Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное  образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Институт

электронного обучения

Химическая технология

Индивидуальное домашнее задание № 1

Учебно-исследовательская работа

Исполнитель:
студент группы	Д-2Д53		Абнасырова Татьяна Адырхановна
Руководитель:	Кузьменко Елена Анатольевна
преподаватель

Томск – 2017

Введение

Техногенные газовые гидраты могут образовываться в системах добычи газа: в при забойной зоне, в стволах скважин, в шлейфах и внутрипромысловых коллекторах, в системах промысловой и заводской подготовки газа, а также в магистральных газотранспортных системах. В технологических процессах добычи, подготовки и транспорта газотвердые газовые гидраты вызывают серьезные проблемы, связанные с нарушением протекания этих процессов.

К газопромысловым системам, в которых возможно образование техногенных газовых гидратов, относятся:

-при забойная зона скважин, ствол скважины;

-шлейфы и коллекторы;

-установки подготовки газа;

-головные участки магистральных газопроводов;

-газораспределительные станции;

-внутрипромысловые и магистральные продуктопроводы;

-установки заводской обработки и переработки газа.

Для борьбы с гидратами разработан ряд методов, показанных на рисунке 1, в том числе и методы, использующие химические реагенты–ингибиторы гидратообразования [1].

Целью данной работы является рассмотрение вопросов использования метанола в газовой промышленности в качестве ингибитора гидратообразования.

1 Использование ингибиторов в газовой промышленности

Использование ингибиторов в газовой промышленности стало эффективным средством устранения коррозийных разрушений, особенно с разработкой сероводородных газовых месторождений. Появились новые технологии и требования к производству ингибиторов, обеспечивающие защиту сразу всей технологической цепочки начиная от скважины, установки комплексной подготовки газа, газопровода и заканчивая газоперерабатывающим заводом.

Любое газовое месторождение содержит агрессивные компоненты в виде двуокиси углерода, сероводорода, низкомолекулярных органических кислот и ингибиторы коррозии призваны защитить от них оборудование.

Поэтому выбор ингибитора определяется следующими условиями:

·   составом среды и ее физико-химическими свойствами,

·   технологией подготовки и добычи газа и конденсата,

·   технологией их последующей переработки,

·   особенностями конструкции оборудования.

Иными словами ингибитор должен положительно влиять на добычу и переработку, способствовать интенсификации процесса. На это влияют его технологические характеристики, физико-химические и защитные свойства. Среди них особое внимание надо обращать на плотность жидкости, и её вязкость. Последняя выбирается исходя из условий использования ингибитора. Если он вводится в рабочую среду, где должен обеспечить быстрый доступ к защищаемой поверхности, то должен быть достаточно подвижной жидкостью. Но если надо защитить трубопровод большого диаметра или емкость путем нанесения ингибиторной пленки, то желательно выбирать ингибитор повышенной вязкости, чтобы он не стекал с поверхности.

Важна при выборе ингибиторов в газовой промышленности и температура их застывания, а поскольку они постепенно теряют подвижность из-за увеличения вязкости при понижении температуры, то термин «температура застывания» можно назвать условным. Хотя это важный параметр, особенно в крайне-северных районах добычи газа, где эксплуатация оборудования ведется круглогодично. При выборе ингибитора следует учитывать температуру его вспышки, важной с противопожарной точки зрения, так как это все-таки горючее легковоспламеняющееся вещество.

Используя  ингибиторы в газовой промышленности, следует учитывать, что они должны равномерно доставляться ко всей поверхности оборудования, а значит хорошо диспергировать с продуктом, и лучше всего этого можно добиться с помощью форсунок. Часто ингибиторы с этой целью используют в виде растворов, так как ввод их в чистом виде, ввиду небольших по требованию количеств, затруднено, поэтому для раствора должен использоваться совместимый с добываемым газом продукт, например, метанол, вода, углеводороды.

При выборе ингибитора значение имеет и его склонность к пенообразованию, поэтому не стоит выбирать для защиты трубопровода, ведущего к перерабатывающему заводу ингибитор с повышенным пенообразованием, так как нежелательно попадание пены на установки очистки. Однако такой ингибитор будет весьма эффективен при защите скважинного и добывающего оборудования. При этом следует помнить, что с увеличением концентрации поверхностно-активных веществ, входящих в состав ингибитора, его пенообразование возрастает.

Ингибиторы гидратообразования подразделяются на три класса [1]:

1. традиционные термодинамические ингибиторы – вещества, растворимые в воде, меняющие ее активность и, как следствие, смещающие трехфазное равновесие газ – водная фаза – газовые гидраты в сторону более низких температур (алифатические спирты, гликоли, водные растворы неорганических солей);

2. кинетические ингибиторы гидратообразования, прекращающие на время процесс образования гидратов (потенциальная замена термодинамическим ингибиторам);

3. реагенты, практически предотвращающие (или резко замедляющие) отложение гидратов за счет частичной блокировки жидкой водной фазы, предотвращают прямой контакт газ – вода, обеспечивая тем самым многофазный транспорт продукции скважин в режиме гидратообразования.

