2564

Июнь - завершено строительство второй линии глубоководного участка газопровода "Голубой поток".

Ноябрь - на заседании правления ОАО "Газпром" было принято решение о начале реализации проекта СевероЕвропейского газопровода.

Декабрь - сдан в эксплуатацию пусковой комплекс газопровода Россия-Турция ("Голубой поток").

2003. Распоряжением правительства Российской Федерации утверждена "Энергетическая стратегия России на период до 2020 года".

2005. "Газпром" впервые поставляет сжиженный природный газ (СПГ) за границу.

Подписано принципиальное соглашение о строительстве газопровода "Северный поток" (Nord Stream). Выведен на проектную мощность трубопровод Ямал-Европа (33 млрд куб. м).

2006. Принято стратегическое решение о начале разработки месторождений полуострова Ямал. "Газпром" вошел в проект "Сахалин-2".

2007. Введено в эксплуатацию Южно-Русское месторождение. Проект, который является примером эффективного российско-германского партнерства, направленного на обеспечение устойчивой энергетической безопасности Европы.

"Газпром" и итальянский концерн ENI подписали Меморандум о взаимопонимании и о реализации проекта "Южный поток".

Правительство РФ утвердило "Программу создания в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке единой системы добычи, транспортировки газа и газоснабжения". Россия, Казахстан и Туркмения подписали трехсторонее соглашение " О сотрудничестве и строительстве Прикаспийского газо-провода".

2011 Запуск трубопровода "Северный поток".

21

2.ГОРЮЧИЕ ГАЗЫ

2.1.Состав газового топлива

Газовое топливо представляет собой смесь различных простых горючих и балластных газов. Горючие газы бывают искусственные и природные.

Кискусственным относят газы, вырабатываемые на газовых заводах в процессе термической переработки твердых и жидких топлив. К ним также причисляют газы, выделяющиеся

вкачестве вторичных продуктов некоторых производств, например в доменном процессе, при получении кокса, переработке нефти и т. д.

Кприродным относят газы: добываемые из чисто газовых месторождений; попутные нефтяные, выделяющиеся из добываемой нефти; получаемые из газоконденсатных месторождений (состоят из смеси сухого газа с парами конденсата тяжелых углеводородов); сжиженные углеводородные, извлекаемые из газов нефтяных и газоконденсатных месторождений.

Свойства газового топлива определяются свойствами отдельных горючих и негорючих газов, его составляющих, и примесей. Горючая часть газового топлива состоит из углеводородов, водорода и окиси углерода. В негорючую часть входят углекислый газ, азот и кислород. К примесям относят сероводород, аммиак, цианистые соединения, водяные пары, нафталин, смолы, пыль и др. Негорючие газы и примеси являются балластом газового топлива, ухудшающим его теплофизические и эксплуатационные качества. Поэтому содержание их в газовом топливе доводится до строго лимитируемого минимума в соответствии с ГОСТ.

Углеводороды предельного ряда составляют основ-

ную горючую часть природных газов и имеют общую химиче-

скую формулу С2Н2п+2. Первый в их ряду — метан (СН4), по-

22

следующие — этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (С5Н12) и т. д.

Предельные углеводороды характеризуются высокой теплотой сгорания, не имеют цвета и запаха, не токсичны, но оказывают слабое наркотическое действие при большой концентрации (высокомолекулярные углеводороды). При скоплениях в помещениях более 10 % по объему они способны вызвать удушье из-за недостатка кислорода воздуха. С увеличением молекулярной массы углеводородов повышаются их теплота сгорания, плотность и способность конденсации.

Непредельные углеводороды входят в значительных количествах в искусственные газы. Их общая химическая формула С2Н2n. Первые три члена — этилен (С2Н4), пропилен (С3Н6) и бутилен (С4Н8). По свойствам они сходны с предельными углеводородами.

Водород (Н2) имеется во всех искусственных газах. Это горючий газ без цвета, запаха и вкуса, не токсичен. В реакциях горения водород весьма активен.

Окись углерода (СО) — горючий газ без цвета, запаха и вкуса, тяжелее воздуха, очень токсичен. Содержится в больших количествах в искусственных газах, а также образуется при неполном сгорании топлива.

Углекислый газ (С02) не имеет цвета и запаха, со слабым кисловатым вкусом, не токсичен, но при скоплениях в помещении способен вызвать удушье из-за недостатка кислорода воздуха. Химически инертен.

Азот (N2) — газ без цвета, запаха и вкуса, не горит и не поддерживает горения, не токсичен. При высоких температурах, например в топках промышленных агрегатов, возможно образование окислов азота, являющихся высокотоксичными компонентами продуктов сгорания.

Кислород (02) — газ без цвета, запаха и вкуса, не горит, но поддерживает горение. Содержится в небольших количествах в некоторых искусственных газах. В присутствии влаги

23

активно способствует коррозии металла газопроводов и арматуры.

Сероводород (H2S) — бесцветный горючий газ с характерным запахом тухлых яиц. Может содержаться в искусственных и плохо очищенных природных газах. Как сам сероводород, так и продукт его сгорания — сернистый газ (S02) — весьма токсичны и разрушают металлы, образуя с железом пирофорные соединения, способные самовоспламеняться в воздухе.

