Способы переработки и применения природного газа в России

Начиная с первой половины XX века переработка газа стала важным фактором, влияющим на скорость развития всех отраслей промышленности, а также на объёмы выпускаемой продукции. Газ повсеместно используется в качестве топлива, что экономически оправдано, учитывая его высокую калорийность. Кроме того, благодаря этому ископаемому человечество обеспечивает энергией все сферы своей жизнедеятельности.

Происхождение и состав сырья

Природный газ представляет собой углеводородное соединение с примесью различных компонентов. Состав углеводородов отличается в зависимости от места добычи. Химические элементы, которые есть в полезном ископаемом:

• водород;
• сероводород;
• соединения углерода;
• гелий;
• азот;
• этан;
• метан;
• пропан;
• бутан;
• примеси.

На глубине 10 тыс. м находятся залежи сланцевого газа. В процессе добычи на поверхность извлекается сырьё, образованное разнообразными соединениями, поэтому универсальной формулы, обозначающей состав природного газа, не существует.

Добываемый газ не имеет запаха и цвета, поэтому определить его наличие в породе возможно только с помощью высокочувствительного оборудования. В болотистых местах, где выделяется газообразное вещество, можно ощутить характерный запах, но это пахнет гниющая органика.

Возникновение природного ископаемого обусловлено появлением углеводородных соединений. Много веков назад микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности образовывали органику, и впоследствии она накапливалась в местах, куда не поступал кислород. Под высоким давлением органические остатки разлагались, а затем их компоненты вступали в реакцию с молекулами водорода. Так возникли первые углеводороды.

В течение многих веков происходили тектонические дислокации, менялись температурные показатели, поднимался и опускался уровень давления. В результате всех этих изменений из углеводородов формировались газовые и нефтяные месторождения.

Месторождения газообразного сырья различаются по структуре и расположению. Так, ископаемое может образовывать самостоятельные залежи или находиться в верхней части нефтяного месторождения. По состоянию этот вид сырья бывает кристаллическим (при низких температурах), газообразным и жидким. В последнем случае газ растворён в воде или нефти.

Современные методы добычи

Все способы добычи включают предварительную оценку и анализ залежей. Если газ залегает в пустотах, его добывают через пробуренные скважины. Добыча осуществляется одновременно на всей площади месторождения. Если газоносные пласты находятся внутри суглинистых, глинистых или песчаных горных пород, на территории устанавливаются комплексы для переработки.

Технологии, применяемые в российской газодобывающей отрасли, позволяют извлекать природный газ с глубины 12 км. Переработка ископаемого начинается сразу после добычи. Когда газ находится в верхних слоях нефтеносного пласта, производят смежную добычу, при этом в первую очередь откачивают вещества в газообразном состоянии.

На крупных месторождениях с предполагаемой продолжительностью добычи около 10 лет экономически выгодно строить перерабатывающие и очистительные предприятия. Такое совмещение позволяет минимизировать затраты на логистику. Сырьё не перевозится на большие расстояния в исходном виде, а очищается и перерабатывается непосредственно на месте добычи.

Важность переработки

Первое, что делают с добытым полезным ископаемым, — очищают от соединений серы и других химических элементов. Затем газ проходит сушку в специальных установках, после чего он готов к транспортировке. Выделенная при первичной очистке сера вступает в соединение с водородом. В результате образуется сероводород, который переправляют к месту дальнейшей переработки и очистки.

Следующий этап очистительных мероприятий осуществляется в газоперерабатывающих и химических комплексах. Главные вопросы, которые приходится решать в процессе плотной очистки газообразного ископаемого, касаются минимизации загрязнения окружающей среды и сокращения расходов энергии на воспроизводство топлива.

Добытый газ целесообразно очищать на месте разработки месторождения ещё и потому, что при транспортировке с примесями происходит быстрый коррозионный износ трубопроводов. Полностью очищенное сырьё транспортируют двумя способами:

• перевозка танкерами в сжиженном виде — 10%;
• в газогонах — 90%.

Варианты процесса

В отличие от нефти, которую до подачи в нефтепровод подвергают очистительным и подготовительным процедурам, очищенная газовая смесь подаётся в газопровод без дополнительной подготовки. Но до транспортировки сырье проходит переработку на химических предприятиях, причём применяемые способы делятся на основные и вторичные.

Физический способ

В основе этого способа переработки природного газа лежат энергетические и физические свойства природного газа. Сырьё подвергают высокой температуре и сильному сжатию. В результате происходит разделение на химические элементы.

По мере повышения температуры изменяется фракционный состав и происходит очистка от посторонней породы. Как правило, этот способ применяют на месте добычи. Очистительные процедуры осуществляются в высокопроизводительных компрессорах. С нефтеносных слоёв газ выкачивают специальными насосами, применение которых обходится сравнительно недорого.

Метод с использованием химических реакций основан на том, что метан сначала переходит в синтезированный газ, а потом снова подвергается воздействию. Существует два основных способа химико-каталитической переработки:

• парциальное окисление;
• углекислотная (паровая) конверсия.

С экономической точки зрения выгодным является первый способ. Реакция парциального окисления протекает очень быстро, при этом нет необходимости применять катализаторы.

Термохимическая технология

Суть термохимического способа переработки газа заключается в том, что на сырьё воздействуют высокой и низкой температурой. При этом происходят химические реакции и образуются соединения разной сложности (например, пропилен или этилен). Обрабатывать газ, добытый термохимическим способом, сложно, так как это требует значительных затрат. Используется дорогостоящее оборудование, способное выдавать давление до 3 атмосфер и температуру 11 тыс. градусов.

Некоторые из применяемых технологий подразумевают синтез метана. Такие способы переработки природного газа в России применяются довольно часто. В процессе выделяется удвоенное количество водорода — ценного сырья, используемого в промышленности для получения анилина, азотной кислоты и соединений, входящих в состав аммония.

Применение побочных продуктов

В результате переработки получают несколько продуктов. Самый ценный из них — газ, применяемый в качестве источника энергии. Его доля составляет около 80% от общего объёма полезных компонентов. Ещё одна группа выделяемых веществ — формальдегиды. Они извлекаются с применением химических реакций и являются ценным сырьём. На основе формальдегидов изготавливают такую продукцию:

• клей;
• минераловатную и пенопластовую теплоизоляцию;
• ДВП;
• прессованную фанеру.

Также при очистке выделяются смолы, без которых не обходится промышленное изготовление строительных красок и лаков. Во время первичных очистительных операций выделяют гелий — ценный газ, востребованный в космической отрасли и высокоточном станкостроении, в том числе в производстве оборудования для медицинских целей.

Ценный побочный продукт, выделяемый при переработке ископаемого сырья, — аммиак. Он используется для производства азотных удобрений, применяемых в сельскохозяйственной отрасли. Также он находит использование в производстве мясной и молочной продукции. Другие виды товаров, при создании которых используют аммиак:

• косметика;
• алкогольные напитки;
• корма для животных;
• огнетушащие составы.

Выделенный этан тоже находит применение: он используется при изготовлении разных видов пластика и полиэтилена. Метанол — один из компонентов автомобильного бензина. Кроме того, из природного газа выделяют уксусную и другие кислоты. Эти вещества востребованы в лёгкой промышленности, в частности, их применяют при производстве целлюлозы.

Следующий компонент — нитрат аммония. Он идёт на нужды оборонного комплекса и используется в качестве составного элемента взрывчатых веществ. Таким образом, сочетание современных способов добычи, многоступенчатой переработки и применения природного газа в разных отраслях вносит весомый вклад в состояние экономики и производство ВВП.