Способы переработки и очистки газов и газовых смесей

Исходным для образования метана является органическое вещество гумусового типа, состоящее из остатков растительных организмов. Это вещество при термокатализе образует, в основном, метан. Нефть в отличие от метана образуется из органических веществ сапропелевого типа - осадков морей и шельфа океанов, образованных из фито- и зоопланктона, обогащенных жировыми веществами. Мощная зона интенсивного газообразования соответствует температурам 150-200 0С и больше. В главной зоне газообразования в жестких температурных условиях происходит глубокая термическая деструкция не только рассеянного органического вещества, но и углеводородов горючих сланцев и нефти. При этом образуется большое количество метана. Такие высокие температуры встречаются ниже главной зоны нефтеобразования, которая встречается на глубине 1,5-6 км. Температура в главной зоне нефтеобразования соответствует температурам горных пород от 60 до 150 0С. В этой зоне наряду с нефтью образуется и метан (в сравнительно малых количествах), а также его более тяжелые гомологи.

Радиационно-химический процесс образования метана протекает при воздействии радиоактивного излучения на различные углеродистые соединения.

Замечено, что черные глинистые тонкодисперсные осадки с повышенной концентрацией органического вещества обогащены ураном. Это связано с тем, что накопление органического вещества в осадках благоприятствует осаждению солей урана. Под воздействием радиоактивного излучения органическое вещество распадается с образованием метана, водорода и окиси углерода. Последняя сама распадается на углерод и кислород, после чего углерод соединяется с водородом, образуя метан.

Механохимический процесс образования метана заключается в образовании углеводородов из органического вещества (углей) под воздействием постоянных и переменных механических нагрузок. В этом случае на контактах зерен минеральных пород образуются высокие напряжения, энергия которых и участвует в преобразовании органического вещества.

Метаморфический процесс образования метана связан с преобразованием угля под воздействием высоких температур в углерод. Данный процесс есть часть общего процесса преобразования веществ при температуре свыше 500 0С. В таких условиях глины превращаются в кристаллические сланцы и гранит, известняк - в мрамор и т. п.

Космогенный процесс образования метана описывает «космическая» гипотеза образования нефти В. Д. Соколова.

Какое место занимает каждый из этих процессов в общем процессе образования метана? Считается, что основная масса метана большинства газовых месторождений мира имеет термокаталитическое происхождение (образуется метан на глубине от 1 до 10 км) и биохимическое происхождение (образование метана происходит на глубинах до 1-2 км).

РАЗВИТИЕ ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Природный газ, как и нефть, также стал известен человеку очень давно. В предгорьях Малого Кавказа за 6000 лет до н. э. горели «вечные огни». Это были случайно воспламенившиеся (от молнии или костра) выходы газа на поверхность. Необъяснимые в те времена явления, когда над землей, либо над водой, казалось бы, из ничего возникало пламя, приписывали к божественным проявлениям. Факелы горящих газов на Апшеронском полуострове и в Дагестане на побережье Каспийского моря в начале нашей эры служили маяками для моряков.

Еще большее впечатление на людей производили залповые выбросы воспламенившегося газа из «грязевых» вулканов.

Наиболее часто встречаются выходы природного газа - от едва заметных пузырьков до мощных фонтанов. На влажной почве и на поверхности воды небольшие газовые выходы фиксируются по появляющимся на них пузырькам. При фонтанных выбросах, когда вместе с газом извергается вода и горная порода, на поверхности остаются грязевые конусы высотой от нескольких до сотен метров. Представителями таких конусов на Апшеронском полуострове являются грязевые «вулканы» Тоурагай (высота 300 м) и Кянизадаг (490 м). 15 ноября 1958 года во время «извержения грязевого «вулкана» банки Макарова - отмели, находящейся в море на расстоянии около 25 км от Баку, высота первоначально вырвавшегося и воспламенившегося столба достигала несколько километров. В последующем горящее пламя имело высоту около 500 м и диаметр около 120 м. Мощное извержение продолжалось около суток. Конусы из грязи, образовавшиеся при периодических выбросах газа, встречаются также на севере Ирана, в Мексике, Румынии, США и других странах.

С древнейших времен люди использовали нефть и газ там, где наблюдались их естественные выходы на поверхность земли.

