Основы переработки природного газа

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

FUNDAMENTALS OF  
NATURAL GAS 
PRОСESSING 

Arthur J. Kidnay  
William R. Parrish  

Daniel G. McCartney

SECOND EDITION

CRC Press
Taylor &. Francis Group

Boca Raton London New York

CRC Press is an imprint of the
Taylor & Francis Group, an informa business

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

А. Дж. Кидни, У. Р. Парриш, Д. Маккартни 

ОСНОВЫ ПЕРЕРАБОТКИ 
ПРИРОДНОГО ГАЗА

Перевод с английского 2-го издания
под редакцией О. П. Лыкова, И. А. Голубевой

 
 

Санкт-Петербург

2014

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

ББК 35.514
УДК 665.62
О75

 
 А. Дж. Кидни, У. Р. Парриш, Д. Маккартни. Основы переработки природного газа : пер. с англ. яз. 2-го изд. под ред. О. П. Лыкова, И. А. Голубевой. — СПб.: ЦОП «Профессия», 2014. — 664 с., ил.

 
 
ISBN 978-5-91884-055-9

 
ISBN 978-1-420-08519-8 (англ.)

Представлены базовые процессы первичной переработки природного газа: подго
товка к переработке, процессы разделения, стабилизации, а также основные нехимические технологии переработки газа на ГПЗ. Выполнен анализ преимуществ, ограничений и диапазонов применения каждой технологии. Дополнительно представлены 
данные о насосах, компрессорах, теплообменниках и оборудовании для разделения фаз.

Рассматриваются структура газоперерабатывающих заводов и перспективы их 

развития; обсуждаются проблемы транспортировки газа и капитальные затраты 
на установки его переработки. Материал по технологиям СПГ (LNG) изложен с учетом последних достижений и будущих тенденций в этой области.

Примеры расчетов, контрольные вопросы и задачи позволяют использовать кни
гу для подготовки студентов старших курсов и аспирантов химико-технологических 
вузов.

Книга предназначена инженерно-техническим специалистам ГПЗ, НПЗ, газохи
мических предприятий и научным работникам, занятым в газоперерабатывающей 
промышленности.
ББК 35.514
УДК 665.62

All rights reserved. Authorized translation from English language edition published by CRC Press,  
part of Taylor & Francis Group LLC.

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена  

в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых 

издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или 

технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту 

приводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные 

с использованием книги

© 2011 by Taylor & Francis Group, LLC

© ЦОП «Профессия», 2014

© Перевод, оформление: ЦОП «Профессия», 2014

ISBN 978-1-420-08519-8 (англ.)
ISBN 978-5-91884-055-9

О75

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

Предисловие к русскому изданию ...........................................................................................15
Предисловие .........................................................................................................................16
Благодарности ......................................................................................................................17
Авторы .................................................................................................................................17

Глава 1. Базовые понятия ......................................................................................................19
Введение ...............................................................................................................................19
1.1.  Системы единиц и пересчет величин из одной системы в другую .............................19

1.1.1. Основные величины и единицы их измерения .....................................................20
1.1.2. Производные величины и единицы их измерения ...............................................22
1.1.3. Другие величины, важные в газопереработке .......................................................24
1.1.4. Математические символы ......................................................................................24

1.2.  Основные химические понятия и важнейшие физические свойства .........................25

1.2.1. Структура веществ и их классификация ...............................................................25
1.2.2. Важные химические свойства ................................................................................28
1.2.3. Важные физические свойства ................................................................................30
1.2.4. Смеси ......................................................................................................................40

1.3. Методы испытаний .......................................................................................................44

1.3.1. Коррозия медной пластины ...................................................................................44
1.3.2. Давление паров по Рейду .......................................................................................45

1.4. Элементы термодинамики ............................................................................................45

1.4.1. Введение .................................................................................................................45
1.4.2. Первое начало термодинамики .............................................................................46
1.4.3. Формы энергии ......................................................................................................47
1.4.4. Функции состояния и процесса ............................................................................52
1.4.5. Важные термодинамические процессы .................................................................53
1.4.6. Диаграммы давление–энтальпия ..........................................................................55

Вопросы для самопроверки.................................................................................................56
Задачи ...................................................................................................................................57
Литература ...........................................................................................................................57

Глава 2. Насосы ....................................................................................................................59
Введение ...............................................................................................................................59
2.1. Теоретические основы ..................................................................................................61

2.1.1. Баланс энергии .......................................................................................................61
2.1.2. Напор ......................................................................................................................61

2.2. Центробежные насосы ..................................................................................................63

2.2.1. Мощность и КПД насоса и нагревание жидкости ................................................65

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

2.2.2.  Напор всасывания, высота всасывания, полный напор .......................................67
2.2.3.  Эффективный положительный напор всасывания и кавитация .........................68
2.2.4. Характеристики насоса ..........................................................................................70
2.2.5. Характеристики гидравлической системы ............................................................74
2.2.6. Законы подобия .....................................................................................................75
2.2.7. Применение насосов в гидравлических системах ................................................75

2.3. Возвратно-поступательные насосы ..............................................................................77

2.3.1. Базовые сведения о возвратно-поступательных насосах .....................................78
2.4. Роторные насосы ...........................................................................................................80
2.5. Сравнение центробежных и объемных насосов ..........................................................82

2.5.1. Центробежные насосы ...........................................................................................82
2.5.2. Объемные насосы ...................................................................................................82

Вопросы для самопроверки.................................................................................................83
Задачи ...................................................................................................................................83
Литература ...........................................................................................................................84

Глава 3. Теплопередача ..........................................................................................................85
Введение ...............................................................................................................................85
3.1. Механизмы теплопередачи ...........................................................................................85

