Способы получения попутного нефтяного газа

Попутный Нефтяной Газ (ПНГ). С чего начинается нефтехимия

История и состав

Более 200 лет человечество в промышленных масштабах занимается добычей полезных ископаемых, одним из которых является нефть. Из нового, на момент начала освоения, сырья, получали и получают поныне множество полезных продуктов — бензин, дизельное топливо, битумы, смолы. Добыча «черного золота» связана с множеством опасностей, одну из которых представляет растворенная в нефти, а также скапливающаяся над нефтяными бассейнами в полостях земли, смесь углеводородных газов, таких как метан, этан, пропан, и т.д.

Именно она приводила к загазованности, а также большому количеству пожаров и взрывов на месторождениях нефти, выходя вместе с жидкой нефтью из скважины, и частично выделяясь из нее в результате перепада давления между давлением в подземных бассейнах и атмосферным давлением. Данная смесь под обобщенным названием «Попутный Нефтяной Газ» в течение долгого времени не только никак не перерабатывалась, но и, по причине того, что экономически обоснованного применения на тот момент ей найдено не было, просто сжигалась.

Однако, с начала ХХ века нефтедобывающие компании активно приступили к поиску способов использования, а также переработки ПНГ, с целью увеличения КПД использования недр. Если ранее степень использования попутного газа была близка к 0, то в настоящий момент за счет принятия экологических соглашений, а также развития технологий переработки и использования, доля используемого по назначению ПНГ близится к 85%

Применение ПНГ в наше время

В настоящее время ПНГ используют 3-мя основными способами — закачивают обратно в пласт, чтобы повысить нефтеотдачу месторождения, используют в качестве топлива на ГТС (Газотурбинных станциях) для выработки электроэнергии, необходимой для работы промысла, либо для продажи потребителю в случае большой удаленности месторождения и невозможности транспортировки ПНГ, и 3-ий способ — переработка ПНГ с целью получения пластиков, полимеров, каучуков, и прочих высоковостребованных и высокомаржинальных продуктов.

Первичное разделение ПНГ

Если первые два способа использования ПНГ просты и понятны, то третий способ-переработка, насчитывает в себе множество способов получения огромного количества материалов, необходимых в повседневной жизни, строительстве, медицине, и т.д.

Сначала происходит отделение тяжелых фракций C₅ и выше, которые именуются Легкий Газовый Бензин. Затем отделяется природный газ (метан) от ШФЛУ (Широкой Фракции Легких Углеводородов), которая содержит в себе углеводороды от С₂ и выше. В дальнейшем в ходе процесса пиролиза в результате термического разложения получают Этилен (С₂Н₄) и Пропилен (С₃Н₈), которые являются основным сырьем для большинства полимеров.

Источник

Попутный нефтяной газ

Процесс нефтедобычи всегда вплотную связан с наличием попутного нефтяного газа (ПНГ) – продукта, содержащего ряд углеводородов, или растворённого непосредственно в нефти, или присутствующего, вследствие своей летучести, в верхней части газоконденсатных или содержащих нефть месторождений. Необходимо отметить, что к нефтяным газам относят газы, также возникающие в технологии нефтепереработки и имеющие в своей основе низкомолекулярные углеводороды. Отличие которых, от залегающих в недрах Земли попутных нефтяных газов, заключается в повышенном содержании водорода и непредельных углеводородов.

Непосредственно извлечением ПНГ из земных пластов нефтедобывающие и газодобывающие организации не занимаются. Так как он сам сопровождает добычу углеводородов, бурно извергаясь при вскрытии очередного месторождения. Доставляя тем самым нефтяникам массу проблем. Хотя может выступать в качестве ценнейшего энергетического топлива и химического ресурса. Имея в своей основе метан (но в существенно меньшем количестве, по сравнению с природным газом), попутный нефтяной газ также содержит в себе:

• бутан, этан, пропан, изобутан;
• азот, сероводород и их производные.

Физико-химические свойства и классификация

ПНГ не обладает цветом и не имеет запаха. Так как он в 1,8 раза легче воздуха, то при утечках скапливается наверху или улетучивается в атмосферу. При соответствующих концентрациях, он отличается взрывоопасностью и горючестью. Его объём на тонну добытой нефти в зависимости от месторождения варьируется в пределах: от 25 до 800 м 3 .

Попутный нефтяной газ классифицируется по содержанию в нём:

• целевых углеводородов, начиная с С₃ и выше – на типы: тощий, средний, жирный и особо жирный;
• сернистых соединений – на классы: бессернистый, малосернистый, сернистый и высокосернистый;
• негорючих элементов – на группы: безбалластный, малобалластный, среднебалластный и высокобалластный;
• механических примесей – на виды: чистый, слабозагрязнённый, загрязнённый и сильнозагрязнённый.

