Контргайка. ПоПулярнаянефтехимияПоПулярнаянефтехимияПоПулярная
 Скачать 2.73 Mb.
|
|
каталити ческого риформинга. Название происходит от английского to reform – переделывать, улучшать. Этот процесс является важным источником так называемых ароматических углеводородов. В науке ароматическими углеводородами называют особый и обширный класс органических со единений, характеризующихся специфи ческим электронным строением 4 А в нефтехимии под этим названием, как правило, подразумевают четыре вещества: бензол, толуол, ортоксилол и параксилол. Эти вещества выделя ются в отдельную группу, так как по своим свойствам они сильно отлича ются от углеводородов, содержащихся, например, в прямогонном бензине. Основой структуры ароматических углеводородов является цикличе ская шестичленная конструкция, составленная из атомов углерода 5 : 4. Описание особенностей ароматических углеводородов, их строения и свойств можно найти в специализированной научной литературе по органической химии, хотя эти сведения и не играют решающего значения для овладения осно- вами нефтехимической промышленности. 5. Каждый излом шестиугольника на рисунке соответствует положению атома углерода. Двойная черточка означает двойную углерод-углеродную связь. CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 Рис. 3 Бензол Толуол Ортоксилол Параксилол 15 «Популярная нефтехимия» Назначение процесса риформинга при переработке нефти – превраще ние длинных углеводородных цепочек в ароматические углеводороды. Происходит, например, такой процесс: Иными словами, в процессе риформинга от линейных углеводородов (в нашем примере это нормальный октан – слева) под действием темпе ратуры и катализатора отщепляются три пары соседних атомов водоро да (указаны стрелками) и образуются три молекулы водорода. При этом образуются двойные связи и одновременно происходит формирование шестичленного цикла – образуется ортоксилол. Сырьем для процесса ри форминга, то есть источником длинных линейных углеводородов, высту пает, как правило, прямогонный бензин. Для чего нужен этот процесс? Важной характеристикой автомобильных бензинов и их компонентов яв ляется так называемое октановое число. Эта величина является мерой детонационной стойкости топлива, то есть способности противостоять самопроизвольному возгоранию и взрыву в камере сгорания двигателя при сжатии поршнем. Ведь, как известно, возгорание смеси должно про исходить принудительно от искры в свече. Чем выше октановое число, тем более ровно и стабильно работает двигатель, тем меньше износ механиз C H 3 C H 3 3H 2 H C H 3 C H 3 H Н Н Н Н C Н C Н C Н C Н C C C C C C C C Рис. 4 16 ПРОЦЕССЫ НЕФТЕХИМИИ II мов и расход топлива. Привычная маркировка топлив (76, 80, 92, 95, 98) как раз соответствует их октановому числу, а сам термин возник от названия углеводорода изооктан, детонационная стойкость которого принята за 100 единиц. За 0 взята детонационная стойкость углеводорода нгептана, и таким образом сформирована условная шкала. Стоит отметить, что, как правило, детонационная стойкость тем выше, чем более разветвленную структуру имеет углеводород. Ароматические углеводороды также имеют высокие октановые числа. В нашем примере на рисунке первое вещество (ноктан) имеет октановое число по исследовательскому методу 19, а продукт превращения (орто ксилол) 105. В этом суть процесса риформинга с точки зрения производ ства высокооктановых компонентов автобензинов, оправдывающая его название (to reform – переделывать, улучшать). Что касается нефтехимии, то получаемые в этом процессе аромати ческие углеводороды широко применяются как сырье для получения разнообразных продуктов. Важнейшим ароматическим соединением яв ляется бензол. Из него производят, например, этилбензол с дальнейшей переработкой в стирол и полистирол. А вот параксилол используется при производстве полиэтилентерефталата – полимера, нашедшего широкое применение для производства пластиковых бутылок и другой пищевой тары. 17 «Популярная нефтехимия» После нефти вторым по значимости источником сырья для нефтехимиче ской промышленности служит переработка попутного нефтяного газа (ПНГ). Попутный нефтяной газ – это легкие, газообразные при нормальных условиях углеводороды (метан, этан, пропан, бутан, изобутан и некото рые другие), которые в геологических (как