Получаване на технологични газове. Преработка на природен газ: методи и технология

Технологичен мит Едно от твърденията на европоцентризма е, че западната цивилизация е създала културата (философия, право, наука и технологии), която доминира в света и определя живота на човечеството. Човек, който е формиран, искрено вярва в това

Историята за газовия пазар трябва да започне с продукта, който е най-близо до потребителя - смес от пропан-бутан- гориво за летни жители и пестеливи шофьори. Интересното е, че този широко използван от населението газ не е пряко свързан с друг газ - метан, който пътува по главните тръбопроводи от Русия към Европа и изгаря в горелките на газовите печки в градските апартаменти. За разлика от метана, сместа от пропан-бутан се получава по време на процеса на рафиниране на нефт и е страничен продукт от производството на други видове гориво, като бензин или дизелово гориво.

Основната характеристика на втечнените въглеводородни газове, като пропан-бутан, е, че те се съхраняват и транспортират в течно състояние и се използват в газообразно състояние без използването на специално криогенно оборудване. При нормални условия въглеводородните газове са в газообразно състояние и при леко повишаване на налягането без промяна на температурата те се превръщат в течност.

Ето защо пропан-бутанът е най-удобното и евтино гориво за битови нужди. Самата смес от пропан-бутан няма отчетлива миризма, така че от съображения за безопасност към нея се добавят специални ароматизатори. Това е миризмата на одоранти, която обикновено се нарича "миризма на газ", въпреки че няма нищо общо с газа. Поради устойчивостта на миризливото вещество, дори празен цилиндър продължава да мирише в продължение на много години, което понякога подвежда хората.

Пропан-бутанът се продава на дребно в специални пунктове за пълнене и обмен на битови бутилки, някои от тези пунктове се намират в бензиностанции. Въпреки че много обикновени автомобилни бензиностанции, които не са оборудвани със специални точки за бутилки, могат да пълнят и битови газови бутилки, експертите не препоръчват закупуването на газ там. Първо, при пълнене на бутилки по този начин, като правило, те не се проверяват за течове на газ, а презареждащите не обръщат внимание на времето за проверка на бутилката - всичко това прави тяхната работа опасна. Второ, автомобилната бензиностанция не позволява правилното пълнене на домакински цилиндър: в съответствие с правилата обемът на течния пропан-бутан в цилиндъра не трябва да надвишава 85% от общия обем, останалата част от пространството вътре в цилиндъра трябва да бъдат заети от така наречената “парна шапка” - пропан-бутан в газообразно състояние. Ако това правило се пренебрегне и газовият цилиндър се напълни отново, тогава при нагряване (например на слънце) втечненият газ няма да има къде да се разшири и цилиндърът може да експлодира. За да се предотврати преливане, автомобилните газови бутилки са оборудвани със специално устройство за прекъсване, което ви позволява да спрете процеса на пълнене навреме, докато битовите бутилки трябва да се пълнят на скала.

В допълнение към обичайните цилиндри,
може да се съхранява газ
специални резервоари
много различни форми

Според Максим Данилин, изпълнителен директор на компанията Promtekhgaz, която е специализирана в продажбата на пропан-бутан, основните потребители на техния газ в бутилки са строители и летни жители, въпреки че има и редовни купувачи с по-екзотични професии, като горещи -балонисти с въздушни балони. В допълнение към традиционните газови печки, пропан-бутанът се използва в различни строителни горелки и топлинни пистолети. Една от обещаващите области са системите с пропан-бутан, които позволяват отопление на селски къщи, които нямат връзка с основния газ.

Тъй като пропан-бутанът е запалимо и експлозивно вещество, се прилагат редица строги ограничения за неговото съхранение и транспортиране. Това принуждава компаниите да избират места, които са доста отдалечени от потребителите, да купуват специални превозни средства с разрешение за превоз на опасни товари, да ги регистрират в Държавната инспекция по безопасност на движението и да съгласуват с Министерството на извънредните ситуации времето и маршрутите на движение.

