Тема 4. Технології та виробництво штучних енергоносіїв

лан

1. Технології виробництва штучних енергоносіїв. Скраплений газ. Колошниковий газ.

2. Конденсаторні гази. Ефект барботації. Газифікація вугілля.

3. Системи пасивного сонячного енергозабезпечення.

4. Технології отримання вітрових та геотермальних енергоносіїв.

1. Технології виробництва штучних енергоносіїв. Скраплений газ. Колошниковий газ

Зріджений_природний_газ, також Скраплений природний газ (рос. сжиженный природный газ; англ. LNG (liquefied natural gas); нім. verflüssigtes Erdgas) — природний вуглеводневий газ, який за нормальних температури й тиску навколишнього середовища перебуває в газоподібному стані, але за дуже низької температури переходить у рідинний стан, що полегшує його зберігання і перевезення.

Загальна характеристика

Основною сировиною для одержання зріджених вуглеводних газів є штучні і природні нафтові гази:

а) попутний нафтовий газ на газобензинових заводах;

б) газ термічної і термокаталітичної переробки нафти і нафтопродуктів на установках термічного каталітичного крекінгу, піролізу і коксування, алкілювання й інших процесів;

в) штучні гази на заводах синтетичного моторного палива (заводи деструктивно-гідрогенізаційної переробки вугілля і важких нафтопродуктів, синтезу моторного палива з оксиду вуглецю і водню й ін.);

г) природні гази, які містять крім метану, деяку кількість більш важких вуглеводнів. Так як в природних газах вміст більш важких вуглеводнів (пропану і бутану) невеликий, зріджений газ одержують з них дуже рідко;

д) газоконденсатні родовища промислового значення.

Найбільшу цінність для одержання рідких вуглеводневих газів мають попутні нафтові гази. Нафта на виході сепараторів, в залежності від режиму сепарації, також містить значну кількість розчинених у ній важких вуглеводневих газів. Гази, які виділяються з нафти, після сепараторів містять близько 30% пропану, 30-35% бутану і близько 30% газового бензину. Ці отримані в результаті стабілізації нафти гази є цінними для виробництва зріджених газів, які, як правило, і вилучаються на газобензинових заводах.

Штучні, заводські нафтові гази, тобто гази, отримані при деструктивній, термічній і термокаталітичній переробці нафти, різко відрізняються за своїм складом від природних газів, як від попутних, так і від природних у скупченнях (газових родовищах). Це розходження полягає в тому, що штучні нафтові гази містять значну кількість ненасичених олефінових вуглеводнів, що є дуже цінною сировиною для ряду реакцій органічного синтезу.

Середній вихід вуглеводневих газів, одержуваних при деструктивній переробці нафтопродуктів, складає: при термічному крекінгу 8-14%, при каталітичному крекінгу 16-28%, при піролізі 40-47%.

Вуглеводневі гази деструктивної гідрогенізації вугілля і важких нафтових залишків на відміну від газів деструктивної переробки нафтопродуктів характеризуються практичною відсутністю в їхньому складі ненасичених вуглеводнів. Це пояснюється тим, що цей процес протікає в умовах високих концентрацій водню, що у присутності каталізаторів обумовлює цілковите насичення неграничних зв'язків вуглеводнів, які утворюються. Гази деструктивної гідрогенізації вугілля після вилучення з них аміаку, сірководню і відмивання вуглекислоти є дуже багатою сировиною для одержання зріджених газів. Крім газів ароматизації, ці газові суміші містять зовсім незначну кількість неграничних вуглеводнів.

Середній вихід вуглеводневих газів, одержуваних при деструктивній переробці нафтопродуктів, складає: при термічному крекінгу 8-14%, при каталітичному крекінгу 16-28%, при піролізі 40-47%.

Таблиця — Типові склади сумішей, одержуваних при деструктивній переробці нафти (% мас.)

Метод переробки: Піроліз газойлю Піроліз дистилятної фракції Гази крекінгу : Термічного Каталітичного

Водень 9,1 9,9 3,5 11,7

Азот + оксид вуглецю- - 15,3

Метан 21,9 24,3 36,8 12,2

Етилен 24,4 22,9 6,7 4,0

Етан 7,6 7,5 29,3 6,8

Пропілен 15,2 13,6 6,5 16,0

Пропан 1,0 1,4 10 8,3

Бутадієн 2,0 2,6 - -

Ізобутилен 3,8 1,8 2,5 14,3

Бутилен-2 1,0 1,7 - -

Бутан 0,1 0,1 4,2 10,8

Пентани 12,9 14,4 0,5 0,6

Отже, основними джерелами для одержання паливних рідких вуглеводневих газів (пропан, бутан) повинні служити попутні гази, гази газоконденсатних родовищ, штучні нафтові гази і гази деструктивної гідрогенізації твердого і рідкого палива. Однак варто вказати, що гази термічної і термокаталітичної переробки нафти і нафтопродуктів, які містять значну кількість реакційно-здатних неграничних вуглеводнів, насамперед повинні піддаватися відповідній переробці для їхнього фракціонування з наступним використанням у різних синтезах.

