Попутные нефтяные газы способ переработки

Переработка попутного нефтяного газа (ПНГ)

Прежде всего, давайте выясним, что понимают под термином «попутный нефтяной газ» или ПНГ. Чем он отличается от традиционных добываемых углеводородов и какими особенностями обладает.

Уже из самого названия видно, что ПНГ имеет непосредственное отношение к добыче нефти. Это смесь газов, либо растворенная в самой нефти, либо находящаяся в так называемых «шапках» углеводородных месторождений.

Состав

В попутном нефтяном газе, в отличие от традиционного природного, помимо метана и этана, содержится существенное количество более тяжелых углеводородов, таких как пропан, бутан и так далее.

Анализ 13 различных месторождений показал, что процентный состав ПНГ имеет следующий вид:

• метан: 66.85-92.37%,
• этан: 1.76-14.04%,
• пропан: 0.77-12.06%,
• изобутан: 0.02-2.65%,
• н-бутан: 0.02-5.37%,
• пентан: 0.00-1.77%,
• гексан и выше: 0.00-0,74%,
• двуокись углерода: 0.10-2.77%,
• азот: 0.50-2.00%.

В одной тонне нефти, в зависимости от расположения конкретного нефтеносного месторождения, содержится от одного до несколько тысяч кубометров попутного газа.

Получение

ПНГ является побочным продуктом нефтяной добычи. При вскрытии очередного пласта первым делом начинается фонтанирование расположенного в «шапке» попутного газа. Он обычно является более «легким» по сравнению с растворенным непосредственно в нефти. Таким образом, на первых порах процент метана, содержащегося в ПНГ, довольно высок. Со временем при дальнейшем освоении месторождения его доля сокращается, зато увеличивается процент содержания тяжелых углеводородов.

Способы утилизации и переработки попутных газов

Известно, что ПНГ обладает высокой теплотворной способностью, уровень которой находится в диапазоне 9-15 тысяч Ккал/м 3 . Таким образом, он может эффективно использоваться в энергетике, а большой процент тяжелых углеводородов делает газ ценным сырьем в химической промышленности. В частности, из ПНГ можно изготавливать пластмассы, каучук, высокооктановые топливные присадки, ароматические углеводороды и так далее. Однако успешному использованию в экономике попутного нефтяного газа мешают два фактора. Во-первых, это нестабильность его состава и наличие большого количества примесей, а во-вторых, необходимость существенных затрат на его «осушку». Дело в том, что нефтяные газы обладают уровнем влагосодержания, равным 100%.

Сжигание ПНГ

Из-за сложностей переработки долгое время основным способом утилизации нефтяного газа являлось его банальное сжигание на месте добычи. Этот варварский метод приводит не только к безвозвратной потере ценного углеводородного сырья и к растрачиванию впустую энергии горючих компонентов, но и к серьезным последствиям для окружающей среды. Это и тепловое загрязнение, и выброс огромного количества пыли и сажи, и заражение атмосферы токсичными веществами. Если в других странах существуют огромные штрафы за такой способ утилизации нефтяного газа, делая его экономически невыгодным, то в России дела обстоят намного хуже. В отдаленных месторождениях при себестоимости добычи ПНГ 200-250 руб./тыс. м 3 и стоимости транспортировки до 400 руб./тыс. м 3 продать его можно максимум за 500 руб., что делает нерентабельным любой способ переработки.

Закачка ПНГ в пласт

Поскольку попутный газ добывается в непосредственной близости от месторождения нефти, его можно использовать в качестве инструмента для повышения уровня отдачи пласта. Для этого осуществляется закачка ПНГ и различных рабочих жидкостей в пласт. По результатам практических измерений оказалось, что дополнительная добыча с каждого участка составляет 5-10 тысяч тонн в год. Такой способ утилизации газа все же предпочтительнее по сравнению со сжиганием. Кроме того, имеются современные разработки по увеличению его эффективности.

Фракционная переработка попутного нефтяного газа (ПНГ)

Внедрение данной технологии позволяет достигать повышения рентабельности и эффективности производства. Товарными продуктами, получаемыми в результате переработки углеводородного сырья, являются: газовый бензин, стабильный конденсат, пропан-бутановая фракция, ароматические углеводороды и многое другое. В целях оптимизации затрат перерабатывающие заводы в основном строятся на крупных газовых и нефтяных месторождениях, а на малых месторождениях благодаря достижениям научно-технического прогресса используется блочное компактное оборудование по переработке сырья.

