Лекция 4.1 Лектор – к.т.н., доцент кафедры ХТТ Юрьев Е.М. Переработка природных газов. Газоперерабатывающий завод Газохимия

Литература 1.Лапидус, Альберт Львович. Газохимия : учебное пособие / А. Л. Лапидус, И. А. Голубева, Ф. Г. Жагфаров. М. : Центр ЛитНефте Газ, с.

Использование ПГ Направления: -Энергетическое (наиболее распространенное и перспективное); -Химическое (только возникновение прорывной технологии приведет к повсеместному распространению).

Энергетическое направление ПГ как топливо: -Промышленное; -Бытовое; -Моторное горючее. Главная причина – трудность химической переработки (прежде всего, метана)!!! 95 % метана используется как топливо, доля в мировом энергобалансе – 24 %, в России – более 50 % (в производстве ЭЭ – 80 %). Предпосылки: -Экологические – отсутствие золы, низкий удельный выброс CO 2 и т.д.; -???

Энергетическое направление Основные направления совершенствования: – оптимизация режима подачи газа (в т.ч. оптимальное соотношение с кислородом); -повышение К.П.Д. двигателей соответствующих типов и горелочных устройств; Отрасли и пром объекты, использующие ПГ как топливо: -котлы электростанций; -коммунально-бытовое топливо; -Черная металлургия (замена кокса в доменных печах – повышается производительность, качество чугуна, снижается его себестоимость); -Сталелитейная промышленность (печи, отопление); -Цветная металлургия (Ni, Co, Pb, Al …); -Стекольная промышленность (производительность печей); -Цементная промышленность (снижение себестоимости); -Сушка керамики, пищевых продуктов.

Энергетическое направление ПГ как топливо для ДВС: -доступность; -Экологичность (прежде всего отсутствие S-соединений); -Низкая стоимость; -Высокое октановое число; Недостатки: - Высокая эмиссия оксидов азота в атмосферу – вследствие высокой температуры в камерах сгорания происходит интенсивное окисления азота воздуха;

Химическое направление Продукты: -СЖТ; -Прочие продукты (метанол, этилен и т.д.). Синтетические жидкие топлива (СЖТ): -ДМЭ - заменитель ДТ, уникальные экологические хар-ки, высокое цетановое число, морозостойкость, универсальность применения; -Жидкие продукты синтеза Фишера-Тропша – заменитель БФ, почти полное отсутствие АрУ и S; Перспективы распространения технологии СЖТ: -Ужесточение экологических требований; -Изменение мирового нефтяного рынка – рост добычи нефти по сравнению с разведкой, необходимость замещения нефти Северного моря, устойчивое расширение азиатского рынка; -Увеличение потребностей в БФ и ДТ для внутреннего потребления;

Химическое направление Производство СЖТ по методу Фишера-Тропша: 2 млн. т в год (2000 г.) – 24 млн. т в год (2020 г.) все еще не конкурентно способны !!! Сдерживающие факторы: -Малый опыт строительства и эксплуатации заводов большой мощности; -Значительные инвестиции; -Неопределенность цен на нефть и газ в будущем; -Недостаточные государственная и налоговая поддержки. 3 сценария внедрения технологий GTL (по оценкам «Sasol»): -медленный – ок. 25 млн. т в год к гг.; -средний - ок млн. т в год к гг.; -ускоренный - ок млн. т в год к гг. – окажет серьёзное влияние на рынок нефтепродуктов.

Реализованные и перспективные процессы пер-ки ПГ -Ацетилен (уксусная кислота, ацетон, ацетилцеллюлоза, хлоропреновый каучук и т.д.); -Конверсия метана (водород аммиак, синтез-газ метанол, ИЖТ); -Хлористые производные метана; -Нитро-производные метана; -Синильная кислота; -Технический углерод; -Аммиак; В процессах С 1 -химии конверсия в синтез-газ составляет % от всех капитальных затрат (например, получение кислорода для кислородной конверсии). Основная проблема современной газохимии – снижение стоимости производства синтез-газа. Важнейшие продукт/полупродукт – водород (в мире 77 % из ПГ).