3.1.1. Теплопроводность ..................................................................................................86
3.1.2. Конвективная теплопередача ................................................................................89
3.1.3. Теплопередача излучением ....................................................................................90
3.1.4. Коэффициент теплоотдачи ....................................................................................91

3.2. Способы отвода и подвода тепла ..................................................................................96

3.2.1. Способы отвода тепла ............................................................................................96
3.2.2. Способы подвода тепла ..........................................................................................96

3.3. Типы теплообменных аппаратов ..................................................................................97

3.3.1. Кожухотрубчатые теплообменники ......................................................................97
3.3.2. Теплообменники погружного типа ........................................................................99
3.3.3. Теплообменники воздушного охлаждения.......................................................... 100
3.3.4. Пластинчатые теплообменники .......................................................................... 102
3.3.5. Пластинчато-ребристые теплообменники .......................................................... 103
3.3.6.  Пластинчатые теплообменники с вытравленными каналами ........................... 106
3.3.7. Конденсаторы ...................................................................................................... 106

3.4. Ребойлеры ................................................................................................................... 107

3.4.1. Ребойлер с паровым пространством .................................................................... 108
3.4.2.  Вертикальный рециркуляционный термосифонный ребойлер ......................... 109
3.4.3.  Горизонтальный однопроходной термосифонный ребойлер ............................. 109
3.4.4.  Вертикальный однопроходной термосифонный ребойлер ................................ 110
3.4.5. Встроенные ребойлеры ........................................................................................ 111

Вопросы для самопроверки............................................................................................... 111
Задачи ................................................................................................................................. 112
Литература ......................................................................................................................... 112

Глава 4. Процессы разделения .............................................................................................. 113
Введение ............................................................................................................................. 113
4.1. Перегонка .................................................................................................................... 114

4.1.1. Базовые понятия .................................................................................................. 114
4.1.2. Типы колонн ......................................................................................................... 123

4.2. Абсорбция .................................................................................................................... 125

4.2.1. Базовые понятия .................................................................................................. 125
4.2.2. Физическая абсорбция ......................................................................................... 125

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

4.2.3. Химическая абсорбция ........................................................................................ 126
4.2.4. Выбор абсорбента ................................................................................................. 126
4.2.5. Регенеративный процесс абсорбции ................................................................... 127

4.3. Контактные устройства колонн.................................................................................. 129
4.4. Адсорбция.................................................................................................................... 132

4.4.1. Базовые понятия .................................................................................................. 132
4.4.2. Процесс адсорбции .............................................................................................. 136
4.5. Мембранное разделение ............................................................................................. 140

4.5.1. Базовые понятия .................................................................................................. 140
4.5.2. Процесс мембранного разделения ...................................................................... 142

4.6. Выводы ........................................................................................................................ 147
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 148
Задачи ................................................................................................................................. 149
Литература ......................................................................................................................... 149

Глава 5. Оборудование для разделения фаз ........................................................................... 151

5.1. Газожидкостные сепараторы....................................................................................... 152

5.1.1. Первичное разделение ......................................................................................... 153
5.1.2. Гравитационное разделение газа и жидкости ...................................................... 153
5.1.3. Каплеулавливание ................................................................................................ 154
5.1.4. Гравитационное разделение жидкостей .............................................................. 158

5.2. Фильтр-сепараторы и коалесцирующие фильтры ..................................................... 158
5.3. Циклонные сепараторы .............................................................................................. 160
5.4. Жидкостные сепараторы ............................................................................................ 161
5.5.  Время удержания сепараторов различного назначения ............................................ 162
5.6. Фильтры ....................................................................................................................... 163
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 165
Литература ......................................................................................................................... 166

Глава 6. Общие сведения о газовой промышленности ............................................................ 169

6.1. Введение ...................................................................................................................... 169

6.1.1. Мировое производство и потребление природного газа .................................... 171
6.1.2. Производство и потребление природного газа в США ...................................... 172

6.2. Источники природного газа ....................................................................................... 176

6.2.1. Сведения из геологии ........................................................................................... 176
6.2.2. Запасы ................................................................................................................... 177
6.2.3. Традиционные источники.................................................................................... 178
6.2.4. Нетрадиционные источники ............................................................................... 180

6.3. Состав природного газа .............................................................................................. 184

6.3.1. Типичный состав газа из некоторых источников ............................................... 184
6.3.2. Состав газа угольных залежей .............................................................................. 186
6.3.3. Состав сланцевого газа ......................................................................................... 186
6.3.4. Примеси ................................................................................................................ 188

6.4. Классификация природных газов .............................................................................. 188

6.4.1. Содержание жидкостей ........................................................................................ 188
6.4.2. Содержание серы ................................................................................................. 190

6.5. Основные продукты и рынки ..................................................................................... 190

6.5.1. Метан .................................................................................................................... 191
6.5.2. Этан ....................................................................................................................... 191
6.5.3. Пропан .................................................................................................................. 192
6.5.4. Этан-пропановая смесь ....................................................................................... 192
6.5.5. Изобутан ............................................................................................................... 192

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

6.5.6. Нормальный бутан ............................................................................................... 192
6.5.7. Газоконденсатные жидкости ................................................................................ 193
6.5.8. Газовый бензин ..................................................................................................... 193
6.5.9. Сера ....................................................................................................................... 193

6.6. Требования к продуктам ............................................................................................. 193

6.6.1. Природный газ ..................................................................................................... 193
6.6.2. Жидкие продукты ................................................................................................. 195

6.7. Характеристики горения............................................................................................. 197

