Основные направления использования и химической переработки природных газов

 

Природный газ как топливо

 

Трудность химической переработки природного газа, прежде всего метана, является главной причиной того, что в настоящее время подавляющая часть, 95% добываемого газа используется как топливо. В мировом энергобалансе его доля достигла 24%. В энергетическом балансе России доля природного газа значительно выше, более 50%, а в производстве электроэнергии его доля составляет почти 80%. Частично это объясняется неоспоримыми экологическими преимуществами природного газа перед другими видами ископаемого топлива. В нем практически отсутствуют примеси, характерные для угля и нефти, прежде всего тяжелые металлы и сера. Даже с точки зрения удельного выброса диоксида углерода на единицу произведенной энергии он имеет огромное преимущество по сравнению с нефтью, а тем более углем, т.к. имеет максимальное для углеводородов отношение С/Н = 4. Именно массовый переход на природный газ, наряду с некоторым спадом производства, позволил отечественной энергетике в 90-е годы заметно сократить выброс в атмосферу СО₂ и других поллютантов.

 

Изучение химических процессов газофазного горения углеводородов на протяжении последнего столетия являлось одним из главных стимулов развития и классическим объектом исследования химической кинетики. Исследование окисления водорода и низших алканов дало основой материал для создания и разработки теории разветвлено-цепных процессов и теории горения, огромный вклад в развитие которых внесла отечественная школа химической кинетики, созданная нобелевским лауреатом академиком Н.Н.Семеновым и его учениками. Результаты многолетних исследований в этой области обобщены в классических монографиях [51-53].

 

Огромная практическая важность оптимизации процессов сжигания природного газа и повышения КПД различного типа двигателей и

 

 

горелочных устройств, использующих это топливо, поддерживает постоянный интерес исследователей и специалистов к этой проблеме. Процессы эффективного использования природного газа в качестве топлива в промышленных установках рассмотрены в [54,55]. Однако сжигание газа под котлами электростанций дает наименьший экономический эффект по сравнению с его использованием на более квалифицированные нужды, не только в качестве химического сырья, но и в качестве топлива в промышленных процессах и коммунально-бытовом секторе. Природный газ широко используется в металлургии. В доменных печах 1 м³ природного газа заменяет 0,9-1,3 кг дефицитного кокса. Его применение повышает производительность доменных печей, качество чугуна и снижает его себестоимость. В сталелитейной промышленности перевод мартеновских печей с мазута на газ также повышает их производительность. Газ используется для отопления прокатных, кузнечных, термических и плавильных печей, в производстве свинца, алюминия, меди, никеля, кобальта и др. В стекольной промышленности применение природного газа повышает производительность печей на 10-13%, а в цементной промышленности его применение снижает себестоимость на 20-26%. Газ используется в печах для сушки и обжига керамики, для сушки пищевых продуктов [10].

 

При огромных экологических достоинствах природного газа в качестве топлива, его применение в теплоэнергетике связано с высокой эмиссией окислов азота в атмосферу. Высокая концентрация NOx в дымовых газах является следствием, прежде всего, высокой температуры продуктов сгорания, и их удаление требует серьезных инженерных усилий и значительных экономических затрат [56].

 

Природный газ и его отдельные компоненты, в т.ч. метан и пропан-бутановая фракция находят широкое применение в качестве моторного топлива. В 145 городах России эксплуатируется около 200 только крупных станций для заправки автотранспорта метаном под высоким давлением.

 

 

Главными мотивами для их дальнейшего внедрения являются доступность и низкая стоимость этого вида топлива, его высокие моторные (табл. 17) и экологические качества. Ведутся активные работы по использованию сжатого или сжиженного метана на водном, железнодорожном и даже воздушном транспорте. Еще более широко в качестве моторного топлива на автотранспорте применяется пропан-бутановая фракция. Современное состояние вопросов применения природного в качестве моторного топлива рассмотрено в специальном выпуске журнала Газовая промышленность [57].

 

Таблица 17.

 

Октановые числа низших алканов [30].

 

Углеводород	ОЧМ	ОЧИ
Метан		107,5
Этан		-
Пропан		105,7
Бутан	91,0	93,6
Изобутан	99,0	101,1
н-Пентан	61,7	61,7