Според Максим Данилин руските правила за работа със запалими газове в бутилки са много по-строги от европейските или американските. Това, според него, силно пречи на развитието на бизнеса: невъзможно е, както се практикува в други страни, да се продават и обменят газови бутилки в близост до големи търговски центрове, където се продават газови уреди - външни печки или газови скари. В допълнение, строгостта на правилата за транспортиране прави доставката на малък брой бутилки неизгодна за отделен потребител: цената на газ в стандартен 27-литров цилиндър е около 200 рубли, а доставката му със специален транспорт е 1500 рубли. Затова компанията обменя бутилки в летни вили близо до Москва и презарежда подземни резервоари във вилни селища, събирайки колективни заявления.

Войници от невидимия фронт

За разлика от пропан-бутана, другите технически газове, въпреки че се срещат в ежедневието, в по-голямата си част имат изключително промишлена употреба. По информация на специализирано издание "Технически газове", днес най-големите потребители на газове и газови смеси са металургията (17%) и химическата промишленост (14%). Освен това газовете се използват в машиностроенето (11%), в хранително-вкусовата промишленост (10%), в науката и образованието (6%), както и в медицината и фармацевтиката (3%) и в други области.

За работа с големи количества газ
компаниите трябва да имат
специална транспортна инфраструктура

Индустриалните технологии използват химичните и физичните свойства на различни газове: те се използват за нагряване и охлаждане, произвеждат желани и спират нежелани химични реакции, придават специален вкус на напитките, гасят пожари и лекуват болести. За решаването на тези и много други проблеми различни индустрии използват кислород, азот, аргон и хелий, водород и ацетилен, въглероден диоксид и амоняк, както и някои неон, криптон и ксенон. Освен това се произвеждат редица газови смеси и съединения специално за различни технологични процеси.

Според Игор Василиев, директор по развитието на компанията NII KM, преработвател и доставчик на различни технически и специални газове, основният продукт на пазара сега е кислород— делът му е повече от 50%. Това се обяснява с големите нужди на най-големите потребители на кислород - металургични заводи и машиностроителни предприятия, където газът се използва в процеса на топене и обработка на метал. Кислородът се използва широко в медицината, в хранително-вкусовата промишленост и дори в ракетната технология като окислител на гориво.

На второ място по консумация е. В течна форма той служи като хладилен агент в медицината, науката, хранително-вкусовата промишленост и в различни области на химическото производство. В газообразна форма азотът се използва за създаване на инертна среда по време на съхранение на химически продукти, за изпитване под налягане (тестване на течове) на тръбопроводи, като неутрална среда за пещи за топене на стъкло. В хранително-вкусовата промишленост азотът се включва в газови смеси за създаване на модифицирана среда в опаковките, което увеличава срока на годност на продуктите.

Друг неутрален атмосферен газ се използва като инертна среда при топенето и заваряването на специални видове стомана и сплави, като неръждаема стомана. Заедно с хелия, аргонът се използва като газ, който не влиза в химични реакции при високи температури и налягане, замествайки въздуха с него. ХелийТърсен е и в рекламната индустрия и за празнична украса - използва се за пълнене на газови балони и летящи балони. Хелият е малка молекула, така че газът е много течен, което се използва при търсене на течове в запечатано оборудване. Водолазите дишат кислородно-хелиеви смеси - това им помага да се гмуркат на голяма дълбочина. Хелият е незаменим и в лазерните технологии и космическата индустрия.

Преразпределение на въздуха

Един от проблемите
газов пазар - контейнер.
Най-използван
сега цилиндри
умствено и физически
остарял

Основният промишлен метод за производство на технически газове е разделяне на въздуха- процес на охлаждане при високо налягане на атмосферния въздух с цел разделянето му на компоненти. Накратко процесът изглежда така: въздухоразделителна единица, консумирайки енергия, произвежда течен кислород, азот и аргон в пропорциите, в които се съдържат в атмосферата. Което всъщност служи за суровина. Обработвайки въздуха по този начин, можете да получите около 78% азот, 20% кислород и 1% аргон. Съдържанието на други газове в атмосферата е изключително малко, така че те се получават главно по други методи: хелий - в процеса на рафиниране на нефт и газ, въглероден диоксид - като страничен продукт при химичния синтез на амоняк, и водород - чрез електролитно разлагане на вода. Газовете често са страничен продукт от някакъв вид производство: пропан - рафиниране на нефт, въглероден диоксид - различни процеси на ферментация и неоново-хелиева смес - металургия.