6.7.1. Теплота сгорания .................................................................................................. 197
6.7.2. Число Воббе .......................................................................................................... 199

Вопросы для самопроверки............................................................................................... 200
Задачи ................................................................................................................................. 200
Литература ......................................................................................................................... 201
Интернет-ресурсы ............................................................................................................. 203

Глава 7. Процессы газоперерабатывающих заводов ............................................................... 204

7.1. Задачи газоперерабатывающих заводов ..................................................................... 204
7.2. Процессы газоперерабатывающих заводов ................................................................ 205

7.2.1. Промысловые операции и приемка газа ............................................................. 205
7.2.2. Входное компримирование ................................................................................. 207
7.2.3. Очистка газа.......................................................................................................... 207
7.2.4. Осушка .................................................................................................................. 207
7.2.5. Извлечение тяжелых углеводородов.................................................................... 208
7.2.6. Отделение азота .................................................................................................... 208
7.2.7. Удаление следовых компонентов ......................................................................... 208
7.2.8. Выходное компримирование ............................................................................... 208
7.2.9. Переработка углеводородных жидкостей............................................................ 209
7.2.10. Извлечение серы................................................................................................. 209
7.2.11. Хранение и транспортировка ............................................................................. 209
7.2.12. Сжижение ........................................................................................................... 209

7.3. Вспомогательные системы ......................................................................................... 210

7.3.1. Энергоносители.................................................................................................... 210
7.3.2. Системы контроля технологических процессов ................................................. 213
7.3.3. Системы безопасности ......................................................................................... 213

7.4. Контрактные соглашения и экономические вопросы .............................................. 214

7.4.1. Контракты с твердой суммой вознаграждения ................................................... 214
7.4.2.  Контракты с правом на долю дохода от реализации продукции ........................ 215
7.4.3. Контракты на покупку всего объема добываемого газа ..................................... 215
7.4.4.  Контракты с фиксированным процентом извлечения жидкостей .................... 215
7.4.5.  Контракты на продажу газа с учетом его теплосодержания ............................... 215
7.4.6. Капитальные затраты ........................................................................................... 216

7.5. Производственные критерии ..................................................................................... 216

7.5.1. Убыль объема газа ................................................................................................. 217
7.5.2. Энергетическая эффективность .......................................................................... 217
7.5.3. Ценовой дифференциал....................................................................................... 218

Вопросы для самопроверки............................................................................................... 220
Литература ......................................................................................................................... 220

Глава 8. Промысловые операции и прием газа ....................................................................... 222
Введение ............................................................................................................................. 223
8.1. Промысловые операции ............................................................................................. 223

8.1.1. Операции на устье скважин ................................................................................. 223

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

8.1.2. Системы сбора газа .............................................................................................. 226
8.1.3. Компрессорные станции ..................................................................................... 226
8.1.4. Правила прокладки газопроводов ....................................................................... 229
8.1.5. Скребки ................................................................................................................ 229
8.1.6. Промысловый замер газа ..................................................................................... 234

8.2. Газовые гидраты .......................................................................................................... 235

8.2.1. Свойства газовых гидратов .................................................................................. 235
8.2.2. Прогнозирование условий гидратообразования ................................................. 238
8.2.3. Ингибирование гидратообразования .................................................................. 240

8.3. Прием газа ................................................................................................................... 247

8.3.1. Пробкоуловители трубного типа ......................................................................... 247
8.3.2. Пробкоуловители резервуарного типа ................................................................ 249
8.3.3. Сравнение конструкций пробкоуловителей ....................................................... 250

8.4. Вопросы безопасности и охраны окружающей среды ............................................... 250
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 251
Задачи ................................................................................................................................. 252
Литература ......................................................................................................................... 253
Интернет-ресурсы ............................................................................................................. 253

Глава 9. Компримирование газа ............................................................................................ 254
Введение ............................................................................................................................. 255
9.1. Теоретические основы ................................................................................................ 256

9.1.1. Термодинамика сжатия газа ................................................................................. 256
9.1.2. Ступенчатое сжатие.............................................................................................. 260
9.1.3. Коэффициенты полезного действия компрессора ............................................. 261

9.2. Приводы компрессоров .............................................................................................. 263
9.3. Типы компрессоров..................................................................................................... 264

9.3.1. Объемные компрессоры ...................................................................................... 266
9.3.2. Динамические компрессоры ............................................................................... 270

9.4.  Расчет производительности и потребляемой мощности ........................................... 276

9.4.1. Производительность ............................................................................................ 277
9.4.2. Потребляемая мощность ...................................................................................... 281

9.5.  Сравнение возвратно-поступательных и центробежных компрессоров .................. 283
9.6.  Вопросы безопасности и охраны окружающей среды ............................................... 284
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 285
Задачи ................................................................................................................................. 285
Литература ......................................................................................................................... 286

Глава 10. Очистка газа ......................................................................................................... 287

10.1. Введение .................................................................................................................... 288

10.1.1. Кислые газы ........................................................................................................ 288
10.1.2. Концентрация кислых компонентов в природном газе ................................... 289
10.1.3. Требуемые уровни очистки ................................................................................ 289
10.1.4. Утилизация кислых газов ................................................................................... 290
10.1.5. Процессы очистки .............................................................................................. 290

10.2. Процессы абсорбции растворителями ..................................................................... 294

10.2.1. Амины ................................................................................................................. 295
10.2.2. Соли щелочных металлов................................................................................... 307

10.3. Физическая абсорбция .............................................................................................. 308

10.3.1. Свойства растворителя ....................................................................................... 309
10.3.2. Типичные условия процесса .............................................................................. 311
10.3.3. Смешанные процессы ........................................................................................ 313

