Технологические процессы переработки и использования природного газа

Санкт-Петербург

2016

Р. А. Ахмедьянова, 
А. П. Рахматуллина,
Л. М. Шайхутдинова

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 
ПЕРЕРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 
ПРИРОДНОГО ГАЗА

Учебное пособие

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

ISBN 978-5-91884-087-0

© Р. А. Ахмедьянова, А. П. Рахматуллина, 
Л. М. Шайхутдинова,  2016
© ЦОП «Профессия», 2016 
© Оформление: ЦОП «Профессия», 2016

УДК [6.661.71+665.65](075.8)
ББК 665.62
Т38

           Рецензенты: профессор, д. т. н., А. Ф. Вильданов; академик РАЕН, д. т. н., Кемалов А. Ф.

Издание подготовлено на кафедре Технологии синтетического каучука ФГБОУ ВПО Казанского национального исследовательского технологического университета.

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.

Т38

Дано описание технологий переработки и использования природных газов. Рассмотрено сырье газоперерабатывающих заводов, вопросы первичной переработки 
углеводородных газов, в том числе выделение гелия, экологические проблемы добычи и сжигания природного газа, а также газохимические технологии.
Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению подготовки  
21.03.01 «Нефтегазовое дело», а также бакалавров и магистров по направлению подготовки «Химическая технология» по программам подготовки: «Химическая технология синтетического каучука», «Химия и технология мономеров», «Газохимические технологии производства сырья для полимеров», «Экономические аспекты 
химической технологии», «Современные технологии полимерной промышленности» 
и «Проектирование технологии синтетического каучука».

Представляет интерес для специалистов, работающих в области переработки 
углеводородного сырья. 

УДК  [6.661.71+665.65](075.8)
ББК 665.62

Ил.: 125. Табл. 45. Библ. 21 назв.

Ахмедьянова Р. А. Технологические процессы переработки и использования 
природного газа : учеб. пособие / Р. А. Ахмедьянова, А. П. Рахматуллина, 
Л. М. Шайхутдинова. — СПб. : ЦОП «Профессия», 2016. — 368 с., ил.

ISBN 978-5-91884-087-0

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

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений ...................................................................................... 9

Введение .....................................................................................................12

Глава 1. СЫРЬЕ ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДОВ ......................14

1.1. Природные газы .................................................................................16

1.2. Газовые конденсаты ............................................................................22

Контрольные вопросы к главе 1 ..................................................................30

Глава 2. ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ .......31

2.1. Очистка газов от механических примесей .........................................31

2.1.1. Методы сухой очистки .................................................................32

2.2.2. Методы мокрой очистки ..............................................................40

Контрольные вопросы к разделу 2.1 ............................................................42

2.2. Очистка природных газов от химических примесей .........................42

2.2.1. Очистка газов от диоксида углерода ............................................47

2.2.2. Очистка газов от серосодержащих примесей ..............................52

2.2.2.1. Очистка газов от сероводорода .............................................54

Оглавление

2.2.2.2. Очистка газов от меркаптанов...............................................89

2.2.2.3. Основы технологии производства газовой серы ................ 103

Контрольные вопросы к разделу 2.2 .......................................................... 110

2.3. Осушка природных углеводородных газов  ..................................... 111

2.3.1. Влагосодержание природного газа (общие положения)........... 111

2.3.2. Абсорбционная осушка газов .................................................... 113

2.3.3. Адсорбционная осушка газов .................................................... 119

Контрольные вопросы к разделу 2.3 .......................................................... 121

2.4. Выделение жидких углеводородов из природных газов 
(отбензинивание) ...................................................................................... 122

2.4.1. Классификация методов выделения жидких углеводородов ... 122

2.4.2. Метод низкотемпературной сепарации .................................... 123

