Prírodné a súvisiace zloženie ropných plynov. Pridružený ropný plyn - jeho vlastnosti a príčiny ohrozenia

jeden z súčasné problémy ropný priemysel je ľahké si všimnúť pri prelete nad obrovskými oblasťami Sibíri: početné horiace pochodne. Spália priechod ropný plyn(PNG).

Podľa niektorých odhadov v Rusku funguje niekoľko tisíc veľkých svetlicových zariadení. Všetky krajiny zapojené do ťažby ropy čelia problémom s využitím APG. V tejto žalostnej oblasti vedie Rusko, za ním nasleduje Nigéria, Irán a Irak.

APG zahŕňa metán, etán, propán, bután a ťažšie uhľovodíkové zložky. Okrem toho môže obsahovať dusík, argón, oxid uhličitý, sírovodík, hélium. APG sa najčastejšie rozpúšťa v rope a uvoľňuje sa pri jej výrobe, ale môže sa hromadiť aj v „záveroch“ ropných polí.

Využitie APG znamená cielené používanie APG a jeho komponentov, čo prináša pozitívny efekt (ekonomický, ekologický a pod.) v porovnaní s jeho spaľovaním.

Druhy a spôsoby využitia APG

Existuje niekoľko smerov využitia APG:

- alebo na poliach (dodávka plynu do plynovodu podľa podmienok Gazprom PJSC, príjem SPBT, LNG)

Odoslanie APG na spracovanie v závode na spracovanie plynu si vyžaduje najmenšie kapitálové výdavky v prítomnosti rozvinutej infraštruktúry na prepravu plynu. Nevýhodou tohto smeru pre vzdialené polia je možná potreba výstavby ďalších čerpacích staníc plynu.

Pre polia s veľkým stabilným debetom APG, ktoré sa nachádzajú v blízkosti hlavného plynovodu a siete dopravných komunikácií, je dôležité vybudovať mini-GPP, kde je možné získavať propán-butánové frakcie (SPBT), úprava koncových plynov podľa noriem Gazprom PJSC s dodávkou do hlavného plynovodu, skvapalnením ľahkých komponentov na získanie kvapalnej frakcie podobnej ako LNG. Nevýhodou tohto smeru je jeho neprijateľnosť pre vzdialené vklady.

Zariadenia na realizáciu procesov: kapacitné zariadenia (separátory, zásobníky), zariadenia na prenos tepla a hmoty (výmenníky tepla, destilačné kolóny), kompresory, čerpadlá, parovo-kondenzačné chladiace jednotky, skvapalňovače plynu v blokovo-modulárnom prevedení.

- výroba elektriny (aplikácia GTES, GPES)

Vysoká výhrevnosť APG určuje jeho použitie ako paliva. V tomto prípade je možné použiť plyn ako na pohony plynových kompresorových zariadení, tak aj na výrobu elektriny pre vlastnú potrebu pomocou plynových turbín alebo plynových piestových jednotiek. Pre veľké polia s výrazným prietokom APG je účelné organizovať elektrárne s uvoľňovaním elektriny do regionálnych energetických sietí.

Nevýhody tohto prístupu zahŕňajú prísne požiadavkyširoko používané tradičné GTPP a GPPP na zloženie paliva (obsah sírovodíka nie je vyšší ako 0,1 %), čo si vyžaduje zvýšené kapitálové náklady na používanie systémov čistenia plynov a prevádzkové náklady na Údržba zariadení. Dodávka elektriny do externých energetických sietí nie je možná na vzdialených poliach z dôvodu nedostatku externej energetickej infraštruktúry.

Výhodami smeru je zabezpečenie potrieb poľa elektrickou energiou a realizácia dodávky tepla do poľa bez nákladov na externú napájaciu infraštruktúru, kompaktnosť elektroplynových generátorov. Použitie moderných mikroturbínových jednotiek umožňuje využiť APG s obsahom sírovodíka do 4-7%.

Zariadenia na realizáciu procesov: kapacitné zariadenia (separátory, zásobníky), GTES alebo GPES blokovo-modulárneho dizajnu.

- chemické spracovanie (procesy "APG to BTK", "Cyclar")

Proces APG na BTK bol vyvinutý spoločnosťou PJSC NIPIgazpererabotka a umožňuje katalytické spracovanie APG na zmes aromatických uhľovodíkov (hlavne benzén, toluén a zmes xylénov), ktoré je možné zmiešať s hlavným tokom ropy a previesť existujúcim ropovodom. do rafinérií. Zvyšné ľahké uhľovodíky podobné zložením ako zemný plyn môžu byť použité ako palivo na výrobu elektriny pre potreby poľa.