говорят, пластовых) условиях находятся под давлением и растворены в нефти. При извлечении нефти на поверхность давление падает до атмосферного, и газы выкипают из нефти. Дополнительное количество попутного газа также можно получать, подо гревая сырую нефть. Упрощая, можно сказать, что этот процесс похож на тот, что происходит при открывании бутылки шампанского или газирован ной воды: при открытии емкости и падении давления пузырьки СО 2 начи нают выделяться из раствора. Состав попутного газа, а также его содержание в нефти варьируются в до статочно широких пределах и отличаются в зависимости от конкретных особенностей месторождения. Однако главным компонентом попутного газа является метан – самое простое органическое соединение, всем нам знакомое своим синим пламенем в конфорках бытовых плит. Например, характерным для нефтяных месторождений Западной Сибири – основно го нефтедобывающего региона – является содержание метана на уровне 60 – 70%, этана 5 – 13%, пропана 10 – 17%, бутанов 8 – 9%. До недавнего времени полезное использование попутного нефтяного газа не находилось в числе приоритетов нефтегазовых компаний. ПНГ от делялся от нефти при ее подготовке к транспорту и попросту сжигался на факельных установках прямо на промысле. Многие годы пламя этих факе лов озаряло ночное небо над добывающими регионами и было одним из символов нефтяной индустрии России. В последнее время ситуация ме II. 2. 2. Переработка попутного нефтяного газа 18 ПРОЦЕССЫ НЕФТЕХИМИИ II няется, добывающие компании внедряют разнообразные способы приме нения ПНГ в качестве топлива для малых электростанций, а нефтехимики используют его в качестве сырья. Почему? Дело в том, что компоненты попутного газа с числом атомов углерода бо лее 2 (так называемые фракции С 2+ ) могут быть вовлечены в дальнейшую переработку для получения ценных нефтехимических продуктов. Однако необходимость утилизации и полезного использования попутного газа обуславливают не только экономические соображения. Горящие факелы наносят сильнейший удар по экологии нашей планеты. Их желтое пламя говорит о том, что факелы «коптят», то есть при сгорании образуются ко поть и сажа. Казалось бы, в отдаленных и малонаселенных регионах Си бири это не столь существенно. Однако вспомним, что при извержении исландского вулкана Эйяфьядлайёкюдль в апреле 2010 года пепел вместе с воздушными массами переместился на многие тысячи километров и на рушил воздушное сообщение в Европе. То же самое происходит с копотью факелов, которая мигрирует вслед за ветрами и наносит вред экологии и здоровью людей за тысячи километров от регионов добычи нефти. Кро ме того, при горении попутного газа на факелах происходит выброс так называемых «парниковых газов» (углекислого и угарного газа), которые вызывают «парниковый эффект» и обуславливают перемены мирового климата. Так что переработка попутного нефтяного газа, полезное его ис пользование – это необходимая работа для охраны здоровья населения и экологии планеты для поколений будущего. Суть квалифицированной переработки газа заключается в отделении фракций С 2+ от метана, кислых (сероводород) и инертных (азот) газов, а также воды и механических примесей. Процессы выделения ценных фракций из попутного газа основаны на двух принципах. Первый реализуется на установках низкотемпературной конденсации (НТК), где газы разделяются по температурам сжижения. На пример, метан при атмосферном давлении переходит в жидкое состояние 19 «Популярная нефтехимия» при 161,6 °С, этан – при 88,6 °С. Пропан сжижается при 42 °С, бутан – при 0,5 °С. То есть, если газовую смесь охладить, из нее начнет конденсиро ваться жидкость, содержащая пропан, бутан и более тяжелые компоненты, а в газообразном состоянии останутся метан и этан. Жидкая продукция установок НТК носит название широкая фракция легких углеводоро дов (ШФЛУ), так как представляет собой смесь веществ с числом атомов углерода два и больше (фракция С 2+ ), а газо образная часть (метан и часть этана) называется сухой отбензиненный газ (СОГ) – он направляется в газотранспортную систему ОАО «Газпром». Второй принцип реализуется на установках низкотемпературной аб сорбции (НТА) и заключается в различии растворимости газов в жидко стях. Колонны НТА могут быть наполнены, например, циркулирующим жидким пропаном, а через него пузырьками проходит исходный газ – бар ботируется или, попростому, «пробулькивает». При этом целевые ком поненты растворяются в жидком пропане, а метан и этан – компоненты сухого газа – проходят без поглощения. Таким образом, после серии цик лов жидкий пропан обогащается «жирными» компонентами, после чего в качестве ШФЛУ используется как товарная продукция. В ряде случаев в качестве жидкого абсорбента применяют углеводороды. Тогда для разде ляющего оборудования применяется не сов сем удачный, но исторически устоявшийся термин маслоабсорбционная установка (МАУ). 