За 200 лет до н. э. в Китае были пробиты первые бамбуковые скважины для добычи газа, который применялся для освещения, отопления и выварки соли. В XIV веке на Апшеронском полуострове газ использовался для отопления, освещения, приготовления пищи и обжига извести.

Такие выходы встречаются и сейчас. В нашей стране - на Кавказе, в Поволжье, Приуралье, на острове Сахалин. За рубежом - в Северной и Южной Америке, в Индонезии и на Ближнем Востоке.

Все поверхностные проявления нефти и газа приурочены к горным районам и межгорным впадинам. Это объясняется тем, что в результате сложных горнообразовательных процессов нефтегазоносные пласты, залегавшие ранее на большой глубине, оказались близко к поверхности или даже на поверхности земли. Кроме того, в горных породах возникают многочисленные разрывы и трещины, уходящие на большую глубину. По ним также выходят на поверхность нефть и природный газ.

Вначале в новых районах поиск месторождений нефти и газа велся практически вслепую. И для того, чтобы вести обоснованный поиск месторождений нефти и газа, потребовалось объяснить происхождение нефти и газа, а это в свою очередь дало мощный толчок развитию геологии - науки о составе, строении и истории Земли, а также методов поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений.

Газовая промышленность России значительно моложе нефтяной. В ее развитии можно выделить 4 этапа:

1 этап (до 1950 г.) - период зарождения газовой промышленности;

2 этап (с 1950 г. по 1955 г.) - период становления;

3 этап - с 1956 г. по 1991 г.

4 этап - с 1991 г - 2004 г.

Период зарождения газовой промышленности

В конце XVIII века был изобретен способ получения искусственного газа из каменного угля. Англичанин В. Мэрдок применил полученный газ для освещения собственного дома и машиностроительного завода в Бирмингеме, а затем предложил этот новый вид топлива для освещения Лондона. Не только обыватели, но даже передовые по своим взглядам современники Мэрдока не смогли по достоинству оценить данное предложение. «Один сумасшедший, - писал, например, известный английский писатель Вальтер Скотт, - предлагает освещать Лондон - чем бы вы думали? Представьте себе - дымом». Тем не менее, использование этого «дыма», получившего название «светильного газа», стало быстро распространяться не только в Великобритании, но также во Франции, Бельгии, Германии и других странах.

Газовая промышленность России зародилась в 1835 г., когда в Санкт-Петербурге методом сухой перегонки угля начали вырабатывать искусственный газ, названный светильным. В 60-х годах XIX в. с использованием, так называемого светильного газа. началась газификация Москвы и к 1915 г. здесь пользовались газом 2700 квартир, а в Санкт-Петербурге было газифицировано 3000 квартир. Газ для освещения использовался в театрах, фабриках, для освещения улиц. Небольшие газовые заводы были построены также в Одессе и Харькове.

Но дореволюционная Россия значительно отставала в использовании газа от главных капиталистических государств мира. Так, если в Великобритании в 1891 г. светильный газ вырабатывался на 594 заводах, то в России в этом же году таких заводов было 30 (плюс 180 маломощных газогенераторных установок). По этому поводу Д. И. Менделеев с горечью отмечал, что вся газовая промышленность России меньше газовой промышленности одного Берлина.

В ХХ веке газовое освещение повсеместно было вытеснено электрическим. Однако 100 лет применения светильного газа имели огромное значение для будущего развития промышленности природных газов.

С развитием добычи нефти люди вплотную соприкоснулись с нефтяным газом, являющимся ее неизбежным спутником. В 1880 г. нефтяной газ начали использовать как топливо в котельных Баку, а затем и Грозного. После восстановления нефтяной промышленности отбензиненный нефтяной газ широко применялся для бытовых нужд и в промышленности как топливо.

В 20-х годах в СССР было известно всего пять газовых месторождений - «Дагестанские Огни», Мельниковское, Мелитопольское, Сураханское и Ставропольское. Общие запасы газа в них составляли около 200 млн. м3, а добыча превышала 15 млн. м3 в год.

