Лапидус и др. Газы 2 части
.pdfА Л . ЛАПИДУС, И.А. ГОЛУБЕВА, Ф.Г. ЖАГФАРОВ
ГАЗОХИМИЯ
Допущено Учебно-методическим объединением по образованию в области химической технологии и
биотехнологии в качестве учебного пособия для подготовки дипломированных специалистов по направлению 655000 - Химическая технология органических веществ и топлива специальности:
250100 Химическая технология органических веществ
250400 Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов
бакалавров по направлению 550800 - Химическая технология и биотехнология
(второй уровень профессионального высшего образования)
ЩтжрШшНефгеГаз
Москва - 2008
УДК 661(075.8) ББК 35.513 я73 Л24
JI24 ГАЗОХИМИЯ Учебное пособие. - М: ЦентрЛитНефтеГаз. - 2008. - 450 с. - (Серия «Высшее нефтегазовое образование») ISBN 978-5-902665-31-1
Рецензенты:
- д-р техн. наук, проф., чл.-корр.РАЕН, ректор Ухтинского гос.техн.ун-та, Н.Д. Цхадая
-д-р хим. наук, проф, заведующий отделом Института нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН,
В.Ф. Третьяков
Книга представляет собой первое учебное пособие по газохимии, написанное отечественными авторами. В нем впервые дано систематическое изложение современных достижений и воззрений в этой области, начиная с подготовки природных газов к переработке до его химической переработки.
В учебном пособии рассматривается значение природных газов в экономике и энергетике, состав углеводородных газов, их физические и химические свойства, современное состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности в России и за рубежом. Описаны основные направления использования и переработки природных газов: осушка и очистка газов, методы разделения их на компоненты, переработка компонентов природных газов в ценные химические продукты.
Учебное пособие предназначено для студентов, проходящих подготовку по специальностям 250100 - Химическая технология органических веществ и 250400 - Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов, а также специалистов, занимающихся вопросами переработки и использования природного газа. Материалы учебного пособия могут быть рекомендованы также для включения в курсы лекций, читаемых студентам и магистрантам химических специальностей, они могут представлять интерес и для широкого круга читателей.
Издание подготовлено на кафедре Газохимии Российского
Государственного Университета нефти и газа им. И.М. Губкина.
Авторы:
A.J1. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров
ISBN 978-5-902665-31-1 |
© ЦентрЛитНефтеГаз, 2008 |
|
© А.Л. Лапидус, И.А. Голубева, |
|
Ф.Г. Жагфаров, 2008 |
Оглавление.................................................................................................................................... |
_3- |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
|
|
|
Стр. |
Предисловие |
|
12 |
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ |
|
|
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ |
РАЗВИТИЯ |
|
ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ |
ПРОМЫШ |
|
ЛЕННОСТИ |
|
15 |
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИРОД |
|
|
НЫХ ГАЗАХ |
|
|
1.1. Значение природных газов в экономике |
15 |
|
Основные источники энергии, ресурсы и добыча |
15 |
|
Энергетика - основа мировой экономики. Природные |
|
|
энергоносители-нефть, природные газы, твердые ор |
|
|
ганические вещества |
|
|
Общие сведения о происхождении углеводородных |
|
|
газов |
|
21 |
Нетрадиционные ресурсы природного газа. Газовые |
|
|
гидраты |
|
23 |
Сырьевая база газопереработки в России |
|
28 |
1.2. Состав и свойства природных газов и газоконден |
|
|
сатов |
|
37 |
Состав природных газов и газоконденсатов |
37 |
|
Газы газовых месторождений, попутные газы, газы |
|
|
газоконденсатных месторождений, газоконденсаты. |
|
|
Физические и химические свойства компонентов |
|
|
природных газов |
|
43 |
Метан, источники, физико-химические свойства |
48 |
|
1.3. Транспортировка природных газов |
|
50 |
Трубопроводный транспорт газа |
|
50 |
Историяразвития магистрального транспорта газа. |
|
|
Современное состояние и перспективы развития. |
|
|
Общее устройство системы магистрального транс |
|
|
порта газа. |
|
|
Транспортировка сжиженного природного газа |
55 |
|
Производство синтетических жидких топлив из при |
|
|
родного газа, их транспортировка и использование. |
57 |
- 4- |
АЛ. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМКЯ |
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИС |
|
ПОЛЬЗОВАНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ПРИРОД |
|
НЫХ ГАЗОВ |
61 |
2.1. Основные направления переработки природных |
|
газов в России и за рубежом |
61 |
Энергетическое использование природного газа. |
61 |
Использование газа в качестве топлива. Переработ |
|
ка природного газа в синтетические жидкие топли |
|
ва. Характеристика синтетических жидких топлив. |
|
Рынок синтетических жидких топлив. |
|
Реализованные и перспективные химические процес |
|
сы переработки природного газа |
68 |
2.2. Современное состояние газопереработки в России |
77 |
Газоперерабатывающие предприятия России |
77 |
Астраханский газоперерабатывающий завод |
|
Оренбургский газоперерабатывающий завод |
|
Оренбургский гелиевый завод |
|
Сосногорский газоперерабатыващий завод |
|
Западно-Сибирдкий перерабатывающий комплекс. |
|
Уренгойское управление подготовки газового конден |
|
сата. Сургутский завод стабилизации конденсата. |
|
Основные продукты первичной переработки природ |
|
ных газов |
95 |
Перспективы развития газоперерабатывающих пред |
|
приятий России |
97 |
2.3. Требования к качеству товарного природного газа |
|
и продуктов газопереработки |
105 |
Требования к качеству товарных газов |
105 |
Показатели качества ШФЛУ |
106 |
Показатели качества сжиженных газов и стабильного |
|
конденсата |
108 |
Заключение по первой части |
108 |
Литература к первой части |
109 |
ЧАСТЬ ВТОРАЯ |
|
ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА УГЛЕВОДОРОД |
|
НЫХ ГАЗОВ |
111 |
Оглавление................................................................................................................................ |
|
|
-5 - |
ГЛАВА 3. ПОДГОТОВКА ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ |
|
||
К ПЕРЕРАБОТКЕ |
|
|
111 |
3.1. Очистка газов от механических примесей |
|
111 |
|
Источники и негативные последствия присутствия в |
|
||
газах примесей |
|
|
111 |
Методы очистки газов от механических примесей |
112 |
||
Устройства для механической очистки газов от твер |
|
||
дых частиц |
|
|
ИЗ |
Пылеосадительные камеры. Инерционные |
пылеуло |
|
|
вители. Центробежные обеспыливающие устройст |
|
||
ва (циклоны). |
|
|
|
Аппараты мокрой очистки газов от твердых частиц |
116 |
||
Промывные башни. Скоростные газопромыватели. |
|
||
Барботажные и пенные аппараты |
|
|
|
Фильтры |
|
|
118 |
Тканевые фильтры. Зернистые фильтры. |
|
|
|
Электрофильтры |
|
|
122 |
3.2. Осушка природных углеводородных газов |
|
123 |
|
Общие положения |
|
|
123 |
Методы осушки природных газов |
|
125 |
|
Осушка охлаждением. Абсорбционная осушка. Осуш |
|
||
ка газа впрыском гликоля. Факторы, влияющие на |
|
||
процесс абсорбционной |
осушки. Адсорбционная |
|
|
осушка. |
|
|
|
3.3. Очистка газов от химических примесей |
|
137 |
|
Характеристика химических примесей |
|
137 |
|
Методы очистки газов от кислых компонентов |
140 |
||
Абсорбционные методы. |
Адсорбционные |
методы. |
|
Каталитические методы. |
|
|
|
Очистка газов от диоксида углерода |
|
141 |
|
Физическая абсорбция. Хемосорбционные |
методы. |
|
|
Адсорбционные методы. Каталитическое гидриро |
|
||
вание. |
|
|
|
Очистка газов от сероводорода. |
|
145 |
|
Хемосорбционные процессы очистки. Процессы очи |
|
||
стки газов физической абсорбцией. Абсорбция ком |
|
||
бинированными поглотителями. Адсорбционные ме |
|
||
тоды очистки. Очистка газа окислительными аб |
|
||
сорбционными методами. Микробиологические ме- |
|
- 6- |
А.Л. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ |
тоды. Метод фотохимического разложения серово дорода. Мембранный метод очистки газов от кис лых компонентов. Очистка газов с помощью плазмы.
Очистка газов от меркаптанов |
178 |
Абсорбционные методы. Адсорбционные |
методы. |
Каталитические методы очистки.
3.4. Производство серы из сероводородсодержащих |
183 |
газов |
|
Химия и технология процесса «Клауса» |
184 |
Доочистка отходящих газов процесса Клауса |
186 |
Процессы, основанные на продолжении реакции |
|
Клауса. Процессы каталитической гидрогенизации |
|
S02 и других серосодержащих соединений с получе |
|
нием сероводорода. Процессы, основанные на окис |
|
лении всех сернистых соединений до S02. Дегазация |
|
серы. |
|
Товарные формы, области применения серы. |
193 |
Комовая сера. Жидкая сера. Формованная сера. Гра |
|
нулированная сера. Молотая сера. Коллоидная сера. |
|
Специальные виды серы.