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

10.4. Адсорбция .................................................................................................................. 314
10.5. Низкотемпературное разделение газа ...................................................................... 316
10.6. Мембранная очистка ................................................................................................. 318

10.6.1. Удаление диоксида углерода из природного газа .............................................. 318
10.6.2. Вопросы эксплуатации ....................................................................................... 319
10.6.3.  Достоинства и недостатки систем мембранного разделения ........................... 321

10.7. Нерегенерируемые поглотители сероводорода ........................................................ 322
10.8. Биологические процессы .......................................................................................... 322
10.9. Вопросы безопасности и охраны окружающей среды ............................................. 323

10.9.1. Амины ................................................................................................................. 323
10.9.2. Адсорбенты, или твердые поглотители ............................................................. 323
10.9.3. Мембраны ........................................................................................................... 324
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 324
Задачи ................................................................................................................................. 324
Литература ......................................................................................................................... 325

Глава 11. Осушка газа ......................................................................................................... 328
Введение ............................................................................................................................. 329
11.1. Содержание воды в углеводородах ........................................................................... 330
11.2. Процессы осушки газа .............................................................................................. 334

11.2.1. Абсорбционные процессы ................................................................................. 334
11.2.2. Адсорбционные процессы ................................................................................. 343
11.2.3. Процессы с нерегенерируемыми влагопоглотителями ..................................... 357
11.2.4. Мембранные процессы ...................................................................................... 357
11.2.5. Другие процессы ................................................................................................. 358
11.2.6. Сравнение процессов осушки ............................................................................ 359

11.3. Вопросы охраны труда и окружающей среды .......................................................... 360
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 360
Задачи ................................................................................................................................. 361
Литература ......................................................................................................................... 362

Глава 12. Извлечение углеводородов ..................................................................................... 364

12.1. Введение .................................................................................................................... 365

12.1.1. Ретроградная (обратная) конденсация .............................................................. 366

12.2. Элементы процессов ................................................................................................. 367

12.2.1. Холодильная система ......................................................................................... 368
12.2.2. Турбодетандеры .................................................................................................. 374
12.2.3. Теплообмен ......................................................................................................... 379
12.2.4. Газожидкостные сепараторы .............................................................................. 380
12.2.5. Фракционирование ............................................................................................ 380

12.3. Процессы извлечения жидкостей ............................................................................. 382

12.3.1. Контроль точки росы и кондиционирование газа ............................................ 383
12.3.2. Частичное извлечение этана .............................................................................. 388
12.3.3. Глубокое извлечение этана ................................................................................. 392

12.4. Вопросы охраны труда и окружающей среды .......................................................... 397
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 397
Задачи ................................................................................................................................. 397
Литература ......................................................................................................................... 398

Глава 13. Удаление азота ...................................................................................................... 400
Введение ............................................................................................................................. 401
13.1. Удаление азота для облагораживания газа ............................................................... 401

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

13.1.1. Низкотемпературная ректификация ................................................................. 402
13.1.2. Адсорбция при переменном давлении .............................................................. 404
13.1.3. Мембранные процессы ...................................................................................... 405

13.2.  Извлечение азота для операций по повышению нефтеотдачи пластов .................. 406
13.3. Вопросы охраны труда и окружающей среды .......................................................... 408
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 408
Задачи ................................................................................................................................. 409
Литература ......................................................................................................................... 409

Глава 14. Удаление следовых компонентов ............................................................................ 411

14.1. Введение .................................................................................................................... 412

14.1.1. Водород ............................................................................................................... 412
14.1.2. Кислород ............................................................................................................. 412
14.1.3. Природные радиоактивные материалы ............................................................. 413
14.1.4. Мышьяк................................................................................................................ 417

14.2. Гелий .......................................................................................................................... 417

14.2.1. Введение ............................................................................................................. 417
14.2.2. Методы извлечения ............................................................................................ 418

14.3. Ртуть ........................................................................................................................... 421

14.3.1. Экологические факторы .................................................................................... 423
14.3.2. Ртутная коррозия ................................................................................................ 423
14.3.3. Процессы удаления ртути .................................................................................. 423

14.4. Бензол, толуол, этилбензол и ксилолы..................................................................... 425
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 427
Задачи ................................................................................................................................. 427
Литература ......................................................................................................................... 428
Интернет-ресурсы ............................................................................................................. 430

Глава 15. Переработка жидкостей ........................................................................................ 431
Введение ............................................................................................................................. 432
15.1. Переработка конденсата ........................................................................................... 432

15.1.1. Удаление кислых компонентов .......................................................................... 434
15.1.2. Обезвоживание ................................................................................................... 434

15.2. Переработка газоконденсатных жидкостей ............................................................. 434

15.2.1. Удаление кислых компонентов .......................................................................... 436
15.2.2. Обезвоживание ................................................................................................... 440
15.2.3. Фракционирование ............................................................................................ 443

15.3. Вопросы охраны труда и окружающей среды .......................................................... 443
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 444
Задачи ................................................................................................................................. 444
Литература ......................................................................................................................... 445

Глава 16. Переработка и удаление кислых газов .................................................................... 447

16.1. Введение .................................................................................................................... 448

16.1.1. Диоксид углерода ............................................................................................... 448
16.1.2. Сероводород ....................................................................................................... 448

16.2. Свойства серы............................................................................................................ 449

16.2.1. Твердая фаза ........................................................................................................ 449
16.2.2. Жидкая фаза ....................................................................................................... 450
16.2.3. Паровая фаза ...................................................................................................... 450

16.3. Процессы извлечения серы ...................................................................................... 451

16.3.1. Процесс Клауса ................................................................................................... 452