Очистка ПНГ

Переработка ПНГ начинается с его очистки. Очистка от механических примесей, двуокиси углерода и сероводорода проводится для улучшения качества продукта. Сначала ПНГ охлаждается, при этом все примеси конденсируются в башнях, циклонах, электрофильтрах, пенных и прочих аппаратах. Затем проходит процесс осушки, при котором влага поглощается твердыми или жидкими веществами. Данный процесс считается обязательным, так как излишнее количество влаги значительно увеличивает расходы на транспортировку и затрудняет использование конечного продукта.

Рассмотрим самые распространенные сегодня методы очистки ПНГ.

• Сепарационные методы. Это самые простые технологии, применяемые исключительно для выделения конденсата после компримирования и охлаждения газа. Методы могут быть использованы в любых условиях и отличаются низким уровнем отходов
• Однако качество получаемого ПНГ, особенно при низких давлениях, невысокое. Углекислый газ и сернистые соединения не удаляются.
• Газодинамические методы. Основаны на процессах преобразования потенциальной энергии высоконапорной газовой смеси в звуковые и сверхзвуковые течения. Используемое оборудование отличается низкой стоимостью и простотой эксплуатации. При низких давлениях эффективность методов невысока, сернистые соединения и CO₂ также не удаляются.
• Сорбционные методы. Позволяют осуществлять осушку газа как по воде, так и по углеводородам. Кроме того, возможно удаление небольших концентраций сероводорода. С другой стороны, сорбционные методы очистки плохо адаптируются к полевым условиям, а потери газа составляют до 30%.
• Гликолевая осушка. Используется в качестве самого эффективного способа удаления влаги из газа. Данный метод востребован в качестве дополнения к другим способам очистки, поскольку ничего кроме воды он не удаляет. Потери газа составляют менее 3%.
• Обессеривание. Еще один узкоспециализированный набор методов, направленный на удаление из ПНГ сернистых соединений
• Для этого используются технологии аминовой отмывки, щелочной очистки, процесс «Серокс» и так далее. Недостатком является 100% влажность ПНГ на выходе.
• Мембранная технология. Это самый эффективный метод очистки ПНГ. Его принцип основан на различной скорости прохождения отдельных элементов газовой смеси через мембрану. На выходе получаются два потока, один из которых обогащен легкопроникающими компонентами, а другой — труднопроникающими. Раньше селективных и прочностных характеристик традиционных мембран было недостаточно для очистки ПНГ. Однако сегодня на рынке появились новые половолоконные мембраны, способные работать с газами, имеющими высокую концентрацию тяжелых углеводородов и сернистых соединений. Специалисты НПК «Грасис» в течение нескольких лет проводили испытания на различных объектах и пришли к выводу, что данная технология на базе новой мембраны способна существенно снизить затраты на очистку ПНГ. Соответственно, имеет серьезные перспективы на рынке.

Анализ ПНГ

Рентабельна ли фракционная утилизация попутного нефтяного газа, можно выяснить после того, как будет проведен тщательный анализ на предприятии. Современное оборудование и инновационные технологии открывают для данного метода новые просторы и безграничные возможности. Переработка ПНГ позволяет получить «сухой» газ, который по своему составу близок к природному и может быть использован на промышленных или коммунально-бытовых предприятиях.

Проведенные исследования подтвердили, что прекращение сжигания попутного нефтяного газа приведет к тому, что с помощью современного оборудования для переработки можно будет получить дополнительного около 20 млн. кубометров сухого газа в год.

Использование ПНГ при эксплуатации малых энергетических объектов

Еще одним очевидным способом утилизации такого газа является использование его в качестве топлива для электростанций. Эффективность ПНГ в таком случае может достигать 80% и выше. Разумеется, для этого энергоблоки должны быть расположены максимально близко к месторождению. Сегодня на рынке представлено огромное количество турбинных и поршневых установок, способных работать на ПНГ. Дополнительным бонусом является возможность использовать выхлопной газ для организации системы теплоснабжения объектов месторождения. Кроме того, его можно закачивать в пласт для повышений нефтеотдачи. Следует отметить, что данный метод утилизации ПНГ уже сегодня широко применяется в России. В частности, нефтегазовые компании строят газотурбинные электростанции на своих отдаленных месторождениях, что позволяет вырабатывать более миллиарда киловатт-часов электроэнергии в год.

Технология «Gas-to-liquids» (химическая переработка ПНГ в топливо)

Во всем мире данная технология развивается стремительными темпами. К сожалению, ее внедрение в России существенно осложняется. Дело в том, что подобный метод рентабелен только в жарких либо умеренных широтах, а у нас добыча газа и нефти осуществляется в основном в северных регионах, в частности, в Якутии. Для адаптации технологии под наши климатические особенности требуется серьезная исследовательская работа.

