Лапидус и др. Газы 2 части

А 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