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

16.3.2. Процессы малой и средней производительности ............................................. 464

16.4. Хранение серы ........................................................................................................... 468
16.5. Утилизация кислых газов .......................................................................................... 469

16.5.1. Повышение нефтеотдачи пластов ..................................................................... 469
16.5.2. Утилизационные скважины ............................................................................... 470

16.6. Вопросы охраны труда и окружающей среды .......................................................... 470
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 472
Задачи ................................................................................................................................. 472
Литература ......................................................................................................................... 473

Глава 17. Транспортировка и хранение .................................................................................. 475
Введение ............................................................................................................................. 475
17.1. Газ ............................................................................................................................... 476

17.1.1. Транспортировка ................................................................................................ 476
17.1.2. Газораспределительные центры ......................................................................... 483
17.1.3. Газохранилища .................................................................................................... 486

17.2. Жидкие продукты ...................................................................................................... 491

17.2.1. Транспортировка ................................................................................................ 491
17.2.2. Хранение ............................................................................................................. 494

Вопросы для самопроверки............................................................................................... 494
Задачи ................................................................................................................................. 495
Литература ......................................................................................................................... 496

Глава 18. Сжиженный природный газ.................................................................................... 498

18.1. Введение .................................................................................................................... 499

18.1.1. Пиковые заводы и вспомогательные станции СПГ .......................................... 500
18.1.2. Основные заводы СПГ и труднодоступные запасы газа ................................... 501

18.2. Очистка газа перед сжижением ................................................................................ 507
18.3. Циклы сжижения ...................................................................................................... 509

18.3.1. Циклы Джоуля–Томсона ................................................................................... 509
18.3.2. Детандерные циклы............................................................................................ 514
18.3.3. Каскадные циклы ............................................................................................... 518

18.4. Хранение СПГ ........................................................................................................... 527

18.4.1. Хранение в наземных криогенных резервуарах ................................................ 527
18.4.2. Хранение в заглубленных криогенных резервуарах .......................................... 531
18.4.3.  Ролловер (расслоение и самопроизвольный переворот слоев) ........................ 533

18.5. Транспортировка ....................................................................................................... 535

18.5.1. Перевозка автотранспортом .............................................................................. 535
18.5.2. Перекачка по трубопроводам............................................................................. 535
18.5.3. Перевозка морским транспортом ...................................................................... 536

18.6. Регазификация СПГ и использование холода ......................................................... 540

18.6.1. Регазификация ................................................................................................... 540
18.6.2. Использование холода ....................................................................................... 541

18.7. Экономика индустрии СПГ ...................................................................................... 542

18.7.1. Себестоимость сжижения .................................................................................. 544
18.7.2. Затраты на транспортировку .............................................................................. 544
18.7.3. Затраты на регазификационные терминалы ..................................................... 546

18.8. Безопасность труда и охрана окружающей среды.................................................... 546
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 547
Задачи ................................................................................................................................. 548
Литература ......................................................................................................................... 549
Интернет-ресурсы ............................................................................................................. 552

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

Глава 19. Капитальные затраты на установки переработки газа .............................................. 553
Введение ............................................................................................................................. 553
19.1.  Базовые допущения, применяемые ко всем данным о капитальных затратах ....... 554
19.2. Очистка аминовыми растворами .............................................................................. 554
19.3. Осушка гликолем ...................................................................................................... 555
19.4.  Извлечение этана прямым охлаждением (частичное извлечение этана) ............... 556
19.5.  Извлечение этана низкотемпературной переработкой (глубокое извлечение  

этана) и удаление азота ..............................................................................................557

19.6. Производство серы и доочистка хвостовых газов .................................................... 558

19.6.1. Производство серы в больших объемах ............................................................. 558
19.6.2. Производство серы в небольших объемах ......................................................... 560

19.7.  Капитальные затраты на высокопроизводительные установки извлечения ГКЖ ..... 561
19.8. Поправки к данным о капитальных затратах ........................................................... 563
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 564
Литература ......................................................................................................................... 564

Глава 20. Газоперерабатывающие заводы .............................................................................. 565
Введение ............................................................................................................................. 565
20.1. Завод «Сан-Хуан» ...................................................................................................... 565
20.1.1. Сырье и производимые продукты ..................................................................... 567
20.1.2. Компримирование входящего газа .................................................................... 568
20.1.3. Теплообмен ......................................................................................................... 568
20.1.4. Осушка ................................................................................................................ 568
20.1.5. Пропановое охлаждение .................................................................................... 569
20.1.6. Извлечение углеводородов ................................................................................. 569
20.1.7. Аминовая очистка .............................................................................................. 569
20.1.8. Деэтанизация ...................................................................................................... 570
20.1.9. Компримирование товарного газа ..................................................................... 570

20.2. Завод «Уитни-Каньон» .............................................................................................. 570
20.2.1. Сырье и производимые продукты ..................................................................... 570
20.2.2. Пункт приема ..................................................................................................... 571
20.2.3. Компримирование входящего газа .................................................................... 572
20.2.4. Очистка газа ........................................................................................................ 572
20.2.5. Извлечение серы ................................................................................................ 572
20.2.6. Осушка ................................................................................................................ 573
20.2.7. Извлечение углеводородов ................................................................................. 573
20.2.8. Переработка жидкостей ..................................................................................... 573

20.3. Завод «Ганнибал» ....................................................................................................... 574
20.3.1. Сырье и производимые продукты ..................................................................... 574
20.3.2. Пункт приема ..................................................................................................... 575
20.3.3. Очистка газа ........................................................................................................ 576
20.3.4. Извлечение серы ................................................................................................ 576
20.3.5. Осушка ................................................................................................................ 576
20.3.6.  Установка отделения азота и низкотемпературная секция ............................... 576
20.3.7. Переработка жидкостей ..................................................................................... 577