Природные газы в условиях пласта насыщены парами воды. Движение газа в пласте, скважине и газопроводах сопровождается уменьшением его температуры и давления. Пары воды конденсируются и скапливаются в скважине и газопроводах. При определенных условиях каждая молекула компонентов углеводородного газа (метан, этан, пропан, бутан) способна связать 6—17 молекул воды, например СН4-6Н20; С2Н6-8Н20; СзН8-17Н20. Таким образом, образуются твердые кристаллические вещества, называемые кристаллогидратами.

По внешнему виду гидраты напоминают снег или лед. Это неустойчивые соединения и при нагревании или понижении давления быстро разлагаются на газ и воду.

2Гидратообразование

Образовавшиеся гидраты могут закупорить скважины, газопроводы, сепараторы, нарушить работу измерительных приборов и регулирующих средств.

Борьба с гидратами, как и с любыми осложнениями, ведется в направлениях их предупреждения и ликвидации. Следует всегда отдавать предпочтение методам предупреждения гидратообразования.

Если безгидратный режим не представляется возможным обеспечить, особенно при рас­положении скважины в зоне вечной мерзлоты, то образо­вание гидратов можно преду­предить применением ингиби­торов гидратообразования.

Ин­гибитор гидратообразования снижает температуру гидрато­образования. Ос­новные ингибиторы, применяе­мые в газовой промышленно­сти, — метиловый спирт СНзОН (метанол), хлористый кальций, гликоли (этиленгликоль, ди- и триэтиленгликоль).

Метанол (CH3OH) используется в газовой промышленности как ингибитор гидратообразования, то есть для борьбы с таким нежелательным явлением, как образование при определенных термобарических условиях из воды и низкомолекулярных газов так называемых газовых гидратов в виде твердых кристаллических соединений [1, 2].

Ввод ингибитора в скважину осуществляется, в основном, че­рез затрубное пространство. Известны и другие методы пре­дупреждения образования гидратов:

• применение забойных на­гревателей,

• теплоизолированных стволов скважины,

• гидрофоб­ного покрытия труб.

Метанол или другой ингибитор вводят в газопровод каплями с помощью регулировочного вентиля из бачка высокого давления, который расположен над газопрово­дом. Давление газа в бачке над метанолом и в газопроводе создается одинаковым посредством сообщающей трубки.

Для предотвращения образования гидратов и их ликвидации можно применить подогрев газа путем теплообмена с горячей водой, паром или дымовыми газами. Огневой метод подогрева опасен в пожарном отношении и приводит к порче изоляции труб, поэтому запрещается.

Когда гидратная пробка уже образовалась, то резкое сниже­ние давления в системе приводит к разложению гидратов, кото­рые затем выносятся продувкой через отводы в атмосферу.

3 Использование метанола в газовой промышленности

В органической химии метанол используется в качестве растворителя.
Метанол используется в газовой промышленности для борьбы с образованием гидратов (из-за низкой температуры замерзания и хорошей растворимости). В органическом синтезе метанол применяют для выпуска формальдегида, формалина, уксусной кислоты и ряда эфиров (например, МТБЭ и ДМЭ), изопрена и др.

Наибольшее его количество идёт на производство формальдегида, который используется для производства фенолформальдегидных смол. Значительные количества CH₃OH используют в лакокрасочной промышленности для изготовления растворителей при производстве лаков. Кроме того, его применяют (ограниченно из-за гигроскопичности и отслаивания) как добавку к жидкому топливу для двигателей внутреннего сгорания. Используется в топливных элементах.

Благодаря высокому октановому числу, что позволяет увеличить степень сжатия до 16 и большей на 20 % энергетической мощностью заряда на основе метанола и воздуха, метанол используется для заправки гоночных мотоциклов и автомобилей.

Метанол горит в воздушной среде, и при его окислении образуется двуокись углерода и вода:

                                                    2CH₃OH+3O₂             2CO₂+4H₂O

Для получения биодизеля растительное масло переэтерифицируется метанолом при температуре 60 °C и нормальном давлении приблизительно так: 1 т масла + 200 кг метанола + гидроксид калия или натрия.

Во многих странах метанол применяется в качестве денатурирующей добавки к этанолу при производстве парфюмерии. В России использование метанола в потребительских товарах запрещено.

При добыче газа гидраты могут образовываться в стволах скважин, промысловых коммуникациях и магистральных газопроводах. Отлагаясь на стенках труб, гидраты резко уменьшают их пропускную способность. Для борьбы с образованием гидратов на газовых промыслах вводят в скважины и трубопроводы различные ингибиторы (метиловый спирт, гликоли).

Работа топливных элементов основана на реакции окисления метанола на катализаторе в диоксид углерода. Вода выделяется на катоде. Протоны (H+) проходят через протонообменную мембрану к катоду где они реагируют с кислородом и образуют воду. Электроны  проходят через внешнюю цепь от анода к катоду снабжая энергией внешнюю нагрузку.