Цената на всеки газ се определя главно от разходите за неговото производство и преработка. Ето защо редките газове са по-скъпи от тези, които се съдържат в големи количества в атмосферата, а техническите класове с наличие на малко количество примеси са много по-евтини от високочистите марки, които не съдържат примеси.

Качество на техническите газове- това е преди всичко съответствие със стандартите - GOSTs и TUs. Всяка марка определен газ трябва да съдържа строго определен процент примеси, тоест газът трябва да бъде с определена чистота. В допълнение, качеството се влияе значително от опаковката, в която газът се транспортира и продава: бутилки и криогенни контейнери.

Газът може да отговаря на стандартите, но ако се изпомпва в мръсен (т.е. съдържащ чужди вещества) цилиндър, той вече няма да бъде газ с необходимата чистота. Наличието на нежелани примеси може да наруши технологията, в която ще се използва такъв газ, затова сериозните доставчици обръщат специално внимание на проверката на бутилките и ги маркират, гарантирайки качество.

Важно е цилиндрите и другите контейнери под налягане да подлежат на контрол от Готехнадзор. Те трябва да отговарят и на изискванията за безопасност - редовно проверявани и тествани, което също трябва да бъде обозначено със специална маркировка.

В Русия производството се извършва главно от предприятия, създадени през съветската епоха. Промишленото производство на газове в СССР започва с формирането на металургичната промишленост - основният потребител на технически газове. Появата на криогенни технологии, които направиха възможно отделянето на атмосферния въздух и съхраняването и транспортирането на втечнени газове, беше от голямо значение. Сериозен пробив настъпва през октомври 1944 г., когато течният кислород за първи път е произведен в Кислородния завод в Балашиха (BKZ) чрез дълбоко охлаждане и разделяне на въздуха с помощта на цикъл с ниско налягане. Първата съветска въздухоразделителна инсталация ТК-2000 е проектирана от професор Пьотр Капица, който по това време ръководи Института по физически проблеми на Академията на науките на СССР. Историята на производството на газ като цяло е тясно свързана с науката и не само науката е движела производството, но и обратното: възможността за производство на газове в промишлени количества е от голямо значение за провеждането на експерименти от съветските физици по ядрени въпроси.

В допълнение към големите специализирани съоръжения за производство на газ, като JSC Linde Gas Rus (бивш BKZ), JSC Logika и т.н., много производствени съоръжения, които консумират газове, сега имат инсталации за разделяне на въздуха. Предприятията, произвеждащи продукти за разделяне на въздуха, обикновено продават непотърсени излишни течни продукти на пазара. Факт е, че спирането на въздухоразделителна инсталация е технологично сложна и скъпа процедура, която освен това при възникване на технологични проблеми може да доведе до спиране на основното производство.

Газопроводи

Географията на производителите на газ е широка: големи производствени мощности съществуват в района на Москва (ОАО „Линде Газ Рус“ в Балашиха, АО „Логика“ в Зеленоград, АО „Московски коксо-газов завод“), на северозапад (завод „Лентехгаз“ ЗАО), в Урал (OJSC Uraltekhgaz), в Новосибирск (OJSC Sibtekhgaz) и дори в Далечния изток (OJSC Daltekhgaz). Това разположение на производителите на газ позволява да се задоволят нуждите на почти всички големи индустриални региони без скъп транспорт.

Вярно е, че има изключения: например компания "Норилски никел"купува различни газови продукти, включително газ аргон, в Москва от компанията NII KM. А газ като хелий се произвежда в промишлен мащаб само в едно предприятие в Русия - Оренбургския газопреработвателен завод. Въпреки това, както свидетелстват участниците на пазара, разходите за транспортиране на газове отдалеч не са от особено значение за потребителите сега - делът на газа в общите производствени разходи рядко надвишава няколко процента. Много по-важно надеждност на доставките и качество на газа.

