Какие продукты получают из газа
Природный газ отлично вступает в химическую реакцию горения. Поэтому чаще всего из него получают энергию — электрическую и тепловую. Но на основе газа можно сделать еще удобрение, топливо, краску и многое другое.
Значительные объемы газа использует также металлургическая промышленность. Но и здесь природный газ также используется как источник энергии — для разогрева доменных печей.
Зеленое топливо
В России около половины поставок газа приходится на энергетические компании и коммунальное хозяйство. Даже если в доме нет газовой плиты или газового водонагревателя, все равно свет и горячая вода, скорее всего, получены с использованием природного газа.
Природный газ — самое чистое среди углеводородных ископаемых топлив. При его сжигании образуются только вода и углекислый газ, в то время как при сжигании нефтепродуктов и угля образуются еще копоть и зола. Кроме того, эмиссия парникового углекислого газа при сжигании природного газа самая низкая, за что он получил название «зеленое топливо». Благодаря своим высоким экологическим характеристикам природный газ занимает доминирующее место в энергетике мегаполисов.
На газе можно ездить
Природный газ может использоваться как моторное топливо. Сжатый (или компримированный) метан стоит в два раза дешевле 76-го бензина, продлевает ресурс двигателя и способен улучшить экологию городов. Двигатель на природном газе соответствует экологическому стандарту Евро-4. Газ можно использовать для обычных автомобилей, сельскохозяйственного, водного, воздушного и железнодорожного транспорта.
Компримированный газ получают на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) путем сжатия природного газа, поступающего по газопроводу, до 20–25 МПа (200–250 атмосфер).
Еще из природного газа можно производить жидкие моторные топлива по технологии «газ-в-жидкость» (gas-to-liquid, GTL). Поскольку природный газ — достаточно инертный продукт, практически всегда при переработке на первом этапе его превращают в более реакционно-способную парогазовую смесь — так называемый синтез-газ (смесь СО и Н2).
Далее ее направляют на синтез для получения жидкого топлива. Это может быть так называемая синтетическая нефть, дизельное топливо, а также смазочные масла и парафины.
Впервые жидкие углеводороды из синтез-газа получили немецкие химики Франц Фишер и Ганс Тропш еще в 1923 году. Правда, тогда в качестве источника водорода они использовали уголь. В настоящее время различные варианты метода Фишера-Тропша используются во многих представленных на рынке процессах превращения газа в жидкие углеводороды.
Отбензинивание
Первичная переработка газа происходит на ГПЗ — газоперерабатывающих заводах.
Обычно в природном газе помимо метана содержатся разнообразные примеси, которые необходимо отделить. Это азот, углекислый газ, сероводород, гелий, пары воды.
Поэтому в первую очередь газ на ГПЗ проходит специальную обработку — очистку и осушку. Здесь же газ компримируют до давления, необходимого для переработки. На отбензинивающих установках газ разделяют на нестабильный газовый бензин и отбензиненный газ — продукт, который впоследствии и закачивают в магистральные газопроводы. Этот же уже очищенный газ идет на химических заводы, где из него производят метанол и аммиак.
А нестабильный газовый бензин после выделения из газа подается на газофракционирующие установки, где из этой смеси выделяются легкие углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан. Эти продукты тоже становятся сырьем для дальнейшей переработки. Из них в дальнейшем получают, к примеру, полимеры и каучуки. А смесь пропана и бутана сама по себе является готовым продуктом — ее закачивают в баллоны и используют в качестве бытового топлива.
Краска, клей и уксус
По схеме, похожей на процесс Фишера-Тропша, из природного газа получают метанол (CH3OH). Он используется в качестве реагента для борьбы с гидратными пробками, которые образуются в трубопроводах при низких температурах. Метанол может стать и сырьем для производства более сложных химических веществ: формальдегида, изоляционных материалов, лаков, красок, клеев, присадок для топлива, уксусной кислоты.
Путем нескольких химических превращений из природного газа получают также минеральные удобрения. На первой стадии это аммиак. Процесс получения аммиака из газа похож на процесс gas-to-liquid, но нужны другие катализаторы, давление и температура.
Аммиак сам по себе является удобрением, а также используется в холодильных установках как хладагент и в качестве сырья для производства азотсодержащих соединений: азотной кислоты, аммиачной селитры, карбамида.