Вопросы для самопроверки............................................................................................... 577
Задачи ................................................................................................................................. 577
Литература ......................................................................................................................... 578

Применяемые обозначения величин ...................................................................................... 579

Величины, обозначаемые греческими буквами ............................................................... 581

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

Приложение А. Словарь терминов газопереработки ............................................................... 582

Приложение Б. Физические константы и физические свойства .............................................. 593

Б1. Соотношения между единицами измерения .............................................................. 593
Б2. Газовые постоянные и стандартные состояния газа .................................................. 594

Б2.1. Универсальная газовая постоянная ..................................................................... 594
Б2.2. Стандартные состояния газа ................................................................................ 594
Б2.3.  Полезные соотношения между объемами в стандартных условиях ................... 595

Б3. Термодинамические и физические свойства .............................................................. 595

Б3.1. Физические свойства чистых жидкостей и газов ................................................ 595
Б3.2.  Свойства чистых жидкостей и газов, зависящие от температуры ...................... 595
Б3.3.  Физические свойства алканоламинов и их смесей с водой ................................ 614
Б3.4. Физические свойства гликолей и их смесей с водой .......................................... 620
Б3.5. Свойства насыщенного водяного пара ................................................................ 628
Б3.6.  Диаграммы зависимости давления и энтальпии и таблицы насыщения  

для чистых углеводородов, азота и диоксида углерода ........................................632

Б4. Коэффициенты сжимаемости углеводородов ............................................................ 662
Литература ......................................................................................................................... 662

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Предисловие к русскому изданию

Огромные ресурсы природного газа позволяют рассматривать его в качестве ос
новного первичного источника энергии и химического сырья в XXI в. Этим объясняется немалый интерес ко всему комплексу вопросов, связанных с ресурсами природного газа, его добычей, транспортировкой и переработкой.

Книга показывает всю цепочку переработки природных газов: подготовку газа 

к переработке (очистку и осушку), процессы разделения газов, стабилизации газовых 
конденсатов. Рассматриваются структура газоперерабатывающих заводов и перспективы их развития; обсуждаются проблемы транспортировки газа и капитальные затраты на установки его переработки.

Перед вами перевод второго издания книги Fundamentals of natural gas processing, 

изданный ЦОП «Профессия». Первое издание 2006 г. на русский язык не переводилось. Авторы книги — три американских специалиста в области газопереработки: Артур Дж. Кидни, Уильям Р. Парриш и Дэниел Г. Маккартни; подробные сведения о них 
читатель найдет далее.

Книга универсальна. С одной стороны, она адресована профессионалам в обла
сти газопереработки, так как содержит интересную информацию о новых технологиях, преимущественно разработанных в США. С другой стороны, книга будет полезна 
тем, кто работает в смежных областях и мало знаком с химизмом и технологией газопереработки либо только собирается освоить эту перспективную и бурно развивающуюся отрасль. Для последних двух категорий читателей хорошим подспорьем будут 
первые 5 глав, которые дают базовые сведения, упрощающие осмысление материала о конкретных технологических процессах, изложенных в последующих 15 главах. 
Книга может даже использоваться в качестве учебного пособия для студентов, тем 
более что в конце почти каждой главы есть задачи и контрольные вопросы.

Вместе с тем подобная универсальность книги иногда подводит ее авторов, как 

будто забывающих, какой именно категории читателей они адресуют описание того 
или иного процесса. Как следствие, излагаемый в некоторых главах материал оригинала может представлять собой некоторые сложности для новичка. Чтобы устранить 
эти минусы, редакторам иной раз приходилось давать свои комментарии и пояснения, оформленные в виде сносок.

Еще одна сложность для читателя — приверженность англоязычных авторов к не
традиционным системам измерения. Внесистемные единицы для лучшего понимания материала редакторы иногда переводили в единицы системы СИ, заменяя одно 
другим, а иногда давали их в дополнение к величинам, выраженным в нестандартных размерностях (градусы Фаренгейта, футы, фунты, дюймы, галлоны и т. п.). Кроме того, в прил. Б читатель найдет значения всех внесистемных единиц, используемых в тексте. Дополнительную трудность для понимания текста создают различия 
в названиях некоторых продуктов или в терминах газопереработки в США и России. 
Эту проблему частично решают соответствующие пояснения в сносках и прил. А, содержащее определения многих терминов газопереработки.

К сожалению, материал книги ограничен рассмотрением процессов первич
ной переработки природных газов и не касается их химической переработки, хотя 

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

газохимия, сформировавшаяся в конце ХХ в., особенно интенсивно развивается 
именно в США. Такие ее процессы, как GTL (получение моторных топлив из природного газа), оксосинтез, производство метанола и синтез на его основе уксусной 
кислоты, диметилового эфира, этилена и т. д., активно конкурируют с традиционными технологиями нефтехимии.

Д-р хим. наук, профессор  
Голубева И. А.

д-р техн. наук, профессор  

Лыков О. П.