Участниците в руския пазар на технически газ могат да бъдат разделени на три групи. Първа група, най-малкият, представлява големи производители на втечнени технически газове, работещи със собствени инсталации за разделяне на въздуха. Това са предприятия като Linde Gas Rus OJSC, Logika OJSC, Lentehgaz CJSC и др. Те се занимават изключително с производство и доставка на големи количества втечнени газове за големи и средни крайни потребители, както и регионални дилъри. Обемите на доставките тук се измерват в тонове или хиляди кубични метри, транспортирането се извършва в големи обемни криогенни контейнери (цистерни), със специални превозни средства или по тръбопроводи.

Пренасят се малки количества газ и
съхраняват се в бутилки, втечнен газ - в
специални криогенни резервоари

Втора категория— реални преработватели и препродавачи на газ за по-малки потребители. Основният бизнес на такива компании е превръщането на газ от течно в газообразно състояние, преработката му (почистване, правене на смеси) и изпомпването му в цилиндри. В района на Москва има около дузина подобни компании, най-сериозните от които предлагат широка гама от газове и имат собствена транспортна и складова инфраструктура, което им позволява да работят не само с втечнени, но и с газообразни продукти в средни и малки размери. обемни цилиндри. Такива компании могат да доставят газ в бутилки както на сравнително големи, така и на по-малки потребители. Компаниите от тази група по правило се специализират в конкретен газов продукт, било то запалим газ (пропан) - Promtekhgaz, инертен газ (хелий, азот, редки газове) - NII KM, течен въглероден диоксид - LLC Uralkid", специални газове и газови смеси - PGS-Service LLC.

Има и фирми, тясно свързани с производството и доставката на технически газове, занимаващи се с доставка на специализирано газово оборудване.

Трета групапредставлява изключително търговци на газ в бутилки. Тези компании, закупувайки газови продукти от предприятия от първа и втора група, ги препродават на средни и малки потребители в малки количества, до един цилиндър.

Невъзможно е точно да се оцени общият обем на пазара на технически газ, но според Игор Василиев става въпрос за около 500 милиона евро годишно, без да се вземат предвид обемите, произведени в техните инсталации и за техните нужди от предприятията на металургията, химическата и други индустрии. Ако се вземат предвид и тези потребители, тогава посоченото количество може свободно да се увеличи три пъти. Рентабилността на производството, преработката и препродажбата на газ може да варира значително в зависимост от региона, вида и марката газ, но средно е най-малко 20-40%.

Цената на газа от различни доставчици е приблизително еднаква - средно разликата е не повече от 10-15%, въпреки че известна чуждестранна компания може да има цени, които са с 25% по-високи от конкурентите.

Разширяване и свиване

Работата с газове изисква спазване на правилата
сигурност: трябва да се справите с
високо налягане, експлозивен
среда и ултраниски температури

На световния пазар на технически газ работят около дузина големи компании. Три доминират: френската Air Liquide, германската Linde Gas и американската Air Products. Техните производствени мощности и търговски офиси са отворени по целия свят, включително Русия. Тези компании произвеждат и продават не само газове и различни смеси, но и технологии и оборудване за тяхното производство, съхранение и транспорт.

Съвременната схема за продажба на газ на големи потребители се нарича доставка на място и включва производство на газове директно на обекта на клиента. В Русия това все още е ново направление, но подобна практика вече съществува. Например на площадката на завода за производство на стъкло Pilkington Glass LLC в Раменское вече работи оборудване за производство на азот и водород, доставено от Air Products. В края на тази година в металургичния завод Северстал, по схема на място, Air Liquide планира да пусне в експлоатация нов въздушноразделителен агрегат, който обещава да стане най-големият в Русия, както и най-големият в света, инсталиран в металургичен завод.

Руските компании, по-специално Криогенмаш, също предлагат подобни услуги. Съгласно схемата за доставка на място, предприятията могат да инсталират не само големи, но и средни по размер въздушни разделители. В допълнение към създаването на нови производствени мощности, чуждестранни компании придобиват съществуващи руски предприятия. Така Linde Gas Rus, след като шведският концерн AGA влезе в него, стана собственик на BKZ и Калининградския автогенен завод; освен това германската компания придоби Самарския кислороден завод. В резултат на това Linde Gas Rus днес е най-големият производител и доставчик на технически газове и газови смеси в Русия.

