Пропан

<час />

Фон

Пропан - это природный газ, состоящий из трех атомов углерода и восьми атомов водорода. Он создается вместе с множеством других углеводородов (таких как сырая нефть, бутан и бензин) в результате разложения и реакции органических веществ в течение длительных периодов времени. После того, как пропан выбрасывается из нефтяных месторождений глубоко под землей, пропан отделяется от других нефтехимических продуктов и очищается для коммерческого использования. Пропан относится к классу материалов, известных как сжиженные углеводородные газы (СУГ), которые известны своей способностью превращаться в жидкость при относительно низких давлениях. В жидком виде пропан в 270 раз компактнее, чем газ, что позволяет легко транспортировать и хранить его в жидком виде до момента использования. Приблизительно 15 миллиардов галлонов (57 миллиардов литров) пропана ежегодно потребляются в Соединенных Штатах в качестве топливного газа. Крупнейшими потребителями являются химическая промышленность и обрабатывающая промышленность, которые используют пропан в качестве промежуточных химических продуктов и аэрозольных пропеллентов, за которыми следуют жилые дома и коммерческие предприятия, которые используют пропан для отопления, а также в сушилках и переносных грилях.

Ценность нефтепродуктов давно признана цивилизованным миром, и документально подтвержденные примеры их использования насчитывают более 5000 лет. Древние жители Месопотамии использовали смолистые соединения, полученные из нефти, для многих целей, в том числе для уплотнения кладки и кирпича, а также клея для ювелирных изделий. Около 2000 лет назад арабские ученые усвоили один из основных принципов химии нефти - ее можно перегонять или разделять на различные части или фракции в зависимости от их точек кипения, и что каждая фракция имеет свои отличительные свойства.

Считается, что современная эра нефтепереработки началась в 1859 году, когда нефть была обнаружена в Пенсильвании, и компания Sennaca Oil пробурила там первую нефтяную скважину. С глубины 70 футов (21,2 м) первая в мире нефтяная скважина произвела почти 300 тонн (305 метрических тонн) нефти за первый год, и таким образом родилась целая отрасль. Впервые пропан был признан важным компонентом нефти в 1910 году, когда владелец автомобиля из Питтсбурга спросил химика доктора Уолтера Снеллинга, почему галлон бензина, который он купил, наполовину закончился к тому времени, когда он вернулся домой. Владелец автомобиля считал, что правительство должно расследовать, почему потребителей обманывают, поскольку бензин улетучивается быстро и дорого. Снеллинг обнаружил, что большая часть жидкого бензина на самом деле состоит из пропана, бутана и других углеводородов. Используя змеевики от старого водонагревателя и другое лабораторное оборудование, Снеллинг построил перегонный куб, который мог разделять бензин на жидкие и газообразные компоненты. Со времен Снеллинга химики добились огромных успехов в технологиях обработки пропана и других сжиженных нефтяных газов. Сегодня производство пропана в Соединенных Штатах обходится в 8 миллиардов долларов.

Сырье

Поскольку пропан имеет естественное происхождение, он не «сделан» из другого сырья; вместо этого он «находится» в нефтехимических смесях глубоко под землей. Эти нефтяные смеси буквально представляют собой каменную нефть, комбинацию различных флюидов, богатых углеводородами. , которые накапливаются в подземных резервуарах, состоящих из пористых слоев песчаника и карбонатных пород. Нефть получают из различных живых организмов, погребенных в отложениях ранних геологических эпох. Организмы были зажаты между слоями горных пород без кислорода и не могли полностью разрушиться или окиситься. Вместо этого за десятки миллионов лет остаточный органический материал был преобразован в богатую пропаном нефть посредством двух основных процессов:диагенеза и катагенеза. Диагенез происходит при температуре ниже 122 ° F (50 ° C), когда органический «суп» подвергается воздействию микробов (и некоторым химическим реакциям), которые приводят к обезвоживанию, конденсации, циклизации и полимеризации. Катагенез, с другой стороны, происходит при высоких температурах 122–424 ° F (50–200 ° C) и заставляет органические материалы реагировать посредством термокаталитического крекинга, декарбоксилирования и диспропорционирования водорода. Эти сложные реакции образуют нефть в осадочных породах.

Производственный
процесс

Производство пропана включает отделение и сбор газа из источников нефти. Пропан и другие сжиженные нефтяные газы выделяют из нефтехимических смесей одним из двух способов - путем отделения от фазы природного газа нефти и путем очистки сырой нефти.