Одним з найважливіших процесів переробки попутних і аналогічних газів є процес вилучення з них компонентів газового бензину і компонентів рідких горючих газів. Цей процес називається відбензинуванням нафтових газів. Він складається з двох послідовних операцій: одержання сирого нестабільного бензину і вилучення із сирого бензину стабільного, звільненого від легких компонентів газового бензину.

Перша операція, тобто одержання сирого нестабільного бензину, здійснюється методом компресії, чи адсорбції. Друга операція, тобто одержання стабільного бензину, зовсім вільного від пропану і більш легких вуглеводнів з бутаном в обмежених кількостях, здійснюється методом чіткої ректифікації.

Для безперебійної і надійної роботи установок відбензинування нафтових газів потрібно, щоб газ-сировина не містив механічних домішок і води. Тому одержання рідких газів починається з очищення вихідного продукту від механічних домішок і води.

Перспективи зрідження газів

За оцінками експертів виробництво зрідженого газу (ЗГ) — один із секторів ринку енергоресурсів, що найшвидше зростає. До 2010 року його поставки збільшаться майже вдвічі і складуть близько 40% світової торгівлі природним газом. Станом на 2007 рік обсяг продажів зрідженого газу становив близько 27% від світових експортних продажів. Згідно з прогнозами до 2010 року в США на частку ЗГ буде припадати основне зростання імпорту природного газу. У свою чергу багато європейських країн розглядають можливість інвестицій в інфраструктуру імпорту ЗГ, зокрема в потужності з транспортування зрідженого газу. Сьогодні мова вже йде про створення організації країн-експортерів зрідженого газу (на кшталт ОПЕК — організації країн-експортерів нафти). Сьогодні світовий ринок зрідженого газу контролюють Катар, ОАЕ, Алжир, Малайзія та Індонезія. Зростають поставки ЗГ з Ірану, Нігерії та Австралії. Добрі перспективи для експорту зрідженого природного газу має Росія.

Імпортерами ЗГ в основному східно-азійські: Японія, Корея, Тайвань (разом — близько 60%). Крім того — США (8%), Індія, Туреччина, країни Європи (близько 25%). Перспективним є споживання зрідженого газу і в Україні, що може полегшити розв′язання питання диверсифікації джерел постачання природного газу в Україну без прив′язки до існуючої мережі магістральних газопроводів.

Одним з ключових факторів у ланцюгу виробництва і використання зрідженого природного газу є його транспортування, тому розвиток технологій транспортування ЗГ суттєвим чином визначить перспективи всього напрямку зрідження паливних газів в недалекому майбутньому.

В кінці листопада-на початку грудня 2012 р. норвезький ЛПГ-танкер «Річка Об» (Ob River) здійснив подорож Арктичним океаном з терміналу Statoil ASA в Норвегії до терміналу Тобата в Японії . Подорож Арктичним океаном на три тижні коротша в порівнянні з традиційним шляхом через Середземне море, Суецький канал та повз Азію. Експериментальний маршрут був організований підрозділом Газпрому.

Доменний або колошниковий газ - відхідний газ, що утворюється під час виплавлення чавуну в доменних печах. Є головно продуктом неповного згоряння вуглецю. Хімічний склад доменного газу за умов, що чавун виплавляють на кам'яно-вугільному коксі: 12-20% СО2; 20-30% СО; до 0,5% СН4; 1-4% Н2; 55-58% N2. Теплота згорання доменного газу приблизно 3,6—4,6 Мдж/м3 (850—1100 ккал/м3 ). При збагаченні дуття киснем вміст азоту в газі знижується і відповідно цьому зростає кількість інших газів (у тому числі окисли вуглецю і водню), а також теплота згорання.

Газ дуже отруйний через наявність у його складі СО.

При спалюванні 1 т коксу в печі утворюється приблизно 5000 м 3 газу. [1]

Після виходу з доменної печі доменний газ очищується від пилуватих домішок у пиловловлювачі, скрубері, трубі Вентурі, дросельній групі.

Перші аналізи доменного газу були зроблені Бузеном у 1839 році на заводі Фекерхаген.

Використання

Вперше колошникові гази було використано 1811 року Оберто у Франції для випалу вапни і цементації сталі. [3] Перші спроби використання доменного газу як палива на металургійних заводах були проведені французом Фабер дю Фором у 1832 році. 1886 року Ф. Люрман запропонував використовувати доменний газ для газових двигунів на повітродувних станціях. 1889 року на бельгійському заводі "Серен" була введена в дію перша доменна газоповітряна машина. Сьогодні використовується на металургійних заводах як паливо у повітронагрівниках, коксових і мартенівських печах (у суміші з коксовим газом), газових двигунах тощо.