Występowanie i obróbka gazu ziemnego i smoły węglowej

WYSTĘPOWANIE I OBRÓBKA :

1) gazu ziemnego

2) smoły węglowej


1. Gaz ziemny

Wydobycie gazu ziemnego na świecie w 1995 roku
Kraje W petadżulach* Udział w świecie w %
Świat 79687 100,0
Rosja 23233 29,1
Stany Zjednoczone Ameryki 20365 25,6
Kanada 7291 7,2
Wielka Brytania 2705 3,4
Polska 136 0.2
petadżul - jednostka ciepła, 1 petadżul = 1015 dżuli. 1 petadżul odpowiada w przybliżeniu 27 mln m3.

Gaz ziemny jest mieszaniną węglowodorów nasyconych występujących w temperaturze pokojowej w stanie gazowym. Występuje w przyrodzie łącznie z ropą naftową, ale spotyka się go także samodzielnie.
Zależnie od pochodzenia stanowi mieszaninę homologów od metanu do pentanu, związków siarki, CO2, O2, H2, N2, He. W zależności od składu rozróżnia się "gaz suchy" , zawierający do 99% metan, oraz "gaz mokry", czyli taki, który zawiera składniki dające się skroplić w temperaturze pokojowej.
Gaz ziemny występujący samodzielnie i znajdujący się zwykle pod dużym ciśnieniem jest w większości wypadków "gazem suchym".

Przeróbka gazu ziemnego może być prowadzona metodami:
1) zachowawczą, polegającą na rozdziale mieszaniny węglowodorów na podstawie
różnych własności fizycznych na zespoły o charakterze produktu celowego pod względem technicznym i handlowym,
2) przetwórczą , zmieniającą strukturę chemiczną węglowodorów w celu otrzymania nowych produktów
( Oczywiście metodą zachowawczą można przerobić tylko "gaz mokry" rozdzielając go na zespoły)

Mieszaninę węglowodorów, która stanowi "gaz mokry", rozdziela się na trzy grupy o charakterze produktów celowych:
1) węglowodory czysto gazowe - metan (CH4) i etan (C2H6),
2) węglowodory, które w temperaturze pokojowej i klimatycznej (od +40 do -30O C) można łatwo skroplić przez zastosowanie odpowiedniego ciśnienia - propan (C3H8) i butan (C4H10)
3) węglowodory benzynowe - od pentanu (C5H12) w górę.
Strona 1/3
1. Przeróbka zachowawcza "gazu mokrego" polega na wyosobnieniu z niego składników należących do drugiej i trzeciej grupy, czyli na tzw. "odgazolinowaniu". Po odgazolinowaniu w gazie pozostają tylko składniki pierwszej grupy, natomiast składniki drugiej i trzeciej grupy dają tzw. "gaz płynny" i "gazolinę".

Istnieją trzy sposoby odgazolinowania:
1. adsorpcyjna
2. absorpcyjna
3. kompresyjna - stosowana tylko gdy przeróbce podlega gaz bardzo bogaty w węglowodory paliwowe).

Metoda adsorpcyjna wykorzystuje węgiel aktywny, który wciąga w swoje mikroskopijne pory drobiny węglowodorów.
Aparaty służące do odgazolinowania, na drodze adsorpcyjnej, to naczynia cylindryczne stojące o pojemności 2 - 20m3 , które napełnia się węglem, układając go na sitach metalowych. (Naczynia te nazywamy adsorberami.) Jeżeli do adsorbera od dołu wprowadzimy "gaz mokry", to w pierwszym stadium w porach węgla zostaną zatrzymane wszystkie węglowodory począwszy od metanu. Następnie przy dalszym ciągłym doprowadzaniu gazu cięższe węglowodory wypierają lżejsze, które przechodzą do wyższych warstw węgla, a w końcu uchodzą górą z adsorbera jako "gaz suchy".

Metoda absorpcyjna polega na pochłanianiu cięższych składników "gazu mokrego" przez tzw. olej, który stanowi wycięta frakcja oleju gazowego lub nafty, czasem ciężkiej benzyny.
Olej pochłania węglowodory gazu tym łatwiej, im wyższą posiadają temperaturę wrzenia i im niższa jest prężność ich par. Węglowodory benzynowe (od pentanu w górę) ulegają przy tym upłynnieniu. Propan i butan upłynnia się również, ale tylko gdy przy procesie absorpcji panuje odpowiednio zwiększone ciśnienie. Absorpcja odbywa się w wieżach zwanych absorpcyjnymi.
W wieży od góry spływa po kółkach olej i pochłania przeciskające się przez kapki węglowodory znajdujące się w fazie gazowej. Olej nasycony zaabsorbowanymi węglowodorami spływa na spód wieży. Gaz uwolniony od składników benzynowych, butanów i propanu opuszcza wieżę przez szczyt jako "gaz suchy", odgazolinowany.

2. Przeróbka przetwórcza
Węglowodory gazu ziemnego od etanu w górę mogą być poddane odwodornieniu i krakingowi, a uzyskane węglowodory nienasycone będą już surowcem dla szeregu procesów syntezy paliw, jak np. polimeryzacja ,lub też syntezy chemicznych produktów niepaliwnych, jak kauczuk i różne masy plastyczne.

2.Smoła węglowa
Smoła węglowa(pogazowa) powstaje w procesie koksowania* węgla kamiennego i stanowi około 5% produktów. (*Prażenie w temperaturze 1000-1200o C bez dostępu powietrza.)
Jest to gęsta, czarna ciecz stanowiąca skomplikowaną mieszaninę związków obojętnych, kwaśnych i zasadowych (głównie węglowodorów aromatycznych). Ze smoły wyodrębniono dotychczas około 200 różnych związków.
Strona 2/3
Jeden ze sposobów destylacji frakcyjnej polega na przepływie smoły węglowej przez kotły o coraz wyższej temperaturze. Przechodząc przez kolejne kotły smoła znajduje się w ciągłym wrzeniu, a poszczególne jej składniki ulegają oddestylowaniu.
Z pierwszego kotła w temperaturze 80 - 170o C odbiera się tzw. olej lekki. Frakcja ta zawiera głównie benzen i toluen. Pozostałość przepompowuje się do drugiego kotła, z którego w temperaturze 170 - 230o C destyluje się olej średni. Zawiera on naftalen i fenole. Trzecia frakcja, odbierana z trzeciego kotła o temperaturze 230 - 270o C, nazywa się olejem ciężkim. Zawiera ona głównie naftalen, fenole, krezole, acenaftalen oraz inne węglowodory wyższe. Czwarta frakcja, zwana olejem antracenowym, wrze w temperaturze 270 - 360o C. Zawiera ona antracen(C14H10) , fluoren, acenaften, fenatren.

Te cztery frakcje stanowią około 40% użytej do procesu smoły węglowej, gdzie:
-olej lekki stanowi ok. 1 - 3%
-olej średni ok. 10%
-olej ciężki ok. 10%
-olej antracenowy ok. 20%.
Pozostałość - tzw. pak, stanowi mieszaninę różnych związków chemicznych trudnych do zdefiniowania. Z paku wyodrębnia się pirydynę, chryzan oraz inne węglowodory wyższe.
Pozostałość po oddzieleniu węglowodorów wyższych ma różne zastosowanie:
-jako smoły drogowe, dachowe, lakier do żelaza, materiał do izolacji.