Как получается аммиак
Вначале природный газ очищают от серы, затем он смешивается с подогретым водяным паром и поступает в реактор, где проходит через слои катализатора. Эта стадия называется первичным риформингом, или парогазовой конверсией. Из реактора выходит газовая смесь, состоящая из водорода, метана, углекислого (СО2) и угарного газов (СО). Далее эта смесь направляется на вторичный риформинг (паровоздушная конверсия), где смешивается с кислородом из воздуха, паром и азотом в необходимом соотношении. На следующем этапе из смеси удаляют СО и СО2. После этого смесь водорода и азота поступает собственно на синтез аммиака.
-
Как строят подводные газопроводы
Глубина моря может достигать нескольких километров. Проложить трубы по дну — сложная задача. Но по дну Северного моря идут 6000 км трубопроводов, некоторые из которых там уже 40 лет.
-
Как природный газ используется в качестве автомобильного топлива
Природный газ нужен не только для приготовления пищи, обогрева дома и получения электричества. Еще им можно заправлять автомобиль. Природный газ в качестве топлива намного дешевле и экологичнее нефтепродуктов.
Природный газ является ценным энергетическим сырьем для различных отраслей промышленности. Он состоит в основном из метана (до 98 %), его гомологов (этана, пропана, бутана), сернистых соединений, углекислого газа, азота и, в небольшом количестве, меркаптанов (слабых кислот). В некоторых месторождениях газа присутствует гелий.
Основная продукция из природного газа — это сырье для энергетики. Почти 40 % переработанного природного газа сжигается на электростанциях. Еще около 30% используется в металлургической промышленности. Примерно по 4% объемов добываемого природного газа применяется для отопления жилых зданий, промышленных предприятий и бытовых нужд населения, на цементных предприятиях, строительстве, в сельском хозяйстве, производстве медикаментов. В США на нужды энергетики и тяжелой промышленности и в качестве бытового топлива используется 98% газа.
В зависимости от содержания в природном газе тяжелых углеводородов, он считается «сухим» (пропан, бутан и пр. менее 50 г/м. куб) или «жирным». Сухой газ легче воздуха, он транспортируется по газопроводам на дальние расстояния. В настоящее время этот самый дешевый способ доставки энергетического сырья потребителю. Для экономики газодобывающих стран экспорт природного газа является важной статьей дохода. Именно сухой газ применяется в качестве топлива.
На компрессорных станциях сухой природный газ сжимается до 200 атм и охлаждается до -162 оС. Такой продукт называется компримированным природным газом. Его можно хранить в жидком виде в подземных хранилищах и использовать для сглаживания пиков потребления сырья в холодной период года. Транспортировка его производится в специальных криоцистернах, чаще всего морским путем, танкерами-газовозами.
Компримированный природный газ является стратегическим энергетическим сырьем на мировом рынке. Его удобно перевозить в районы, отстоящие на десятки тысяч км от мест добычи. По оценкам аналитиков до 2020 года 35% переработанного природного газа в мире будет доставляться заказчику в виде компримированного газа. В настоящее время наметились перспективы применения его в качестве топлива для автотранспорта. Ведущие автоконцерны уже выпускают автомобили, работающие на компримированном газе.
По количеству тяжелых фракций в составе добываемого природного газа различают чисто газовые месторождения (содержащие сухой газ) и газоконденсатные (с большей долей тяжелых гомологов метана). Еще в начальный период переработки природного газа из него выделяют водород, сернистые соединения и сухую серу, имеющие применение во многих отраслях экономики. Ценным сырьем для нефтехимии являются тяжелые углеводороды. В процессе технологической переработки из них получают следующие виды продукции:
• сжиженный углеводородный газ (СУГ);
• различные виды растворителей;
• водород, аммиак, метанол, формальдегид, сажа;
• уксусная кислота;
• синтетические красители;
• пластмассы;
• газы, используемые для консервации сельскохозяйственной продукции и при производстве медикаментов.
Многие газовые месторождения содержат гелий. Этот ценный инертный газ востребован во многих отраслях экономики. Наиболее богатые районы добычи гелия находятся в США и в России (Восточно-Европейские и Сибирские газоносные регионы).
Высокомолекулярные углеводороды являются основой получения СУГ, который применяется вместо бензина для автотранспорта, используется в качестве топлива в быту и промышленности.