Реализованные и перспективные процессы пер-ки ПГ Очевидный путь: -Укрупнение масштабов производства: сегодня синтез метанола или СЖТ ниже 600 тыс.т/год нерентабелен - перспективные производства должны быть мощностью не менее 2 млн.т/год – для них требуется сырьевая база не менее 2 млрд. м 3.

Реализованные и перспективные процессы пер-ки ПГ Но…этан, пропан, бутан – более ценное химическое сырье!!! -выделение и сбор целесообразнее, чем сжигание; -применение в качестве НХ-сырья эффективнее, чем нефтепродуктов (выход этилена при пиролизе этана 70 %, бензина – 27 %); -ПБ-топлива дешевле и экологичное бензиновых топлив. Степень извлечения: -США, Канада + Европа (более 1500 ГПЗ): С 2 – %, С 3 -С 4 – 90 %; -Россия (24 ГПЗ): С 2 – 7-8 %, С 3 -С 4 – 45 % (сжигается ок. 60 % ПНГ – 18 млрд.м 3 ); Сравнение себестоимости: ПГ – 80 $/т этилен – 600 $/т полиэтилен – 900 $/т полиэтиленовые трубы – $/т

Реализованные и перспективные процессы пер-ки ПГ Метанол: -растворитель; -Сырье для получения формальдегида (50 % - фенолформальдегидные смолы), уксусной кислоты, МТБЭ синт.смолы, пестициды, пластмассы, волокна и т.д. -Основа моторного топлива или его компонент; -Сырье для получение смесей алканов и алкенов С 5 -С 10 или низших олефинов (перспективные процессы на СВК- цеолитах); -Ингибитор гидратообразования (ОАО «Газпром» тыс.т в год);

Реализованные и перспективные процессы пер-ки ПГ

Синтез жидких топлив

Особенности: 1)Завод в Новой Зеландии – бензин из метанола (цеолиты ZSM-5), высокое содержание АрУ, низкая стабильность цеолитов – теперь производит только метанол; 2)Завод в Малайзии – Co- катализатор, производит НХ- продукты (для пр-ва смазок, детергентов, восков)+ средние дистилляты (гидрокрекинг длинноцепочных парафинов); 3)Завод в ЮАР – ранее из угля, теперь из ПГ; «Будут реализованы не более 2-3 проектов в ближайшие годы» - эксперты.

Синтез жидких топлив Исходные параметры расчета: 1)Технология Фишера-Тропша; 2)Размещение на побережье; 3)Транспортировка продукции морем; 4)Размещение на Среднем Востоке; 5)Сроки сооружения – 3 года; 6)Сырьевая база – месторождения с начальными доказанными запасами не менее 100 млрд. м 3 ; Аналогичный проект в условиях северных месторождений России: -Себестоимость СЖУ 190 $/т; -Срок окупаемости – 20 лет;

Реализованные и перспективные процессы пер-ки ПГ Для менее крупных месторождений развиваются альтернативные технологии: -Прямая окислительная конверсия метана в CH 3 OH, CH 2 O, C 2 H 2 ; -Малые времена контакта, монолитные катализаторы (сетки, пенные блоки и т.д.);

Реализованные и перспективные процессы пер-ки ПГ Для менее крупных месторождений развиваются альтернативные технологии: -Прямая окислительная конверсия метана в CH 3 OH, CH 2 O, C 2 H 2 ; -Малые времена контакта, монолитные катализаторы (сетки, пенные блоки и т.д.);

Газопереработка в России Основные сырьевые запасы перерабатывающих предприятий: -Надым-Пуровский регион; -Оренбургская область; -Астраханская область; -полуостров Ямал; -Республика Коми; -Томская область. Основные ГПЗ: -Сосногорский (Р. Коми); -Астраханский; -Оренбургский + (Оренбургский гелиевый завод); -Уренгойский завод подготовки газового конденсата; -Сургутский завод стабилизации конденсата;

Газопереработка в России Виды газоперерабатывающих предприятий: -установка комплексной подготовки газа (УКПГ); -газоперерабатывающий завод (ГПЗ); -завод подготовки/переработки/стабилизации газового конденсата; -гелиевый завод; -завод по сжижению ПГ/регазификацонный завод; Основные направления газопереработки России: -очистка сырого газа от кислых компонентов; -стабилизация конденсата; -получение сопутствующих продуктов (ШФЛУ, сжиженный газ, сера, одорант и т.д.); -получение моторных топлив из стабильного газового конденсата; -хим.переработка – процесс Клауса, производство тех углерода.