1. Оба процесса начинаются при вскрытии подземных нефтяных месторождений путем бурения нефтяных скважин. Смесь газ / нефть углеводородов выводится из скважины по трубопроводу в газовую ловушку, которая разделяет поток на сырую нефть и «влажный» газ, который содержит природный бензин, сжиженные нефтяные газы и природный газ.
2. Сырая нефть тяжелее и опускается на дно ловушки; затем его перекачивают в резервуар для хранения масла для дальнейшей очистки. (Хотя пропан легче всего выделить из смеси «влажного газа», его можно получить из сырой нефти. Сырая нефть подвергается множеству сложных химических процессов, включая каталитический крекинг, перегонку сырой нефти и др. Переработка на нефтеперерабатывающем заводе невелика по сравнению с объемом, выделяемым из природного газа, она все еще важна, потому что пропан, полученный таким образом, обычно используется в качестве топлива для нефтеперерабатывающих заводов или для производства сжиженного нефтяного газа или этилена.)
3. «Влажный» газ выходит из верхней части уловителя и по трубопроводу поступает на бензиновую абсорбционную установку, где он охлаждается и прокачивается через абсорбционное масло для удаления природного бензина и сжиженных углеводородных газов. Оставшийся сухой газ, около 90% метана, выходит из ловушки и направляется в города для распределения газовыми коммунальными предприятиями.
4. Поглощающая нефть, насыщенная углеводородами, подается по трубопроводу в установку, где углеводороды выпариваются. Эта нефтяная смесь известна как «дикий бензин». Затем чистое абсорбирующее масло возвращается в абсорбер, где процесс повторяется.
5. «Дикий бензин» перекачивается в башни стабилизатора, где сжиженный природный бензин удаляется снизу, а смесь сжиженных углеводородных газов - сверху.
6. Эту смесь сжиженного нефтяного газа, составляющую около 10% от общей газовой смеси, можно использовать в виде смеси или дополнительно разделить на три ее части - бутан, изобутан и пропан (около 5% от общей газовой смеси).

Контроль качества

Как описано выше, пропан должен быть тщательно изолирован от сложной смеси нефтехимических продуктов, которая включает метан, этан, этен, пропен, изобутан, изобутен, бутадиен, пентан и пентен, и это лишь некоторые из них. Если такие примеси не удалить, смесь пропана или пропана и бутана не будет разжижаться должным образом. Сжижение газа при соответствующей температуре и давлении имеет решающее значение для экономической эффективности газа. Отрасль сжиженного газа установила стандартизированные спецификации, которым должны соответствовать смеси сжиженного газа, чтобы считаться приемлемыми для использования в качестве топливного газа. Стандартизированные методики испытаний для оценки этих спецификаций одобрены и опубликованы Американским обществом испытаний и материалов (ASTM). Например, сжиженный нефтяной газ, известный как «промышленный пропан», должен иметь максимальное давление пара 200 фунтов на кв. Дюйм при 100 ° F (38 ° C) и может содержать не более 0,0017 унций (0,05 мл) остаточных веществ. Кроме того, допустимое количество летучих остатков строго ограничено, и газ должен соответствовать установленным нормативам по коррозионной активности по отношению к меди, содержанию летучей серы и влажности. В продаже имеются другие смеси пропана и бутана, которые имеют несколько другие целевые значения.

Эти строгие стандарты качества делают пропан экологически привлекательным топливом. Фактически, чтобы соответствовать стандартам трубопроводов, почти все загрязнители удаляются из пропана до того, как он попадает в трубопроводы. При использовании в правильно отрегулированных и обслуживаемых горелках выбросы пропана легко соответствуют стандартам чистого воздуха, установленным Агентством по охране окружающей среды (EPA). Их испытания доказали, что пропан экологически безопаснее, чем другие углеводородные источники энергии, и что правильно обработанный пропан может использоваться в качестве моторного топлива, которое значительно чище, чем бензин. Исследования показали, что по сравнению с бензином у пропановых двигателей на 45% меньше озонообразования. Результаты другого недавнего исследования EPA показывают, что пропан снижает общие выбросы углеводородов на 29% в соответствии с новыми Федеральными стандартами чистого воздуха. Кроме того, выбросы окиси углерода на 93% ниже нормы, выбросы углеводородов на 73% ниже нормы, а выбросы оксида азота на 57% ниже нормы.

Побочные продукты / отходы

Как подробно описано выше, при производстве пропана образуются различные экономически полезные побочные продукты. На самом деле, их правильнее рассматривать не как побочные продукты, а как побочные продукты, поскольку они производятся вместе с пропаном в процессе очистки нефти. Эти побочные продукты могут быть в форме твердых веществ, газов или жидкостей. Твердые вещества (или полутвердые вещества) включают битум, сероводород и диоксид углерода и продаются в качестве топлива. Жидкие фракции включают сырую нефть, которая дополнительно очищается с получением различных продуктов. Эти масла сильно различаются по внешнему виду и физическим свойствам, таким как температура кипения, плотность, запах и вязкость. Различные фракции сырой нефти называются «легкими» или «тяжелыми» в зависимости от их плотности. Легкая нефть богата низкокипящими и парафиновыми углеводородами; тяжелая нефть более высококипящая и более вязкая. Они образуют множество асфальтоподобных молекул. Многие побочные продукты производства пропана, такие как пропилен и бутилен, используются при переработке бензина, производстве синтетического каучука и нефтехимии.

Будущее

По мере развития области нефтехимии химия пропана будет продолжать развиваться. Будет усовершенствован способ отделения пропана от нефти. Одна область, которая предлагает возможности для продвижения, - это добыча нефтяных скважин. На удаленных нефтяных скважинах сжигается много природного газа, потому что обширная система трубопроводов, необходимая для его транспортировки, непомерно дорога. В настоящее время предпринимаются усилия по преобразованию большей части этого отходящего газа в конденсируемые газы, которые можно было бы легко хранить и транспортировать. Также важно отметить, что пропан, вероятно, станет все более популярным в качестве топливного газа, что обусловлено экономическими факторами и проблемами окружающей среды. Фактически, в Законе о чистом воздухе 1990 года Конгресс назвал СНГ одним из экологически чистых альтернативных видов топлива, предназначенных для обеспечения качества воздуха в стране в XXI веке.