РАЗРАБОТКА ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ, РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ НА БАЗЕ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Раимов Фарход Илхомович

студент 3 курса, кафедра Установка и эксплуатация нефтегазовых скважин, Каршинский инженерно- экономический институт, г. Карши

Е-mail: 

Икромов Абдувахоб

научный руководитель, д-р техн. наук, профессор, ТХТИ, г. Ташкент

Холбазаров Илхом Раимович

научный руководитель, преподаватель Каршинского инженерно-экономического института, г. Карши

«Богата нефтью, богата газом

Моя родная Кашкадарья,

Любовь к степному краю я осознал не сразу

Здесь я родился, и вырос я»

В Узбекистане имеется 160 месторождений нефти. С 1997 года Узбекистан прекратил импорт нефти и газового конденсата и сам стал вывозить за рубеж готовую продукцию: бензин, дизельное топливо, мазут, авиакеросин. Также за годы независимости объём добычи газа в нашей стране увеличился почти на четверть. Это, при условии полного обеспечения собственных наших потребностей, даёт возможность экспортировать газ и в соседние государства.

Разведанные запасы газа составляют около двух триллионов кубометров. Наиболее крупные газовые месторождения расположены в Юго-западно-Гиссарском и Бухаро-Хивинском нефтегазоносных регионах — это Шуртанская и Мубарекская группы. Доля газа в общем объёме добычи топлива в Узбекистане будет возрастать и дальше, поскольку в голубом топливе нуждаются такие отрасли нашей промышленности, как энергетика, мелиорация, химия, машиностроение. Уровень газификации в республике растёт с каждым годом.

Кашкадарья — основная топливно-энергетическая база республики. В настоящее время в управлении газовых месторождений «Шуртангаз», на Мубарекском газоперерабатывающем заводе и нефтегазоперерабатывающем заводе и нефтегазопроизводственном объединении «Каршинефть» выпускается основная часть продукции республики.

В Узбекистане ежегодно добывается более 57 млрд. кубометров природного газа, около 6 млн. тонн нефти и газового конденсата.

ОАО «Навоиазот»е вырабатываются в год 35 тыс. тонн метанола, более 500 тыс. тонн аммиака, 7 тыс. тонн формальдегида, уксусного альдегида, уксусной кислоты, нитрил акриловой кислоты, тиомочевины и др., весьма ценные органические и неорганические соединения для получения практически важных продуктов.

Уксусный альдегид и ацетон являются весьма ценным сырьем для химической промышленности.

В настоящее время уксусный альдегид в развитых странах в основном производится гидратации ацетилена. Ацетон производится двумя методами — окислительным дегидрированием изоприпилового спирта и кумольным методом.

Потребность Узбекистана к ацетоне составляет 7,0—10,0 тыс. тонн в год. Из-за отсутствия изопропилового спирта и кумола ацетон привозится из других стран за валюту.

В настоящее время при производстве уксусного альдегида применяется кадмийкальцийфосфатный(ККФ) катализатор. ККФ катализатор с постоянной активностью работает до регенерации 72 часов процесс проводится при температурах 360—4600 С. ККФ катализатор привозится из Украины по цене 12000 долларов США за тонну.

В последние годы на базе местного сырья разработаны ряд новых высокоэффективных, стабильных катализаторов [1; 2] (табл. 1).

Как видно из данных таблиц разработанные катализаторы по своим эксплуатационным характеристикам имеют преимущества перед ККФ катализатором. При этом температура процесса снижается в среднем на 700 С. При применении катализаторов № 3 и № 4 появляется возможность получить на одном реакторе два ценного продукта — ацетальдегид и ацетон.

Таблица 1.

Основные характеристики разработанных катализаторов

Вышеуказанные катализаторы были испытаны на опытно-промышленной установке ОАО «Навоиазот». По предварительным расчетам при производстве 100 тонн катализатора экономический эффект составляет 300—350 тыс. долларов США.

Природный газ, нефть, газовый конденсат, вода в своем составе содержат весьма агрессивный в коррозионном отношении сероводород (до 5 %), диоксид углерода, минеральные соли и др. Они наносят огромный ущерб трубопроводам, насосам, компрессорных станций и др. По официальным данным по всему миру из-за коррозии ежегодно бесследно исчезает одна третья часть вырабатываемых металлов.