Аммиак (NH3) — бесцветный газ с острым запахом нашатырного спирта, вредная токсичная примесь некоторых искусственных газов.

Цианистые соединения, в первую очередь синильная кислота (HCN), могут образоваться в коксовых газах в результате взаимодействия углерода топлива с аммиаком. При нормальных условиях синильная кислота — бесцветная легкая жидкость с весьма высокими токсичными и коррозионными свойствами.

Пары воды могут содержаться в недостаточно осушенных газах. При высоких давлениях они образуют с тяжелыми углеводородами кристаллогидратные соединения, внешне напоминающие частички снега или льда, которые закупоривают газопроводы. Кроме того, влага способствует коррозии металлов.

Нафталин, смолы и пыль, откладываясь на внутренних стенках газопроводов, уменьшают их сечения, а при плохой очистке газа — закупоривают отдельные участки газопроводов, преждевременно засоряют фильтры, арматуру и другие устройства.

2.2. Природные газы

Природные горючие газы, добываемые из недр Земли, в основном состоят из предельных углеводородов метанового

24

ряда с небольшим количеством негорючих и вредных примесей.

Принято условно считать газы с содержанием тяжелых углеводородов (от пропана и выше) менее 50 г/м3 сухими, а газы с большим содержанием тяжелых углеводородов — жирными.

Природные газы можно подразделить на три группы. 1) Газы, добываемые из чисто газовых месторождений.

Они в основном состоят из метана и являются тощими или сухими. Тяжелых углеводородов (от пропана и выше) сухие газы содержат менее 50 г/м3;

2)Газы, выделяемые из скважин нефтяных месторождений совместно с нефтью, часто называют попутными. По-

мимо метана они содержат значительное количество более тяжелых углеводородов (обычно свыше 150 г/м3) и являются жирными газами. Жирные газы представляют собой смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции и газового бензина;

3)Газы, добываемые из конденсатных месторождений, состоят из смеси сухого газа и паров конденсата, который выпадает при снижении давления (процесс обратной конденсации). Пары конденсата представляют собой смесь паров тяжелых углеводородов, содержащих Cs и выше (бензина, лигроина, керосина).

Сухие газы легче воздуха, а жирные легче или тяжелее

взависимости от содержания тяжелых углеводородов. Низшая

теплота сгорания сухих газов, как правило, составляет 3100038000 кДж/м3.

Теплота сгорания попутных газов выше и изменяется от

38000 до 63000 кДж/м3.

На газобензиновых заводах из попутных газов выделяют газовый бензин, пропан и бутан, последние используют для газоснабжения городов в виде сжиженного газа. Сжиженные газы получают также из газов конденсатных месторождений.

25

2.3. Искусственные газы

По методу производства искусственные горючие газы подразделяют на две основные группы:

-газы высокотемпературной (до 1000° С) и среднетемпературной (до 600° С) перегонки твердых и жидких топлив;

-газы безостаточной газификации твердого топлива. Газы первой группы, к которым относятся коксовый,

сланцевый и газы пиролиза нефти, получают в термических печах и установках нагреванием твердого или жидкого топлива без доступа воздуха. При этом в процессе термического разложения горючей части исходных топлив помимо таких продуктов производства, как кокс, смолы, бензин, керосин и др., выделяются значительные количества горючих газов. При переработке 1 т каменного угля можно получить 300-350 м3 коксового газа, при переработке 1 т сланцев – 350-400 м3 сланцевого газа, а при крекинге нефти выход горючих газов достигает 200-250 м3/т. Низшая теплота сгорания газов сухой перегонки твердых топлив 4000-6000 кДж/м3, а газа пиролиза нефти — до 10 000 кДж/м3.

Газы безостаточной газификации получают частичным сжиганием твердых топлив в потоке воздуха, кислорода или в смеси их с водяным паром. В результате такой термохимической переработки топлива углерод, содержащийся в нем, взаимодействует с кислородом и водяным паром и образует окись углерода и водород. Аппараты, в которых осуществляется газификация топлив, называются газогенераторами, а газы, получаемые таким методом, — генераторными. К ним относятся: генераторный водяной, генераторный паровоздушный, доменный, газ подземной газификации углей и др. Низшая теплота сгорания их не превышает 4000 кДж/м3. Существенными недостатками большинства искусственных газов являются высокая токсичность и малая теплота сгорания, объяснимая большим содержанием балластных компонентов.

26

При термической переработке твердых топлив в зависимости от способа переработки получают газы сухой перегонки и генераторные газы. Как те, так и другие в настоящее время весьма редко применяют для газоснабжения городов и промышленности.

Сухая перегонка твердого топлива представляет собой процесс его термического разложения, протекающий без доступа воздуха. При сухой перегонке топливо проходит ряд стадий физико-химических преобразований, в результате которых оно разлагается на газ, смолу и коксовый остаток. Характер преобразований, претерпеваемых топливом, определяется его природой и температурой процесса. Сухую перегонку топлива, происходящую при высоких температурах (900...

