Природный газ и его использование.

Природный газ представляет собой смесь углеводородов. Различают три основные группы природных газов:

-      сухие газы, получаемые из чисто газовых месторождений (состоят до 98% из метана CH₄);

-      газы из газоконденсатных месторождений (состоят из сухого газа и примеси конденсата: бензина, лигроина, керосина);

-      попутные газы, получаемые из скважин нефтяных месторождений вместе с нефтью (состоят из смеси газов с газовым бензином и пропан-бутановой фракции).

Применение природного газа как энергетического сырья составляет 90%, как химического – 10%.

Добыча газа. Как и нефть, газ добывается через скважины, при этом газ под высоким давлением устремляется к поверхности, поэтому фонтан перекрывают стальными задвижками и потом направляют в трубопроводы. После транспортировки газ хранится в газгольдерах в сжатом или сжиженном виде. Иногда в качестве газохранилищ используются пустоты в недрах земли.

Переработка газа. Природный газ перерабатывается в основном в районах его добычи и вдоль газопроводов, попутный газ, составляющий 11-12% от общего Объема добычи, - в районах добычи нефти. Попутный газ перерабатывается на газоперерабатывающих заводах (выделяют газовый бензин, этан, пропан и т.д.).

Транспорт газа. Транспортировка осуществляется магистральными газопроводами. Давление газа в магистральном газопроводе поддерживается газокомпрессорными станциями. Для перекачки газа газопроводы снабжаются компрессорами с электрическим или газотурбинным приводом. В конечных пунктах магистрального газопровода сооружаются газораспределительные станции. Максимальный диаметр труб магистрального газопровода 1420 мм. Режим использования газопровода определяет его параметры: диаметр, экономичную степень сжатия, толщину стенки и т.д. Стоимость газопровода возрастает пропорционально давлению и квадрату его диаметра. Пропускная способность газопровода - количество передаваемого газа в единицу времени.

Уголь и его использование.

Уголь образовался из осадков органических веществ в пресной воде доисторических болот; обнаруживается в пластах всех геологических эпох. Последовательность возникновения:

Торф          Лигнит        Бурый уголь          Битуминозный уголь             Антрацит.

Примерное содержание элементов в каменном угле:

C^г +H^г₂ + S^г_л + О^г₂ + N^г₂ % = 84% + 5% + 2% + 8% + 1%= 100%.

Высокая теплота сгорания угля определяется высоким содержанием в нем водорода и углерода. Чем старее уголь, тем выше его качество.

Добыча угля ведется как открытым (карьерами), так и подземным (шахтами и штольнями) способами. Выбор способа добычи угля зависит от расположения угольного пласта относительно земной поверхности.

Транспорт угля. Во всех странах основными видами транспорта угля является железнодорожный, а между континентами - морской. Разрабатываются варианты транспортировки угольной пульпы по трубопроводам. На большие расстояния (свыше 600 км) перевозят, как правило, только высококачественные угли.

Синтетическое топливо.

Общий принцип получения синтетического газа показан на рис.1.1.

Рис 1.1

1 - подготовка угля к газификации; 2 - дистилляция без доступа воздуха; 3 - дистилляция в присутствии воздуха; 4 - дистилляция в присутствии Н₂О и О₂; 5 - конверсия водяного газа (СО + Н₂О = СО₂ + Н₂); 6 - очистка газа; 7 - каталитическая метанизация (ЗН₂ + СО = СН₄ + Н₂О); КГ - каменноугольный газ; ЭГ - энергетический газ; СГТ - синтетическое газообразное топливо.

Процессы основаны на том, что уголь подвергается перегонке в присутствии либо воздуха, либо водяного пара и кислорода. При газификации угля на воздушном дутье образуется энергетический газ (ЭГ), обладающий относительно низкой теплотой сгорания, который целесообразно использовать только на электростанциях, расположенных на месте его производства. В процессе с парокислородным дутьем (О₂ + Н₂О) образуется газ более высокого качества, который можно подвергать дальнейшей переработке для получения метана с высокой теплотой сгорания. Этот генераторный газ содержит высокий процент окиси углерода СО и азота N₂, поэтому он подвергается очистке в реакторе. Диоксид углерода СО₂ и примеси серы H₂S удаляются, а оставшийся газ, состоящий в основном из Н₂, СО, СН₄ и Н₂0, проходит стадию каталитической метанизации, на которой СО и Н₂, вступая в реакцию, образуют метан СН₄. Современные газогенераторы имеют производительность от 8,5 до 48,1 тыс. м³/ч.

Для производства СЖТ применяется принцип ожижения угля по методу Фишера-Тропша (рис.1.2). Сущность метода состоит в том, что после газификации угля осуществляется каталитическая конверсия получаемого продукта. Используя соответствующий катализатор, можно получить из синтетического газа различные виды углеводородных соединений.

Рис. 1.2. Стадии процесса ожижения угля:

1 - газификация угля; 2 - очистка газа; 3 - конверсия водяного газа;

4 - каталитическая конверсия; 5 - перегонка продуктов сжижения;

6 - полимеризация; ЭГ - энергетический газ: ГГ - генераторный газ;

ДТ - дизельное топливо; ТЖТ - тяжелое жидкое топливо