Имеются несколько методов борьбы с коррозией. Среди них наиболее эффективным является применение ингибиторов. Потребность республики в различных ингибиторах коррозии составляет 2 тыс. тонн в год. Только УДП Муборакнефтегаз и ОАО «Андижаннефть» ежегодно применяют более 1500 тонн ингибиторов коррозии. Из-за отсутствия производства ингибиторов коррозии в республике последние импортируются из других стран. В настоящее время нефтегазодобывающая промышленность республики использует ингибиторы: Додикор 4543; 4712 (Германия, 3180 и 2090 долл. США за тонну), Донокс (Испания), Викор, Нефтехим, В-2, В-3 (Россия) и др.

В последние годы разработаны новые, универсальные, высокоэффективные ингибиторы коррозии [3—6].

При производстве ацетальдегида в качестве побочного продукта(отход) образуется «кротоновая фракция» в количестве 800—3500 тонн в год.

Средний состав кротоновой фракции, % масс.

При взаимодействии кротонового альдегида с аммиаком при температурах 20—500 С образуется аминокротонол по схеме:

При нагревании (80—1000 С) аминокротонол теряет воду с образованием кротонолимина:

Кротонолимин очень легко олигомеризуется по схеме:

При проведении процесса в присутствии растворителей — метанола, эталона, фурфурилового спирта и др. и при температурах 20—500 С процесс можно остановить на стадии образования аминокротонола.

Состав и строение вновь синтезированных продуктов доказаны с помощью ИК — спектроскопии и данными элементного анализа.

Кротоноламин, который получен в присутствии метанола условно был назван ПКИ-3.

ПКИ-3 хорошо растворим в воде и в углеводородах. ПКИ-3 был испытан в качестве ингибитора в сероводородной, углекислотной, солянокислотной, в растворах солей, нефти и других агрессивных средах. Полученные результаты приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2.

Защитное действие ингибитора ПКИ-3 при сероводородной коррозии. Ст марки прочности Д. Температура 20—400 С, концентрация сероводорода 2,5—3,1 г/л. Среда — газоконденсат: вода=1:2.

Таблица 3.

Защитное действие ингибитора ПКИ-3 при солянокислотной коррозии Температура 1000 С, время — 2 ч, Ст 20. концентрация ингибитора — 2 %

Из таблиц видно, что степень защиты вновь разработанного ингибитора на 3—7 % выше по сравнению с промышленными ингибиторами, привозимых в настоящее время из других стран.

Разработана технология производства ингибитора ПКИ-3, подготовлены и утверждены нормативно-технические документы.

В ОАО «Навоиазот» в цехе «Ацетальдегид» смонтирована опытно-промышленная установка производства ингибитора мощностью 1000 т/год и выпущена опытная партия ингибитора в количестве 5 тонн.

По предварительным расчетам при организации производства ингибитора ПКИ-3 мощностью 1000 тонн в год, ожидаемый экономический эффект составит в среднем 1,2—1,5 млн. долларов США.

Одним из аномальных явлений, встречающих в природе, является отложение минеральных солей на поверхности металлоконструкций. Растворенные в воде гидрокарбонаты соединений кальция, бария, магния, железа, стронция и др. таких областях как в энергетика, водоснабжение, добыча нефти на поверхности металлоконструкций, трубопроводов, котельных, теплообменных устройствах образуют нерастворимые накипи. В результате осложняется теплообмен, металлоконструкции преждевременно выходят из строя. Это приводит к большому экономическому ущербу. По расчетам известного американского специалиста О. Ваттера ежегодный ущерб от солеотложения в установках и скважинах добыча нефти превышает 1 млрд. долларов США в год.

Существуют два метода предупреждения солеотложения. Безреагентный метод-обработка электрическим, магнитным полем воды, покрытие поверхности конструкции защитным слоем. Применение этого метода в больших масштабах создаёт определённые трудности.

Второй метод — использование реагентов — ионообменных смол, ингибиторов отложения минеральных солей. Этот метод является наиболее эффективным и экономичным.При добавке на 1 м3 воды от 1 до 10 г ингибитора отложение минеральных солей уменьшается на 90—95 %. В настоящее время в развитых странах в качестве ингибитора отложения минеральных солей применяются ОЭДФК (оксиэтилендифосфоновая кислота), ИОМС-1, хеламин, НТФ и др. Из-за отсутствия производства ингибиторов отложения минеральных солей в Республике, последние привозятся из других стран за валюту (от 4,0 до 16,0 тыс. долларов США за тонну). На базе местного сырья разработаны новые высокоэффективные ингибиторы отложения минеральных солей [7].