Както отбелязват анализаторите, консолидацията е в ход на постсъветския пазар на промишлени производители на газ. И не само чужденци участват в този процес: потвърждение за това е придобиването от Криогенмаш през 2006 г. на ЗАО Киевски кислороден завод и ОАО Далтехгаз, най-големият производител на технически газове в Източна Русия, както и редица други газови активи.

Това отбелязват производителите на газ Вътрешният пазар на газ непрекъснато расте(средно 15-20% годишно). И това се дължи както на увеличаването на броя на потребителите и техните нужди, така и на появата на нови области на приложение на газовете. Например, преди десет години повечето местни производители на храни дори не бяха чували за използването на газови смеси за опаковане на храни. И днес тази технология се превърна в норма - всички големи месопреработвателни предприятия пакетират продукти, използвайки модифицирана газова среда и такива продукти се продават във всеки супермаркет.

Както производителите, така и продавачите на технически газове днес отбелязват търсенето на нови газови продукти - смеси с различни състави и цели, използвани в опаковането на продукти, заваряването, медицината и други области. Редица чуждестранни и вътрешни играчи на пазара разработват и прилагат нови стандарти и технически спецификации за газови продукти.

Но има и проблеми, един от основните е контейнер за газове. Повечето от използваните в момента газови бутилки с високо налягане са морално и физически остарели. Продавачите казват, че домашните бутилки, произведени през 40-те години на миналия век, все още са в обращение.

Днес бутилките за технически газове се произвеждат само от OJSC Pervouralsk New Pipe Plant. Капацитетът му не е достатъчен, а технологията за производство и боядисване на цилиндри все още е далеч от съвършенството. Само вижте множество битови бутилки, които пристигат при доставчиците на газ за пълнене: всички с различни височини (казват, че имат и обеми), парцаливи, мръсни, ръждясали. Производителите на газ са принудени да поддържат специални зони за ремонт на такива бутилки. За разлика от вносните, по някаква причина нашите цилиндри все още се произвеждат с кръгло дъно, към което често е криво заварена метална стойка за обувки. Ако поставите чужд безшевен цилиндър с плоско дъно до домашен, всеки може да се убеди в предимството на последния. В допълнение, стандартен внесен цилиндър със същото тегло и сравнима цена има обем не 40, а 50 литра и работно налягане не 150, а 200 атмосфери.

Въглеводородните газове могат да бъдат разделени на три групи въз основа на техния произход:

1. Природен газ – добива се от находища на чист газ.

2. Природният нефтен газ или асоциираният газ е смес от въглеводороди, отделени от нефта по време на неговото производство.

3. Изкуствен нефтен газ – газ, получен от нефтопреработка.

Основните компоненти на тези газове са метан, етан, пропан, бутани и пентани. Те също така съдържат малки примеси от въглероден диоксид, сероводород и вода.

Природните запалими газове са познати на човечеството отдавна. Руският пътешественик Афанасий Никитин, който е направил пътуване до Индия през 15 век, ги споменава в своите бележки. Практическото използване на природните газове обаче започва едва в края на 19 век. Като средство за нагряване на дестилаторите са използвани газове. В същото време започна интензивна работа по търсене на нови газови находища.

Изпусканията на газ най-често се срещат в нефтени и въглищни райони: Кавказ, Долна и Средна Волга до Урал, Северен Урал, Западен Сибир. Но бяха разработени и специални газови находища. Натрупвания на газове са открити в района на горната част на Кама, в района на Саратов, в Салските степи, Ставрополската и Краснодарската територия, на брега на Каспийско море, в Дагестан и в други райони. На базата на тези природни ресурси възниква нова индустрия - газовата промишленост, която включва производството на специално оборудване - компресори, газови вентилатори, дюзи, спирателно и контролно оборудване, производството на специални тръби с голям диаметър под високо налягане, разработването на методи и методи за висококачествено заваряване на такива тръби, често извършвани в екстремни условия, разработване на методи за изграждане на газопроводи в трудни природни условия.

Съставът на газовете варира в зависимост от местоположението, но основният компонент е метан CH 4 и неговите най-близки хомолози, тоест наситени или наситени въглеводороди.