До 30-х годов значение природного газа недооценивалось. Поэтому целенаправленные поиски чисто газовых месторождений не велись. Положение изменилось после того, как в 1933 г. был создан Главгаз. Уже в июле 1935 г. было открыто первое в Коми АССР чисто газовое месторождение - Седельское. В последующем здесь были открыты Войвожское (1943 г.) и Нибельское (1945 г.) газовые месторождения. К концу 30-х годов было открыто более 50 месторождений природного газа в Азербайджане, Поволжье, на Северном Кавказе и в Средней Азии. Добыча природного газа достигла 3,4 млрд. м3.

В годы войны были открыты крупные по тем временам Елшанское и Курдюмское газовые месторождения в Саратовской области.

Период становления газовой промышленности

Дальнейшее развитие газовой промышленности связано с открытием новых месторождений в Ставропольском и Краснодарском краях, в Тюменской области и на Украине.

В 1950 г. в Ставропольском крае были открыты Ставропольско-Полагнадское, Тахта-Кугультинское и Расшеватское газовые месторождения. На Украине введены в эксплуатацию Бильче-Валицкое (1954 г.), Радковское (1958 г.) и Шебелинское месторождения газа.

21 сентября 1953 г. на окраине старинного сибирского села Березово ударил мощный газовый фонтан, возвестивший об открытии первой в Западной Сибири газоносной провинции. Скважина-первооткрывательница Р-1 поставила последнюю точку в спорах ученых о перспективах добычи газа в данном регионе.

Благодаря этим событиям газ все шире стал использоваться как высококачественное и дешевое топливо в промышленности, начала осуществляться программа газификации городов и поселков, возросли объемы переработки природных и нефтяных газов.

Добыча газа в этот период росла по 500-600 млн. м3 в год и к концу 1955 г. составила 10,5 млрд. м3.

1956-1991 гг.

Период после 1955 г. характеризуется бурным развитием газовой промышленности.

К концу 50-х годов в результате поисковых работ на Украине, Северном Кавказе, в Прикаспии и Узбекистане разведанные запасы газа увеличились с 1946 г. в 16 раз. В 60-е годы поисковые работы переместились на восток страны. Были открыты крупные газовые месторождения в Западной Сибири (Пунгинское, Заполярное, Медвежье, Уренгойское), в Коми АССР (Вуктыльское), в Туркмении (Ачакское, Шатлыкское), в Узбекистане (Учкырское, Уртабулакское). Это позволило довести добычу газа в 1965 г. до 127,7 млрд. м3, а к концу 1970 г. - до 198 млрд. м3.

Начиная с 70-х годов, главным направлением развития газовой промышленности России стало освоение крупных залежей природного газа в Западной Сибири. Добыча газа здесь стремительно росла: с 10 млрд. м3 в 1965 г. до 195,7 млрд. м3 в 1981 г. Таким образом, всего за 20 лет в суровых условиях Западной Сибири был создан мощный Западно-Сибирский топливно-энергетический комплекс, включающий предприятия нефтяной и газовой промышленности.

В 1980 г. в стране было добыто 435,2 млрд. м3 природного газа. Начиная с 1981 г. ускорение газовой отрасли стало возможным, благодаря освоению новых месторождений в Туркмении, Астраханской, Тюменской и Оренбургской областях. К концу 1985 г. добыча газа в СССР достигла 643 млрд. м3. На долю Западной Сибири при этом приходилось 376 млрд. м3 газа, из которых 270 млрд. м3 давало Уренгойское месторождение.

Уже в 1984 г. СССР вышел на первое место в мире по добыче газа, опередив США. Однако рост добычи «голубого золота» продолжался и в последующем. В 1990 г. добыча газа в стране составила 815 млрд. м3, из которых 640,5 млрд. м3 приходилось на долю Российской Федерации.

1991-2004 гг.

Россия - одна из немногих стран мира, полностью удовлетворяющая свои потребности в газе за счет собственных ресурсов. По состоянию на 1. 01. 1998 г. ее разведанные запасы природного газа составляют 48,1 трлн. м3, т. е. около 33% мировых. Потенциальные ресурсы газа в нашей стране оцениваются в 236 трлн. м3.

В настоящее время в стране имеется 7 газодобывающих регионов: Северный, Северо-Кавказский, Поволжский, Уральский, Западно-Сибирский и Дальневосточный. Распределение запасов газа между ними таково: Европейская часть страны - 10,8 %, Западно-Сибирский регион - 84,4%, Восточно-Сибирский и Дальневосточный регионы - 4,8 %.

