Схема утилизации нефтяных газов

Утилизация попутного нефтяного газа

Одну из современных проблем нефтедобывающей отрасли легко заметить, пролетая над бескрайними просторами Сибири: многочисленные горящие факелы. На них сжигают попутный нефтяной газ (ПНГ).

По некоторым оценкам на территории России функционируют несколько тысяч крупных факельных установок. С проблемами утилизации ПНГ сталкиваются все страны, занимающиеся добычей нефти. Россия находится на лидирующей позиции в этой прискорбной области, следом идут Нигерия, Иран и Ирак.

ПНГ включает в свой состав метан, этан, пропан, бутан и более тяжелые углеводородные компоненты. Кроме того, он может содержать азот, аргон, углекислый газ, сероводород, гелий. ПНГ чаще всего растворен в нефти и выделяется при ее добыче, но также может накапливаться в «шапках» нефтяных месторождений.

Утилизация ПНГ подразумевает целевое использование ПНГ и его компонентов, приносящее положительный эффект (экономический, экологический и т.п.) по сравнению с его сжиганием на факельных установках.

Виды и способы утилизации ПНГ

Существует несколько направлений утилизации ПНГ:

— переработка на ГПЗ или малых установках на промыслах (выдача в газопровод газа по кондициям ПАО «Газпром», получение СПБТ, СПГ)

Отправка ПНГ на переработку на ГПЗ требует меньше всего капитальных затрат в случае наличия развитой инфраструктуры по транспортировки газа. Недостатком этого направления для удаленных промыслов является возможная необходимость строительства дополнительных газоперекачивающих станций.

Для промыслов с большим устойчивым дебетом ПНГ, расположенным поблизости от магистрального газопровода и сети транспортных коммуникаций актуально строительство мини-ГПЗ, на котором возможно получение пропан-бутановых фракций (СПБТ), подготовка остаточного газа до кондиций ПАО «Газпром» с выдачей в магистральный газопровод, ожижение легких компонентов с получением жидкой фракции, аналогичной СПГ. Недостатком этого направления является его неприемлемость для удаленных месторождений.

Оборудование для реализации процессов: емкостное оборудование (сепараторы, накопительные емкости), тепло-массообменное оборудование (теплообменники, ректификационные колонны), компрессоры, насосы, пароконденсационные холодильные установки, ожижители газа в блочно-модульном исполнении.

— выработка электроэнергии (применение ГТЭС, ГПЭС)

Высокая калорийность ПНГ обуславливает его применение в качестве топлива. При этом возможно применение газа как для приводов газокомпрессорного оборудования, так и для выработки электроэнергии на собственные нужды с применением газотурбинных или газопоршневых установок. Для крупных месторождений со значительным дебитом ПНГ целесообразна организация электростанций с выдачей электроэнергии в региональные сети электроснабжения.

К недостаткам этого направления можно отнести жесткие требования широко распространенных традиционных ГТЭС и ГПЭС к составу топлива (содержание сероводорода не выше 0,1%), что требует увеличенных капитальных затрат на применение систем газоочистки и эксплуатационных затрат на техническое обслуживание оборудования. Выдача электроэнергии во внешние электросети невозможна на отдаленных месторождениях по причине отсутствия внешней энергетической инфраструктуры.

Преимущества направления заключается в обеспечении нужд промысла электроэнергией и осуществление теплоснабжения промысла без затрат на внешнюю инфраструктуру электроснабжения, компактность электрогазогенераторов. Применение современных микротурбинных установок позволяет утилизировать ПНГ с содержанием сероводорода до 4-7%.

Оборудование для реализации процессов: емкостное оборудование (сепараторы, накопительные емкости), ГТЭС или ГПЭС блочно-модульного исполнения.

— химическая переработка (процессы «ПНГ в БТК», « Cyclar »)

Процесс «ПНГ в БТК» разработан ПАО «НИПИгазпереработка» и позволяет каталитически перерабатывать ПНГ в смесь ароматических углеводородов (преимущественно бензол, толуол и смесь ксилолов), которая может быть подмешена к основному потоку нефти и передана по существующему нефтепроводу на НПЗ. Оставшиеся легкие углеводороды по составу сходные с природным газом могут быть использованы в качестве топлива для генерации электроэнергии на нужды промысла.

Процесс «Cyclar» разработан компаниями UOP и British Petroleum и предполагает получение смеси ароматических углеводородов (во многом аналогичных процессу «ПНГ в БТК») из пропан-пентановой фракции ПНГ. Недостатком по сравнению с процессом «ПНГ в БТК» является необходимость предварительной подготовки НПГ для выделения пропан-пентановой фракции.