Газопереработка в России Основные проблемы российских ГПЗ: - недостаточная загрузка по сырью; - высокая степень изношенности; - низкая автоматизация процессов; - недостаточная глубина переработки сырья. Например: ГПЗ ориентирован на очистку газов и стабилизацию конденсата – расширение номенклатуры продуктов – на ГПЗ добавляют переработку стабильного конденсата и нефти (!!!) – в развитых странах ГК перерабатывается на НПЗ или на специализированных заводах.

Газопереработка в России Современная концепция переработки природных газов: «Выделяемые из газа углеводороды являются ценным сырьем для производства различных химических продуктов и должны быть утилизированы».

Газопереработка в России Основные критерии выбора направления газопереработки и технологической схемы ГПЗ: -Сырьевая база по газу и по конденсату; -Возможность использования ресурсов попутного газа, как сырья для нефтехимии; -Проблема транспортировки ШФЛУ, в том числе для НХ- комбинатов; -оценка потребностей для производства крупнотоннажных НХ-продуктов: олефинов, ароматических углеводородов, метанола, сажи, мономеров; -анализ возможностей использования газовых ресурсов для производства моторных топлив.

Газопереработка в России Факторы, ограничивающие повсеместное распространение ГПЗ: -сложности с шельфовыми и морскими месторождениями (надежность сбора и подготовки газа, экономическое обоснование); -трудности с использованием сжиженного нефтяного газа (отсутствие транспортной схемы, экономическое обоснование переработки); -выработка месторождений; -отставание отечественных технологий от требований рынка хим.продуктов;

Газопереработка в России Мероприятия по развитию действующих и созданию новых газоконденсатаперерабатывающих мощностей: 1. Реконструкция действующих мощностей газоконденсата- перерабатывающих предприятий с насыщением их вторичными процессами, улучшающими качество товарной продукции, повышением глубины извлечения целевых компонентов и сокращением вредных выбросов. 2. Создание газоперерабатывающих и газохимических производств 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 С 3 -С 4, С 5+ и товарного газа. 4. Организация производств синтетических жидких углеводородов из природного газа.

Газопереработка в России Мероприятия по развитию действующих и созданию новых газоконденсатаперерабатывающих мощностей (продолжение): 4. Организация производств синтетических жидких углеводородов из природного газа. 5. Расширение ассортимента серосодержащей продукции и модификаций элементарной серы на базе газовой серы Оренбургского и Астраханского ГПЗ. 6. Снижение экологической нагрузки в районах расположения газоперерабатывающих заводов и газохимических комплексов. 7. Разработка научно-технических и организационных мероприятий, направленных на снижение капитальных затрат на вновь вводимых комплексах по переработке газа и конденсата, а также эксплуатационных затрат на действующих предприятиях. На ряде газоперерабатывающих заводов рассматриваются перспективные направления химической переработки газового и газоконденсатного сырья с получением ценных продуктов.

Газопереработка в России Мероприятия по развитию действующих и созданию новых газоконденсатаперерабатывающих мощностей (продолжение): 4. Организация производств синтетических жидких углеводородов из природного газа. 5. Расширение ассортимента серосодержащей продукции и модификаций элементарной серы на базе газовой серы Оренбургского и Астраханского ГПЗ. 6. Снижение экологической нагрузки в районах расположения газоперерабатывающих заводов и газохимических комплексов. 7. Разработка научно-технических и организационных мероприятий, направленных на снижение капитальных затрат на вновь вводимых комплексах по переработке газа и конденсата, а также эксплуатационных затрат на действующих предприятиях. На ряде газоперерабатывающих заводов рассматриваются перспективные направления химической переработки газового и газоконденсатного сырья с получением ценных продуктов.

