Лапидус и др. Газы 2 части

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности.

- 31-

голию. По оценке компании «Russia Petroleum» объем добычи и потребления газа в этих регионах может достичь к 2020 году

88 млрд. м3 (табл. 7).

Та б л и ц а 7. Объемы добычи газа в Восточной Сибири и

на Дальнем Востоке, млрд. м3

Показатели	2000 г.	2005 г.	2010 г.	2015 г.	2020 г.
Добыча	2,9	3,9	42,9	74,9	88,0
Потребление, в т.ч.	2,9	3,9	42,9	74,9	88,0
-внутри РФ	2,9	3,9	10,4	14,4	17,5
-на экспорт	-	-	32,5	60,5	70,5
Из них:			15,0	25,0	25,0
Китай	-	-
Япония	-	-	5,0	10,0	15,0
Ю.Корея	-	-	12,0	25,0	30,0
Монголия	-	-	0,5	0,5	0,5

Основные газодобывающие районы Северного Кавказа на­ ходятся в периоде падающей добычи, т.к. перспективные гори­ зонты располагаются, как правило, на больших глубинах. Наи­ более крупными месторождениями в этом районе являются Восточно - камышанское, Русский хутер, Степное, Солончаковье и ряд других.

К наиболее крупным газовым месторождениям в странах СНГ относятся: Шебелиновское (Украина), Газлинское (Узбекистан), Шатлыкское (Туркменистан), Карачаганакское (Казахстан).

Таким образом, развитие сырьевой базы для топливноэнергетического комплекса страны и для производства различ­ ных химических продуктов характеризуется двумя основными тенденциями:

-небольшим увеличением объемов добычи нефти при одно­ временном возрастании ее себестоимости из-за вложения значи­ тельных средств в разработку малопродуктивных и выработан­ ных месторождений и роста затрат на транспорт;

-стабильным ростом объемов добычи природного газа, ко­ торый используется в основном как бытовое и промышленное топливо.

- 32-	.A.J1. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ
Последнее	обстоятельство является серьезной предпосыл­

кой к тому, чтобы именно природный газ стал будущей сырье­ вой базой для производства химических продуктов.

Российская нефтеперерабатывающая промышленность, так же как и нефтяная, лишь в 1997г., после 10 лет падения, стаби­ лизировала объемы переработки нефти и производства основ­ ных нефтепродуктов. Помимо технического отставания от ми­ рового уровня, высокой степени изношенности оборудования, низкого качества получаемых нефтепродуктов нередки случаи нестабильности обеспечения отечественных нефтеперерабаты­ вающих заводов нефтью. С учетом требований к объемам и ка­ честву нефтепродуктов в перспективе не исключена ситуация, когда может возникнуть дефицит ряда нефтепродуктов и необ­ ходимость привлечения для компенсации возможного дефицита альтернативных моторных топлив, в том числе, сжатого и сжи­ женных газов.

Из более чем 760 отечественных месторождений природно­ го газа примерно половина вовлечена в промышленную разра­ ботку, но основную долю продукции дает небольшое число ме­ сторождений, относящихся к категории сверхгигантских, с запа­ сами более 1 трлн. м3 в каждом. Крупнейшие газовые месторож­ дения России представлены в табл. 8.

В то же время несколько сот месторождений с запасами ме­ нее 10 млрд. м3, значительная часть из которых расположена в европейской части России, не вовлечена в промышленную раз­ работку из-за отсутствия рентабельных технологий транспорти­ ровки или переработки их углеводородных ресурсов.

Крупнейшие отечественные месторождения природного газа в настоящее время находятся в северных районах Западной Сиби­ ри - Уренгойское, Медвежье, в Заполярье (полуостров Ямал), в Оренбургской области и Прикаспии (Астраханское).

Текущие разведанные ресурсы природного газа в России и СНГ остаются практически постоянными в течение нескольких лет из-за низкого уровня геологоразведочных работ.

Тем не менее, начальные потенциальные ресурсы традици­ онного газа России огромны и составляют 200-236 трлн. м3, т.е. в ее недрах сосредоточено не менее 45% потенциальных миро­ вых ресурсов. Структура отечественных месторождений по ве­ личине запасов примерно соответствует мировой. Хотя на ее

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности.

- 33-

территории расположены крупнейшие месторождения мира, почти половину составляют месторождения, относящиеся к категории мелких с запасами менее 10 млрд. м3 в каждом.

