Проблемы использования попутного нефтяного газа По официальным данным Минэнерго РФ в 2010 году уровень производства попутного нефтяного газа (ПНГ) составил 65, 4 млрд. м 3, уровень сжигания – 15, 7 млрд. м 3. По объему сжигаемого ПНГ Россия занимает первое место в мире, опережая Нигерию, Иран и Ирак. Точность официальных и неофициальных данных по ресурсам и объемам утилизации ПНГ подвергается сомнению в силу несовершенства методики и техники измерения, учета и оценки ресурсов газа. Так, В. Путин в 2007 г. признал, что в стране сжигается более 20 млрд м 3 в год. Исследование, проведенное на средства Всемирного банка, показало, что Россия сжигает около 38 млрд м 3/год. Расчетный объем сжигания ПНГ в России в 2010 году на основе спутниковых данных cоставил 35, 2 млрд м 3.
Рост утилизации ПНГ до заложенных в лицензионных соглашениях 95% наталкивается на ряд трудностей: неподготовленностью инфраструктуры для сбора, подготовки, транспортировки и переработки газа, а также нежеланием недропользователей инвестировать дорогостоящие проекты по использованию ПНГ. Продажа газа на ГПЗ с небольшого месторождения (1 -1, 5 млн. т нефти в год) рентабельна, если перерабатывающий завод находится на расстоянии не более 60 -80 км. Однако вновь вводимые нефтяные месторождения удалены от ГПЗ на 150 -200 км. В этом случае учет всех элементов затрат выводит себестоимость попутного газа на уровень, при котором вариант утилизации попутного газа на ГПЗ для многих недропользователей неэффективен и ими ищутся варианты переработки ПНГ непосредственно на нефтепромыслах.
Сжигание ПНГ является одним из основных источников загрязнения в районах нефтедобычи и приводит к экономическим, экологическим и социальным потерям и рискам (рис. 1). Рисунок 1 – Схема последствия сжигания ПНГ
Различия попутного и природного газов: Основную часть природного газа составляет метан (CH 4) — от 92 до 98 % масс. В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды — гомологи метана: этан (C 2 H 6), пропан (C 3 H 8), бутан (C 4 H 10). а также другие неуглеводородные вещества: водород (H 2), сероводород (H 2 S), диоксид углерода (СО 2), азот (N 2), гелий (Не).
В состав попутного нефтяного газа входит значительное количество углеводородов С 2+, благодаря этому он является ценным нефтехимическим сырьем и эффективным энергоносителем.
Основными направлениями использования ПНГ: 1. Сбор и переработка на ГПЗ; 2. Получение синтез нефти и дальнейшее её разделение; 3. Получение нефтехимического сырья (метанол, диметиловый эфир, ароматические углеводороды и т. д. ); 4. Использование газа и продуктов его переработки в районах добычи на технологические нужды промыслов и для местных потребностей в энергоресурсах; 5. Закачка ПНГ в продуктивные нефтяные пласты для повышения пластового давления и нефтеотдачи;
Сбор и переработка на ГПЗ В результате переработки ПНГ на газоперерабатывающих установках (заводах) получают «сухой» газ, сходный с природным, и продукт под названием «широкая фракция легких углеводородов» (ШФЛУ). При более глубокой переработке номенклатура продуктов расширяется - газы ( «сухой» газ, этан), сжиженные газы (СУГ, ПБТ, пропан, бутан и т. д. ) и стабильный газовый бензин (СГБ). Все они, включая ШФЛУ, находят спрос, как на внутреннем, так и на внешнем рынках. Доставка продуктов переработки ПНГ до потребителя чаще всего осуществляется по трубопроводу. Необходимо помнить, что транспортировка трубопроводом довольно опасна. Как и ПНГ, ШФЛУ, СУГ и ПБТ тяжелее воздуха, поэтому при негерметичности трубы пары будут накапливаться в приземном слое с образованием взрывоопасного облака. Взрыв в облаке распыленного горючего вещества характеризуется повышенной разрушительной силой.
Получение синтез нефти и дальнейшее её разделение: Обычно GTL-проект рассчитан на утилизацию метана, однако есть сведения, что процесс может быть реализован и для углеводородных фракций C 3 -C 4 и соответственно применен для переработки ПНГ. Первой стадией производства на базе технологии GTL является получение синтез-газа.
Есть разные варианты преобразования метана в синтез-газ (паровая или углекислотная конверсия и окисление воздухом или чистым кислородом). Углекислотную конверсию метана (СН 4 + С 02 = 2 СО + 2 Н 2) почти не используют в промышленности, поскольку после нее получается синтез-газ с низким соотношением Н 2: СО (1: 1), из которого невыгодно получать метанол или водород. Кроме того, для такой реакции нужны катализаторы с повышенной стабильностью (чтобы не закоксовывались). Второй способ - паровую и парокислородную конверсии метана используют в промышленности довольно широко (СН 4 + Н 20 = СО + 3 Н 2; СН 4 + 0, 502 = СО + 2 Н 2). Условия: высокие температуры (800 -9000 С) и не слишком высокие давления (1 -3 МПа) с помощью катализаторов (в основном никелевых).