Добыча

В силу своей неразрывной связи с нефтью, попутный нефтяной газ извлекается на всех стадиях процесса: начиная от вскрытия скважин – до непосредственной продажи товарных нефтепродуктов покупателям. В России его залежи, сосредоточенные более всего в растворённом виде, присутствуют на территории Краснодарского и Пермского краёв, в Сибири, Республике Коми, Пермской области и на острове Сахалин.

Прежде всего, ПНГ поступает из нефтяных «шапок», откуда он бурно выходит по причине высокой разницы давлений внутри скважины и на поверхности. Но основным способом добычи всё-таки является сепарирование (разделение) нефти, осуществляемое в сепараторах, имеющих множество ступеней. Во время процесса давление от ступени к ступени снижается: от 16-30 бар (первая ступень сепарации) – до 1,5-4 бара (последняя ступень сепарации).

Совсем недавно попутный газ просто сжигался; такая судьба ждала и продукт сепарирования низкого давления (ниже 5 бар). Но в силу целого ряда негативных факторов – загрязнения окружающей среды вредными и опасными продуктами сгорания, приводящего к глобальному изменению климата под воздействием парникового эффекта, международная и государственная политика ряда стран по этому вопросу стала меняться. В 1997 был принят Киотский протокол; а в 2009 году вышло Постановление Правительства РФ за № 7, лимитирующее объёмы сжигания ПНГ. Сегодня необходимость утилизации, разделения, переработки в целях получения высококалорийных топлив и важной для химической индустрии продукции, общепризнана во всём мире.

Утилизация и переработка

Существует пять основных методов утилизации попутного нефтяного газа:

• отправка на предприятия, занимающееся его химической переработкой;
• транспортировка в магистральные трубопроводы ОАО «Газпром»;
• обратная закачка в месторождения, с целью увеличения дебита скважин;
• использование в качестве топлива на локальных электроустановках: газотурбинных, газопоршневых, микротурбинных;
• GTL-методы, подразумевающие переработку, целью которой является получение ряда жидких тяжёлых углеводородов, типа моторных топлив без содержания серы.

Основными особенностями ПНГ выступают: нестабильность состава, наличие значительного количества примесей (прежде всего воды, а это требует организации осушки), высокий уровень содержания тяжёлых углеводородов. Для того чтобы разделить попутный нефтяной газ на составляющие:

• природный газ,
• сжиженный нефтяной газ,
• конденсат,
• применяются адсорбционная, криогенная и мембранная технологии.

Наибольшее распространение получила мембранная методика, как самая эффективная. Суть её заключается в разнице скорости движения компонентов газовой смеси через мембрану, что приводит к разделению потоков. Однако, несмотря на применение всё более и более эффективных материалов в конструкции мембран (например, половолокна), сама технология способна лишь существенно снизить расходы на переработку. Вследствие чего её приходится совмещать с другими методами очистки.

Применение

Для повышения рентабельности и продуктивности используется фракционная переработка ПНГ, позволяющая получать ароматические углеводороды, газовый бензин, пропан-бутановую смесь, конденсат стабильных параметров. Вообще, попутный нефтяной газ – это:

• ацетилен,
• гелий.
• сера и её производные,
• полиэтилен,
• каучук.
• пластмассы,
• топливные присадки с высоким октановым числом.

Все приведённые в статье доводы лишний раз говорят о том, что использование нефти и газа (в том числе, – нефтяного попутного) в качестве топлива крайне нерентабельно и небезопасно. Гораздо выгоднее и резоннее осуществлять их химическую переработку. Хотя пока что нефтехимическая отрасль России, в сравнении с Китаем и США, существенно отстаёт и по мощностям, и по уровню своего технологического оснащения. Такой индустриальный разрыв необходимо срочно навёрстывать, иначе ситуация будет лишь усугубляться. Что для великой нефтяной и газовой державы, – каковой, несомненно, является Россия, крайне не допустимо!

Источник

Попутный нефтяной газ, состав, использование и переработка

Попутный нефтяной газ, состав, использование и переработка.

Попутный нефтяной газ – это полезное ископаемое, природный углеводородный газ, растворенный в нефти или находящийся в «шапках» нефтяных и газоконденсатных месторождений.

Попутный нефтяной газ:

Попутный нефтяной газ – это полезное ископаемое, природный углеводородный газ, растворенный в нефти или находящийся в «шапках» нефтяных и газоконденсатных месторождений .