Разработана технология производства ингибитора отложения минеральных солей. Подготовлены и утверждены нормативно-технические документации. Выпушены опытные партии ингибиторов. Вновь разработанный ингибитор условно был назван ИОМС — экстра. Разработанный ингибитор был испытан в реальных условиях в ОАО «Куканспирт», «Иссиклик манбаи», г. Кибрай, г. Нукус. Полученные результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Защитная способность ИОМС-экстры

Пропаргиловый спирт и бутиндиол-1,4 являются весьма ценным сырьем для получения бутандиола-1,4, тетрагидрофурана, бутиролактона, пирролидона, метил-, N-винилпиррилоидона и искусственной кровяной плазмы-гемодеза, перистона на его основе. На основе пропаргилового спирта и бутиндиола-1,4 синтезированы лекарственные препараты более ста наименований.

Пропаргиловый спирт в основном синтезируется из ацетилена и формальдегида по методу Реппе в присутствии ацетиленида серебра при давлении 2,0—2,5 МПа, и температуре 100—1100 С, бутиндиол-1,4 в присутствии ацетиленида меди при 0,5—0,8 МПа. Вследствие необходимости работать под повышенным давлением, приходится пользоваться дорогостоящим оборудованием из специальной стали, которое во избежание несчастных случаев, должно быть рассчитано на давление 6,0—10,0 МПа.

В последние годы разработаны новые методы синтеза пропаргилового спирта из ацетилена и параформа в присутствии диметилсульфоксида(ДМСО) и КОН, а также бутиндиола–1,4 в присутствии ацетиленида меди промотированного оксидом висмута или никеля из ацетилена и водяного формальдегида при атмосферном давлении. Изучено влияние на выход основного продукта температуры, рН-среды, количества катализатора, содержания меди в составе катализатора и др [7—11]. Синтезирован пропаргиловый спирт при 35—400 С с выходом 85—90 %, бутиндиол-1,4 — 88—90 %.

На полупромышленной установке в ОАО «Навоиазот» выпущена опытная партия бутиндиола-1,4. В настоящее время в развитых странах выпускается 35—40 %-ный водный раствор бутиндиола-1,4. Совершенствована технология производства бутиндиола-1,4, в результате чего получен 60 %-ный водный раствор бутиндиола-1,4.

Изучен процесс гидрирования бутиндиола-1,4 в присутствии катализатора никеля Рене. Получен бутандиол-1,4 с выходом 95 %. Изучен механизм процесса. Из полученного бутандиола-1,4 синтезированы тетрагидрофуран и γ-бутиролактон. Для синтеза γ-бутиролактона в паровой фазе разработаны ряд новых высокоэффективных катализаторов. При проведении процесса при температуре 3000 С в присутствии Cu-5,0 %, Cr2O3-5,0 %, ZnO-5,0 % и Al2O3-85 % получен γ-бутиролактон с выходом 96,0 %. При проведении процесса при 3000 С в присутствии катализатора состава Cr2O3-15,0 %, ZnO-5,0 %, P2O5-3,0 % и Al2O3-85 % получен тетрагидрофуран с выходом 99,4 %.

Впервые в присутствии металлической меди синтезирован γ-бутиролактон в жидкой фазе при 205—2070 С. При этом скорость образования γ-бутиролактона составила до 11,4 кг/кг*кат*час.

Известно, что N-винилпирролидон — сырье для получения искусственной кровяной плазмы в настоящее время производится под давлении 2,5—20,0 МПа через 5 стадий. Разработан новый метод синтеза N-винилпирролидона из γ-бутиролактона и моноэтаноламина в 2-х стадиях через N-(β-оксиэтил) пирролидон по схеме:

При оптимальных условиях выход N-винилпирролидона достигается 94,0 %.

Известно, что нефть месторождений Узбекистана характеризуются высоким содержанием асфальтенов, низким содержанием ароматических углеводородов и изоалканов. Бензин, который получают прямой перегонкой смеси нефти и газоконденсата имеет октановое число в среднем 50 ОЧМ. Для доведения этого бензина до требований ГОСТа существуют два метода: химическая переработка —риформинг, платформинг, изомеризация, деструктивное гидрирование и др., которые требуют большие материальные затраты (в среднем 250 млн. долларов США). Второй метод — применение октаноповышающих добавок, присадок и антидетонаторов. Этот метод не требует существующих затрат.

В последнее время Волгоградский ОАО «Оргсинтез» предложил для ФНПЗ ряд октаноповышающих добавок — ММА (монометиланилин) БВД (без зольные высокоэффективные добавки), Хайтек (Китай), МТБЭ (Россия) и др. Установлено, что при добавке к базовому бензину ММА 3,5 % и 50 мг/л Хайтека октановое число бензина повышается до 6,8 единиц. При этом для ФНПЗ ежегодно требуется 35 тыс. тонн ММА.. Это приводит к повышению стоимости бензина (без учета стоимости Хайтека) на 70 долларов США за тонну.