Криогенная переработка ПНГ в сжиженный газ

Еще одна технология, использующая метод сжижения на базе замкнутого однопоточного холодильного цикла. Самые рентабельные из существующих на сегодня установок позволяют осуществлять переработку до 3 миллиардов м 3 сырья в год. Наиболее эффективным применение подобных установок будет на распределительных станциях. При этом их производительность будет напрямую зависеть от диапазона перепада давлений на входе и выходе станции.

Источник

Утилизация попутного газа

В нефтяной отрасли давно существует такая проблема, как попутный нефтяной газ (ПНГ). Ещё недавно добыча «чёрного золота» не предполагала разработку смежного продукта. Сегодня, когда человечество переходит к рациональному потреблению природных ресурсов, стала актуальной и утилизация попутного газа. Даже с внедрением новейших технологий она остаётся малорентабельной и трудоёмкой. Ранее применялось факельное сжигание, что экономично, но неэкологично.

Что такое попутный нефтяной газ?

ПНГ – газообразное вещество, залегающее в нефтяных пластах. Его можно встретить и в толщах пластов и над ними. Нефтяники называют ПНГ, залегающий над пластом, «шапкой». Состав «шапки» может быть разным и зависит от характеристик месторождения. В основном это метан и более тяжёлые углеводороды.

На концентрацию вещества влияет глубина нефтяных залежей. В верхних слоях она может быть 5 м3, в нижних – доходить до нескольких тысяч м3.

Причина образования попутного газа – снижение давления в пластах на показатели ниже давления нефти.

Газы из углеводородов могут существовать самостоятельно, также они в жидкой вариации присутствуют в нефти. Во время разработки сырья и дальнейшей его переработки ПНГ отделяются от нефти.

Особенности ПНГ

Особенности описываемого природного продукта таковы:

1. Продукты переработки попутного нефтяного газа не имеют применения непосредственно в месте переработки. Требуется доставка их потребителю, что требует немалых дополнительных затрат.
2. Чтобы подготовить продукт к транспортировке, его необходимо подвергнуть глубокой сушке и отбензиниванию с применением энергоемких сложных процессов.
3. Основная черта ПНГ – низкое давление. Наличие этой характеристики требует применения значительных мощностей по компримированию для сбора и переработки ресурса.

Основные виды попутного нефтяного газа

Причисление разрабатываемого ПНГ к определённой классификационной группе зависит от того, сколько углеводорода содержится в продукте:

1. Чистый. В данную группу входит попутный газ концентрацией 95-100%.
2. Углеводородный, имеющий долю примеси азота 3-15%.
3. Углеводородно-азотистый, где доля азота составляет 50%.
4. Углеводородный, имеющий в составе 4-20% углекислого газа.

Важно: От концентрации углеводорода зависит ценность ПНГ. Чем она выше, тем больше ценится продукт.

Не стоит путать попутный нефтяной газ с газом, который называют природным. В попутном газе присутствуют высокомолекулярные жидкости, парообразные компоненты и вещества, неявляющиеся углеводородами:

Пути переработки ПНГ

Как и в советские времена, попутный нефтяной газ сегодня нерентабельно перерабатывать. Отличие нашего времени в том, что химики активно ищут пути решения проблемы. В прошлом столетии больше внимания уделялось экономической целесообразности, что было ошибкой, так как традиционное сжигание факелами сильно ухудшило экологическую ситуацию и привело к тому, что начало ухудшаться здоровье населения планеты.

Как только общественность пришла к выводу, что ПНГ нельзя сжигать, начался поиск способов его переработки. Было найдено несколько решений. Наиболее популярный способ – фракционный.

Особенности фракционного способа

При использовании данного метода осуществляют разделение ПНГ на части, из которых он складывается. Продукты переработки это:

• широкая фракция лёгких углеводородов;
• очищенные сухие газы.

Перечисленное легко реализуется как в РФ, так и за рубежом. Проблема в том, что полученное сырьё нужно транспортировать по трубопроводам. Есть ещё один недостаток – получаемые продукты тяжелее, чем воздух, потому им свойственно скапливаться в низинах. В результате образуются облака, которые легко взрываются и могут принести значительный урон.

Закачивание нефтяного попутного газа в пласт для интенсификации нефтеотдачи

Ещё один способ рационального использования ПГН – повышение с его помощью нефтеотдачи. Для этого сырьё закачивают в пласты, чтобы повысить давление. Это позволяет добыть из скважины на 10 000 тонн больше нефти.

Данный способ требует больших затрат. По этой причине его не применяют в России. Однако метод распространён в Европе, где экологии и рациональному использованию ресурсов уделяют больше внимания.

