Современные способы добычи и переработки природного газа
С середины XX века переработка природного газа является ключевым фактором в развитии всех отраслей промышленного производства. Являясь топливом высокой калорийности, различные способы переработки природного газа обеспечивают как сырьем, так и энергией все спектры человеческой жизни – начиная с обогрева жилища, заканчивая возможностью запуска космических спутников.
Происхождение и состав газа
Научное определение природного газа – это смесь газов различного химического состава на основе углеводородного соединения. В зависимости от месторождения, состав углеводородов разнится в количественном соотношении, основными компонентами природного газа служат следующие химические элементы:
- Метан.
- Бутан.
- Этан.
- Пропан.
- Водород (сероводород).
- Углерод (в соединении).
- Азот, гелий и пр.
- Примеси.
При добыче сланцевого газа, залежи которого находятся на глубине 10 тыс. м, в составе ископаемого сырья находится большее количество различных углеводородных соединений.
Поэтому невозможно научно обосновать единственную общую формулу для обозначения состава ископаемого.
В природе газ бесцветен и не имеет никакого запаха, его присутствие в породе определяется искусственным методом с помощью оборудования. В болотах часто на поверхности выделяют болотный газ специфического запаха. Однако это не запах ископаемого, а запах растительных компонентов конкретной среды (брожение, гниение растений и пр.).
Предполагаемое происхождение
Происхождение природного газа связывают с возникновением углеводородов. В процессе жизнедеятельности микроорганизмов, органика накапливалась в местах без доступа кислорода. Вступая в соединение с молекулами водорода при повышенном давлении в нижних слоях пород, происходило возникновение углеводородов. Под действием тектонического движения, передвигая горные породы, в процессе перепада давления и температур, возникали нефтяные и газовые месторождения.
Природный газ относится к осадочным ископаемым породам, его залежи могут быть как отдельным месторождением, так и верхним слоем нефтяного пласта. При низких температурах природный газ имеет кристаллическую форму, различаются также месторождения газа, растворенного в нефти или воде.
Добыча газа
Все современные способы переработки газа начинаются с проведения анализа структуры месторождения. Залегая в пустотах, ископаемое сырье извлекается методом бурения газовых скважин на всей территории обозначенного месторождения. При залежах газоносного пласта внутри мелкофракционных пород или в соединении с другими химическими элементами, помимо прямого бурения, по периметру газодобычи устанавливаются перерабатывающие комплексы.
Современные технологии газодобычи позволяют извлекать природное ископаемое сырье с глубины залегания до 12 тыс. м.
Переработка природного газа начинается с момента сбора ископаемого продукта, при смежной добыче с нефтеносного пласта первичным является откачка газовых накоплений.
В современных условиях, при месторождении значительного объема предполагаемой добычи ископаемого в течение 10 лет, строятся очистительные и перерабатывающие комплексы. Эти заводы, перерабатывая сырье сразу после извлечения из пласта, позволяют значительно сэкономить средства при транспортировке.
Важность переработки природного газа
После добычи, начинается процесс первичной очистки, в ходе которого сырье очищается от примесей серы и проходит осушение на комплексах первичной подготовки газа к дальнейшей транспортировке. При первичной сепаратной очистке, сера, выделенная из природного газа, преобразуется в сероводород, подвергается дальнейшей переработке с целью последующего использования в химической промышленности.
Дальнейшая, более плотная очистка происходит на химических и газоперерабатывающих комбинатах.
Главное внимание при очистке природного газа уделяется экологическому компоненту и минимизации энергетических затрат на выработку сырья.
Технология переработки газа предполагает первичную очистку на территории месторождения, поскольку транспортировка неочищенного сырья приводит к быстрому коррозийному износу газовых магистралей.
Дальнейшая транспортировка осуществляется с помощью газогонов (90%), танкерная перевозка сжиженного газа (10%).
Способы переработки природного газа
Перед подачей природного газа в главный газопровод, данное сырье не требуется дополнительно очищать, это преимущество перед нефтью (которую следует подвергнуть первичной подготовке, перед подачей в нефтепровод), дает значительную экономию средств при транспортировке.
Перед тем как получить окончательный химический и производственный состав, газовая смесь подвергается вторичной переработке на заводах химической индустрии, которая, в зависимости от применяемых технологий, подразделяется на главные и вторичные способы переработки газа.
Физическая переработка
Этот способ основан на физико-энергетических показателях. Добытый ископаемый материал подвергается глубокому сжатию и разделяется на фракции путем воздействия высоких температур.
При переходе от низких температур к высоким, сырье интенсивно очищается от примесей. Использование мощных компрессоров, позволяет производить переработку на месте газодобычи. При выкачке газа с нефтеносного пласта используют нефтяные насосы, которые отличаются сравнительной дешевизной.
Использование химических реакций
При химико-каталитической переработке происходят процессы, связанные с переходом метана в синтезированный газ, с последующей переработкой. Химические способы подразумевают использование двух методов:
- паровая, углекислотная конверсия;
- парциальное окисление.
Последний способ является наиболее энергосберегающим и удобным, поскольку скорость химической реакции при парциальном окислении довольно высокая, отпадает необходимость использовать дополнительные катализаторы.
Использование в качества инструмента воздействия на ископаемое сырье высоких и низких температур называют термохимическим способом переработки природного газа. При температурном воздействии на данное сырье образуются такие химические соединения, как этилен, пропилен и пр. Сложность такого вида переработки заключается в использовании оборудования способного выдать нагрев до 11 тыс. градусов при одновременном увеличении давления до трех атмосфер.
Современные технологии для переработки природного газа используют дополнительный синтез метана, позволяющий удвоить количество выделяемого водорода. Водород представляет собой натуральное сырье, из которого выделяют аммиак, являющийся материалом для получения азотной кислоты, компонентов аммония, анилина и пр.
Продукты переработки газа и сфера их применения
В процессе добычи и очистки газа, помимо основного своего использования как топлива (80%), из составляющих компонентов получают несколько продуктов переработки.
При переработке выделенного метана, химическим путем извлекают его главную производную – формальдегиды. Данные компоненты используют в производстве фенопластов, которые широко применяются при производстве строительного материала (прессовка фанеры, производство ДВП, теплоизоляция на основе пенопласта и минеральной ваты).
Смолы. Данный компонент широко используется для производства лаков и строительных красителей.
При первичной очистке ископаемого выделяют гелий, который используется при производстве высокоточного (часто медицинского) оборудования и в космической отрасли.
При производстве сельскохозяйственных удобрений используют аммиак, производную составляющую, выделяемую из водорода. Пищевая промышленность использует данный компонент как натуральный канцероген. При разработке новых лекарственных форм используется водный раствор аммиака.
В основе производства полиэтилена и пластмасс находится такой продукт переработки, как этан.
Выделенный метанол используется как компонент транспортного топлива.
Кислоты. Легкая (бумажное и текстильное производство) промышленность использует выделенные из газа кислоты (уксусная) при производстве необходимых красителей.
В оборонном комплексе используется нитрат аммония, являющийся основой при производстве взрывчатых веществ.
Современные технологии переработки газа, экономия и рациональное использование ресурсов позволяют применять альтернативные виды топлива для удовлетворения увеличивающихся потребностей промышленности и населения в энергоносителях.
Загрузка...