Т а б л и ц а 8. Крупнейшие газовые месторождения России

Название месторождений	Регион
Супергиганты:	Западная Сибирь
Уренгойское
Ямбургское	Западная Сибирь
Оренбургское	Волго-Уральский район
Заполярное	Западная Сибирь
Астраханское	дельта Волги
Бованенковское	п-в Ямал
Штокмановское	Баренцево море
Ковыктинское	Восточная Сибирь
Новопортовское	п-в Ямал
Харасавэйское	п-в Ямал
Гиганты:	Тимано-Печорская провинция
Вуктыльское
Медвежье	Западная Сибирь
Вынгапурское	Западная Сибирь
Надымское	Западная Сибирь
Ямсовейское	Западная Сибирь
Комсомольское	Западная Сибирь
Русановское	Западная Сибирь
Харампурское	Западная Сибирь
Крузенштернское	п-в Ямал
Среднее	Западная Сибирь

Место России в мире по запасам природного газа (разведан­ ным и доказанным) характеризуют данные, приведенные в табл. 9.

Большинство крупнейших газовых месторождений нахо­ дится в России (табл. 10).

Россия является мощной газовой державой, располагающей огромными запасами природных газов и газоконденсата. Но в настоящее время использование полезных компонентов газа в нашей стране не отвечает потенциальным возможностям сырье­ вой базы и не соответствует мировой практике.

- 34- •A.JI. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ

Т а б л и ц а		9.	Запасы природного газа в мире (разведанные
и доказанные) на конец года, трлн. м3
		1976г. 1988г 1998г. 1999г. 2000г. 2001г. 2002г. 2004г. 2005г.
США		5,80	5,30	4,74	4,65	4,74	5,02	5,19	5,29	5,45
Канада		1,67	2,69	1,81	1,81	1,73	1,69	1,70	1,60	1,59
Мексика		0,91	2,12	1,80	0,85	0,86	0,84	0,26	0,42	0,41
Всего
Северная
Америка		8,38	10,11	8,35	7,31	7,33	7,55	7,15	7,32	7,45
Венесуэла		1,16	2,90	4,04	4,04	4,16	4,18	4,19	4,22	4,32
Прочие		1,13	1,67	2,17	2,27	2,77	2,98	2,89	2,88	2,70
Всего	Юж­
ная Америка		2,29	4,57	6,21	6,31	6,93	7,16	7,08	7,10	7,02
Нидерланды		1,75	1,77	1,79	1,77	1,77	1,77	1,76	1,49	1,41
Норвегия		0,68	2,42	1,17	1,17	1,25	1,25	2,19	2,39	2,41
Великобри­
тания		0,76	0,64	0,77	0,76	0,76	0,73	0,70	0,59	0,53
Прочие		1,16	- 1,66	1,48	1,45	1,44	1,11	1,13	1,31	1,61
Всего
Европа		4,35	6,49	5,21	5,15	5,22	4,86	5,78	5,78	5,96
РФ		н.д.	н.д.	48,14	48,14	48,14	47,57	47,57	48,0	47,82
Азербай-		н.д.	н.д.	0,85	0,85	0,85	0,85	0,85	1,37	1,37
Казахстан		н.д.	н.д.	1,84	1,84	1,84	1,84	1,84	3,00	3,00
Туркмени­		н.д.	н.д.	2,68	2,86	2,86	2,86	2,01	2,90	2,90
стан				1,87	1,87	1,87	1,87	1,87	1,86	1,85
Узбекистан		н.д.	н.д.
Прочие		н.д.	Н.д.	1,32	1,14	1,14	1,15	1,12	1,11	1,11
Всего	бывш.
СССР		25,77	42,47	56,70	56,70	56,70	56,14	55,26	58,24	58,05
Иран
		14,16	14,00	23,00	23,00	23,00	23,00	23,00	27,50	26,74
Ирак						з,и		з,и
Катар		0,79	2,69	3,11	3,11		3,11		3,17	3,17
		1,13	4,44	8,49	8,49	11,15	14,00	14,40	25,78	25,78
Саудовская
Аравия		2,73	4,30	5,39	5,79	6,05	6,22	6,36	6,75	6,90
Прочие
		1,87	8,04	9,54	9,13	9,21	9,58	9,19	9,63	9,54

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности.

Продолжение таблицы 9

1976г 1988г. 1998г. 1999г. 2000г. 2001г. 2002г. 2004г. 2005г.