Метанът е безцветен газ без мирис, слабо разтворим във вода (при 20 °C 9 ml метан се разтварят в 100 g вода). Гори във въздуха със синкав пламък, отделяйки 890,31 kJ/mol топлина. Образува експлозивни смеси с кислород и въздух (5,2-14% CH 4). Метанът е стабилен до 700 °C. Над тази температура започва да се дисоциира на въглерод и водород. Метанова пиролиза:

В природата метанът се среща навсякъде, където гниенето или разлагането на органична материя се случва без достъп до въздух, тоест при анаеробни условия (например на дъното на блатата). В по-дълбоките слоеве на земята - във въглищни пластове, близо до петролни полета - метанът може да се натрупа в колосални количества, събирайки се в кухини и пукнатини във въглища и други подобни. При разработването на такива пластове в мините се отделя метан, което може да доведе до експлозия.

Природният метан се използва предимно като евтино и удобно гориво. Калоричността на метана (55252,5 kJ/kg) е значително по-висока от тази на бензина (43576,5 kJ/kg). Това позволява да се използва като гориво в двигатели с вътрешно горене.

Масло

Русия има големи запаси от нефт и газ - основните източници на въглеводороди. Работата по изследването на нефта започва с великите руски химици А.М. Бутлеров и В.В. Марковников. Значителен принос имат техните последователи Зайцев, Вагнер, Коновалов, Фаворски, Лебедев, Зелински, Наметкин. Руската химическа наука в областта на нефтопреработката традиционно изпреварва всички по отношение на разработването на нови технологични процеси.

Маслото е мазна, запалима течност, най-често черна на цвят. Както е известно, маслото е сложна смес от много голям брой отделни вещества. Основната част са наситени въглеводороди от метановата серия (алкани, C n H 2 n +2), циклични въглеводороди - наситени (нафтени, C n H 2 n) и ненаситени, включително ароматни въглеводороди. Освен това маслата съдържат вода, хетеросъединения - кислород-, азот- и сяра-съдържащи органични вещества. Съотношението между компонентите на петрола варира в широки граници и зависи от нефтеното находище.

Въглища

Изкопаемите въглища са сложна смес, състояща се от различни съединения на въглерод, водород, кислород, азот и сяра. Също така съдържа минерали, състоящи се от съединения на силиций, калций, алуминий, магнезий, желязо и други метали. Полезната част на въглищата е тяхната горима маса, минералната част е баластра, която представлява интерес само като потенциален строителен материал.

Елементният състав и калоричността на изкопаемите горива са дадени в таблица 7.

Таблица 7

Елементарен състав и калоричност на изкопаемите горива

Горимата маса е продукт на постепенното разлагане на растителни материали, съдържащи фибри. Такива процеси на трансформация на растенията във фосилни въглеродни материали са протичали в продължение на дълъг период от време (от десетки до стотици хиляди години) и в момента се случват на дъното на блата, езера и в недрата на земята. Разграждането на растителните остатъци става без достъп на въздух (т.е. при анаеробни условия), често с участието на влага, повишено налягане и температура и протича през следните етапи:

образуване на торф;

Образуване на кафяви въглища;

Образуване на меки въглища;

Образуване на каменни въглища – антрацит.

Колкото по-стари са въглищата, толкова по-дълбок е процесът на овъгляване и толкова по-високо е съдържанието на въглерод в даден продукт. Въглеродът присъства във въглищата не в свободна форма, а във връзка с други елементи и, очевидно, образува силно полимерни молекули. Преходът на образувания като торф или млади кафяви въглища в каменни въглища става при специални условия, без които младите образувания могат да останат в земята десетки хиляди години и да не произвеждат истински въглища. Смята се, че решаващият фактор в процеса на превръщане на растителните остатъци във въглища са микробиологичните процеси, протичащи с участието на специален вид гъбички и бактерии, които отделят специални ензими, които допринасят за така наречената хумификация на растителните остатъци. Температурата и налягането играят ролята на ускорители на тези ензимни процеси. Биохимичната теория за произхода на въглищата получи експериментално потвърждение в трудовете на руския химик В.Е. Раковски и други изследователи, които показаха, че процесът на овъгляване на торфа, който отнема няколко хилядолетия при естествени условия, може да се осъществи за няколко месеца, ако например се осигури бърз растеж и размножаване на специални гъби по време на процеса на самонагряване от торфа.