Реакции:

На аноде CH₃OH + H2O → CO₂ + 6H+ 6e−

На катоде 1.5O₂ + 6H+ + 6e− → 3H₂O

Общая для топливного элемента: CH₃OH + 1,5O₂ → CO₂ + 2H₂O

Получение муравьиной кислоты окислением метанола:

Получение диметилового эфира дегидратацией метанола при 300—400 °C и 2-3 МПа в присутствии гетерогенных катализаторов — алюмосиликатов — степень превращения метанола в диметиловый эфир — 60 % или цеолитов — селективность процесса близка к 100 %. Диметиловый эфир (C₂H₆O) — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина.Цетановое число диметилового дизеля более 55, при том что у классического нефтяного 38-53.
Метил-трет-бутиловый эфир получается при взаимодействии метанола с изобутиленом в присутствии кислых катализаторов (например, ионообменных смол).

Метил-трет-бутиловый эфир (C₅H₁₂O) применяется в качестве добавки к моторным топливам, повышающей октановое число бензинов (антидетонатор) . Максимальное законодательное содержание МТБЭ в бензинах Европейского союза — 15 %, в Польше — 5 %. В России в среднем составе бензинов содержание МТБЭ составляет до 12 % для АИ92 и до 15 % для АИ95, АИ98.

Продукты метанола

Популярность метанола объясняется его уникальными свойствами. Он в любых отношениях смешивается с водой, эфиром или этиловым спиртом. Является сильным растворителем для большинства газов и паров, благодаря чему находит практическое применение как поглотитель, извлекающий примеси из технологических газовых смесей. Это незаменимый компонент целого ряда промышленных синтезов, образующий соединения со многими солями и щелочами.

Большая его часть (до 50 %) путем окисления используется при производстве формальдегида, для получения карбамидных смол, метиламина, метилметакрилата, уксусной и муравьиной кислоты, имеет огромное техническое значение в приготовлении многих искусственных пигментов. На его основе налажено производство этилена и пропилена, мировой спрос на которые возрастает с каждым годом.

Применение метанола

·    Метанол используется в газонефтедобыче в качестве основного ингибитора гидратообразования, особенно на газоконденсатных месторождениях.

·    На его основе производят синтетические белки и эфиры как добавки к бензину, повышая его октановое число, очищая и снижая выхлопные газы.

·    Налаживается производство биодизельного топлива и электричества.

·    Продукт его производства формалин широко применяется в медицине как дезинфицирующее и консервирующее средство.

·    В лакокрасочной промышленности используется в растворителях и лаках.

·    В парфюмерии как денатурирующая добавка.

Это легко воспламеняющаяся жидкость и сильный нервно-сосудистый яд, поэтому требует особых условий хранения и транспортировки.

Хранение и транспортировка метанола

Хранится метанол в плоскодонных емкостях-хранилищах из углеродистых сталей, стенки которых покрывают обожженным лаком. Для перевозки в тентованных автомобилях или по железной дороге используют алюминиевые цистерны оранжевого цвета с черной полосой и надписью «Метанол-яд!», которые начинают подвергаться коррозии в контакте с водосодержащим метанолом только при температуре свыше 50 градусов. Устойчивы к перевозке метанола бочки из полиэтилена, танк-контейнеры, в которых он транспортируется с соблюдением правил по перевозке опасных грузов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проанализировав различные источники об использовании метанола можно сделать следующие выводы:

 1) метанол с точки зрения строения является простым веществом;

 2) для интенсивного извлечения метанола необходимо совершенствованное оборудование

 3) развитие метанола позволяет интенсивно использовать его в различных сферах применения: в производстве аминов, красителей и полупродуктов, в качестве растворителя в лакокрасочной промышленности.

Высокая токсичность метанола и его пожароопасность обуславливают необходимость строгого соблюдения требований техники безопасности, что практически сводит к минимуму возможность отравлений метанолом подготовленного технического персонала. Тем не менее, всегда существует вероятность аварии на любом этапе применения метанола в качестве ингибитора гидратообразования на том или ином объекте газовой промышленности, и, в результате, розливы метанола, загрязнение окружающей среды и отравление персонала.

Удельные расходные показатели потребления метанола в качестве ингибитора гидратообразования непосредственно зависят от состава добываемого природного газа, а также от технологии подготовки природного газа к транспорту.

Таким образом, развитие и производство метанола позволит добиться в будущем больших реализуемых задач, как например с экономической точки зрения, так и с производственной.

Литература

1. Гриценко А.И., Истомин В.А., Кульков А.Н., Сулейманов Р.С. Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России. – М.: ОАО «Издательство «Недра», 1999. – 473 с.: ил. – ISBN 5-247-03818-5.

2. Истомин В.А., Якушев В.С. Газовые гидраты в природных условиях. – М.: Недра, 1992, 235 с.

 3. Истомин В.А. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах сбора и промысловой обработки газа и нефти. – М.: ВНИИЭгазпром, 1990, 214 с.

4. Российская газовая энциклопедия. М.: Большая Российская энциклопедия, 2004. 527 с.

5. Истомин В.А., Минигулов Р.М., Грицишин Д.Н., Квон В.Г. Технологии предупреждения гидратообразования в промысловых системах: проблемы и перспективы // Газохимия. 2009. № 6. С. 32-40.