2.4.3. Метод низкотемпературной конденсации ................................ 125

2.4.4. Абсорбционный метод извлечения углеводородов С2-С5 ......... 129

2.4.5. Адсорбционный метод извлечения углеводородов С2-С5 ......... 134

Контрольные вопросы к разделу 2.4 .......................................................... 135

2.5. Переработка широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) ... 135

2.5.1. Показатели качества ШФЛУ ..................................................... 136

2.5.2. Установки фракционирования газов ......................................... 138

2.5.2.1. Абсорбционно-газофракционирующие установки ............ 138

2.5.2.2. Центральные газофракционирующие установки ............... 140

Контрольные вопросы к разделу 2.5 .......................................................... 142

2.6. Стабилизация газовых конденсатов ................................................ 142

2.6.1. Технология стабилизации газового конденсата ........................ 143

2.6.1.1. Многоступенчатая дегазация .............................................. 143

2.6.1.2. Стабилизация в ректификационных колоннах .................. 144

Контрольные вопросы к разделу 2.6 .......................................................... 148

2.7. Гелий, свойства, применение и производство ................................ 148

2.7.1. Свойства гелия ........................................................................... 148

Оглавление

2.7.2. Области применения гелия ........................................................ 150

2.7.3. Сырьевая база гелия в мире ....................................................... 154

2.7.4. Производство гелия .................................................................... 160

2.7.5. Технологии производства гелия ................................................. 162

2.7.5.1. Криогенные методы получения гелия ................................ 163

  2.7.5.1.1. Получение гелиевого концентрата ................................. 163

  2.7.5.1.2. Тонкая очистка гелия (концентрирование гелия) ......... 167

2.7.5.2. Абсорбционный способ ....................................................... 172

2.7.5.3. Способ гидратообразования ................................................ 172

2.7.5.4. Мембранный способ............................................................ 172

2.7.6. Ожижение гелия ......................................................................... 175

2.7.7. Промышленное производство гелия в России ......................... 176

Контрольные вопросы к разделу 2.7 .......................................................... 176

2.8. Поточные схемы газоперерабатывающего и гелиевого заводов ..... 177

Глава 3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ДОБЫЧИ И СЖИГАНИЯ 

ПОПУТНОГО ГАЗА .................................................................................180

3.1. Экологические проблемы добычи природного газа ....................... 181

3.2. Экологические проблемы сжигания природного газа .................... 182

3.2.1. Использование природного газа в качестве топлива ................ 182

3.2.2. Сжигание попутного нефтяного газа ........................................ 184

3.2.3. Последствия сжигания попутного нефтяного газа 

для природной среды и населения .......................................................... 184

3.2.4. Влияние природного газа на человека ...................................... 186

Контрольные вопросы к главе 3 ................................................................ 187

Глава 4. ГАЗОХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ 

ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ..............................................................................188

4.1. Синтез-газ, получение и применение ............................................. 188

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

Оглавление

4.1.1. Методы получения синтез-газа ................................................. 188

4.1.2. Получение жидких углеводородов на основе синтез-газа 

(синтез Фишера-Тропша) ....................................................................... 194

4.1.3. Современные технологии GTL  .................................................. 202

4.1.4. Синтез метанола и продуктов на его основе ............................. 207

4.1.4.1. Синтез метанола .................................................................. 208

4.1.4.2. Синтез продуктов на основе метанола  ............................... 224

  4.1.4.2.1. Получение формальдегида из метанола ......................... 224

  4.1.4.2.2. Получение метил-трет-бутилового эфира  ................... 226

  4.1.4.2.3. Получение уксусной кислоты из метанола .................... 228

  4.1.4.2.4. Получение диметилового эфира из метанола ................ 232

4.1.5. Гидроформилирование олефинов (процесс оксосинтеза).
Производство альдегидов и спиртов ...................................................... 234

4.1.6. Производство аммиака и карбамида ......................................... 243

4.1.7. Превращение метанола в олефины и синтетические 
углеводороды ........................................................................................... 253