Добыча газа в России в последние годы сокращалась: в 1991 г. - 643 млрд. м3, в 1992 г. - 641 млрд. м3, в 1993 г. - 617 млрд. м3, в 1994 г. - 607 млрд. м3, в 1995 г. - 595 млрд. м3. В 1999 г. добыча газа составила около 590 млрд. м3. Уменьшение газодобычи вызвано снижением спроса на газ, обусловленного снижением промышленного производства и падением платежеспособности потребителей с 1990 г. по 1996 г.

В настоящее время спрос на газ внутри России возрастает, следовательно, возрастает и добыча. В период с 2001 г. по 2030 г. предполагается извлечь из недр 24,6 трлн. м3 газа, доведя к 2030 г. ежегодную добычу до 830-840 млрд. м3, из них 650-660 млрд. м3 на суше и 180 млрд. м3 на шельфе. Перспективы увеличения добычи газа связаны с освоением месторождений севера Тюменской области (Надым-Пур-Тазовский район, полуостров Ямал), а также крупнейшего в Европе Штокмановского газоконденсатного месторождения (Баренцево море).

В Надым-Пур-Тазовском районе начата разработка Юбилейного, Ямсовейского и Харвутинского месторождений с суммарной добычей 40 млрд. м3.

На полуострове Ямал разведанные запасы в настоящее время составляют 10,4 млрд. м3. К промышленному освоению из 27 разведанных здесь месторождений уже подготовлено 4 крупных - Бованенковское, Харасавэйское, Крузенштернское и Новопортовское. Ожидается, что максимальный уровень добычи газа на полуострове Ямал составит 200-250 млрд. м3.

Широкомасштабное освоение Штокмановского газоконденсатного месторождения намечается после 2005 г. - в соответствии с потребностями европейского рынка и северозападного региона России. Прогнозируемый уровень добычи газа на Штокмановском месторождении - 50 млрд. м3 в год.

Россия является крупнейшим экспортером в мире природного газа. Поставки «голубого золота» в Польшу начались в 1966 г. Затем в Германию (1973 г.). В настоящее время природный газ из России поставляется в Болгарию, Боснию, Венгрию, Грецию, Италию, Румынию, Словению, Турцию, Финляндию, Францию, Хорватию, Швейцарию, страны Балтии и государства СНГ (Белоруссию, Грузию, Казахстан, Молдавию, Украину). В 1999 г. в страны ближнего зарубежья и дальнего зарубежья было поставлено 204 млрд. м3 газа, а прогноз на 2010 г. составляет 278,5 млрд. м3.

Важнейшими целями и приоритетами развития газовой промышленности России являются:

1) увеличение доли природного газа в суммарном производстве энергоресурсов;

2) расширение экспорта российского газа;

3) укрепление сырьевой базы газовой промышленности;

4) реконструкция Единой системы газоснабжения с целью повышения ее надежности и экономической эффективности;

5) глубокая переработка и комплексное использование углеводородного сырья.

МИРОВЫЕ ЗАПАСЫ ГАЗА

Широкое применение газа в мире началось лишь в 50-х годах нашего столетия. С этого времени ученые начали серьезно заниматься изучением его запасов. Об изменении доказанных запасов природного газа можно судить по данным, приведенным в таблице 6.

В 1975 г. крупнейшими запасами обладали страны Ближнего и Среднего Востока. На данный момент времени - страны СНГ (62,5 трлн. м3) и прежде всего Россия (56,7 трлн. м3). Ближний и Средний Восток (52,7 трлн. м3).

Самыми крупными доказанными запасами газа обладает Россия (48,14 трлн. м3), в недрах которой сосредоточено 31,1 % мировых газовых ресурсов. При Сохранении нынешних темпов добычи этих запасов хватит на 81 год. В остальных странах Восточной Европы и СНГ запасы газа не превышают 7,4 %.

За Россией в порядке убывания запасов следует первая тройка стран Ближнего и Среднего Востока: Иран (23 трлн. м3), Катар (11,15 трлн. м3), Саудовская Аравия (6,04 трлн. м3). Их обеспеченность газом в связи с относительно небольшой добычей составляет от 115 до 403 лет.