Предисловие

Газовая промышленность, зародившаяся в США в начале XX в., продолжает раз
виваться. Природный газ — это высококачественное топливо и химическое сырье. 
Он играет жизненно важную роль в промышленности, занимая значительную долю 
американского экспорта. Эта книга позволит читателю, мало знакомому с отраслью 
газопереработки, приобрести необходимые начальные знания. Тем специалистам, кто 
оказывает газоперерабатывающим предприятиям услуги в узкой области, книга поможет лучше понять, какую роль играют продукты и услуги предприятий в совокупном 
процессе.
Бóльшая часть книги будет понятна даже тем, кто не знаком с химическими тех
нологиями. Чтобы облегчить таким читателям усвоение материала, книга разделена на две части. В первой части, состоящей из пяти глав, дается обзор базовых понятий. Эта часть поможет тем, кто не имеет инженерного образования, лучше понять 
некоторые технические вопросы. Инженерам она послужит для закрепления уже 
усвоенных знаний; подготовленные читатели могут ее бегло просмотреть или вовсе 
пропустить. Вопросы, раскрываемые в первой части, применимы к химической перерабатывающей промышленности в целом.

Во второй части, состоящей из остальных 15 глав, рассматриваются процессы пе
реработки природного газа. Чтобы полнее раскрыть необходимость каждого этапа 
переработки, главы излагаются в порядке всей ее цепи — от получения сырого газа 
на устье скважин до поступления товарного газа на рынок. Основное внимание уделено процессам газоперерабатывающих установок. По возможности рассматриваются достоинства, ограничения и области применимости процессов с тем, чтобы можно 
было полностью понять принципы их выбора и интеграции в технологическую схему 
газоперерабатывающего завода.

Помимо личного опыта авторов книги, в ее основу легли сведения, почерпнутые 

из коммерческих изданий, открытых литературных источников и материалов конференций1. В совокупности эта информация дает точную картину современных технологий 

1 В США к числу важнейших в области газопереработки относятся ежегодная конференция Нацио
нальной ассоциации переработчиков газа (GPA) и учрежденная университетом штата Оклахома Конференция имени Лоуренса Рейда по вопросам подготовки газа.

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

газопереработки, в том числе тех, которые могут приобрести большое значение в будущем. Здесь собрано всё самое важное, что имеет отношение к газопереработке.

В конце почти каждой главы есть вопросы для самопроверки и задачи, что делает 

книгу пригодной в качестве учебного пособия для студентов высших и средних технических учебных заведений.

Благодарности

Авторы признательны всем тем, кто оказал помощь в подготовке первого и вто
рого изданий этой книги. Она не появилась бы на свет без помощи Национальной 
ассоциации переработчиков газа (GPA). Кенни Уит и (позже) Рон Брюннер любезно 
предоставили материал по газопереработке, собранный ими из обширных источников, изданных GPA. Отдельное спасибо Джо Кучински за крайне интересную трактовку некоторых вопросов с производственной точки зрения. Картер Таннехилл прислал 
обновленные данные по капитальным затратам на газоперерабатывающие установки 
для главы 19 и сделал много ценных замечаний. Джон Робертс и Джим Рокуэлл дали 
авторам книги немало дельных советов. Филу Ричману и Джону Перанто принадлежат технические примечания и обзор для первого издания; их помощь в подготовке 
второго издания также весьма велика. Ценный вклад в общий труд внесли Билл Экт, 
Эд Уичерт, Денди Слоун, Кортланд Эбл, Нейт Макмайкл, Норберт Пачеко, Зак Роудс, 
Дейл Эмбри, Вит Крука и Чарлз Уоллес. Ряд компаний предоставил схемы и фотографии. Так, Virtual Materials Group принадлежат диаграммы зависимости давление–энтальпия, приведенные в прил. Б. Еще одна компания предоставила схемы, в которых 
фирменные названия продуктов заменены общепринятыми с тем, чтобы эти схемы 
было проще использовать. В заключение авторы хотели бы выразить благодарность 
редколлегии Taylor & Francis за терпеливость ее сотрудников и их поддержку.

Авторы

Д-р Артур Дж. Кидни — почетный профессор химико-технологического факуль
тета Колорадского горного училища в Голдене, штат Колорадо. До перехода в Колорадское горное училище в течение 9 лет был научным сотрудником Национального 
института стандартов и технологий (NIST). Занимался преподавательской деятельностью и проводил обширные исследования в областях парожидкостного равновесия, физической адсорбции и теплопередачи. Д-р Кидни является автором 69 технических статей; число подготовленных им магистров и кандидатов наук достигло 42. 
Он продолжает активно заниматься профессорской деятельностью в Колорадском 
горном училище, где преподает переработку природного газа на старших курсах. 
В течение 35 лет д-р Кидни с коллегами преподает газопереработку в системе непрерывного образования для инженеров и ученых газовой промышленности.

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

За выдающуюся статью, представленную на конференции 1966 г., д-р Кидни полу
чил премию имени Расселла Скотта. С 1969 по 1972 г. был членом исполнительного 
комитета Конференции по криогенике, а летом 1972 г. — старшим научным сотрудником НАТО в Оксфордском университете. В знак признания заслуг в области инженерно-технических наук профессор Кидни в 1987 г. был избран действительным членом ученого совета Американского химико-технологического института. Губернатор 
штата Колорадо назначал его на два срока (1984–1992) членом Совета по регистрации дипломированных инженеров.

Д-р Уильям Р. Парриш долгие годы занимался исследованиями и разработками 

в компании ConocoPhillips (ранее Phillips Petroleum Company), где получал данные о физических свойствах, необходимые для внедрения новых процессов и решения производственных проблем. Пополнял корпоративную базу данных о веществах, в том числе 
о физических свойствах и газовых гидратах. Шесть раз участвовал в группах по оптимизации деятельности газоперерабатывающих заводов. Является автором 49 технических публикаций и двух патентов. В настоящее время преподает газопереработку в системе непрерывного образования для инженеров и ученых газовой промышленности.