Пока существуют два промышленных варианта крупномасштабной переработки синтез-газа: реакция Фишера-Тропша, после которой получается смесь углеводородов, и синтез метанола, из которого получают далее диметиловый эфир (ДМЭ). Первый вариант, синтез Фишера-Тропша, приводит к некоторому эквиваленту нефти — смеси углеводородов, которую надо перерабатывать дальше. К недостатками процесса относятся: низкая производительность катализаторов (самые современные - 0, 15 тонн на 1 м 3 катализатора в час) и слишком сложная смесь продуктов в результате ( «синтетическая нефть» ). На катализаторах, которые используют сегодня (с железом или кобальтом), получается широкий спектр углеводородов — от С 1 до С 30 и более. Такая смесь требует дальнейшей переработки, что, легко вписывается в структуру нефтеперерабатывающей промышленности.
Второй вариант переработки – синтез метанола — крупнотоннажный процесс (мировые мощности близки к 30 млн. т, в РФ около 3 млн. т). Но и у него есть недостаток: неблагоприятная термодинамика, которая запрещает образование больших концентраций метанола. Из-за этого приходится много раз пропускать газовую смесь через реактор (выделяя образующийся метанол), что, естественно, приводит к дополнительному расходу электроэнергии. В итоге растет себестоимость метанола и бензина, полученного из него. Также из метанола затем получают диметиловый эфир (ДМЭ), который является экологически чистым дизельным топливом. СО + 2 Н 2 =СН 3 ОН, 2 СН 3 ОН = СН 3 ОСН 3 + Н 20.
Получение нефтехимического сырья - ароматических углеводородов В Институте катализа СО РАН под руководством доктора химических наук Г. Б. Ечевского разработан метод переработки газов С 1 -С 5 в ароматические соединения (бензол, толуол, ксилолы). Для осуществления данного процесса используют среднепористые высококремнеземные цеолиты типа ZSM-5 и ZSM-11 с добавками металлов Сu, Pb, Ca, Ge и некоторые другие. В Институте химии нефти СО РАН под руководством А. В. Восмерикова созданы полифункциональные катализаторы и разработан процесс их использования по химическому образованию углеводородных газов в ценные жидкие химические продукты. Катализаторы представляют собой экологически чистую цеолитную систему, не содержащую токсичных компонентов и редких благородных металлов.
Закачка ПНГ в пласт для повышения нефтеотдачи Количество технологий, схем эксплуатации и оборудования (разной степени эффективности и освоенности) для повышения нефтеотдачи очень велико. ПНГ, в силу своей гомологической близости к нефти, представляется оптимальным агентом газового и в особенности водогазового воздействия (ВГВ) на пласт закачкой попутного нефтяного газа и иных рабочих жидкостей с его использованием (ПНГ + вода, воднополимерные композиции, растворы кислот и др. ). При этом увеличение нефтеизвлечения по сравнению с заводнением пласта необработанной водой зависит от конкретных условий. Скажем, разработчики технологии ВГВ (ПНГ+вода) указывают, что наряду с утилизацией ПНГ дополнительная добыча нефти составила 4 -9 тыс. т/г нефти на 1 участок.
Более перспективными видятся технологии сочетающие закачку ПНГ с переработкой. При проектировании обустройства Копанского газоконденсатнонефтяного месторождения был исследован следующий вариант освоения ресурсов углеводородов. Из пласта извлекается нефть вместе с растворенным и попутными газами. Из газа отделяется конденсат и часть осушенного газа сжигается на электростанции для получения электроэнергии и выхлопных газов. Выхлопные газы закачиваются в газоконденсатную шапку ( «сайклинг-процесс» ) для повышения конденсатоотдачи. Сайклинг-процесс считается одним из эффективных методов повышения конденсатоотдачи пласта. Однако в нашей стране он не реализован ни на одном газоконденсатном месторождении или газоконденсатнои шапке.
Перспективным направлением повышения уровня использования ПНГ является закачка и временное хранение осушенного ПНГ в пластах - коллекторах. В качестве объекта для этого могут использоваться залежи газовых, газоконденсатных, нефтяных и нефтегазоконденсатных месторождений. Данная технология позволит накопить и сохранить газ для дальнейшей рентабельной добычи и переработки.
Установка энергоблоков Один из наиболее распространенных способов утилизации ПНГ – использование как топлива для электростанций. Предложение энергоблоков на рынке очень широко. Отечественные и зарубежные компании наладили выпуск установок, как в газотурбинном (ГТУ), так и в поршневом вариантах. Как правило, для большинства конструкций имеется возможность работы на ШФЛУ или ПНГ (определенного состава). Практически всегда предусмотрена утилизация тепла выхлопных газов в систему теплоснабжения промысла, предлагаются варианты самых современных и технологичных парогазовых установок.
Скачать презентацию Проблемы использования попутного нефтяного газа По официальным данным
переработка ПНГ.ppt