Всего
Ближний и
Средний				49,52	52,52	55,91	56,06	72,83	92,13
Восток	20,68	33,47	49,53
Алжир	2,97	2,95	3,69	4,52	4,52	4,52	4,52	4,55	4,58
Нигерия	1,19	2,41	3,51	3,51	3,51	3,51	3,51	5,00	5,23
Прочие	1,11	1,81	3,02	3,13	3,13	3,15	3,81	4,51	4,58
Всего	5,27	7,17	10,22	11,16	11,16	11,18	11,84	14,06	14,39
Африка
Китай	0,71	0,90	1,37	1,37	1,37	1,37	1,51	2,23	2,35
Индонезия	0,68	2,37	2,05	2,05	2,05	2,62	2,62	2,56	2,76
Малайзия	0,48	1,46	2,31	2,31	2,31	2,12	2,12	2,46	2,48
Прочие	2,24	2,99	4,44	4,55	4,60	6,16	6,36	6,96	7,25
Всего АТР	4,11	7,72	10,17	10,28	10,33	12,27	12,61	14,21	14,84
Итого по
миру	70,85	112,00	146,39	146,43	150,19	155,07	155,78	179,54	179,84

Т а б л и ц а 10. Крупнейшие газовые месторождения мира

Ш о	Название, страна	Запасы, млрд. м3	Год открытия
1	Северное (Катар)	10640	1971
2	Уренгойское (Россия)	10200	1966
3	Ямбургское (Россия)	5242	1969
4	Бованенковское (Россия)	4385	1971
5	Заполярное (Россия)	3532	1965
6	Южный Парс (Иран)	2810	1991
7	Штокмановское (Россия)	2762	1988
8	Арктическое (Россия)	2762	1968
9	Астраханское (Россия)	2711	1973
10	Гронинген (Голландия)	2680	1959
11	Хасси Р'Мель (Алжир)	2549	1956
12	Медвежье (Россия)	2270	1967
13	Панхэндл Юготон (США)	2039	1910
14	Оренбургское (Россия)	1898	1966
15	Доулетбадское (Туркмения)	1602	1974

Компания Газпром занимает первое место по запасам газа среди мировых нефтегазовых компаний (табл. 11).

За рубежом действует более 1500 заводов по переработке природного и попутного нефтяного газа и газовых конденсатов, на которых ежегодно вырабатывается более 160 млн. т продук­

- 36-

А.Л. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ

ции, в т.н. 21 млн. т этана, около 18 млн. т пропана и 14 млн. т бутанов. При этом наблюдается устойчивая тенденция увеличе­ ния производства указанных продуктов и их использования в качестве химического сырья. В России - порядка 25 заводов.

Т а б л и ц а 11. Крупнейшие по запасам газа мировые нефтегазовые компании (трлн. м3 на 1.1.2005 г.)

№№ п/п	Компания	Запасы
1	ОАО «Газпром» (Россия)	33,4
2	Иранская нац. нефт. компания	27,5
3	Нефтяная компания Катара	25,8
4	Нефтяная компания Абу-Даби	6,0
5	Сауди Арамко (Саудовская Аравия)	6,0
6	Нефтяная компания Нигерии	5,0
7	«Сонатрак» (Алжир)	4,5
8	Нефтяная компания Венесуэлы	4,2
9	Иракская нац. нефт. компания	3,1
10	«Пертамина (Индонезия)	2,6
11	«Петронас» (Малайзия)	2,5

По современному уровню потребления прогрессивных хи­ мических материалов на душу населения, отставание России от других стран мира стало угрожающим. Для примера: в США на 1 чел. потребляется 148 кг пластмасс и синтетических смол, а в России - 11 кг; синтетических волокон и нитей соответственно 17,7 и 0,9 кг, синтетических моющих средств 13,2 и 2,3 кг, лако­ красочных материалов - 19,2 и 3,2 кг. В настоящее время в Рос­ сии производится 4 кг полиэтилена на 1 чел, в то время как в Германии 25 кг/чел, а в США - 28 кг/чел.

В балансе конструкционных материалов доля прогрессив­ ных пластмасс в России на порядок ниже, чем в США или дру­ гих развитых странах. А ведь показатель доли пластмасс в структуре конструкционных материалов является одним из ин­ дикаторов степени развития экономики.

Из-за того, что основная часть продуктов для производства синтетических материалов и органических химических продук­ тов базируется на сырье, получаемом на НПЗ, и в связи с недос­

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности.

