Впервые природные газы стали использовать в химической промышленности в 1930 г.
Природные горючие газы включают собственно природные газы, попутные газы, выделяемые при добыче нефти, и газы газоконденсатных месторождений. Основным компонентом природных газов является метан, содержание которого в зависимости от месторождения может составлять от 70 до 99%. Помимо метана природные газы содержат этан, пропан, бутан, а также небольшие количества азота, диоксида углерода, сероводорода и инертных газов — гелия и аргона.
Россия обладает громадными запасами природного газа. У нас открыто более 700 его месторождений, среди них такие гиганты как Уренгойское, Заполярное, Ямбургское, Медвежье, Оренбургское, Астраханское, однако газохимия в нашей стране пока развита недостаточно.
Состав газа специфичен для каждого месторождения. Важнейшей особенностью природного и попутного (т.е. сопровождающего нефть) газов является принадлежность их углеводородов к классу алканов, т.е. наименее реакционно-способных углеводородов. Это обстоятельство затрудняет химическую переработку газа.
Обработка газа
Первая стадия обработки извлеченного из недр газа — осушка. В газоносных пластах всегда содержится влага, которая уносится вместе с отбираемым газом. Водяные пары в газе препятствуют многим последующим технологическим операциям транспорту газа по трубопроводам. В основе осушки газа лежат такие процессы как абсорбция специальными жидкостями (гликолями), адсорбция твердыми и т.д.
Если в газе есть соединения серы, то его нужно как можно полнее освободить от них, так как сероводород и меркаптаны вызывают интенсивную коррозию трубопроводов, обуславливают появление диоксида серы при сжигании газа, отравляют катализаторы химической переработки газа. Для очистки природного газа от сероводорода наиболее широко применяют процесс Клауса:
SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O.
Это позволяет не только избавиться от сероводорода, но и получить серу — сырье для производства серной кислоты. Суть процесса Клауса состоит в том, что часть сероводорода окисляют до диоксида серы, который затем реагирует с сероводородом. Эта реакция протекает при нагревании в присутствии катализатора на основе железа.
Проектирование участка установки по абсорбции-десорбции сероводорода ...
... серы имеют сероводородсодержащие газы. Анализ состава природных газов показывает, что с ростом глубины залегания в них закономерно возрастает концентрация сероводорода. Следует подчеркнуть, что природный сероводородсодержащий газ по ... материалы по проектированию заключительной стадии утилизации сероводорода из серосодержащих газов вторичной переработки нефти — абсорбция и десорбции сероводорода ...
Основные направления химических превращений веществ, входящих в состав природного и попутного газов
Метан. Газ, основное промышленное сырье для производства водорода. Более 3/4 всего используемого в промышленности водорода получают методом паровой каталитической конверсии метана:
CH4 + H2O = CO + 3H2.
По одному из способов процесс ведут в трубчатых печах в присутствии алюмоникелевого катализатора при температуре 370-450° C и давлении 20 атм.
Половина получаемого из природного газа водорода идет на производство аммиака, поэтому крупнотоннажный синтез аммиака (а вместе с ним и получение минеральных удобрений, азотной кислоты, красителей, взрывчатых веществ) немыслим без природного газа.
Смесь СО и Н2 называют синтез-газом, так как она используется в производствах органического синтеза, в первую очередь, метанола:
СО + 2Н2 = СН3ОН.
Не менее 2/3 метанола в промышленности получают по этой схеме. Синтез-газ применяют и для получения высших спиртов.
Значительная часть метана природного газа расходуется на производство ацетилена и сажи. При переработке газа методом окислительного пиролиза идут процессы:
4СН4 + 3О2 = 2С2Н2 + 6Н2О,
2Н2 + О2 = С + 2Н2О.
Регулируя соотношение между метаном и кислородом, температуру и некоторые другие условия, можно направить процесс окислительного пиролиза в сторону образования ацетилена или сажи. Сажа (ее еще называют техническим углеродом) является крупнотоннажным химическим продуктом, необходимым, прежде всего, в производстве автомобильных шин и других резиновых изделий. Заметим, что черный цвет автопокрышек обусловлен именно сажей.
Этан. Если природный газ содержит не менее 3% этана, из него выгодно получать этилен. Этилен из этана получают в трубчатых печах, нагретых до 850° С. При такой температуре происходит дегидрирование этана и образуется С2Н4 с выходом 70%.