Имеются технологии GTL («газ в жидкость»), позволяющие получить высококачественное автомобильное и авиационное топливо СЖТ (синтетическое жидкое топливо). Такие установки на природном газе действуют в Катаре, Малайзии и в ЮАР, однако, чаще всего, сырьем для них является попутный нефтяной газ. Некоторые фирмы в РФ начали выпуск блочных мобильных комплексов по переработке природного газа с использованием технологии GTL.
Если статья оказалась полезной, в качестве благодарности воспользуйтесь одной из кнопок ниже — это немного повысит рейнинг статьи. Ведь в интернете так трудно найти что-то стоящее. Спасибо!
В нынешнее либероидное время вранья и отлучения народа от грамотности нас уже приучили к мысли о том, что такие полезные ископаемые, как газ и нефть годны лишь для продажи просвещённому Западу, который их использует исключительно для отопления или выработки электроэнергии.
Однако это большая ложь. Впрочем, давайте по порядку.
Первого июня вдруг вспомнилась одна картинка из „Детской энциклопедии”. Уже интересное совпадение, ведь эта дата — День защиты детей.
Отыскал оранжевые тома издания 1958-1962 гг. Нашёл и оглавление томов, выбрал нужный: как раз про нефть и газ. И… не нашёл той, запечатлевшейся ещё с раннего детства картинки.
А сегодня утром отчётливо вспомнил ночной сон: в каком-то магазине покупаю один-единственный, оставшийся в продаже оранжевый том упомянутой энциклопедии. Вспомнил и решил прислушаться к такому чёткому знаку Матрицы. Только теперь решил просмотреть не некий список тем томов, а оглавление каждого тома. И… уже во втором томе нахожу то, о чём вспоминал ровно три недели назад! В первый же раз искал в шестом томе, где также написано о нефти.
Итак, почему выше было резко сказано о лжи? Потому что умолчание, подмена частью целого — это и есть ложь. Если нам в сознание вбивают, что нефть с газом годны лишь для получения тепла или электричества путём сжигания, то нас заставляют забыть даже сказанные ещё сто лет назад слова нашего учёного, Д.И. Менделеева:„Сжигать нефть — всё равно, что топить печь ассигнациями.” И надо учитывать, что в его время ассигнации обеспечивались золотом, т.е. имели установленную ненулевую ценность.
А мы сегодня… гоним сырую нефть на Запад. В лучшем случае — продукт первого передела. Однако ещё в середине прошлого века детям, советским детям уже было известно, что из газа или нефти можно получать безчисленное множество полезных людям продуктов. В том числе, внимание! — в том числе и все виды пластмасс. Вы можете представить современную техническую цивилизацию без этого продукта нефтехимии? Оглянитесь вокруг, посмотрите, сколько пластика вокруг вас! Начиная с кресла, на котором вы сидите…
Теперь читатель готов к правильному восприятию картинки из, повторим, энциклопедии для детей! И, знаете, с глубоким сожалением приходится предположить, что для некоторых вполне взрослых читателей этого достаточно серьёзного блога предлагаемая картинка, увы, будет целым откровением. Конечно, хотелось бы ошибиться в таком предположении, однако реальность…
Не знаю, как вам, а меня до сих пор впечатляет огромная номенклатура получаемых из ископаемых углеводородов вещей и веществ. И отдавать такое за жалкие 50 зелёных бумажек, да ещё врагу… Это, знаете ли, в здоровой голове просто не укладывается.
Желающим ознакомиться с первыми выпусками „Детской энциклопедии” предоставляем ссылку на сайт, где вы найдёте все тома и сможете их скачать.
*
Ниже — чисто формальное описание нефтепродуктов, найденное во вполне взрослой современной энциклопедии „Кругосвет”.
НЕФТЕХИМИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ, химические продукты, выделенные или произведенные (полностью или частично) из нефти и природного газа.
Использование нефти и природного газа как сырья для химического производства началось в 1920-е годы и быстро росло после 1940. Нефтехимические продукты в 1990-е годы составляли более половины мирового объема производства органических веществ и более одной трети продукции всей химической промышленности. Нефть и природный газ заменили такое сырье для химической промышленности, как каменный уголь, зерно, меласса и древесина. Нефтехимические продукты используют для получения растворителей, лекарств, красителей, инсектицидов, пластмасс, резины, текстиля, детергентов (моющих средств) и пр.