Д-р Парриш представлял свою компанию в многочисленных технических консуль
тативных и научно-исследовательских комитетах, в том числе в Комитете по энтальпии 
секции F Национальной ассоциации переработчиков газа. Также участвовал в экспертных комитетах Министерства энергетики. Является действительным членом ученого 
совета Американского химико-технологического института и активно участвует в разработке выпускных экзаменационных материалов для дипломированных инженеров.

Дэниел Г. Маккартни — дипломированный инженер, занимался газопереработ
кой свыше 40 лет. Он получил степень химика-технолога в университете штата Канзас в Лоуренсе и начал свою карьеру в компании Warren Petroleum — подразделении 
Gulf Oil, которая позже слилась с компанией Chevron. Руководил разработкой технологических процессов для компании Warren и обеспечивал технологическое сопровождение процессов газопереработки в рамках Chevron. После увольнения из Chevron 
поступил на службу в Black & Veatch, ведущую транснациональную проектную, строительную и консалтинговую компанию, где его узкоспециализированные знания 
оказались востребованными в проектах по газопереработке, производству сжиженного природного газа и извлечению серы.

Маккартни в течение более чем 30 лет состоял в Национальной ассоциации перера
ботчиков газа (GPA) и был членом Комитета по прикладным компьютерным программам. В настоящее время является председателем подгруппы по разработке технических 
данных. За плодотворную работу в области газопереработки ему присвоена награда 
GPA «За заслуги». Маккартни принимает активное участие в Конференции имени Лоуренса Рейда по подготовке газа, где занимает пост старшего члена консультативного 
комитета. Является автором или соавтором ряда технических статей и обладателем одного патента в области газопереработки и сжиженного природного газа.

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Глава 1. Базовые понятия

Введение

Эта глава затрагивает основы газопереработки, необходимые для лучшего пони
мания материала последующих глав. Она рассчитана на тех, кто впервые знакомится с газопереработкой или не имеет химико-технологического образования. Здесь 
рассматриваются следующие вопросы:

1) технологические величины и единицы их измерения;
2) основные химические понятия и физические свойства;
3) элементы термодинамики.
Два последних вопроса — фундамент теории газопереработки. Предметная область 

газопереработки освещается в последующих главах.

1.1.  Системы единиц и пересчет величин из одной 

системы в другую

Сегодня в США применяются две основные системы единиц: Международная си
стема единиц (СИ) и Инженерная система единиц США (USES) либо их разновидности. Общепринятой в США является Инженерная система единиц, но в остальных промышленно развитых странах гораздо шире используются системы, так или 
иначе основанные на СИ1. В этом разделе рассматриваются общеупотребительные 
единицы измерений и некоторые соотношения для пересчета из USES в СИ либо 
наоборот.

Все величины в тексте, примерах и на диаграммах в книге по возможности указы
ваются в единицах обеих систем (сначала в единицах USES, затем, в скобках, — в единицах системы СИ), но есть случаи, когда необходимо произвести пересчет из одной 
системы в другую. В прил. Б1 приводится набор соотношений для пересчета, достаточный в большинстве случаев. К примеру, единицей давления в системе СИ является паскаль (обычно применяемый в виде кПа или МПа), но часто используются 
также бар и кг/см2.

1 Исчерпывающее описание системы СИ приводится в NIST (2003). Клинкенберг [Klinkenberg, 1969] 

составил хорошо изложенный обзор Инженерной системы единиц. — Примеч. авт.

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Глава 1. Базовые понятия

В следующем подразделе описываются основные единицы измерений. Затем речь 

пойдет о производных единицах, получаемых комбинированием основных единиц. 
Прежде чем перейти к рассмотрению единиц измерения, необходимо дать определение общепринятым «приставкам» для обозначения укрупненных единиц. Величины 
в газопереработке часто имеют большие значения. Для сокращенной записи больших чисел в системе USES используются следующие приставки:

M = тысяча
= 1000
= 103

MM = миллион
= 1 000 000
= 106

B = миллиард
= 1 000 000 000
= 109

T = триллион
= 1 000 000 000 000
= 1012

Quad = квадриллион
= 1 000 000 000 000 000
= 1015

Заметим, что эти приставки не соответствуют соглашениям системы СИ. Вне 

Соединенных Штатов приставка M обычно означает множитель, равный 106 (что 
соответствует соглашениям системы СИ). В книге вместо приставок по системе USES 
указываются множители 103 и 106, или же число записывается полностью.

Приставка M в системе USES означает множитель, равный 103. В США также 

принято разделять группы разрядов запятыми, а не пробелами, как практикуется 
во многих других странах. Приставка Quad относится к очень большим числам 
и применяется лишь для представления энергетических величин в государственных 
или мировых масштабах.

Во всех странах, использующих систему СИ, кроме США, приставки при выра
жении значений объемов не употребляются. Во избежание недоразумений большие 
значения объемов будут указываться с сомножителями в виде степеней числа 10. Например, 3 000 000 м3 будет представляться как 3 ∙ 106 м3. Приставки к другим единицам 
измерений будут применяться в соответствии с соглашениями СИ.

Пересчет значений из одной системы в другую редко дает точные цифры: на
пример, 80,00 °F = 26,67 °C. Погрешность при пересчете определяется числом значащих цифр. Пересчет значений температуры 80 и 80,0 °F даст соответственно 25 
и 26,7 °C.

1.1.1. Основные величины и единицы их измерения

В табл. 1.1 перечислены пять важных величин и единиц их измерения, использу
емых в газопереработке. Указаны также соотношения для пересчета из одной системы в другую.

Общей для применяемых систем является лишь единица измерения времени.
В Инженерной системе единиц США фунт-сила относится к базовым единицам 

и определяется как сила тяжести, действующая на тело массой 1 фунт (1 фунт-масса) 

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru