Лапидус и др. Газы 2 части

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности

-71 -

Рис. 4. Основные промышленные продукты на основе матанола, их рыночные цены (долл/т)

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

На базе синтез-газа можно получить искусственное жидкое топливо по реакции Фишера-Тропша, о чем упоминалось в раз­ деле 2.1. Этот метод был впервые реализован в Германии на ос­ нове оксида углерода и водорода, получаемых из угля. С появ­ лением на мировом рынке дешевой нефти получение искусст­ венного жидкого топлива почти повсеместно было приостанов­ лено. Однако в 50-х годах XX века производство моторных топ­ лив из СО и Н2 на железных катализаторах было организовано в ЮАР, где фирмой «Сасол» построено три комплекса общей мощностью более 4 млн. т. в год.

Синтез-газ получают газификацией угля. В то же время на заводе фирмы Петроса (ЮАР) по этому же методу получают синтетическое жидкое топливо (СЖТ) из природного газа (через синтез-газ).

Установка мощностью 50 тыс. т. в год работала в Новочер­ касске (Россия) с использованием кобальтового катализатора, созданного в Российской Академии Наук (чл.-корр. РАН А.Л. Лапидус).

Крупными потребителями синтез-газа являются также про­ цессы карбонилирования, преимущественно оксосинтез, а также синтез аммиака'.

Одним из важных продуктов, получаемых на основе синтезгаза, является диметиловый эфир, который может быть исполь­ зован для химических синтезов и как дизельное топливо. В свя­ зи с ужесточением требований к охране окружающей среды за­ прещено применение в качестве антидетонационной добавки к бензинам тетраэтилсвинца. Поэтому возрастают объемы ис­ пользования различных кислородсодержащих соединений в ка­ честве высокооктановых компонентов топлив. Метил-трет- бутиловый эфир (МТБЭ), о котором мы уже упоминали, являет­ ся одной из наиболее широко применяемых высокооктановых добавок, однако его производство сдерживается дефицитом од­ ного из сырьевых компонентов - изобутилена и высокой стои­ мостью. Диметиловый эфир (ДМЭ), который также используют для повышения октанового числа автомобильных бензинов и в качестве дизельного топлива, может быть получен на базе при­ родного газа. На первой стадии из природного газа получают синтез-газ, на второй - метанол, на третьей - дегидратацией ме­ танола получают диметиловый эфир. Такой трехстадийный про­

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности.

- 73-

цесс сложен и дорог. Недавно показана принципиальная воз­ можность одностадийного получения ДМЭ из синтез-газа в мяг­ ких условиях с высокой селективностью. ДМЭ может быть ис­ пользован в качестве экологически чистого и всесезонного (не замерзающего) заменителя дизельного топлива. Технология по­ лучения ДМЭ разработана датской фирмой «Халдор Топсе». В России в Институте нефтехимического синтеза им. А.В. Топ­ чиева РАН также разработана технология производства ДМЭ (проф. А.Я. Розовский, проф. Ю.А. Колбановский).

Большой интерес представляют следующие химические синтезы на основе синтез-газа.

-Одностадийный синтез спиртов С1-С4. Их можно получить из синтез-газа на медьсодержащих катализаторах с выходом 2070%. Представляет интерес синтез из СО и Н2 изобутанола, раз­ работанный фирмой «БАСФ» (Германия).

-Гидроформилирование олефинов (оксосинтез) на метал­ локомплексных катализаторах с получением альдегидов и пер­ вичных спиртов.

-Производство уксусной кислоты карбонилированием ме­ танола, впервые осуществленное фирмами «БАСФ» (ФРГ) и «Монсанто» (США). В г. Северодонецке (Украина) на ПО «Азот» эксплуатируется модифицированный родиевый катализатор этого процесса, разработанный в ИОХ РАН A.JL Лапидусом.

-Олигомеризация этилена с оксидом углерода с получени­ ем сополимера нового класса.

-Карбонилирование пропилена в присутствии метанола с последующим дегидрированием полученного продукта и полу­ чением метилметакрилата, используемого для производства полиметилметакрилата.

-Окислительное карбонилирование бутадиена в присутст­ вии металлокомплексного катализатора с получением адипиновой кислоты.