20 ПРОЦЕССЫ НЕФТЕХИМИИ II Название Год запуска Местополо- жение Проектная мощность по сырому газу, млрд м 3 Поставщики ПНГ Произ- водство СОГ в 2009 году, млрд м 3 Произ- водство ШФЛУ (ПБА) в 2009 году, тыс. тонн Южно-Балыкский ГПК 1977- 2009 г. Пыть-Ях, ХМАО 2,930 Месторождения ООО «РН-Юганнефтегаз» 1,76 425,9 Ноябрьский газоперера- батывающий комплекс (Муравленковский ГПЗ, Вынгапуровская КС, Вынгаяхинский КЦ, Холмогорский КЦ) 1985- 1991 г. Ноябрьск, ЯНАО 4,566 Месторождения ОАО «Газпромнефть-Но- ябрьскнефтегаз» 1,61 326,0 «Няганьгазпереработка»* 1987- 1989 г. Нягань, ХМАО 2,14 Месторождения ОАО «ТНК-Нягань», ТПП «Урайнефтегаз», ООО «ЛУКОЙЛ – За- падная Сибирь» 1,15 158,3 (ПБА) Губкинский ГПК 1989- 2010 г. Губкинский, ЯНАО 2,6 Месторождения ООО «РН-Пурнефтегаз», ООО «Пурнефть» 2,23 288,6 Нижневартовский ГПЗ* 1974- 1980 г. Нижневар- товск, ХМАО 4,28 Месторождения компаний ТНК-ВР, «Славнефть», «РуссНефть» 4,23 1307,0 Белозерный ГПЗ* 1981 г. Нижневар- товск, ХМАО 4,28 Месторождения компаний ТНК-ВР, «РуссНефть» 3,82 1238,0 * В составе СП «Юграгазпереработка» с нефтяной компанией ТНК-ВР. Нефтехимический холдинг СИБУР – крупнейший в России участ ник отрасли квалифицированной переработки попутного неф тяного газа. Комплекс газоперерабатывающих заводов, постро енных еще в советские времена, стал основой при создании СИБУРа, после чего лишь расширялся и «обрастал» новыми ак тивами и производствами. Сейчас в составе дочернего общества «СибурТюменьГаз» и совместного предприятия «Юграгазперера ботка» с нефтяной компанией ТНКВР действует 6 газоперераба тывающих комплексов, расположенных в Тюменской области: Газопереработка в СИБУРе 21 «Популярная нефтехимия» В 2010 году заводы СИБУРа переработали 17 млрд м 3 попут ного нефтяного газа и произвели 15,3 млрд м 3 сухого газа и 3,9 млн тонн жидких фракций в виде ШФЛУ и смеси пропана и бутана на «Няганьгазпереработке». Этот результат говорит не только о том, что нефтехимическая отрасль получила почти 4 млн тонн сырья, но и о том, что в 2010 году атмосферу Земли удалось уберечь от огромного количества вредных выбросов. Специфика работы СП «Юграгазпереработка» заключается в том, что ТНКВР подает на заводы компании попутный газ и является собственником производимого из него сухого газа, а жидкие фракции остаются в собственности СИБУРа и направ ляются на дальнейшую переработку – газофракционирова ние и пиролиз. 22 ПРОЦЕССЫ НЕФТЕХИМИИ II Газовые и газоконденсатные месторождения также поставляют в нефтехи мию ценное сырье. В природном газе помимо метана, который является основным компонентом (обычно 82 – 98%), содержится также и некоторое количество других углеводородов 1 . В этом смысле природный газ менее богат фракциями С 2+ , чем попутный газ нефтяных месторождений, но и сами объемы добычи природного газа выше, а это означает его высокую важность для нефтехимии. Например, содержание этана в природном газе колеблется от 4% до 8%, пропана – до 3%, бутана – до 2,5%. Пока единственной причиной, по которой в России фракции С 2+ выделяют из природного газа, являются технические требования к содержанию этих компонентов для приема на транспортировку по газотранспортной систе ме ОАО «Газпром». Иными словами, содержание «жирных» компонентов снижают до требований техусловий, после чего газ отправляется на ис пользование. Транспортировать «жирный» газ особого смысла нет, ведь из трубопроводов он все равно попадает на сжигание. Кроме того, изза давления в газопроводах «жирные» компоненты газа начинают конденси роваться и скапливаться на дне, что влечет за собой дополнительные за траты на эксплуатацию труб и работу нагнетательных агрегатов. Целенаправленно ценные компоненты газа извлекают в том случае, если газ содержит большое их количество, что экономически оправдывает его качественную переработку. Например, газ Оренбургского газоконденсат ного месторождения богат этаном и гелием, поэтому эти компоненты (на ряду с некоторыми другими) целенаправленно выделяются на мощном газоперерабатывающем комплексе «Газпрома» в Оренбургской области, 1. Важно понимать, что отличие природного газа от попутного нефтяного газа не только в содержании метана. Природный газ залегает в земле в собственных коллекторах и ловушках, в то время как попутный газ растворен в нефти. II. 2. 