Для обозначения попутного нефтяного газа используют аббревиатуру ПНГ.

В английском языке попутный нефтяной газ называется как «associated petroleum gas», сокращённо – APG. В дословном переводе означает «связанный, объединённый нефтяной газ».

Попутный нефтяной газ, как и природный газ , – это смесь газов и парообразных углеводородных и неуглеводородных компонентов.

По сути, попутный нефтяной газ этот тот же самый природный газ, но с большим количеством примесей. Поэтому по своим физическим свойствам попутный нефтяной газ аналогичен природному газу.

ПНГ не имеет ни цвета, ни запаха. Легче воздуха в 1,8 раза. Горюч и взрывоопасен. При утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.

Попутный нефтяной газ растворен в самой нефти , а также находится в пространстве между горной породой и залежами нефти, именуемой «шапкой». При вскрытии нефтяных пластов обычно сначала начинает фонтанировать газ нефтяных шапок. Впоследствии основную часть добываемого ПНГ составляют газы, растворенные в нефти .

ПНГ является побочным продуктом при добыче нефти. Так, только на одну тонну извлекаемой нефти в зависимости от района добычи и месторождения приходится от 25 до 800 м 3 извлекаемого ПНГ.

Долгое время его считали вредной примесью нефти, и ПНГ просто сжигался непосредственно в месте добычи нефти на нефтеносной скважине, загрязняя окружающую среду. Однако не так давно признали, что попутный нефтяной газ, хотя и сопутствует добыче нефти, является ценным сырьем для дальнейшей переработки. Поэтому нефтяные компании стали все больше уделять внимание рациональному использованию попутного газа.

Попутный нефтяной газ подразделяется на:

– типы – по содержанию целевых компонентов – углеводородов от С₃ и выше: тощий, средний, жирный и особо жирный,

– классы – по содержанию содержанию сернистых соединений: бессернистый, малосернистый, сернистый и высокосернистый,

– группы – по содержанию негорючих компонентов: безбалластный, малобалластный, среднебалластный и высокобалластный,

– виды – по содержанию механических примесей: чистый, слабозагрязненный, загрязненный и сильнозагрязненный.

Химический состав попутного нефтяного газа:

Попутный нефтяной газ, как и природный газ, является газообразной смесью углеводородных и неуглеводородных компонентов.

Его состав разнится от месторождения к месторождению, от характера самого месторождения, от стадии освоения месторождения. Кроме того, одно и то же месторождение в течение нескольких лет способно существенно поменять процентное соотношение входящих в него компонентов. Попутный нефтяной газ, находящийся в газовых «шапках» и извлекаемый в начале эксплуатации месторождения, является более «легким» по составу (с большим содержанием метана и с меньшей долей – тяжелых углеводородных газов) в отличие от растворенного в нефти газа. В дальнейшем при эксплуатации месторождения газ из газовых шапок сокращается и уступает место растворенному в нефти попутному газу, содержащему большую долю тяжелых углеводородов.

Так как попутный газ извлекается из нефти (или газового конденсата) при ее (его) сепарации (3 ступени), то состав получаемого попутного нефтяного газа также будет отличаться после каждой ступени сепарации.

Возможны как сезонные, так и разовые колебания состава ПНГ.

Углеводородные компоненты попутного нефтяного газа представлены метаном СН₄ и его гомологами: этаном С₂Н₆, пропаном С₃Н₈, бутаном С₄Н₁₀, пентаном С₅Н₁₂, гексаном С₆Н₁₄, гептаном С₇Н₁₆, октаном С₈Н₁₈, нонаном С₉Н₂₀, деканом С₁₀Н₂₂ и т.д. вплоть до доказана С₂₂Н₄₆.

Неуглеводородные компоненты попутного нефтяного газа: Ar, H₂, He, N₂, H₂S, водяные пары – H₂O, CO, CO₂ и пр. серосодержащие соединения и инертные газы.

От обычного природного газа ПНГ отличается большим разнообразием и большой долей содержащихся в нем тяжелых углеводородов.

Примерный состав попутного нефтяного газа, извлекаемого из нефтяного месторождения, приведен ниже в таблице.

Состав	% объема*
Метан	45,6
Этан	16,6
Пропан	21,1
Бутан	7,8
Пентан	3,7
Гексан	1,1
Гептан	0,4
Прочие тяжелые углеводороды	3,2
Прочие примеси	0,5

* В таблице приведен один из примеров. Реальный состав добываемого ПНГ из конкретного нефтяного месторождения может существенно отличаться от приведенного примера.