1100 °С), называют коксованием, в результате которого получают кокс и коксовый газ с величиной теплоты сгорания Qн= 16000... 18000 кДж/м3.

Газификация — процесс термохимической переработки топлива. В результате реакции углерода топлива с кислородом и водяным паром образуются горючие газы: оксид углерода и водород. Одновременно с процессом газификации протекает частичная сухая перегонка топлива. Продуктами газификации топлива являются горючий газ, зола и шлаки. Аппараты, в которых осуществляют газификацию топлива, называют газогенераторами.

Водяной газ получают путем периодической продувки газогенератора воздухом и паром. При подаче воздуха слой топлива аккумулирует теплоту, выделяющуюся при частичном его сгорании, а при поступлении водяного пара последний взаимодействует с углеродом, используя аккумулированную теплоту и образуя водяной газ. Горючими компонентами будут являться водород и оксид углерода. Уголь можно газифицировать под землей. В этом случае получается газ подземной газификации. Газ подземной газификации имеет невысокую теп-

27

лоту сгорания, его можно использовать как местное энергетическое топливо

Наиболее распространенными искусственными газами являются коксовый, сланцевый, генераторный, доменный и сжиженный.

Коксовый газ получают на коксохимических заводах в качестве побочного продукта при производстве металлургического кокса из коксующихся каменных углей. В результате высокотемпературного коксования, заключающегося в сухой перегонке (без доступа воздуха) измельченного угля при температуре 1 000.. 1 150 °С в специальных печах, вырабатываются твердый остаток (кокс) и газообразные продукты. После извлечения из образовавшегося при перегонке газа аммиака, ароматических углеводородов и очистки его от примесей получают коксовый газ, который используется в качестве топлива. Выход коксового газа и его состав зависят от температуры процесса перегонки и марки угля.

Сланцевый газ получают путем термической переработки горючих сланцев в камерных печах. После очистки от примесей сланцевый газ используется в качестве топлива в чистом виде или в смеси с природным. Для сланцевого газа характерно высокое содержание диоксида углерода.

Генераторный газ является продуктом термической переработки твердого топлива в присутствии окислителя, в результате которой вся горючая масса топлива переходит в газовую фазу. Процесс переработки осуществляется в газогенераторах, а в качестве окислителя могут использоваться воздух, кислород, водяной пар или диоксид углерода. В зависимости от способа дутья образуются различные генераторные газы. Если процесс переработки идет под атмосферным давлением, то получают бедные генераторные газы, называемые смешанными, с теплотой сгорания 4,18...6,28 МДж/м3. При газификации под давлением до 1 960 кПа и парокислородном дутье по-

28

лучают генераторный газ с теплотой сгорания 14,65... 16,75 МДж/м3.

Водяной газ относится к генераторным газам, получается при взаимодействии водяного пара с углеродом раскаленного твердого топлива.

Доменный газ получают при выплавке чугуна в доменных печах как побочный продукт. Процесс образования доменного газа связан с взаимодействием углерода, выделяющегося из кокса, с дутьём и реакциями восстановления железных руд. Состав доменного газа зависит от условий дутья: влажности, температуры подогрева, степени обогащения кислородом и использования в качестве добавки природного газа. Количество доменного газа, образующегося на 1 т выплавляемого чугуна, составляет 2200...3200 м3.

2.4. Сжиженные газы

Смеси углеводородов (пропана, пропилена, бутана, бутилена и небольших количеств этана и этилена), находящихся при относительно небольших давлениях или при пониженных температурах в жидком состоянии, а при нормальных условиях — газообразном, составляют группу сжиженных углеводородных газов. Их хранят и транспортируют в жидком, а используют в газообразном виде. Сырьем для производства сжиженных газов являются попутные нефтяные газы, жирные газы газоконденсатных месторождений и газы переработки нефти. Сжиженные газы могут иметь и искусственное происхождение.

Поскольку попутный нефтяной газ представляет собой многокомпонентную смесь из легких и тяжелых углеводородов, то разделение этой смеси на отдельные фракции это задача газобензинового производства.

29

Технология такого разделения основана на различной упругости насыщенных паров и на различии в давлениях конденсации отдельных компонентов смеси. При изменениях температуры или объема такой двухфазной системы (пар — жидкость) равновесие ее нарушается и тут же восстанавливается. Например, при постоянстве температуры сжатие паровой фазы приводит к конденсации части паров, а при увеличении объема испаряется часть жидкости. В обоих случаях давление паровой фазы, соответствующее данной температуре, остается неизменным.

2.5. Свойства горючих газов

Теплота сгорания — это тепловой эффект, который дает газ в виде количества теплоты, выделяющейся при полном сжигании единицы количества газа при нормальных условиях.

Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшей теплотой сгорания газа Qв называется количе-

ство теплоты, выделяющейся при полном сгорании 1 м3 газа при условии конденсации водяных паров в продуктах сгорания, образующихся при горении.

Низшей теплотой сгорания газа Qн называется количе-

ство теплоты, выделяющейся при полном сгорании 1 м3 газа при отсутствии конденсации водяных паров в продуктах сгорания.

Зависимость между высшей и низшей теплотой сгора-

ния:

30