-Получение этиленгликоля из синтез-газа. Это альтерна­

тивная технология обычной технологии получения этого про­ дукта - окислением этилена с последующей гидратацией оксида этилена, так как последняя характеризуется низкой селективно­ стью (менее 70%) и зависимостью от нефтяных источников сы­ рья. Разработана технология фирмой «Юнион Карбайд» (США), но процесс еще не готов к промышленному внедрению из-за вы­

- 74-

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

сокого давления, дороговизны родиевого катализатора и боль­ ших потерь при рециркуляции.

Как перспективные направления переработки синтез-газа следует отметить:

-производство винилацетата карбонилированием метилацетата; -производство уксусного ангидрида двухстадийным мето­ дом через стадию карбонилирования метилацетата или паро­ фазным карбонилированием диметилового эфира и метилацетата; -производство изоцианатов и карбаматов карбонилировани­

ем нитросоединений; -получение диметилкарбоната окислительным карбонили­

рованием метанола; -получение ацетальдегида карбонилированием метанола;

-получение дифенилкарбоната окислительным карбонили­ рованием фенола.

Большой интерес представляет также переработка низших ненасыщенных углеводородов, получаемых при пиролизе или дегидрировании углеводородов природных газов, в полимерные материалы: полиолефины и пластмассы на их основе, синтети­ ческие каучуки.'

Широкие возможности открываются в использовании этан­ содержащего газа: получение из него этилена пиролизом, а на его основе - полиэтилена, а также этиленгликоля, винилхлорида, винилацетата, стирола и различных полимерных материалов на основе этих производных. На рис. 5 показаны различные хими­ ческие продукты, получаемые на основе этилена, и их ценостные характеристики, демонстрирующие возрастание стоимости производных этилена по мере углубления его переработки. Цены продуктов приведены в правом верхнем углу каждого квадрата.

Перспективы развития газоперерабатывающей отрасли в целом связаны, в значительной степени, с добычей и переработ­ кой этансодержащего газа, добываемого предприятиями ОАО «Газпром». Анализ сырьевой базы ОАО «Газпром» пока­ зывает, что имеется большой резерв для развития действующих и создания новых ГХК, использующих в качестве сырья легкие углеводороды. Все более актуальной становится задача более полного извлечения всех целевых продуктов, входящих в состав природного газа и их комплексное, рациональное и квалифици­ рованное использование потребителями.

Рис. 5 Продукты, получаемые на основе этилена, и их цены на мировом рынке (долл./т)

Перспективы развития газохимии связаны также с увеличе­ нием объемов переработки жидких углеводородов - газового конденсата.

- 76-

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

Дальнейшее совершенствование технологии переработки газового конденсата на предприятиях ОАО «Газпром» должно быть направлено на улучшение экологических свойств автобен­ зинов и дизельного топлива, что позволит им приблизиться к мировым стандартам. По автобензинам - это снижение содер­ жания бензола и других ароматических углеводородов, умень­ шение давления насыщенных паров и использование добавок кислородсодержащих соединений. По дизельному топливу - снижение содержания сернистых и ароматических соединений, повышение цетанового числа.

Для выполнения поставленной задачи потребуется использо­ вание современных катализаторов для гидроочистки и риформинга, а также присадок различного функционального назначения.

Получение моторных топлив из газа, замена жидких угле­ водородов, применяемых в качестве сырья в нефтехимии, на природный газ и другие источники газообразного углеводород­ ного сырья необходимо рассматривать в перспективе как задачу по использованию части объема добываемого природного газа не в качестве топлива, а в виде готового продукта.

ВРоссии утйлизация низконапорных газов, сжигаемых на факелах, не получила распространения, в то время как в зару­ бежных странах в этом направлении накоплен значительный опыт. Одной из причин недостаточно высокой степени утилиза­ ции попутного газа в районах Западной Сибири являются труд­ ности с использованием сжиженного нефтяного газа (СНГ).

Вближайшие годы в газовой отрасли будут появляться «выработанные» газовые и нефтегазоконденсатные месторож­ дения. Запасы неизвлеченного газа будут исчисляться десятка­ ми, а позже и сотнями миллиардов кубических метров.

Организация рационального использования остаточных низконапорных запасов таких месторождений путем строитель­ ства непосредственно на месторождениях малотоннажных (ма­ логабаритных) установок химического, энергетического и дру­ гого профиля позволит получить дополнительные объемы то­ варной продукции.