Применение серы. Проблемы сбыта серы. Новые об ласти применения серы.
ГЛАВА 4. РАЗДЕЛЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДНЫХ
ГАЗОВ |
198 |
4.1. Извлечение жидких углеводородных компонентов |
198 |
из природных газов |
|
Низкотемпературная сепарация (НТС) |
198 |
Промышленная реализация процесса НТС. Основные факторы, влияющие на процесс НТС. Газожидкост ные сепараторы.
Методы извлечения углеводородов С2-С5 из природ
ных газов |
206 |
Компрессионный, абсорбционный метод, |
маслоаб |
сорбционный (МАУ). Низкотемпературная абсорб |
ция (НТА). Адсорбционный. Низкотемпературная конденсация и низкотемпературная ректификация.
4.2. Процессы разделения углеводородных газов |
215 |
Способы получения холода |
216 |
Оглавление. |
- 7- |
Способы получения умеренного холода. Способы по лучения глубокого холода.
Основные низкотемпературные процессы разделения
углеводородных газов |
224 |
Низкотемпературная абсорбция (НТА). Низкотем |
|
пературная конденсация (НТК). Низкотемператур |
|
ная ректификация (НТР). Низкотемпературная ад |
|
сорбция (НТ-адсорбция). |
|
Мембранные методы концентрирования и разделения |
|
газов |
237 |
4.3. Методы получения гелия из природных газов |
240 |
Общая характеристика методов |
240 |
Методы получения гелиевого концентрата |
242 |
Криогенный, адсорбционный, гидратообразование, |
|
мембранный. |
|
Концентрирование гелия |
248 |
Ожижение гелия |
249 |
ГЛАВА 5. СТАБИЛИЗАЦИЯ И ПЕРЕРАБОТКА |
|
ГАЗОВЫХ КОНДЕНСАТОВ |
249 |
5.1. Стабилизация газового бензина |
250 |
5.2. Стабилизация сырого газового конденсата, выно |
|
симого газом из скважины |
252 |
5.3. Очистка газовых конденсатов от сернистых со |
|
единений |
253 |
Характеристика сернистых соединений газоконден |
|
сатов. |
253 |
Очистка топливных фракций от меркаптанов. |
254 |
Гидроочистка газоконденсатов. Адсорбционная очи |
|
стка. Экстракционная очистка. |
|
5.4. Переработка газовых конденсатов в товарные то |
|
плива |
256 |
Производство автомобильных бензинов |
256 |
Производство реактивных топлив |
257 |
Производство дизельных топлив |
258 |
Заключение по второй части |
258 |
Литература ко второй части |
260 |
- 8- |
,A.JI. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ |
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ |
|
ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА УГЛЕВОДО |
|
РОДНЫХ ГАЗОВ |
262 |
ГЛАВА 6. ТЕРМИЧЕСКИЕ И ТЕРМОКАТАЛИ |
|
ТИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ НИЗШИХ ПАРА |
|
ФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ |
262 |
6.1* Производство ацетилена из углеводородного сырья |
262 |
Получение ацетилена из природного газа |
264 |
Окислительный пиролиз. Гомогенный пиролиз. Элек |
|
трокрекинг метана. Регенеративный пиролиз. Пиро |
|
лиз в низкотемепрературной плазме. |
|
Получение ацетилена из карбида кальция |
273 |
Сравнение методов получения ацетилена |
273 |
Методы выделения ацетилена |
274 |
6.2. Производство низших олефинов |
275 |
Производство олефинов пиролизом |
277 |
Химизм процесса. Влияние различных факторов на |
|
процесс пиролиза. Особенности пиролиза низших па |
|
рафиновых углеводородов. Технологическое оформле |
|
ние процесса пиролиза. |
|
Поточная схема очистки и разделения газа пиролиза |
287 |
Компримирование и осушка газа пиролиза. Разделе |
|
ние газа пиролиза. Концентрирование этилена. Очи |
|
стка этилена от ацетилена. Выделение и концен |
|
трирование пропилена. Жидкие продукты пиролиза. |
|
Новые виды пиролиза |
299 |
Каталитический пиролиз. Пиролиз в присутствии |
|
гомогенных инициаторов. Гидропиролиз. Пиролиз в |
|
расплавленных средах. |
|
Основные направления использования олефиновых |
|
углеводородов. |
302 |
Высокомолекулярные соединения. |
|
Производство полиолефинов. Производство поли |
|
этилена низкой плотности при высоком давлении. Производство полиэтилена высокой плотности при низком давлении. Свойства и применение полиэтиле на. Производство полипропилена. Полимеризационные пластмассы. Полистирол. Производство блочно
Оглавление. |
- 9- |
го, эмульсионного, суспензионного полистирола.