3. Переработка природного газа и конденсата 23 «Популярная нефтехимия» в состав которого также входит Оренбургский гелиевый завод – главный в стране производитель этана для нефтехимии, который поставляется по трубопроводам на нефтехимические комплексы «Казаньоргсинтез» и «Са лаватнефтеоргсинтез». Почему этан так важен и даже уникален, мы поймем позже, когда познакомимся со следующими стадиями нефтехимических переделов. Технологически переработка природного газа с выделением ценных фрак ций похожа на переработку попутного газа: все основано на разности тем ператур кипения газов. Условно говоря, осушенный и обессеренный 2 газ ступенчато охлаждают и постепенно выделяют его компоненты. Немного особняком стоит переработка сырья так называемых газоконден сатных месторождений. Газовый конденсат – это, по сути, бензинкеро синовые жидкие углеводороды с растворенными в них легкими газами: метаном, этаном, пропаном и бутанами. Газоконденсатные месторождения выделяют в особый вид, поскольку газовый конденсат в пластовых условиях, то есть под высоким давлением и температурой, находится в газо образном состоянии и перемешан с природным газом. Но выходя на поверхность, газовый конденсат начинает конденсироваться в жидкость (отсюда и на звание). Обычно конденсат (называемый «нестабильным») отделяют от собственно природного газа и этана прямо на промыслах и отправляют на переработку. Например, в Западной Сибири крупнейшими заводами по переработке конденсата являются Сургутский завод стабилизации конден сата ОАО «Газпром» в ХМАО и Пуровский завод по переработке конденсата ОАО «НОВАТЭК» в ЯНАО. Собственно, переработка или «стабилизация» конденсата заключается в выделении растворенных в нем газов. Таким образом, заводы по переработке конденсата дают сразу два вида сырья для нефтехимии: широкую фракцию легких углеводородов и стабильный конденсат, то есть, по сути, прямогонный бензин хорошего качества. Он также носит название бензин газовый стабильный (БГС). 2. Газ, прошедший специальную обработку для удаления вредных сернистых со- единений. 24 ПРОЦЕССЫ НЕФТЕХИМИИ II Одним из важнейших этапов на пути превращения углеводородного сы рья в продукты нефтехимии является газофракционирование – разде ление широкой фракции легких углеводородов или аналогичных сме сей на составляющие компоненты – индивидуальные углеводороды. Зачем это нужно делать? Вопервых, индивидуальные газы, такие как про пан, бутан или изобутан, а также их смеси разного состава сами по себе являются важным и законченным товарным продуктом нефтехимической промышленности. Эти газы или их смеси носят общее название сжижен ные углеводородные газы (СУГ). СУГ находят широкое применение в качестве топлива для промышлен ности и бытовых хозяйств в тех регионах России, куда пока не дошла га зификация – централизованное снабжение природным газом по сетевым трубопроводам. Стоит отметить, что газификация пока не охватывает боль шую часть территории нашей страны, главным образом регионы Восточ ной Сибири и Дальнего Востока. Стоящие во дворах домов большие емко сти с надписью «пропанбутан» – бытовые газгольдеры – хранилища тех самых СУГ, которые производит нефтехимия. И уж точно каждый хоть раз в жизни сталкивался с красными баллонами, используемыми для питания бытовых плит и отопления в загородных домах. Это тоже смесь пропана и бутана, а красная маркировка баллонов свидетельствует о том, что вну три горючие сжиженные углеводородные газы. Вторым важным, но пока не нашедшим в России достойного распро странения направлением использования СУГ является их применение в качестве топлива для автомобильного транспорта. Это всем известный «автогаз», используют который в основном коммерческий транспорт и автобусы. |