4.1.7.1. Процесс превращения метанола в олефины ...................... 254

4.1.7.2. Процесс получения бензина из метанола ........................... 256

Контрольные вопросы к разделу 4.1 .......................................................... 258

4.2. Химическая переработка низших парафиновых углеводородов .... 258

4.2.1. Пиролиз углеводородов ............................................................. 258

4.2.1.1. Физико-химические основы пиролиза ............................... 263

4.2.1.2. Технологические основы пиролиза ..................................... 266

4.2.1.3. Особенности пиролиза низших (газообразных) 

парафиновых углеводородов ................................................................. 270

  4.2.1.3.1. Пиролиз этана ................................................................. 272

  4.2.1.3.2. Пиролиз широкой фракции легких углеводородов 

и сжиженных газов ................................................................................ 274

4.2.1.4. Утилизация тепла в закалочно-испарительных  
аппаратах .........................................................................................276

4.2.1.5. Совершенствование процесса пиролиза ............................ 280

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

Оглавление

4.2.1.6. Жидкие продукты пиролиза и их переработка ................... 285

4.2.1.7. Примеси в сырье пиролиза и их влияние на процесс ........ 288

4.2.2. Пропилен .................................................................................... 290

4.2.2.1. Производство пропилена .................................................... 290

4.2.2.2. Производство пропилена дегидрированием пропана ........ 292

  4.2.2.2.1. Процесс ОАО НИИ «Ярсинтез» ..................................... 293

  4.2.2.2.2. Процесс «Qatofin» ............................................................ 294

  4.2.2.2.3. Процесс SТАR (Steam Active Reforming), Philips Petroleum ...295

  4.2.2.2.4. Процесс «Oleflex» ............................................................. 296

4.2.3. Бутадиен-1,3 ............................................................................... 298

4.2.3.1. Исторический очерк промышленного производства 
бутадиена в СССР и России .................................................................. 298

4.2.3.2. Методы производства бутадиена-1,3 .................................. 301

  4.2.3.2.1. Производство бутадиена-1,3 двухстадийным 

дегидрированием н-бутана .................................................................... 301

   4.2.3.2.1.1. Дегидрирование н-бутана в н-бутены ......................... 303

   4.2.3.2.1.2. Дегидрирование н-бутенов в бутадиен-1,3 ................. 306

  4.2.3.2.2. Одностадийное дегидрирование н-бутана 

в бутадиен-1,3 по методу Гудри ............................................................. 309

  4.2.3.2.3. Производство бутадиена-1,3 окислительным 

дегидрированием н-бутенов .................................................................. 312

  4.2.3.2.4. Выделение бутадиена-1,3 из фракции углеводородов 

С4 пиролиза ............................................................................................ 318

4.2.4. Изобутилен ................................................................................. 324

4.2.4.1. Производство изобутилена дегидрированием  
изобутана .........................................................................................325

4.2.4.2. Выделение изобутилена из фракций углеводородов С4 ...... 326

  4.2.4.2.1. Выделение изобутилена с использованием серной 

кислоты ...............................................................................................327

  4.2.4.2.2. Выделение изобутилена из фракции углеводородов С4 

на ионообменных катализаторах через триметилкарбинол ................ 328

  4.2.4.2.3. Выделение изобутилена взаимодействием со спиртами .....332

Оглавление

  4.2.4.2.4. Скелетная изомеризация н-бутиленов ............................ 336

  4.2.4.2.5. Получение изобутилена окислением изобутана .............. 338

4.2.5. Изопрен ...................................................................................... 338

4.2.5.1. Получения изопрена дегидрированием изопентана  
и изоамиленов ........................................................................................ 340

4.2.5.2. Синтез изопрена из изобутилена и формальдегида ............ 343

  4.2.5.2.1. Двухстадийный синтез изопрена из изобутилена 

и формальдегида через 4,4-диметилдиоксан-1,3.................................. 343