Таким образом, получается, что ПНГ, извлекаемый из нефтяного месторождения в представленном примере, – это жирный (сырой) природный газ.

В газонефтяных и нефтегазоконденсатных месторождениях доля метана значительно больше, а доля тяжелых углеводородов соответственно меньше.

Получение и добыча попутного нефтяного газа:

Добыча попутного нефтяного газа осуществляется на любой стадии добычи и переработки нефти. Эта особенность обусловлена неразрывной связью ПНГ с нефтью.

В первую очередь извлекается попутный нефтяной газ, который содержится в нефтяных «шапках». Он сам выходит из скважины из-за разницы давления. После этого, происходит извлечение газа из самой нефти путем ее сепарации на специальных установках – многоступенчатых сепараторах за счет различного давления и температуры.

Переработка, использование и применение попутного нефтяного газа:

Извлеченный из нефти попутный нефтяной газ представляет собой смесь различных легких и тяжелых углеводородов, а также механических примесей (частиц пыли и грунта). Причем доля тяжелых углеводородов высока, а механические и неуглеводородные примеси снижают функциональные свойства ПНГ.

В первозданном виде ПНГ практически не применяется (если не рассматривать его обратную закачку в нефтяной пласт). Чтобы использовать ПНГ по назначению, необходимо удалить механические примеси, серу, двуокись углерода, азот и извлечь из него тяжелые углеводородные фракции. Достигается это различными способами: с помощью криогенной, мембранной , адсорбционной технологий или с помощью технологии 3s сепарации .

Конечными продуктами переработки ПНГ являются природный газ, сухой отбензиненный газ, сжиженный газ , газовый конденсат, широкая фракция легких углеводородов, стабильный газовый бензин, газовое моторное топливо, отдельные фракции тяжелых углеводородов.

Соответственно они могут быть использованы следующим образом:

– в качестве топлива , в т.ч. для выработки электроэнергии на энергетических установках,

– как ценное химическое сырье в химической, нефтехимической и фармацевтической промышленности.

Кроме того, попутный нефтяной газ может быть использован путем его обратной закачки в нефтеносный пласт с целью интенсификации нефтеотдачи. К сожалению, после извлечения нефти и этот закаченный газ также следует переработать, т.к. обратная закачка лишь отсрочивает проблему утилизации и рационального использования газа.

Оптимальный вариант применения попутного нефтяного газа зависит от размера месторождения: малого, среднего или крупного, от доступа к транспортной инфраструктуре или наличия модульных мобильных установок очистки, переработки и сжижения газа .

Утилизация и сжигание попутного нефтяного газа:

Сжигание попутного нефтяного газа в факелах нефтеносных скважин не только причиняет непоправимый вред окружающей среде, нарушает экологическую обстановку в нефтепромысловых районах и в целом по всем мире, но и приводит к существенным экономическим потерям, составляющим сотни миллиардов рублей в год.

Во-первых, при сжигании газа помимо диоксида углерода образуется твердые отходы в виде активной сажи, объем которой за год накапливается до 0,5 миллионов тонн.

Во-вторых, при сжигании газа образуется лишний СО₂, который увеличивает количество парниковых газов на планете Земля .

В-третьих, метан, содержащийся в ПНГ, полностью не сгорает при сжигании. В итоге он попадает в атмосферу и еще больше способствует росту парникового эффекта . Помимо несгоревшего метана в атмосферу попадают окись азота, сернистый ангидрид и прочие несгоревшие тяжелые углеводороды, опасные для человека, растений и животных .

В-четвертых, вокруг факела нефтеносной скважины радиус термического разрушения почв колеблется в пределах 10-25 метров, растительности – от 50 до 150 метров.

В итоге, такое нерациональное использование – утилизация попутного нефтяного газа приводит к значительным выбросам твердых загрязняющих веществ, к ухудшению экологической обстановки в нефтепромысловых районах и во всем мире, к увеличению заболеваемости местного населения: раком легких, бронхов, поражениям печени и желудочно-кишечного тракта, нервной системы, зрения.

Постановлением Правительства России от 8 января 2009 г. № 7 «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках» был установлен целевой показатель сжигания попутного нефтяного газа в размере не более 5 процентов от объема добытого попутного нефтяного газа. По предварительным оценкам экспертов ежегодно в России сжигается порядка 25 миллиардов м3 попутного нефтяного газа. Хотя и эта цифра может быть существенно занижена из-за отсутствия на многих месторождениях узлов учета газа.

Источник