Этилен служит сырьем для производства разнообразных полимерных изделий и полупродуктом в различных органических синтезах.
Пропан, бутаны и пентаны. Эти предельные углеводороды дегидрируют с получением соответствующих олефинов — сырья для полимеризации. Чтобы выделить из природного газа этановую, пропановую или более тяжелые фракции, газ подвергают низкотемпературной ректификации. Эта технологическая операция позволяет также сконцентрировать гелий, содержащийся в некоторых природных газах.
Гелий используется во многих областях современной техники: системах глубокого охлаждения, при создании защитных атмосфер, специальных дыхательных смесей. Широко используется гелий в научных лабораториях. Без него невозможна постановка многих физических и физико-химических экспериментов.
Газ, как энергетическое сырье
Как и нефть, природный газ является, прежде всего, энергетическим сырьем. Газ как топливо имеет важные преимущества перед нефтью и, тем более, углем: у него высокая теплотворная способность, с помощью системы газопроводов его можно подвести к любому потребителю, при горении природного газа не остается золы. Необходимо, однако, отметить, что распространенная точка зрения на природный газ как на экологически чистое топливо не вполне верна. Во-первых, в газе обычно содержатся соединения серы, которые при горении превращаются в диоксид серы. Во-вторых, получающийся при горении СО2 усиливает парниковый эффект, приводящий к повышению температуры атмосферы. В-третьих, высокотемпературное горение газа в топках котлов электростанций сопровождается частичным окислением азота воздуха. В результате в дымовых газах электростанций появляются токсичные оксиды азота. Тем не менее, природный газ является более чистым топливом по сравнению с мазутом и, тем более, углем.
Очистка отходящих газов от паров органических растворителей
... 3600 м3 /ч. 1. Аналитический обзор. Методы очистки отходящих газов от паров органических растворителей Для обезвреживания отходящих газов от газообразных и парообразных токсичных веществ применяют методы: ... чаще всего применяемые в газоочистке, — это активированные угли, силикагели, алюмогели, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита). Основные требования к промышленным сорбентам ...
Достоинства природного газа как энергоносителя служат причиной того, что свыше 90% всей его добычи расходуется как топливо на тепловых электростанциях, промышленных предприятиях и в быту, однако в домашнем хозяйстве экономичнее использовать электроэнергию, полученную при централизованном сжигании газа на ТЭЦ, чем газовые кухонные плиты. Это связано с гораздо большим к.п.д. промышленных агрегатов и, следовательно, со значительной экономией газа.
В 2001 году Европейская комиссия представила в Европарламент доклад-прогноз об альтернативных источниках топлива для автотранспорта на ближайшие девятнадцать лет. Мотивируя свой поступок заботой об окружающей среде, еврочиновники предлагают заместить до 2020 года свыше 20% объема получаемого из нефти моторного топлива такими альтернативными источниками энергии, как биотопливо (топливо, сделанное из органических веществ, например из соевого масла и пшеницы), природный газ и водород.
Нельзя упускать из виду тот факт, что запасы природного газа не бесконечны. По оценкам экспертов, из-за истощения запасов доля природного газа в топливно-энергетическом балансе начнет снижаться уже во второй половине 21 в. Для энергетики такое снижение не слишком опасно — предполагается, что оно будет скомпенсировано развитием ядерной энергетики и, возможно, альтернативными источниками энергии, прежде всего солнечной. А вот для химической промышленности исчерпание газового сырья чревато весьма серьезными последствиями. Углеродсодержащие материалы: пластические массы, продукты основного и тонкого органического синтеза — требуют и будут требовать для своего производства сотен миллионов тонн органического сырья ежегодно. Отсюда понятен интерес исследователей к поискам так называемых нетрадиционных источников органического сырья и топлива.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/pererabotka-gazov/
1. Макогон Ю.Ф. Газовые гидраты. М., Недра, 1985 .
2. Катализ в С1-химии. Под ред. В.Кайма. Л., Химия, 1987.
3. Шелдон Р.А. Химические продукты на основе синтез-газа. М., Химия, 1987.
4. Арутюнов В.С., Крылов О.В. Окислительные превращения метана. М., Наука, 1998.