Таблица 6. Запасы природного газа в мире по регионам

В недрах Африки находится 11,8 трлн. м3 газа. При сохранении нынешнего уровня добычи их хватит на 92 года. Лидерами по запасам газа в этом регионе являются Алжир (4,62 трлн. м3), Нигерия (3,55 трлн. м3) и Ливия (1,39 трлн. м3).

На 4-ом месте в мире по доказанным запасам находится Северная и Латинская Америка. Здесь сосредоточено 19,7 трлн. м3 «голубого топлива», которых хватит в среднем на 23 года. Наиболее велики запасы у США (4,7 трлн. м3), Венесуэлы (4,2 трлн. м3), Канады (1,7 трлн. м3).

В недрах Азии и Океании сосредоточено 10,4 трлн. м3 газа, которые будут добыты примерно за 40 лет Больше всего газа в этом регионе у Малайзии (2,5 трлн. м3), Индонезии (2,1 трлн. м3), Китая (1,8 трлн. м3).

Наименьшими ресурсами газа в мире обладают страны Западной Европы

(3,5 % мировых). Здесь лидерами по запасам являются Нидерланды (1,8 трлн. м3), Норвегия (1,25 трлн. м3), Великобритания (0,8 трлн. м3).

В мире существуют месторождения-гиганты, в которых запасы газа измеряются в млрд. м3. Из таблицы 7 видно, что самым крупным газовым месторождением мира является Ямбургское в России. Несколько уступают ему российское Уренгойское и алжирское Хасси Р, Мейль. Преобладающая часть газовых гигантов концентрируется на территории бывшего СССР (11 из 22). В них сосредоточено около 12 трлн. м3. В остальных регионах распределение газовых месторождений-гигантов следующее: Америка (2,7 трлн. м3), Западная Европа - (2,3 трлн. м3), Азия и Океания, а также Ближний и Средний Восток - (около 2 трлн. м3).

Всего в мире доказанных запасов газа - 162,2 трлн. м3, при сохранении достигнутой в 2000 г. мировой добычи газа, составляющей 2,5 трлн. м3, их хватит в среднем на 65 лет. С учетом вероятных и возможных запасов общие мировые ресурсы природного газа оцениваются в 398 трлн. м3. При сохранении нынешнего уровня газодобычи этих ресурсов хватит примерно на 200 лет.

Таблица 7 Газовые месторождения-гиганты

Как было сказано выше, природный газ находится под землей не только в чисто газовых месторождения, но значительные количества сосредоточены в угольных пластах, в подземных водах и в виде газовых гидратов.

Несчастные случаи с трагическими последствиями на угольных шахтах, как правило, связаны с метаном, содержащимся в угле. Метан находится в толще породы в сорбированном состоянии. По оценкам геологов, по всем угленосным районам мира запасы метана близки к 500 трлн. м3.

Метан содержится в подземных водах. Количество растворенных газов в них превосходит все разведанные запасы газа в традиционном виде. Так, например, в пластовых водах месторождения Галф-Кост (США) растворено 7,36 трлн. м3 метана, тогда как запасы природного газа в чисто газовых месторождениях США составляют только 4,7 трлн. м3.

Еще одним крупным источником метана могут служить газовые гидраты - его соединения с водой, напоминающие по внешнему виду мартовский снег. В одном кубометре газового гидрата содержится около 200 м3 газа.

Залежи газовых гидратов встречаются в осадках глубоководных акваторий и в недрах суши с мощной вечной мерзлотой (например, в заполярной части Тюменской области, у побережья Аляски, берегов Мексики и Северной Америки).

По средневзвешенным современным оценкам, ресурсы гидратного газа в мире составляют около 21 000 трлн. м3. Если это предположение подтвердится, то газовые гидраты могут стать неисчерпаемым источником углеводородного сырья.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бекиров Т.М. Первичная переработка природных газов. М.: Химия, 1987. 256 с.

2. Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа: ч.1. М.: Химия, 1972. 360 с.

3. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа: Учебное пособие для вузов. М.: Химия, 1999. 568 с.

4. Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа: ч.2. М.: Химия, 1980. 328 с.

5. Чуракаев А.М. Газоперерабатывающие заводы. М.: Химия, 1983. 245 с.

Размещено на Allbest.ru