книги / Переработка углеводородных газов

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

В.Г. Рябов, А.Н. Чудинов

ПЕРЕРАБОТКА УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2019

1

УДК 665.723(075.8) Р98

Рецензенты:

канд. хим. наук, доцент Н.П. Углев (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

канд. техн. наук Д.М. Кисельков (Институт технической химии УрО РАН)

Рябов, В.Г.

Р98 Переработка углеводородных газов : учеб. пособие / В.Г. Рябов, А.Н. Чудинов. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2019. – 99 с.

ISBN 978-5-398-02179-0

Рассмотрены вопросы очистки и переработки природных и попутных углеводородных газов. Дана оценка перспективам развития газового рынка. Приведены физико-химические характеристики природных и попутных газов. Рассмотрены схемы и оборудование, используемыеприподготовкеипереработке углеводородныхгазов.

Предназначено для магистрантов, обучающихся по направлению 18.04.01 «Химическая технология», профиль магистратуры «Химическая технология топлива и газа».

УДК 665.723(075.8)

2

3.Классификацияуглеводородныхгазовииххарактеристика. Продукты переработки углеводородных газов.

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Увеличение газового сегмента в мировом энергетическом балансе обусловлено рядом факторов. Во-первых, это рост электроэнергетики, базирующейся на природном газе. Доля природного газа как энергоносителя при производстве электроэнергии к 2030 г. составит не менее 47 %. Главной причиной грядущей научнотехнической революции в энергетической отрасли станут новые технологии генерации электроэнергии, что позволит увеличить КПД электростанций к 2030 г. на 20 %. Во-вторых, значительно возрастет газопотребление в развивающихся странах и, прежде всего, в странах с большим количеством населения (Китай, Индия). В-третьих, широкое развитие в перспективе получит производство синтетических видов топлива из природного газа. В-четвертых, гораздо более широкоеразвитие получит газохимия.

В свете вышесказанного актуальной является подготовка квалифицированных инженерных кадров, обладающих современными знаниями в области транспортировки и переработки углеводородных газов.

5

1. ЗНАЧЕНИЕ ГАЗА В МИРОВОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ БАЛАНСЕ, ЕГО ЗАПАСЫ И ПОТРЕБЛЕНИЕ.

РОЛЬ РОССИИ НА ГАЗОВЫХ РЫНКАХ

В последнее время наблюдается существенный стабильный рост доли природного газа в мировом энергетическом балансе. Данная тенденция будет сохраняться в ближайшие десятилетия, чему способствуют такие потребительские свойства газа, как экологичность, экономичность и технологичность.

Экологичность объясняется тем, что природный газ дает наименьшее количество вредных выбросов при сжигании, чем другие энергоносители (нефтепродукты, уголь). Например, при использовании природного газа для выработки электроэнергии выбросы СО2 в атмосферу ниже на 60 %, чем при сжигании угля, что является особенно актуальным при выполнении требований Киотского протокола. В развитых странах с целью улучшения экологической обстановки разрабатываются и внедряются программы по переводу автомобильного транспорта, в первую очередь общественного и муниципального, с жидкого топлива на сжиженный природный газ.

Экономичность использования природного газа заключается в относительной дешевизне добычи и транспортировки при значительных его запасах. Кроме того, нефтехимические процессы, основанные на переработке природного газа, требуют меньших затрат по сравнению сиспользующими нефтяное сырьетехнологиями.

Аппаратура, применяемая при сжигании и переработке углеводородного газа, как правило, менее громоздка и металлоемка, но более долговечна, что обусловливает технологичность природного газа как топлива и сырья.

Все перечисленные факторы привели к тому, что к настоящему времени доля природного газа в структуре потребления энергоносителей достигает 25 % и может увеличиться до 28–30 % в ближайшие несколько десятилетий. В энергетическом балансе развитых стран, как и в среднем по миру, доля природного газа составляет около

6

23–24 %. В развивающихся странах этот показатель не превышает 18–19 %. Зато в структуре энергопотребления стран СНГ и стран Восточной Европы доля газа превышает 50 %, что обусловлено наличием огромных ресурсов и развитием газовой промышленности в странах бывшего СССР, откуда газ экспортируется в Европу и, прежде всего, в страныВосточнойЕвропы.

По прогнозам в период до 2030 г. среднегодовые темпы прироста спроса на природный газ составят 2,3 % против 1,7 % по всем энергоресурсам в целом, в том числе по сравнению с темпами роста спроса на нефть – 1,6 %, на уголь – 1,5 %, на ядерное топливо – 0,4 %.

1.1.Запасы природного газа

Впоследнее время наблюдается прирост разведанных запасов природного газа относительно запасов нефти. В 2003 г. соотношениеразведанных запасовнефтии природного газа составило 50:50, а ужев2004 г. запасы природного газапревысили запасы нефти.

По территории Земного шара месторождения газа распределены неравномерно. Крупнейшие его запасы находятся на территории бывшего СССР и стран Ближнего Востока. Наиболее обеспечена запасами газа Россия, владеющая 9 из 15 месторождений-гигантов (Уренгойское, Штокмановское, Ямбургскоеи др.).

Разведанные запасы газа на начало 2015 г. составляли 186,9 трлн м3. Потенциальные же запасы оцениваются гораздо

выше. В частности, геологическая служба США оценивает их в 290 трлн м3. Ряд организаций оценивают потенциальные запасы еще выше – 450– 550 трлн м3 и даже в 710 трлн м3, причем без учета газовых гидратов.

