Природные газы и индивидуальные углеводороды (стр. 1 из 2)
Природные газы и индивидуальные углеводороды
План
1. Общая характеристика углеводородных газов
2. Сепарация газа (низкотемпературная сепарация)
Литература
Введение
Рост добычи газа, особенно на газоконденсатных месторождениях, вызывает развитие переработки газовых конденсатов, количество которых уже велико и продолжает возрастать с каждым днем.
Увеличение добычи природного газа принципиально изменит топливный баланс страны и улучшит экономические показатели развития экономики. В настоящее время совершенствуются технологии переработки природных газов.
1. Общая характеристика углеводородных газов
Углеводородные газы делятся на природные (естественные) и искусственные. К природным относятся так называемые "сухие" природные газы, попутные нефтяные и газы конденсатных месторождений.
К природным (попутным) газам могут быть отнесены также газы стабилизации нефти. Природные газы, их компоненты либо отдельные фракции используются в качестве топлива и химического сырья.
Любые смеси углеводородных газов могут быть сожжены в газогорелочных устройствах топок, печей и технологических агрегатов, в цилиндрах и камерах сгорания поршневых и турбинных двигателей внутреннего сгорания.
Однако перед сжиганием природные (и искусственные) углеводородные газы практически всегда подвергают разделению для:
а) выделения некоторых наиболее ценных компонентов;
б) удаления вредных либо балластных компонентов, затрудняющих транспортирование газов или ухудшающих процесс сгорания;
в) обеспечения оптимального транспортирования двух основных групп компонентов природных газов: тяжелых углеводородов в жидком и легких в газообразном видах.
"Сухие" природные газы почти целиком состоят из метана и содержат небольшие количества углеводородов С2-С4, азота, углекислоты и сероводорода. В месте добычи они всегда насыщены влагой.
Сероводород может вызвать коррозию магистрального газопровода при транспортировании газа, а продукты сгорания сероводорода - коррозию технологического оборудования, в котором сжигается газ.
Газы, содержащие H2S, не допускаются к использованию в бытовых приборах, так как продукты сгорания их вредны для человеческого организма.
Влага с предельными углеводородами до С4 при определенных (обычных для магистральных газопроводов) значениях концентраций, температур и давлений образует комплексные соединения - гидраты углеводородов вида СnН2n+2т Н2О.
Гидраты, являющиеся твердыми ледообразными телами, иногда полностью заполняют проходные сечения трубопроводов.
Для транспортирования газа нежелательно присутствие больших концентраций балластных примесей - азота и углекислоты.
Поэтому "сухие" (метанистые) природные газы на головных сооружениях магистральных газопроводов подвергаются предварительному разделению - осушке, очистке от сероводорода и углекислоты, а иногда и от азота.
Газы газоконденсатных месторождений в условиях пласта (давление 100-500 am, температура 30-80° С) содержат иногда значительные количества углеводородов С5-С10.
При выходе газа на поверхность земли и снижении давления до обычных в магистральных газопроводах значений (50-60 am) имеет место понижение температуры за счет эффекта Джоуля-Томпсона на 30-50° С; при этом в результате так называемой "ретроградной конденсации" происходит выделение из газовой фазы тяжелых компонентов С5-С10.
В условиях относительно высоких давлений и низких температур в этих тяжелых компонентах растворяются легкие углеводороды C1-С4.
Образующаяся при этом жидкость (конденсат), содержащая всю гамму углеводородов C1 - С10и богатая тяжелыми компонентами, иногда заливает целые участки магистрального газопровода, мешая его нормальной эксплуатации.
Разделение газов газоконденсатных месторождений с целью удаления тяжелых компонентов (одновременно удаляется влага) называется сепарацией.
Попутные нефтяные газы выделяются из нефти при давлениях 1-6 am (а иногда и под вакуумом). Для транспортирования на дальние расстояния их приходится сжимать до давлений 50-60 ат.
При изотермическом сжатии таких газов из них выделяются в виде конденсата компоненты С3-С8. Выделение этих компонентов необходимо по следующим соображениям:
1) углеводороды C3-С8 могут быть использованы после несложной переработки как моторное топливо;
углеводороды С3-С4 ("сжиженные углеводородные газы") широко используются как химическое сырье и для газоснабжения пунктов, удаленных от линий газопроводов;
для обеспечения возможности транспортирования по магистральным газопроводам углеводородов С1-С2 необходимо значительно уменьшить концентрацию углеводородов С3-С4 и практически полностью удалить углеводороды С5-С8.