Блок-схема Астраханского ГПЗ Место расположения - Астраханская обл., пос. Аксарайский. Сырьевая база - Астраханское газоконденсатное месторождение, 3 трлн. м 3 газа и 1 млрд. т конденсата, глубина добывающей скважины – 4100 м, размеры – 100 х 40 км, высокое содержание сероводорода (25% об.), углекислоты (16 % об.), сероорганических соединений, меркаптанов, значительное содержание углеводородного конденсата. Содержание в газе сероводорода и углекислого газа после сепарации составляет почти 50%. Мощность ГПЗ: по газу – 12 млрд.м 3 /год, по конденсату – 3 млн.т/год.

Блок-схема Астраханского ГПЗ

Основные особенности Астраханского ГПЗ: -сырье – пластовая смесь (нет промежуточных УКПГ) ; -темпы добычи газа определяются экологическими ограничениями заводской переработки, ограниченностью рынка серы; -2 очереди производительностью по 6 млрд. м 3 отсепарированного газа (давление на входе 6,7 МПа и температурой 30 0 С); -В каждой очереди 7 технологических линий: -сепарации пластового газа; -очистки от H 2 S газа высокого давления; -осушки и отбензинивания газа; -очистки и компримирования газа среднего давления; -получения серы; -стабилизации конденсата; -очистки сточных вод; + переработка конденсата (общее производство);

Блок-схема Астраханского ГПЗ Переработка конденсата (аналог НПЗ): -комбинированная установка, включающая блок атмосферной перегонки мощностью 3 млн.т/год, блок вторичной перегонки гидрогенизата и установку очистки и получения сжиженных газов; -установка гидроочистки фракции н.к.-350 о С мощностью 2 млн.т/год; -установка каталитического риформинга бензина мощностью 1 млн.т/год.

Блок-схема Астраханского ГПЗ Товарная продукция завода: -Товарный газ, направляемый в магистральный газопровод, - Сера газовая (жидкая, комовая, гранулированная), - Бензин автомобильный марок А-76, А-92, АИ-95, - Дизельное топливо Л 02-40, - Котельное топливо (мазут) М40 и М100, - Пропан-бутан технический (ПБТ), - Бутан технический (БТ).

Блок-схема Астраханского ГПЗ Основные недостатки ГПЗ: -недостаточное извлечение из газа ценных компонентов (этана); -устаревшая технология переработки конденсата, ориентированная на выпуск низкооктанового бензина. -Продукция не полностью удовлетворяет современным требованиям к качеству выпускаемых моторных топлив и глубине переработки сырья - необходимость увеличения производства бензинов АИ-92 и выше; -необходимость повышения четкости ректификации на установках атмосферной и вторичной перегонок; -необходимость обеспечения производительности установок гидроочистки и вторичной перегонки;

Блок-схема Астраханского ГПЗ Перспективы развития: Высокая обеспеченность сырьем и выгодное географическое положение позволяют рассматривать Астраханский ГПЗ в качестве крупного производителя газа и нефтепродуктов для юга РФ на длительную перспективу; Выработка газовой серы на АГПЗ достаточна для удовлетворения потребности всей РФ в этом продукте; создание на базе товарного газа, содержащего >4 % этана и ок. 30 % ароматических соединений, выпуск химической продукции; завод по выпуску полистирола или полиэтилена; целесообразно развивать выпуск сероасфальта и серобетона, изделий для строительной и дорожной индустрии и т.д.;

Газопереработка в России Газоперерабатывающий завод: Каждая очередь завода (в России на ГПЗ до 3 очередей) – это завершенный технологический цикл, в котором осуществляется переработка газа - сепарация, очистка от нежелательных компонентов, осушка, вплоть до получения товарных продуктов (на заводах по переработке ПНГ - осушка, очистка от сероводорода, углекислого газа и механических примесей, отбензинивание, разделение нестабильного бензина с получением стабильного газового бензина, сжиженных и индивидуальных углеводородов).