- 37-

таточным ростом в нефтеперерабатывающей промышленности, стабилизация и дальнейший рост производства высокоэффек­ тивной химической продукции может сдерживаться из-за не­ хватки ресурсов углеводородного сырья с НПЗ, в первую оче­ редь, прямогонных бензиновых фракций.

Поэтому проблема надежного снабжения предприятий неф­ техимической и химической промышленности углеводородным сырьем может быть решена привлечением природных газов и газоконденсатов, учитывая, что Россия располагает самыми большими в мире разведанными запасами природного газа, из которых значительная часть представлена запасами этансодер­ жащего природного газа.

1.2. Состав и свойства природных газов и газоконден­ сатов

Состав природных газов и газоконденсатов

Все углеводородные газы по их происхождению можно разделить на две большие группы: природные газы и газы неф­ теперерабатывающих заводов.

Природные газы - это газы, добываемые непосредственно из земных недр, в зависимости от условий залегания они имеют различный состав. Углеводородные природные газы могут быть извлечены из месторождений трех типов: чисто газовых, нефтя­ ных и газоконденсатных.

Газы чисто газовых месторождений (к ним чаще всего применимо название сухой газ), в основном состоят из метана, содержание которого достигает 98%. Для ряда месторождений содержание парафинов С2-С4 составляет 1,5-7,0%

Попутные газы - газообразные углеводороды, сопровож­ дающие сырую нефть, в условиях пластового давления раство­ ренные в нефти и выделяющиеся в процессе ее добычи. Эти га­ зы содержат 30-80% метана, 10-26% этана, 7-22% пропана, 4-7% бутана и изобутана, 1-3% н-пентана и высших н-алканов. В этих газах содержатся также сероводород, диоксид углерода, инертные газы.

- 38-

.А.Л. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ

Газы газоконденсатных месторождений по составу близ­ ки к попутным газам, но выносят на поверхность в сконденсиро­ ванном виде в небольших количествах (50-500 г/н.куб.м. газа) бо­ лее тяжелые углеводороды (конденсаты), кипящие до 200-300°С.

Газы нефтеперерабатывающих заводов - это легкие уг­ леводороды, образовавшиеся при переработке нефти в результа­ те деструктивных процессов (пиролиз, термический и каталити­ ческий крекинг, коксование, каталитический риформинг). Эти газы содержат насыщенные и, в отличие от природных газов, нена­ сыщенные углеводороды С2-С5, а также водород и сероводород.

Вучебном пособии рассматриваются вопросы переработки только природных газов.

Втабл. 12 приведен состав природных газов основных га­ зовых и газоконденсатных месторождений. Общее, что характе­ ризует газы чисто газовых месторождений - высокое содержа­ ние метана от 75 до 98% и соответственно высокая теплота сго­

рания, достигающая 11900 ккал/кг. Содержание тяжелых угле­ водородов (С5 и выше) невелико /0,02 - 0,20% (об)/. Большинст­ во газов содержит 1-5% (об) неуглеводородных примесей: инертные газы (азот и диоксид углерода) и сероводород. Кроме этих примесей, природные газы газовых и газоконденсатных месторождений могут содержать в небольших количествах ге­ лий, аргон, сероуглеродные (COS и CS2), а также сероорганиче­ ские - меркаптаны (RSH) - соединения. Природные газы обыч­ но или не содержат сероводород или содержат его в незначи­ тельных количествах - на уровне долей процента. Однако газы трех крупных газоконденсатных месторождений - Оренбургско­ го, Карачаганакского и особенно Астраханского - содержат его в значительных количествах /от 1,7 до почти 25% (об)/. Это серь­ езно осложняет переработку этих газов, но дает возможность получить ценный продукт - серу. Производство серы из газов Астраханского газоконденсатного месторождения достигает 5% от мирового производства этого продукта. Соотношение от­ дельных компонентов природных газов может меняться в широ­ ких пределах, что оказывает влияние на выбор поточной схемы газоперерабатывающего завода.

Состав попутных газов сложнее - большинство из них со­ держит углеводороды С6 и выше, содержание метана может ко­ лебаться в очень широких пределах - от 5 до 83%. В состав по­

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности.