  4.2.5.2.2. Получение изопрена из изобутилена и формальдегида 

через 3-метилбутандиол-1,3 .................................................................. 351

  4.2.5.2.3. Получение изопрена изобутенолизом  
диметилдиоксана ................................................................................... 352

  4.2.5.2.4. «Одностадийный» синтез изопрена ............................... 353

  4.2.5.2.5. Одностадийный синтез изопрена из 1,3-диоксолана 

и триметилкарбинола ............................................................................ 355

  4.2.5.2.6. Одностадийный синтез изопрена из 1,3,5-триоксана 

и триметилкарбинола ............................................................................ 356

4.2.5.3. Синтез изопрена из изопентана методом окисления ......... 358

Контрольные вопросы к разделу 4.2 ................................................... 360

Список рекомендуемой литературы.............................................................362

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

CTL — coal to liquids technologies (технологии превращения угля в жидкие продукты)
GTL — gas to liquids technologies (технологии превращения газа в жидкие продукты)
HiT-GTL — High Throughput GTL (высокопроизводительные технологии превращения газа в жидкие продукты)
МТР — methanol to propylene

АВС — азото-водородная смесь
АГФУ — абсорбционно-газофракционирующие установки 
АОК — абсорбционно-отпарная колонна
АТР — Азиатско-Тихоокеанский регион
БГС — бензин газовый стабильный 
БД — бутадиен-1,3
в. д. — высокое давление
ВМС — высокомолекулярные соединения
ВНИИУС — Волжский научно-исследовательский институт углеводородного сырья
ВНИПИгаз — Всероссийский научно-исследовательский проектный институт газа
ВПП — высококипящие побочные продукты
ВСГ — водородсодержащий газ
ГК — газоконденсатное
ГПЗ — газоперерабатывающий завод
ГПИП — гидропероксид изопентана
ГПТА — гидропероксид третичного амила
ГРП — гидравлический разрыв пласта
ГФУ — газофракционирующие установки
ДГА — дигликольамин
ДИПА — диизопропаноламин
ДИПЭ — диизопропиловый эфир
ДМД — 4,4-диметилдиоксан-1,3
ДМФА — диметилформамид

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

Список сокращений

ДМЭ — диметиловый эфир
ДО-1,3 — диоксолан-1,3
ДЭА — диэтаноламин
ДЭГ — диэтиленгликоль
ЗИА — закалочно-испарительный аппарат
и. м. — исследовательский метод
к. к. — конец кипения
ККФ — каталитический крекинг «Флюид»
КПД — коэффициент полезного действия
КЦА — короткоцикловая адсорбция
ЛПС — легкая пиролизная смола
МБФИ — метилен-бис(4-фенилизоцианат)
2-МБ-2 — 2-метилбутен-2
МБД — 3-метилбутандиол-1,3
МВИ — микроволновое излучение
МДГП — 4-метил-5,6-дигидропиран
МДЭА — метилдиэтаноламин
ММ — молекулярная масса
м. м. — моторный метод
ММА — метилметакрилат 
МРТ — магнитно-резонансная томография
МТАЭ — метил-трет-амиловый эфир
МТБЭ — метил-трет-бутиловый эфир
МТГП — метилентетрагидропиран
МФВД — метановая фракция высокого давления
МФНД — метановая фракция низкого давления
МФСД — метановая фракция среднего давления
МЭА — моноэтаноламин
МЭГ — моноэфир этиленгликоля
НГБ — нефтегазоносный бассейн
НГК — нефтегазоконденсатное месторождение
н. д. — низкое давление
НИИМСК — Научно-исследовательский институт мономеров для синтетического каучука 
НК — начало кипения 
НПЗ — нефтеперерабатывающий завод
НТА — низкотемпературная абсорбция
НТК — низкотемпературная конденсация 
НТР — низкотемпературная ректификация
НТС — низкотемпературная сепарация
НТМА — низкотемпературная масляная абсорбция
ОМ — основание Манниха

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