Основными классами веществ, выделяемых из природного газа или продуктов переработки нефти (а также побочных продуктов), являются углеводороды, сернистые соединения и нафтеновые кислоты. Углеводороды – главный источник получения химических продуктов. Из простейшего углеводорода, метана – главного компонента природного газа, получают органические соединения и водород для синтеза аммиака.
Другие углеводородные компоненты природного газа и нефти – парафины (этан, пропан и бутаны) – обычно превращают в соответствующие олефины (ненасыщенные углеводороды) для дальнейшей химической переработки. Парафины и олефины присутствуют также в газах, образующихся при переработке нефти. Ароматические углеводороды (бензол, толуол и ксилол) получают при помощи каталитических процессов риформинга из некоторых бензиновых фракций, содержащих высокий процент нафтенов (насыщенных циклических углеводородов).
Главные продукты переработки метана – метиловый спирт (метанол), аммиак и метилхлорид. Метанол используют в качестве антифриза или сырья для получения формальдегида. Из аммиака делают удобрения (нитрат и сульфат аммония), синильную кислоту, азотную кислоту, мочевину и гидразин. Гидразин – не только промежуточный продукт химической промышленности; он используется также как ракетное горючее. Хлорпроизводные метана служат в качестве промежуточных продуктов и растворителей.
Из углеводородов в наибольших количествах используют этилен. Главные первичные продукты его переработки – этиленоксид, этиловый спирт, этилхлорид, дихлорэтан и пластмассы на основе полиэтилена. Гидратацией этиленоксида получают этиленгликоль, который широко применяется в качестве антифриза или исходного продукта для получения дакрона и других полимеров. Этиленоксид реагирует также с синильной кислотой с образованием акрилонитрила, используемого для получения таких полимеров, как акрилан, орлон, динель и бутадиен-нитрильный каучук. Этиловый спирт, применяемый в качестве растворителя, важен также как исходное сырье для получения уксусной кислоты и уксусного ангидрида – полупродукта в производстве ацетатного волокна и целлофана.
Дихлорэтан используют в основном для получения винилхлорида, который при полимеризации дает поливинилхлорид, а при сополимеризации с акрилонитрилом – динель. Винилиденхлорид (1,1-дихлорэтилен) – основной исходный материал для волокна саран, пластмасс и резины – также получается из дихлорэтана.
Из пропилена производят изопропиловый спирт, большую часть которого окисляют в ацетон. Последний является исходным веществом для синтеза большого числа химических соединений и полиметилметакрилатов типа люсайта и плексигласа. К другим важным продуктам переработки пропилена относятся его тетрамер, используемый в производстве алкиларилсульфонатных детергентов, а также аллилхлорид – промежуточное соединение для синтеза глицерина – и кумол, который при окислении дает фенол и ацетон.
Дегидрирование нормальных (неразветвленных) бутиленов дает бутадиен, который в основном используется для производства синтетического каучука, а также бутиловые спирты, применяемые в качестве растворителей и исходных веществ для синтеза кетонов и сложных эфиров.
Бензол используется для получения стирола, полимеризация которого дает полистирольные пластмассы, а сополимеризация с бутадиеном – стирольные каучуки. Фенол, используемый преимущественно в производстве пластмасс, получают из бензола хлорированием, сульфированием или путем синтеза кумола. Бензол применяют также в производстве найлона, детергентов, анилина, малеинового ангидрида, хлор- и нитропроизводных.
Толуол используется в производстве тринитротолуола (взрывчатого вещества), сахарина, винилтолуола и других продуктов.
Ксилол имеет три изомера – о-ксилол, м-ксилол и п-ксилол. Фталевый ангидрид, применяемый в производстве полимерных покрытий, получают окислением о-ксилола. Дакроновое волокно и майларовые пленки производят путем поликонденсации терефталевой кислоты (получаемой из п-ксилола) и этиленгликоля. Изофталевая кислота, продукт окисления м-ксилола, является основным исходным материалом для нескольких типов пластмасс и пластификаторов
Как можно использовать природный газ? Только в качестве топлива? На самом деле из него можно производить разнообразные спирты. Долгое время этого не делали, потому что данный процесс был слишком дорогим и энергоемким. Однако недавно американские химики нашли способ достаточно сильно удешевить подобное производство, применив новый катализатор.
На первый взгляд, сама постановка вопроса кажется достаточно абсурдной — зачем делать из газа спирт, когда его можно произвести из практически любого сахара посредством брожения, а также из ряда других органических веществ? Не лучше ли использовать газ по его прямому назначению, то есть в качестве топлива, а спирт получать традиционным путем? Однако, если разобраться в данном вопросе поглубже, то станет ясно, что все не так уж однозначно, как кажется на первый взгляд.
