Переработка газов ПГУ на химическую продукцию

В практике переработки газов на химическую продукцию используются природный газ, отходы газов металлургических и нефтеперерабатывающих производств, коксовые газы. Основными видами химической продукции, получаемой из газов, являются аммиак и метанол. Основным сырьем для их производства в настоящее время служит природный газ. В последние годы в ряде стран начато производство аммиака, метанола, мочевины на основе газов, получаемых газификацией углей. Например, в Индии действуют предприятия с производительностью свыше 1 млн. т мочевины в год по данной технологии.

Схема переработки газа ПГУ приведена на рисунке 13.5. Одно из основных требований к газу как сырью для химического производства — низкое содержание соединений серы. Как правило (исключая редкие случаи малосернистых газов), это связано с необходимостью предварительной сероочистки газов. В настоящее время для извлечения серы из природного газа применяют физико-химические методы мокрой очистки с использованием в качестве поглотителя растворов этанол-аминов. Выделенный сероводород перерабатывают на серу по методу Клауса.

Хотя сочетанием методов метаноламинового и Клауса получают в мире миллионы тонн серы, данная технология обессеривания газа имеет ряд существенных недостатков: попеременный нагрев и охлаждение поглотительного раствора, что сопряжено с большой энергоемкостью, многостадийностью процесса и загрязнением окружающей среды (до 1 % содержания по объему Н₂S). Данный метод целесообразен при очистке газов с высоким содержанием сероводорода и оказался неэкономичным при концентрации его в газе менее 1 % по массе.

Рисунок 13.5 – Схема подземной газификации сернистого угля на воздушном дутье с переработкой газа на серу и аммиак (по схеме ГИАП)

Более эффективным методом очистки малосернистых газов является окислительный, состоящий из частичного окисления сероводорода до сернистого газа и восстановления из сероводорода серы сернистым газом. Данный метод позволяет получать элементарную серу, исключив одновременно процесс Клауса и доочистку отходящих газов. Основной задачей окислительного метода является подбор окислительного катализатора, который был бы инертен к попутно образующимся сульфатам. Главная трудность получения попутной серы из газов носит экономический характер. Из газов с высоким (2—5%), а также сверхвысоким (до 25%) содержанием сероводорода по объему производство серы представляет самостоятельный интерес как фактор комплексного использования сырья с соответствующей экономической эффективностью. При низком же содержании сероводорода (2 % и менее) затраты (особенно капиталовложения) при существующих методах очистки не могут привести к заметной компенсации. Поэтому необходима разработка высокоэффективных и экономичных методов очистки с получением серы либо серной кислоты.

Экономичное решение проблемы сероочистки газов не только с высоким, но и с низким содержанием сероводорода обеспечит: повышение качества газа; снижение коррозионной способности его при последующем использовании в энергетике и технологической переработке; комплексное использование газа при получении серы в качестве товарного продукта; улучшение атмосферных условий промышленных районов и в конечном итоге – расширение сырьевых источников энергетики и химической промышленности.

После обессеривания газ подвергают различного рода обработкам в зависимости от последующего синтеза.

Для синтеза аммиака производится каталитическое превращение окиси углерода с водородом (или водяным паром) в двуокись углерода и водород — конверсия СО, затем аммиачное вымывание окиси углерода. Остаточные загрязнения газа в виде метана, окиси углерода вымораживаются жидким азотом. В обработанный таким образом газ вводят азот для получения аммиака со стехиометрическим соотношением Н₂: N₂ = 3: 1.

Для синтеза метанола необходимо поддерживать определенное соотношение Н₂: СО или Н₂: (СО + СО₂) в зависимости от типа катализатора. Основными стадиями этого синтеза являются: компрессия газа, синтез метанола, его перегонка (дистилляция).

Метанол является не только сырьем для химического синтеза, но может быть использован как теплоноситель и горючее. Полупромышленные опыты доказали пригодность его в качестве добавки к обыкновенному горючему, а также в качестве самостоятельного горючего. При производстве водорода, используемого в восстановительных процессах и методах гидролиза, обессеренный газ подается на метанизацию с получением метана. Образующаяся вода конденсируется, а двуокись углерода отмывается. В будущем возможно, что водород найдет применение для гидрогенизации угля, в том числе и подземной.

Бурые угли ряда месторождений (например, Биркинского месторождения Кораблинского угленосного района) практически необогатимы. Этот фактор, а также высокое содержание серы и невозможность удаления ее механическими или другими экономически оправданными способами, опасность подземной разработки высокосернистых углей, необходимость перехода на глубокие горизонты предопределили целесообразность разработки углей методом подземной газификации.

Имеющийся опыт подземной газификации углей на Подмосковной и Шатской станциях «Подземгаз» включает использование газа как энергетического топлива и химического сырья для получения элементарной серы и гипосульфита.

Наиболее высокие экономические показатели при производстве серы и высококачественного гипосульфита из газа ПГУ были достигнуты на Подмосковной станции «Подземгаз».