Proces „Cyclar“ bol vyvinutý spoločnosťami UOP a British Petroleum a zahŕňa výrobu zmesi aromatických uhľovodíkov (v mnohých ohľadoch podobné procesu „APG to BTK“) z propán-pentánovej frakcie APG. Nevýhodou v porovnaní s procesom "APG in the BTK" je nutnosť predbežnej prípravy APG na separáciu propán-pentánovej frakcie.

Nevýhodou tohto smeru je značné množstvo kapitálových nákladov na rozšírenie rybárskej infraštruktúry.

Zariadenia na realizáciu procesov: kapacitné zariadenia (separátory, zásobníky), výmenníky tepla, katalytické reaktory, destilačné kolóny, kompresory, čerpadlá.

- plynové chemické procesy (Fischer-Tropschov proces)

Spracovanie APG metódou Fischer-Tropsch je viacstupňový proces. Z APG sa najskôr tepelnou oxidáciou pri vysokej teplote získava syntézny plyn (zmes CO a H 2 ), z ktorého sa na výrobu motorového paliva používa metanol alebo syntetické uhľovodíky. Nevýhodou smeru sú vysoké kapitálové a prevádzkové náklady.

Zariadenia na realizáciu procesu: kapacitné zariadenia (separátory, zásobníky), výmenníky tepla, katalytické reaktory, kompresory, čerpadlá.

- aplikácia pre technologické potreby odboru (cyklový proces, plynový výťah)

Proces vstrekovania APG do ropného ložiska (cyklický proces) zahŕňa vstrekovanie plynu do plynovej „čiapky“ poľa, aby sa zvýšil tlak in-situ, čo vedie k zvýšeniu ťažby ropy. Medzi výhody metódy patrí jednoduchosť implementácie a nízke kapitálové náklady na realizáciu procesu. Nevýhodou je chýbajúca skutočná likvidácia – problém je len oddialený do budúcnosti.

Proces zdvíhania oleja pomocou plynového výťahu spočíva vo využití energie do neho vstrekovaného stlačeného APG. Výhody tejto metódy spočívajú v možnosti prevádzkovania vrtov s veľkým plynovým faktorom, v malom vplyve na výrobný proces mechanických nečistôt, teploty, tlaku, v možnosti flexibilne upraviť režim prevádzky vrtu, v jednoduchosti údržby a oprava plynových výťahových studní. Nevýhodou tohto spôsobu je potreba prípravy a pozemného riadenia dodávky plynu, čo zvyšuje kapitálové náklady pri rozvoji poľa.

Zariadenia na realizáciu procesov: kapacitné zariadenia (separátory, zásobníky), kompresory, čerpadlá.

Dôvody potreby využitia APG

Jedným z dôsledkov chýbajúcej infraštruktúry na využívanie APG a praktík jeho nekontrolovaného spaľovania je narúšanie životného prostredia. Pri spaľovaní APG sa do atmosféry uvoľňuje veľké množstvo znečisťujúcich látok: častice sadzí, oxid uhličitý, oxid siričitý. Zvýšený obsah týchto látok v atmosfére vedie k ochoreniam reprodukčného systému ľudského tela, dedičným patológiám a onkologickým ochoreniam.

Nedostatok dobre zavedených metód na využitie APG v Rusku vedie k výrazným stratám v ekonomike. Pri racionálnom použití má APG veľkú hodnotu pre energetický a chemický priemysel.

Podľa oficiálnych údajov sa s ročnou produkciou APG vo výške cca 55 miliárd m3 používa v chemický priemysel len 15-20 miliárd m3, malá časť sa používa na zvýšenie tlaku v nádrži a asi 20-25 miliárd m3 sa spáli. Takéto straty sú blízke spotrebe všetkých obyvateľov Ruska v domácom plyne.

Existuje však niekoľko faktorov, ktoré sú obzvlášť dôležité pre ruskú ťažbu ropy a bránia zvýšeniu a rozvoju využívania APG:

Odľahlosť vrtov od zariadení na spracovanie plynu;

Nedostatočne vyvinuté alebo neexistujúce systémy zberu, úpravy a prepravy plynu;

Variabilita objemu vyprodukovaného plynu;

Prítomnosť nečistôt, ktoré sťažujú spracovanie;

Nízke náklady na plyn v kombinácii s extrémne nízkym záujmom o financovanie takýchto projektov;

Environmentálne sankcie za spaľovanie APG sú oveľa nižšie ako náklady na jeho likvidáciu.

