац. расходам, невысокой энергоемкости упомянутые процессы обладают преимуществами перед процессами очистки газов на основе абсорбции с хим. реакцией.

Комбинированные методы очистки. Основаны на физ. абсорбции разл. растворителями (метанол, тетраметиленсульфон и др.) кислых газов и хим. взаимод. их с алканоламинами (моно- и диэтаноламины, диизопропанол, дигликольамин и др.). Эти методы сочетают достоинства физ. абсорбции и абсорбции с хим. реакцией: их применяют для тонкой комплексной очистки газов от H₂S, CO₂, RSH, COS и CS₂; технол. и аппаратурное оформление процессов отличается простотой и надежностью. Поскольку используемые поглотители хорошо растворяют углеводороды (особенно ароматические), для предотвращения попадания больших количеств тяжелых углеводородов в сырье для установок по производству серы на газоперерабатывающих заводах должно быть оборудование для предварительного извлечения тяжелых углеводородов из исходного сырья или кислых газов.

Один из распространенных комбиниров. процессов — "сульфинол". Абсорбентом служит смесь 30% диизопропаноламина, 64% тетраметиленсульфона и 6% H₂O, которая позволяет комплексно очищать Г. п. г. от кислых газов и сераорг. соединений, химически и термически стабильна, имеет низкие теплоемкость и давление насыщ. паров. Растворитель регенерируют в две ступени — в сепараторе, снижая давление, и колонне путем подвода тепла. Параметры процесса: температура исходных абсорбента и газа 30–50 °C, давл. 0,7–8,0 МПа. Поглощающая способность смеси в ~ 2 раза выше, чем раствора моноэтаноламина. Поэтому для реализации процесса требуются меньшая кратность циркуляции абсорбента и соотв. более низкие эксплуатац. затраты, чем, напр., для процесса очистки с применением раствора моноэтаноламина.

Извлечение целевых (тяжелых) углеводородов. Эти операции осуществляют после удаления из Г. п. г. водяных паров, мех. примесей и кислых газов.

Масляная абсорбция. Основана на поглощении углеводородов C₃ и выше керосиновыми фракциями (мол. м. 180–240) при температуре 10–30 °C и давл. 3,5–7,0 МПа. Метод обеспечивает извлечение 40–50% пропана, 85–90% бутанов и 95–100% газового бензина. Степень выделения целевых компонентов увеличивают, повышая уд. расход абсорбента. Сырой газ подают в ниж. часть абсорбера, регенериров. поглотитель — в верхнюю. Из верх. части аппарата отводят сухой газ, из нижней — насыщ. абсорбент. Последний направляют в абсорбционно-отпарную колонну, где из него удаляют метан и этан. После этого поглотитель поступает в десорбер (для извлечения из него углеводородов C₃ и выше); регенериров. абсорбент вновь направляют в верх. часть аппарата.

Низкотемпературная абсорбция. Технол. потоки охлаждают в водяных и воздушных холодильниках, а также с помощью спец. холодильных систем. Благодаря низкой температуре (от −30 до 45 °C) и высокому давлению (3–7 МПа) удается извлечь 40–50% этана, 90–95% пропана, а также более тяжелые углеводороды. Это достигается при использовании поглотителей с мол. м. не более 80–140, а также предварительными насыщением тощего абсорбента легкими компонентами (C₁–C₂) и отбензиниванием сырого газа.

Низкотемпературная конденсация. Основана на охлаждении компримированного газа до заданной температуры и послед. сепарации образовавшейся двухфазной смеси на сухой газ и смесь жидких углеводородов. Используют схемы с внешними, внутренними и комбинированными холодильными циклами.

Внеш. холодильные циклы не зависят от технол. схемы переработки газа и имеют собственные хладагенты — однокомпонентные (пропан, этан, этилен и др.) и многокомпонентные, или смешанные (смеси углеводородов — метана, этана, пропана, бутана и др.); применение последних предпочтительнее, т. к. позволяет упростить аппаратурное оформление процесса и снизить энергозатраты. Во внутр. циклах холод получают только в самой схеме переработки Г. п. г., в основном детандированием частично отбензиненного газа, а также путем дросселирования жидких углеводородов или газовых потоков. Более глубокое извлечение углеводородов обеспечивается при применении комбиниров. циклов. При использовании турбодетандера в сочетании с внеш. пропановым циклом для переработки, напр., нефтяных попутных газов достигается температура от −80 до −100 °C, что позволяет извлекать более 70% этана, 95% пропана, 99% бутанов и более тяжелых углеводородов.

Среди описанных схем извлечения углеводородов наиб. распространены низкотемпературные абсорбция и конденсация с разл. холодильными циклами и турбодетандерными расширительными машинами (в 1984 по этим схемам во всем мире работало ²/₃ газоперерабатывающих предприятий). Благодаря простоте, компактности, меньшим эксплуатац. и энергетич. затратам схемы низкотемпературной конденсации с турбодетандерами предпочтительнее др. схем переработки Г. п. г.

Низкотемпературная ректификация. Принципиальное отличие этой схемы от низкотемпературной конденсации состоит в том, что сырье, поступающее на установку после охлаждения, без предварит. сепарации подается в ректификац. колонну, где разделяется на сухой газ и смесь углеводородов C₃ и выше (степень извлечения ~ 90%).

Адсорбция. Основана на извлечении из газов тяжелых (C₄ и выше) углеводородов твердыми поглотителями (преим. активным углем). Вследствие малой эффективности при крупномасштабной переработке газа метод находит ограниченное применение.

Компрессия. Заключается в последоват. сжатии газа и отделении образовавшегося конденсата в сепараторах. Самостоятельного значения метод не имеет, используется в сочетании с др. методами.

^{Лит.: Справочник нефтехимика, под ред. С. К. Огородникова, т. I, Л., 1978, Берлин М. А., Гореченков В. Г., Волков Η. П., Переработка нефтяных и природных газов, М., 1981.}

_{М. А. Берлин, Г. М. Карпенко}