Газопереработка в России Газоперерабатывающий завод: С газоконденсатных месторождений газ и конденсат могут транспортироваться по магистральным трубопроводам одним или раздельными потоками: -Астраханский ГПЗ - газ и конденсат поступают объединенным потоком, и жидкая фаза отделяется сепарацией уже непосредственно на заводе; -Оренбургский ГПЗ - газ и нестабильный конденсат поступают по отдельным трубопроводам, на заводе механическая сепарация газа, очистка, разделение и стабилизацией конденсата.

Газопереработка в России Газоперерабатывающий завод: Поточные схемы различных ГПЗ отличаются перечнем используемых процессов, ассортиментом выпускаемой товарной продукции, но во всех случаях представляют самостоятельные комплексы, обеспечивающие не только переработку сырья до товарных продуктов, но и получение на месте всех основных реагентов - абсорбентов, хладагентов, теплоносителей и т.д.

Газопереработка в России ОАО «Газпром»: -6 газо- и конденсатоперерабатывающих заводов; -6 малотоннажных установок по получению моторных топлив, используемых для местных нужд; ГПЗ ОАО «Газпром»: -Сосногорский (технический углерод); -Астраханский; -Оренбургский ГПЗ; -Оренбургский гелиевый завод; -Уренгойский завод подготовки газового конденсата (моторные топлива для нужд газодобывающего района); -Сургутский завод стабилизации конденсата (этансодержащий газ - сырье для Уренгойского НГХК на 600 тыс. т в год; изопентан, пропан, смесь бутанов);

Газопереработка в России Сосногорский ГПЗ: -Старейший ГПЗ (40-ые гг. XX в.); -Снизил объемы перер-ки Г и ГК из-за падения объемов добычи на Вуктыльском месторождении; -Единственное пред-ие ОАО «Газпром», производящее тех.С; Оренбургский ГПЗ: -45 млрд.м 3 /год (Оренбургское мест-ие, Карачаганакское мест-ие, пониженная мощность в наст. момент); Оренбургский гелиевый завод: -18 млрд.м 3 /год газа с ОГПЗ; -основн. производитель He и C 2 H 6 в стране; -соединен 600-километровым этанопроводом с Казанским ЗОС; Уренгойский ЗПГК + Сургутский ЗСК: -Производят сырье для Уренгойского НГХК; -Сырье - Уренгойское, Ямбургское мест-ния;

Газопереработка в России Перспективы развития газоперерабатывающей отрасли ОАО «Газпром»: -Развитие действующих и создание новых ГХК на базе этансодержащего сырья; -увеличением объемов переработки газового конденсата; -улучшение экологических свойств автобензинов и дизельного топлива (Евро-4, 5); -автобензины –снижение содержания бензола и суммы ароматических углеводородов, уменьшение давления насыщенных паров и использование кислородсодержащих соединений; -дизельное топливо – снижение содержания сернистых и ароматических соединений, повышение цетанового числа; -использование современных катализаторов для гидроочистки и риформинга, а также присадок различного функционального назначения.

Газопереработка в России Перспективы развития газоперерабатывающей отрасли ОАО «Газпром»: -строительство непосредственно на месторождениях малотоннажных (малогабаритных) установок химического и энергетического профилей; -форсирование работ, направленных на получение новых серосодержащих соединений (индивидуальные меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, присадки к маслам, строительные и дорожные материалы и т.п.);

Газопереработка в России Примеры проектируемых и строящихся объектов: -Ново-Уренгойский ГХК - завод по выпуску полиэтилена мощностью 300 тыс. т/год; -Сургутский ЗСК – производство 250 тыс.т/год метанола (для синтеза МТБЭ) + производство 100 тыс.т/год полипропилена + установки каталитического риформинга, блока каталитической депарафинизации и гидроочистки дизельной фракции и блока гидроочистки реактивного топлива производительностью 750 тыс.т/год.; -г.Архангельск – метанол (900 тыс.т./год) для экспорта в Западную Европу + формальдегид, уксусная кислота; -г. Кохтла-Ярве (Эстония) – реконструкция завода азотных удобрений - метанол (450 тыс.т./год) для стран Балтии; карбамид + аммиак; -Сосногорский ГПЗ – расширение номенклатуры производимого техуглерода; производство полиэтилена (2 установки по 100 тыс.т./год);