Извлечение из попутных газов углеводородов С3-С8 и разделение их на фракции (либо индивидуальные компоненты) производится на газобензиновых заводах (ГБЗ). Иногда попутные нефтяные газы (при работе скважин под вакуумом) содержат значительные количества воздуха.
В этом случае оказывается целесообразным выделение из газа его балластных компонентов, в особенности если газ предназначается для транспортирования по магистральным газопроводам.
Как видно из изложенного, для использования природных и искусственных газов в качестве топлива (с транспортированием их по магистральным газопроводам) в большинстве случаев необходимо их предварительно разделять.
Разделение, имеющее целью удаление компонентов, концентрации которых в исходном газе невелики, называется очисткой, а по отношению к воде - осушкой.
Показатели, которым должны удовлетворять газы, транспортируемые по магистральным газопроводам, представлены в табл.1.
Использование углеводородных газов как химического сырья в большинстве случаев требует выделения из смесей не фракций, а индивидуальных углеводородов иногда очень высокой степени чистоты.
Это объясняется тем, что управлять химическими реакциями воздействием температур, давлений и времен контакта легче, если в качестве сырья использовать только одно исходное вещество достаточной степени чистоты.
Наиболее часто как химическое сырье используются следующие компоненты природных газов: метан, этан, пропан и н-бутан; парафины: изобутан и изопентан; углеводороды С9-С12 из конденсатов, сероводород и гелий.
Метан является исходным сырьем в производстве хлор - и фтор-производных, используемых для получения многих полимерных материалов. Этан является одним из лучших видов сырья для производства этилена, а также используется в производстве хлорпроизводных.
Применение этана или его смесей с метаном перспективно в производстве ацетилена. Пропан широко используется для получения этилена, этилена и пропилена, этилена и ацетилена методом пиролиза. н-Бутан является исходным сырьем для производства бутадиена и бутилена.
Изобутан применяется в производстве изобутилена и для хлорирования, сульфирования и др.; изобутилен полимеризуется в синтетический каучук - полиизобутилен, а также используется вместе с изобутаном в производстве изооктана - высокооктановой добавки к моторным топливам.
Изопентан служит добавкой к авиабензинам, так как он является высокооктановым топливом с высокими пусковыми характеристиками.
Кроме того, изопентан используется в производстве изопрена - сырья для получения полиизопренового каучука, амиловых спиртов, хлор - и сульфопроизводных. Все парафины изостроения легко алкилируются. Конденсаты газоконденсатных месторождений содержат фракции с температурами кипения до 300° С. Фракции до 200° С используются как растворители и моторное топливо, а фракции 200 - 300° С могут быть использованы в производстве моющих средств сульфохлорированием.
Таблица 1.
Показатели, которым должны удовлетворять газы, транспортируемые по магистральным трубопроводам
Общепринятой схемы разделения углеводородных газов нет и не может быть.
В каждом индивидуальном случае в зависимости от состава исходного газа, степени извлечения и чистоты целевых компонентов, производительности установки и многих других факторов на основании технико-экономического анализа может быть выбрана оптимальная схема разделения.
Отдельные процессы в установках разделения углеводородных газов, а также отдельные аппараты этих установок рассчитывают методами последовательного приближения. Такие расчеты могут быть произведены только на вычислительных машинах. [1, с.10]
2. Сепарация газа (низкотемпературная сепарация)
При добыче нефти и газа вместе с этими продуктами на дневную поверхность извлекается целая гамма углеводородов. Среди последних имеются легко меняющие свое фазовое состояние. К таким углеводородам метанового ряда можно отнести углеводороды от С3 до С6.
Эта группа углеводородов при сравнительно небольших изменениях давлений и температур легко переходит из жидкого состояния в газообразное и наоборот.
Нестабильность указанных выше углеводородов вызывает в работе промыслов и газопроводов серьезные осложнения, так как в трубопроводах они могут сконденсироваться и образовать пробки.
Эти углеводороды, испаряясь в хранилищах, уносят с собой и более тяжелые фракции, вызывая потери и загазовывая территорию. Между тем углеводороды от С3 до С5 (и их изомеры) представляют для нефтехимической промышленности особую ценность.
Как известно, на нефтяных и газовых промыслах нефть от газа и газ от конденсата отделяют в сепараторах (трапах).