На базе многотоннажных продуктов ОАО «Навоиазот» получаемых на основе метана — метанола, уротропина, метилацетата и др. разработаны новые экологически чистые октаноповышающие добавки [12; 13]. Добавка этих композиций к прямогонному бензину в количестве 8 % приводит повышению их октанового числа на 10 единиц, а к базовому бензину на 5,5—5,7 единиц.

Для производства новых октаноповышающих добавок подготовлены, согласованы и утверждены нормативно-технические документы. Потребность ФНПЗ к таким добавкам составляет 80—100 тыс.тонн в год. Наработаны опытные образцы новых добавок и проверены в лаборатории ФНПЗ. При применении данной добавки улучшаются свойства бензина, при сгорании не выделяются в атмосферу вредные вещества.

Ожидаемый экономический эффект составляет 8,0—10,0 млн. долларов США в год. Кроме того, появляется возможность получить ежегодно дополнительно 80—110 тыс. тонн топлива.

Список литературы:

1.Икрамов А., Коротаев А.В., Батиров Б.Б., Ширинов Х.Ш, Юсупов Б.Д. Разработка и исследование свойств новых каталитических систем для гидратации ацетилена //Химическая технология. Контроль и управление. — Ташкент, 2006. — № 1 — С 18—21.

2.Суннатов З.У., Юсупов Д,, Туробжонов С.М., Икрамов А. Новые октоноповышающие добавки на основе отходов производства. // Актуальные проблемы обеспечения интеграции науки, образования и производства. Сб. науч. статей. Межд. Научн.-прак. конф. Т.,2008, С. 1246—147.

3.Туробжонов С.М., Юсупов Д., Икрамов А., Юсупов Б.Д. Разработка и исследование свойств новых каталитических систем для синтеза ацетальдегида // XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Тез. докл. М., 23—28 сентября, 2007 г. Т-3, С. 29.

4.Юсупов Д., Юсупбеков Н.Р., Ширинов Х.Ш. и др. Перспективы производства и потребления ингибиторов аномальных явлений. // Узб. журнал нефти и газа, 2004, № 3, С 41—42.

5.Юсупов Д., Кадиров Х.И., Керемецкая Л.В и др. Синтез и исследование свойств новых ингибиторов коррозии. // Узб.журнал нефти и газа, 2006, № 1, С 40—42.

6.Юсупов Д., Икрамов А., Маматкулов Б. Новые композиции для предотвращения аномальных явлений. // Композ. мат., 2006, № 2, С. 4—6.

7.Юсупов Д., Икрамов А., Ботиров Б.Б., Керемецкая Л.В. Перспективы производства и потребления ингибиторов аномальных явлений. // Химическая технология. Контроль и управление, 2006, № 3, с. 24—27.

8.Юсупов Д., Каримов А.У., Ким Ф.О. разработка и исследование свойств новых ингибиторов отложений минеральных солей. // Узб. журнал нефти и газа, 2006, № 2, с. 22—23.

9.Юсупов Д., Маҳкамов Х.М., Каримов А.У. Синтез бутин-2-диола-1,4 из ацетилена и формальдегида при атмосферном давлении. // Хим. приод. соед., 2000, № 3, с. 114.

10.Юсупов Д., Ширинов Х.Ш., Каримов А.У. и др. Совершенствование технологии производства бутин-2-диола-1,4 из ацетилена и формальдегида при атмосферном давлении. // Ученые записки МИТХТ им М.В. Ломоносова, 2002, вып. 2, с. 83—85.

11.Юсупов Д., Каримов А.У., Коротоев А.В. и др. Получение бутиндиола-1,4 из ацетилена и формальдегида при атмосферном давлении. // Хим. пром-ть., 1998, № 7, с. 3—5.

12.Юсупов Д., Каримов А.У., Махкамов Х.М. Каталитический синтез бутиндиола-1,4 и бутандиола-1,4. // Хим. пром-ть., 2000, № 6, с. 15—17.

13.Юсупов Д., Эргашев А.А., Каримов А.У., Бозоров Б.И. Разработка технологии получения новых кислородсодержащих экологически чистых топливных присадок на базе местного сырья. // Композ. материалы, 2004, № 4, с. 38—39.

14.Юсупов Д., Суннатов З.У., Туробжонов С.М., Икрамов А. Новые октоноповышающие добавки на основе отходов производства. // Актуальные проблемы обеспечения интеграции науки, образования и производства. Сб. науч. статей. Межд. Научн.-прак. конф. Т.,2008, С. 1246—147.