При использовании данного метода компания должна установить специальное оборудование. Таким образом проблема не решается, но отсрочивается на некоторое время.

Метод мембранной очистки

Данная технология относится к самым перспективным методам. Суть её в том, что сырьё пропускается сквозь специальные мембраны на разных скоростях. Алгоритм такой:

1. ПНГ сжижают.
2. Сырьё разделяют в 2-х промышленных сегментах: для получения нефтехимического сырья или топлива.
3. Полученное отбензиненное вещество и ШФЛУ транспортируют в места дальнейшего применения или переработки.

Данный способ, благодаря появлению половолоконных материалов, возобладал над ранее применяемыми традиционными способами фильтрации и очистки ПНГ.

Метод переработки в сжиженный газ

В основе методе лежит криогенный процесс сжатия с применением однопоточного холодильного цикла. Создаются искусственные условия, в которых нефтяной газ взаимодействует с азотом.

Потенциал описанного способа зависит от следующих факторов:

• содержания сернистых соединений, этана и углеводородов;
• запасов газа;
• давления исходного газа;
• производительности оборудования.

Эффективный вариант – установка криогенных комплексов на распределительных станциях.

Метод установки энергоблоков

ПНГ применяют для обеспечения электростанций энергией. Данный метод может быть реализован при условии наличия в составе энергетического сырья необходимого состава. Данный способ популярен на рынке, так как обладает высокой эффективностью.

Для того чтобы станция полноценно функционировала, и возможно было вторично использовать сырьё для получения тепла, на производствах устанавливают:

• поршневые энергоблоки;
• газотурбинные энергоблоки.

Внедрение данной технологии обеспечивает компаниям нефтехимической промышленности независимость от РАО. Способ целесообразно использовать при условии, что электростанция располагается неподалёку от нефтяных разработок. Чем меньше расстояние, тем ниже затраты на транспортировку сырья. Безопасность процесса обеспечивают предварительная очистка и сушка газа.

В каких сферах применяется нефтяной попутный газ?

ПНГ при определённых условиях способен заменить традиционные источники энергии. Он экологичен и позволяет компаниям экономить материальные ресурсы.

Также природный материал нашёл применение в нефтехимическом производстве. При глубокой переработке из газа можно выделить компоненты, которые пользуются на рынке большим спросом.

Помимо сказанного, ПНГ используют для получения синтетического топлива. Данная технология только начинает развиваться. Специалисты прогнозируют стремительный рост направления, так как цены на топливо продолжают расти.

За пределами России было реализовано два масштабных проекта, планируется реализовать ещё 15 проектов. Большинство из них не опробованы в холодных регионах, потому есть вероятность, что проекты будут реализовываться не во всех областях России.

Ещё одна особенность применения

Рассматривая направления применения ПГН, следует вспомнить ещё один метод, получивший название «газлифт». С его помощью более успешно добывают нефть из скважин, имеющих высокий газовый фактор. Технология упрощает обслуживание скважин и регулирует режим их работы.

Как уже отмечалось, затраты на оборудование скважин при использовании попутного газа, возрастают. Метод использования попутного сырья зависит от размера месторождения. Если ПНГ немного, целесообразнее использовать его на месте. Есть смысл осуществлять переработку материала и применять его в промышленности при больших масштабах сырья.

Вред экологии

Даже самые продвинутые технологии не сделали переработку нефтяного газа эффективной и рентабельной. О переработке ПНГ заговорили, когда начали проявлять себя негативные факторы сжигания газа:

• усиление парникового эффекта;
• потеря промышленностью ценного сырья;
• загрязнение атмосферы токсинами;
• заболевания местного населения, в том числе и связанные с экологией.

Токсины и углекислый газ вредят и окружающей среде, и местному населению, увеличивая риск развития серьёзных заболеваний, в том числе онкологических.

На сжигание попутного газа государством установлен налог. Но он не столь велик, чтобы стимулировать руководителей предприятий включать в план затрат внедрение технологий по переработке ПНГ.

Важно: В России люди, стоящие во главе предприятий, больше думают об экономических выгодах, нежели об экологии.

Налаживание поставок ПНГ потребителям и продолжение работы над усовершенствованием методов переработки нефтяного газа станет базой новой отрасли, способной улучшить экологическую и экономическую ситуацию в Российской Федерации.

Заключение

ПНГ – сырьё для электростанций, из продуктов переработки производят каучук, пластмассы, топливные присадки и многое другое. Наука делает всё, чтобы удешевить переработку попутного нефтяного газа и заставить его служить человечеству.

Источник