Производство |
кислородсодержащих |
соединений |
на |
основе олефинов. |
|
|
|
6.3. Каталитическое дегидрирование |
парафиновых |
||
углеводородов С4-С5 |
|
313 |
|
Производство изобутилена |
|
315 |
|
Производство бутадиена |
|
318 |
|
Двухстадийное дегидрирование н-бутана. Односта |
|||
дийное дегидрирование н-бутана. Разделение кон |
|||
тактного газа дегидрирования. |
|
|
|
Производство 2-метилбутадиена-1,3 (изопрена) |
327 |
||
Дегидрирование изопентана и изопентенов. Получе |
|||
ние изопрена из 2-метилпропена и формальдегида. |
|
||
Основные направления использования изобутилена и |
|||
диеновых углеводородов |
|
331 |
|
Производство синтетических каучуков. Каучуки об |
|||
щего назначения. Каучуки специального назначения. |
|||
Другие пути применения |
|
|
|
6.4. Технология производства технического углерода |
|||
(сажи) |
|
|
333 |
Области применения и классификация саж |
334 |
||
Строение и свойства сажи |
|
338 |
|
Дисперсность. |
Структурность. Поверхность час |
тиц сажи и ее свойства. Элементный состав. Объ емный вес. Истинная плотность сажевых частиц. Теплопроводность. Электропроводность. Адсорбци онные свойства. Каталитические свойства.
Методы получения сажи |
342 |
Получение сажи термическим разложением. Полу |
|
чение сажи осаждением из диффузионного пламени. |
|
Получение сажи печным способом. Технология про |
|
изводства печной газовой сажи. |
|
Методы улавливания сажи |
346 |
Гранулирование сажи |
347 |
Уплотнение сажи |
347 |
Очистка сажи |
348 |
ГЛАВА 7. ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ |
|
ГАЗООБРАЗНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ |
348 |
- 10- |
А.Л. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ |
7.1. Окисление низших парафиновых углеводородов |
349 |
|||
Окисление метана |
|
|
351 |
|
Окисление углеводородов С2-С4 |
|
352 |
||
Окисление этана. Окисление пропана и бутана. |
|
|||
Механизм окисления углеводородов |
|
354 |
||
7.2. Синтез-газ и химические продукты на его основе |
356 |
|||
Методы получения синтез-газа |
|
356 |
||
Паровая конверсия метана. Углекислотная конвер |
|
|||
сия метана. Парциальное окисление метана. Техно |
|
|||
логическое оформление процесса конверсии природ |
|
|||
ного газа. Новые модификации процесса получения |
|
|||
синтез-газа. |
|
|
|
|
Производство жидких углеводородов на основе син |
|
|||
тез-газа |
|
|
|
369 |
Химизм процесса. Катализаторы. Железные, руте |
|
|||
ниевые, кобальтовые катализаторы. Промотирова- |
|
|||
ние катализаторов. Механизм процесса. Аппаратур |
|
|||
но-технологическое оформление. Процесс с непод |
|
|||
вижным слоем катализатора. Сларри-процесс. Про |
|
|||
дукты синтеза, их состав и качество. |
|
|||
Синтез метанола |
|
|
377 |
|
Основные области использования метанола. Свойст |
|
|||
ва метанола. Технологическое оформление процесса. |
384 |
|||
Получение формальдегида из метанола |
||||
Свойства формальдегида. Методы получения фор |
|
|||
мальдегида. Окисление природного газа и низших па |
|
|||
рафинов. Окислительная конверсия метанола. Полу |
|
|||
чение формальдегида |
дегидрированием метанола. |
|
||
Промышленные синтезы на основе формальдегида. |
|
|||
Получение |
уксусной |
кислоты карбонилированием |
|
|
метанола |
|
|
|
397 |
Получение метилтретбутилового эфира (МТБЭ) |
401 |
|||
Получение диметилового эфира (ДМЭ) |
404 |
|||
Получение альдегидов и спиртов методом оксосинте- |
406 |
|||
за (гидроформилированием) |
|
|||
Гидроформширование |
олефинов. |
Катализаторы |
|
|
гидроформилирования. Влияние основных факторов |
|
|||
на процесс |
гидроформилирования. |
Технологическое |
|
|
оформление процесса - схемы с термическим разло |
|