Всвязи с возрастающими объемами производства газовой се­ ры важны работы по получению новых серосодержащих соедине­ ний (индивидуальные меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, при­ садки к маслам, строительные и дорожные материалы и т.п.).

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности.

- 77-

Для реализации поставленных задач по развитию дейст­ вующих и созданию новых газоконденсатоперерабатывающих мощностей необходимо проведение ряда мероприятий:

1.Реконструкция действующих мощностей газоконденсато­ перерабатывающих предприятий с насыщением их вторичными процессами, улучшающими качество товарной продукции, по­ вышением глубины извлечения целевых компонентов и сокра­ щением вредных выбросов.

2.Создание газоперерабатывающих и газохимических про­ изводств на базе сырьевых ресурсов крупных газоконденсатных месторождений Западной Сибири с получением полимерной и другой химической продукции.

3.Организация строительства установок по утилизации низконапорных газов с производством фракций С3-С4, С5+ и то­ варного газа.

4.Организация производств синтетических жидких углево­ дородов из природного газа.

5.Расширение ассортимента серосодержащей продукции и модификаций элементарной серы на базе газовой серы Орен­ бургского и Астраханского ГПЗ.

2.2.Современное состояние газопереработки в России

Газоперерабатывающие предприятия России

В России в настоящее время функционируют порядка 25 ГПЗ. Большая часть из них принадлежит Газпрому, часть - вхо­ дит в состав СИБУР-Тюмень, часть принадлежит нефтяным ком­ паниям: ЛУКОЙЛ, Башнефть, Роснефть, Татнефть и др.

Основное назначение газоперерабатывающих заводов - разделение газовых и газожидкостных смесей, поступающих на завод с промыслов, их осушка и очистка от нежелательных ком­ понентов.

С газоконденсатных месторождений газ и конденсат могут транспортироваться по магистральным трубопроводам одним или раздельными потоками. Например, на Астраханский ГПЗ газ и конденсат поступают объединенным потоком, и жидкая

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

- -

фаза отделяется сепарацией уже непосредственно на заводе. На Оренбургский ГПЗ по отдельным трубопроводам поступают газ и нестабильный конденсат, а на заводе осуществляется механи­ ческая сепарация газа с последующей его очисткой, разделени­ ем и стабилизацией конденсата.

На Оренбургском ГПЗ - три очереди. Они, в основном, ана­ логичны друг другу. Отличаются, главным образом, тем, что на первых двух очередях отсутствует установка низкотемператур­ ной масляной абсорбции, но на второй очереди присутствуют установки адсорбционной осушки и очистки газа от меркапта­ нов на цеолитах, а на первой очереди - установка получения одоранта. В целом каждая очередь завода - это завершенный технологический цикл, в котором осуществляется переработка газа - сепарация, очистка от нежелательных компонентов, осуш­ ка, вплоть до получения товарных продуктов.

Примерно тот же набор процессов характерен для наиболее старого ГПЗ - Сосногорского. Отличительной особенностью Сосногорского ГПЗ является производство технического угле­ рода. Переработка нефтяных газов на газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) сводится к выделению из газа стабильного газо­ вого бензина, сжиженных газов и технических индивидуальных углеводородов, а также гелия. Переработка попутных нефтяных газов включает следующие процессы: осушку газов от воды, очистку от сероводорода, углекислого газа и механических примесей, отбензинивание, разделение нестабильного бензина, вырабатываемого на заводе и полученного извне, с получением стабильного газового бензина, сжиженных и индивидуальных углеводородов и т.д.

Поточные схемы различных ГПЗ отличаются перечнем ис­ пользуемых процессов, ассортиментом выпускаемой товарной продукции, но во всех случаях представляют самостоятельные комплексы, обеспечивающие не только переработку сырья до товарных продуктов, но и предусматривающие получение на месте всех основных реагентов - абсорбентов, хладагентов, теп­ лоносителей и т.д. Принципиальное отличие Оренбургского и Астраханского ГПЗ от остальных заводов - наличие производ­ ства газовой серы из выделенного в процессе очистки природ­ ного газа сероводорода по методу Клауса, а на Оренбургском заводе ещё и получение одоранта из смеси природных меркап­

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности.