Недостатком направления является значительная величина капитальных затрат на расширение инфраструктуры промысла.

Оборудование для реализации процессов: емкостное оборудование (сепараторы, накопительные емкости), теплообменники, каталитические реакторы, ректификационные колонны, компрессоры, насосы.

— газохимические процессы (процесс Фишера-Тропша)

Переработка ПНГ методом Фишера-Тропша – многостадийный процесс. Первоначально из ПНГ термическим окислением при высокой температуре получают синтез-газ (смесь CO и H 2), из которого вырабатывают метанол или синтетические углеводороды, используемые для производства моторного топлива. Недостаток направления – высокие капитальные и эксплуатационные затраты.

Оборудование для реализации процесса: емкостное оборудование (сепараторы, накопительные емкости), теплообменники, каталитические реакторы, компрессоры, насосы.

— применение для технологических нужд промысла (сайклинг-процесс, газлифт)

Процесс закачки ПНГ в нефтеносный пласт (сайклинг-процесс) предполагает закачку газа в газовую «шапку» месторождения для повышения внутрипластового давления, приводящего к повышению нефтеотдачи. К преимуществам способа можно отнести простоту реализации и малые капитальные затраты на реализацию процесса. Недостатком является отсутствие фактической утилизации – имеет место лишь отсрочка проблемы на некоторую перспективу.

Процесс подъема нефти с помощью газлифта заключается в использовании энергии закачиваемого в нее компримированного ПНГ. Преимущества этого способа заключаются в возможности эксплуатации скважин с большим газовым фактором, в малом влиянии на процесс добычи механических примесей, температуры, давления, в возможности гибко регулировать режим работы скважин, в простоте обслуживания и ремонта газлифтных скважин. Недостаток способа – необходимость подготовки и наземного регулирования подачи газа, что повышает капитальные затраты в обустройстве месторождения.

Оборудование для реализации процессов: емкостное оборудование (сепараторы, накопительные емкости), компрессоры, насосы.

Причины необходимости утилизации ПНГ

Одним из результатов отсутствия инфраструктуры по утилизации ПНГ и практики бесконтрольного его сжигания является нарушение экологии. При сжигании ПНГ в атмосферу выбрасывается большое количество загрязняющих веществ: частицы сажи, углекислый газ, диоксид серы. Повышенное содержание этих веществ в атмосфере приводит к заболеваниям репродуктивной системы организма людей, наследственным патологиям, онкологическим заболеваниям.

Отсутствие в России наработанных методик по утилизации ПНГ приводит к значительным потерям в экономике. При рациональном использовании ПНГ представляет большую ценность для энергетической и химической отраслей промышленности.

По официальным данным при годовой добыче ПНГ в количестве около 55 млрд. м3 используется в химической промышленности только 15-20 млрд. м3, небольшая часть используется для повышения пластового давления, а сжигается на факелах около 20-25 млрд. м3. Подобные потери близки с потреблением всех жителей России в бытовом газе.

Однако существует ряд факторов, особо актуальных для российской нефтедобычи, препятствующих увеличению и развитию направления утилизации ПНГ:

— удаленность скважин от объектов газопереработки;

— неразвитые или отсутствующие системы сбора, подготовки и транспортировки газа;

— вариативность объемов добываемого газа;

— присутствие примесей, затрудняющих переработку;

— низкая стоимость газа в сочетании с крайне низкой заинтересованностью в финансировании подобных проектов;

— экологические штрафы за сжигание ПНГ значительно ниже затрат на его утилизацию.

В последние годы нефтедобывающие компании начали уделять больше внимания вопросам утилизации ПНГ. Особо этому способствует принятое Правительством Российской Федерации Постановление №7 от 8 января 2009 года «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках», требующее довести уровень утилизации ПНГ до 95%. С 2012 года для расчета платежей за выбросы от сжигания объемов ПНГ, превышающих нормативные 5%, введен повышающий коэффициент 4,5, с 2013 года этот коэффициент был увеличен до 12, с 2014 года – до 25, а при отсутствии приборов учета – до 120. Дополнительным стимулом начала работ по увеличению степени утилизации ПНГ стал принятый в 2013 году процесс уменьшения платы за выбросы на величину затрат на реализацию проектов по утилизации ПНГ.

Источник статьи: http://gazsurf.com/ru/gazopererabotka/stati/item/utilizatsiya-poputnogo-neftyanogo-gaza

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 статьи: http://othodovnet.com/utilizaciya-poputnogo-gaza/