Министерство энергетики США оценило ресурсы газовых гидратов в 1723 трлн м3, однако лишь 95 трлн м3 рассматриваются как пригодные для добычи. Газогидратные залежи обнаружены в России, Канаде, США, Индии, Японии, однако добыча газа из этих залежей до сих пор не начата.

7

В акваториях Мирового океана на глубине до 700 м в данных осадочных породах сосредоточено 98 % газогидратов, а в прибрежной материковой зоне всего лишь 2 %, однако это свыше 300 трлн м3 газа.

Перспективными могут считаться запасы природного газа, сосредоточенные в угольных пластах. Извлечение из них газа не только увеличит его ресурсы, но и уменьшит опасность взрывов в угольных шахтах.

Подводя итоги сказанному выше, можно констатировать наличие значительных традиционных и нетрадиционных запасов газа в недрах Земли. Однако следует отметить, что месторождения газа, открытые и эксплуатируемые в последние годы, находятся, как правило, в удаленных и труднодоступных районах и требуют больших затрат на свою добычу иособенно транспортировку.

1.2. Добыча и потребление газа

Мировые товарные объемы добываемого природного газа определяются как показатель валовой добычи за вычетом газа, закачанного в пласты и сожженного на факелах. В ряде стран в этот показатель включают и попутный нефтяной газ.

Крупнейшими газодобывающими государствами являются Россия и среднеазиатские страны СНГ, США, Канада, страны Ближнего Востока и др. Наибольшие объемы добычи были и остаются у компании «Газпром» (Россия). Также к наиболее значительным мировым компаниями в области газодобычи относятся Шелл, Эксон-Мобил, Бритиш Петролеум, а также государственные нефтегазовые предприятия стран Ближнего Востока.

По данным экспертов Института мировой экономики и международных отношений РАН, объем газа, добываемого с 2010 по 2035 г., должен возрасти с 603 до 885 млрд м3. В мире объемы добываемого газа в этот же период времени должны увеличиться с 3132 до 4790 млрд м3. Причем основной рост добычи газа, включая нетрадиционные его источники, будет достигаться за счет развивающихся стран и России.

8

Оценки перспектив развития газодобывающей отрасли разнятся. Так, ряд экспертов придерживается теории наступления пика в добыче газа к 2030 г. Спад же произойдет к 2100 г. (до 0,5 трлн м3/год). Другие говорят, что, поскольку потенциальные запасы газа гораздо больше нефтяных, эра газа продлится еще как минимум 50 лет и достигнет максимума в 3,7 трлн м3.

По объемам потребления природного газа лидируют США, Россия, Китай, Великобритания, Германия, Япония, Канада, Украина, Италия, Иран, Узбекистан и Саудовская Аравия.

Наибольшее количество потребляемого газа в мире (до 77 %) приходится на электроэнергетический и коммунально-бытовой секторы. В перспективе этот показатель сохранится на уровне 77–73 %. Оставшаяся доля потребляется в промышленности (химия, металлургия и др.), используется в качестве моторного топлива, закачивается в пласт и сжигается на факелах. За счет снижения сжигания на факелах доля использования на транспорте и в промышленности будет возрастать.

Экологичность, экономичность и технологичность природного газа обусловливает высокие темпы спроса на газ. Рост потребления до 2030 г. составит 2,3 % в год, или в абсолютном выражении 5,3 млрд м3.

1.3. Роль России на международных газовых рынках

На европейском газовом рынке Россия играет ведущую роль: в 2004 г. 35 % суммарного импортируемого Европой газа было поставлено Россией. Кроме того, Россия обеспечивает поставки газа на Украину, Белоруссию, Молдавию, Грузию, Армению.

В настоящее время экспорт российского газа в основном ориентирован на Запад: в страны Восточной и Центральной, а затем Западной Европы. Часть газа поступает в Турцию и через Выборг в Финляндию.

Рассмотрим основные отрицательные и положительные моменты поставок российского газа в Европу.

9

Главным фактором является рост объемов газопотребления, сопровождающийся сокращением добычи газа в Европе (Великобритания, Нидерланды). До 2030 г. темпы роста составят 1,8 % в год.

Увеличению поставок газа в Европу также способствует наличие развитой сети трубопроводов, связанной с Европейской системой транспорта газа.

Третий фактор – международное соглашение о сокращении выбросов СО2 в атмосферу, так как сжигание газа значительно меньше загрязняет атмосферу по сравнению с сжиганием угля.

С другой стороны, для экспорта газа в Европу существует и ряд препятствий.

Первое – это поставка сжиженного природного газа из стран Северной Африки и Ближнего Востока.

Другой фактор противодействия – конкуренция с другими поставщиками природного газа: Норвегией, Алжиром, Египтом, Нигерией, странами Ближнего Востока и Каспийского региона.

Серьезным сдерживающим фактором является и развитие технологии производства и использования альтернативных видов топлива (атомные электростанции, возобновляемые источники энергии и др.).

Возможности для наращивания российского экспорта в Европу имеются: открыты новые месторождения газа, в том числе на шельфе Северных морей (Штокмановское, Русановское, Ленинградское и др.).

Следует, однако, отметить, что экспорт газа в Европу чрезвычайно привязан к чужим транспортным магистралям: российский газ в своем движении пересекает границы 14 европейских государств. В связи с этим вопросы транзита имеют важное значение для России. Большая часть газа проходит через Украину, экономика которой находится в состоянии кризиса.

Часть газа в Европу уже транспортируется по трубопроводу Северный поток через Балтийское море непосредственно в Гер-

10