Начнем с того, что сейчас в основном спирт производят двумя путями — либо, как это уже говорилось, при помощи брожения, либо в результате гидролиза целлюлозы. В первом случае на производство данного вещества расходуются ценные продукты питания, такие как зерна сельскохозяйственных злаков, клубни картофеля и т. п. Однако в связи с продолжающимся глобальным потеплением и угрозой продовольственного кризиса становится ясно, что насколько неразумно и расточительно употреблять на изготовление спирта такое сырье, которое может накормить сотни тысяч людей.
Читайте также: Алхимия сегодня: железо «назначили» платиной
Что касается гидролизного способа, то он напрямую связан с вырубкой лесов, которая, увы, приобретает масштабы всепланетной катастрофы. Опять-таки, в связи с грядущими возможными климатическими изменениями следовало бы поберечь экосистемы, которые могут играть роль хоть какого-то буфера. И здесь возникает интересный момент — для того, чтобы обходиться без продуктов деревообрабатывающей промышленности и не рубить леса в больших количествах, нужно переходить в быту на пластмассы. Ну, а исходным сырьем для этих пластмасс в большинстве случаев является… тот самый спирт.
Именно поэтому (а вовсе не из-за тайного заказа, полученного от ассоциации каких-нибудь самогонщиков) ученые и начали поиски альтернативного сырья для производства спирта — ведь, если таковое будет найдено, то удастся в значительной степени сократить вырубку лесов на планете. И вот химики из Института Скриппса (США) вспомнили о том, что еще в XX веке были разработаны некоторые технологии, позволяющие получать спирт из природного газа. Однако тогда ими мало кто пользовался, поскольку в некоторых случаях процесс требует нагрева до 800˚C, что, без сомнения, делало получающийся спирт весьма и весьма дорогим. В других ситуациях были необходимы катализаторы вроде платины и палладия, которые являются редкими и дорогостоящими металлами (что тоже делало произведенный из газа спирт отнюдь не дешевым).
Впрочем, еще двадцать лет назад профессор Рой Периана, являющийся ведущим автором вышеупомянутой работы, и его коллеги начали поиск катализаторов, которые позволили бы снизить температуру технологического процесса (те самые 800˚C) при получении спирта из газовых углеводородов, причем таких, которые не являлись бы запредельно дорогими веществами. Если говорить коротко, ученые стремились найти такое вещество, которое облегчало бы разрыв связей между атомом углерода и атомами водорода в молекулах метана, этана и пропана, и помогало бы ввести в их молекулы атом кислорода при значительно меньшей температуре. И вот, после долгих поисков было обнаружено, что таковым катализатором может быть таллий — достаточно дешевый металл.
В результате экспериментов было выяснено, что с помощью таллия можно было проводить требуемую реакцию при 180˚C, причем сразу с разными видами газообразных алканов, то есть со смесью метана, этана и других подобных веществ, не отделяя их друг от друга, как это требуется обычно. В результате получались эфиры спиртов этанола, метанола, изопропанола и другие кислородные модификации данных алканов. По мнению ученых, все это возможно потому, что электронная структура таллия упрощает взаимодействие между ним, молекулой газа и растворителем, в котором происходит реакция. Именно поэтому для осуществления реакции требуется куда меньше энергии, чем, к примеру, при использовании дорогой платины.
Что касается таллия, то хоть этот металл и является рассеянным, то есть не образует собственных залежей, однако он достаточно широко распространен на поверхности Земли. Он часто сопутствует меди, свинцу и цинку. А в таком часто встречающемся минерале, как пирит, он может составлять до 25 процентов от его веса. Весьма много таллия и различных глинах, калиевых минералах, таких, как слюда и полевой шпат, а также в природных оксидах марганца и железа. Одним словом, глубоко зарываться в землю или нырять на морское дно за этим металлом совсем не нужно.
Читайте также: Графен очистит воду от любой грязи
Однако ученые не собираются останавливаться на достигнутом — они также хотят попробовать в качестве катализатора реакции диоксид свинца (PbO2), который обладает аналогичными свойствами, что и испытанные ими соединения таллия. Ну, а это вещество является еще более обычным, поэтому при его использовании стоимость производства спирта из природного газа будет еще более низкой…