- 79-

танов, полученных в процессе щелочной очистки газовых кон­ денсатов от меркаптанов.

Далее приводятся сведения о каждом из наиболее важных газоперерабатывающих заводов России - истории его создания, структуре, ассортименте вырабатываемой продукции и перспек­ тивах развития.

Астраханский газоперерабатывающий завод (Астраханская обл., пос. Аксарайский).

Астраханское газоконденсатное месторождение, располо­ женное в юго-западной зоне Прикаспийской впадины и имею­ щее запасы порядка 3 трлн. м3 газа и 1 млрд. т конденсата, слу­ жит источником сырья для Астраханского ГПЗ. Пластовый газ Астраханского ГКМ характеризуется высоким содержанием се­ роводорода (до 25% об.), углекислоты (до 16 % об.), сероорга­ нических соединений, меркаптанов и значительным содержани­ ем углеводородного конденсата.

Разработка Астраханского газоконденсатного месторожде­ ния, открытого в 1976г., была начата в 1986г. В 1987г. завод вы­ дал первую продукцию - газовую серу, в 1988г. получен первый товарный бензин. В 1997г. была сдана в эксплуатацию вторая очередь АГПЗ, а в 2001г. предприятие вышло на проектную мощность.

В настоящее время потенциальной сырьевой базой Астра­ ханского ГПЗ являются два месторождения:

-базовое Астраханское газоконденсатное месторождение с установленными запасами 2,5 трлн. м3;

-вновь открытое Алексеевское газоконденсатное месторож­ дение с запасами 21,4 млрд. м3. Месторождение характеризуется наличием аномально-высокого пластового давления, превы­ шающего гидростатическое на 40-50%, повышенным содержа­ нием сероводорода и диоксида углерода суммарно более 40% (объёмн).

Астраханский ГПЗ - один из немногих заводов в мире, пе­ рерабатывающий высокосернистый природный газ. Проектная мощность по газу - 12 млрд. м3/год, по конденсату - 3 млн. т/год. На балансе завода находится 222 скважины. Поддержание до­ бычи газа на проектном уровне до 2020 года возможно 128-ю постоянно действующими скважинами. Для снижения коэффи­

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

циента эксплуатации фонда скважин проводится бурение новых скважин с одновременным капитальным ремонтом и ликвида­ цией от 2 до 7 скважин в год при 5-11 вводимых в эксплуата­ цию. Начиная с 2007 года должен обеспечиваться постоянный баланс числа вводимых и ликвидируемых скважин. На завод с Астраханского газоконденсатного месторождения поступает пластовая смесь. Темпы добычи газа определяются экологиче­ скими ограничениями заводской переработки, ограниченностью рынка серы. Запасов сырья достаточно для эксплуатации АГПЗ в проектном режиме в течение не менее 100 лет.

По технологическим принципам Астраханский газовый комплекс разделен на следующие объекты:

- промысел, трубопроводы для транспортировки пластовой смеси от установки промысловой подготовки газа (УППГ) до завода;

-газоперерабатывающий завод; -магистральные трубопроводы и продуктопроводы.

Завод состоит из двух очередей производительностью 6 млрд. м3 отсепарированного газа каждая с давлением на входе 6,7 МПа и температурой 30°С. Блок-схема Астраханского ГПЗ представлена на рис. 6.

Газоконденсатная смесь поступает в коллектор перед ГПЗ, откуда распределяется на восемь технологических линий завода.

В состав каждой очереди завода входят следующие основ­ ные структурные установки: сепарации пластового газа, очистки от H2S газа высокого давления, осушки и отбензинивания газа, очистки и компримирования газа среднего давления, получения серы, стабилизации конденсата и очистки сточных вод.

Стабильный конденсат и ШФЛУ с двух очередей завода поступают на производство по переработке конденсата (произ­ водство №3).

Производство №3 АГПЗ практически является аналогом НПЗ и состоит из следующих основных установок:

-комбинированная установка, включающая блок атмосфер­ ной перегонки мощностью 3 млн. т/год, блок вторичной пере­ гонки гидрогенизата и установку очистки и получения сжижен­ ных газов;

-установка гидроочистки фракции н.к.-350°С мощностью 2 млн. т/год;

-установка каталитического риформинга бензина мощно­ стью 1 млн. т/год.