- 39-

путных нефтяных газов входят, кроме метана, этан, пропан, н- и изобутаны, н- и изопентаны, гексан и т.д., а также сероводород, меркаптаны, углекислый газ, азот, гелий. Попутные нефтяные газы содержат наибольшее количество тяжелых углеводородов. Эти газы содержат значительные количества этана, пропана, бутанов, являющихся ценным сырьем для газохимии. Их ресур­ сы весьма велики, так как средний газовый фактор нефтяных месторождений России 95-112 куб. м/т. Газовым фактором на­ зывается количество попутных газов в куб м, приходящееся на 1 т добытой нефти. В табл. 13 приведен состав нефтяных (по­ путных) газов некоторых нефтяных месторождений РФ и стран СНГ, а в табл. 14 - месторождений Башкортостана.

Углеводороды попутных нефтяных газов служат для полу­ чения топливного сухого газа (главным образом, метан и этан), сырья для получения этилена (этановая фракция), сжиженных газов (пропан, изобутан и н-бутан), стабильного газового бензи­ на (более тяжелые углеводороды - так называемый конденсат).

По содержанию тяжелых углеводородов (С3 и выше) по­ путные нефтяные газы делятся на "тощие" — менее 50 г/м3, "жирные" — более 150 г/м3 и промежуточные 50-150 г/м3. По теплотворной способности газы классифицируются следую­ щим образом: имеющие теплотворную способность менее 2500 ккал/м3 считаются низкокалорийными, от 2500 до 5000 ккал/м3 — среднекалорийными и более 5000 ккал/м3 — высококалорийными.

Плотность природного газа зависит от его состава, давления и температуры. При стандартных условиях, используемых в га­ зовой промышленности, т.е. при давлении 760 мм. рт. ст. и тем­ пературе 20°С, плотность природного газа составляет примерно 0,7 кг/м3. Если учесть, что плотность воздуха при тех же условиях равна 1,204 кг/м3, то становится ясно, что природный газ в 1,5 раза легче воздуха. В практическом плане это обстоятельство важно тем, что при разрыве газопровода столб газа (возможно горящего) устремляется вверх, а не растекается по земле.

Природный газ лишен запаха, а тот привычный неприятный запах, который мы все знаем, это запах специального одоранта (меркаптанов), вносимого в газ для того, чтобы чувствовать его присутствие в воздухе. Смесь газа с воздухом взрывоопасна. Она воспламеняется волной сжатия, отчего процесс горения но­ сит быстрый взрывной характер, называемый детонацией. Пре­ дел взрываемости (концентрация СН4 в воздухе) 5-15 % об.

- 40-
	со	+
месторождений	Выход	00
		конден­	г/м3сата,
	.	д
	О* о			•
	<L>w
	о	Я JS
газоконденсатных	О	Й ^
	Плот­	ность,	сл	0,21 0,724
			кг/м3
			(N
			О
			и
и			<ч
			Д
некоторыхгазовгазовых	компонентов,Содержание% об		(N	1,09
			д
			<N
			д
			и
			о
			д
			и
			00
			д
природныхСостав			и	97,880,82
			£
			и
			а?
			и
Та б л и ц а 12.		Месторождения		Уренгойское,	Зап. Сибирь

..А.Л. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ

00		•			106	74		159	•	00			30
VO -			Os
о	2	1	-75100			350-400		260-270		15-20	20-25		10-15
(N					i
<Ni									•
О	vA
о
|		00
0,870	0,724		0,862		<N	0,838			•	0,755	0,759		0,782
		©			О
		го			VO			i
					Os
11	0,22	o'	0,60		гоо	о"		21,55	5,00	0,16	1,20		0,09
WQ
		о				о
		vn
1								22,50
1		1			о г				3,62	0,07	■		•
о	1,00	0,40	4,80		22.94	5,10		00	as	2,30	1,75		1,50
о									©"
as									r-
оо	о	i	1,50		•	0,30		2,58	0,27	0,22	о		0,21
о	o '										o'
(N	0,02	■	0,80		2.60	0,60		1,06	0,81	0,32	0,07		0,20
©
tn	0,01	0,04	1,70		ON	2,00		0,93	со	0,27	0,20		1,15
									<N
го
00 Г"		0,06	3,80		5.20	7,40		1,92	5,33	2,06	1,63		3,90
VO о"
00	98,56	99,00	о		66*99	о		47,48	82,05	94,60	95,05		92,95
			00			00
гог			VO
vn
			кЭоенбулгское. |Оренбургскаяобласть		и					Газлинское,Узбекистан
					t
					я
!»	Медвежье	Мессояхское		l	£ %		Астраханское,	Астраханскаяобл.	Карачаганакское, Казахстан		Шатлыкское. Туркменистан	Шебелинское,	Украина
					i	PQ i
				г	0I
I				g	:	и
«

и