V posledných rokoch ropné spoločnosti začali venovať väčšiu pozornosť otázkam využitia APG. Tomu napomáha najmä vláda Ruská federácia Vyhláška č. 7 z 8. januára 2009 „O opatreniach na zníženie znečistenia ovzdušia produktmi súvisiaceho spaľovania ropných plynov v spaľovacích zariadeniach“, ktorá vyžaduje zvýšenie využitia APG na 95 %. Od roku 2012 sa na výpočet platieb za emisie zo spaľovania APG nad normu 5 % zaviedol násobiaci faktor 4,5, od roku 2013 sa tento faktor zvýšil na 12, od roku 2014 na 25 a pri absencii meracích zariadení na 120 Dodatočným podnetom na začatie prác na zvýšení miery využívania APG bol v roku 2013 prijatý proces zníženia platby za emisie o výšku nákladov na realizáciu projektov využívania APG.

Pridružený plyn je definovaný ako plyn rozpustený v rope, ktorý sa ťaží z podložia spolu s ropou a oddeľuje sa od nej viacstupňovou separáciou v zariadeniach na výrobu a úpravu ropy: posilňovacie čerpacie stanice (BPS), jednotky na separáciu ropy, jednotky na úpravu ropy (UPN) , centrálne body pre prípravu ropy do obchodovateľného stavu (TsPPN). K separácii APG dochádza priamo v odlučovačoch ropy inštalovaných v týchto zariadeniach. Počet separačných stupňov závisí od kvality vyrábaného oleja, tlaku v nádrži a teploty kvapaliny. Zvyčajne sa v zariadeniach na úpravu ropy používajú dva separačné stupne, príležitostne jeden alebo naopak tri (koncové) separačné stupne.

Komponentné zloženie pridruženého ropného plynu je zmesou rôznych plynných a kvapalných (v nestabilnom stave) uhľovodíkov, od metánu cez jeho homológy až po C10+, ako aj neuhľovodíkových plynov (H2, S, N2, He, CO2 merkaptány) a iné látky. Pri každom nasledujúcom separačnom stupni sa plyn uvoľnený z ropy stáva hustejším (niekedy aj viac ako 1700 g / m 3) a vysokokalorickým (až 14 000 kcal / m 3), ktorý obsahuje vo svojom zložení viac ako 1 000 g / m 3 C3 + uhľovodíky. Je to spôsobené znížením tlaku v separátore konečného stupňa (menej ako 0,1 kgf/cm 2 .) a zvýšením teploty spracovania oleja (až na 65-70 0 C), čo prispieva k prechodu svetla ropné zložky do plynného stavu.

Väčšina súvisiacich plynov, najmä plyny s nízkym tlakom, sa kategorizuje ako mastné a extra mastné plyny. Pri ľahkom oleji sa zvyčajne vyrábajú tučnejšie plyny, pri ťažkých olejoch väčšinou suché (chudé a stredné) plyny. So zvyšujúcim sa obsahom C3+ uhľovodíkov sa zvyšuje hodnota súvisiaceho ropného plynu. Na rozdiel od zemného plynu, ktorý obsahuje až 98 % metánu, je rozsah ropného plynu oveľa širší. Veď tento plyn sa dá využiť nielen na získanie tepelnej resp elektrická energia, ale aj ako cenná surovina pre petrochemický priemysel. Rozsah produktov, ktoré možno získať z pridruženého plynu fyzikálnou separáciou, je pomerne široký:

• - Suchý stripovaný plyn (SOG);
• - Široká frakcia ľahkých uhľovodíkov (NGL);
• - Stabilný benzín;
• - Plynové motorové palivo (automobilový propán-bután);
• - skvapalnený ropný plyn (LPG) pre domáce potreby;
• - Etán a iné úzke frakcie vrátane jednotlivých uhľovodíkov (propán, butány, pentány).

Okrem toho môžu byť z APG izolované zlúčeniny dusíka, hélia a síry. Je potrebné poznamenať, že pre každú ďalšiu redistribúciu, kde produkty predchádzajúcej redistribúcie budú slúžiť ako východisková surovina, napríklad:

Kde je hodnota nové produkty sa mnohonásobne zvýši.

Pokiaľ ide o 95% úroveň využitia APG, aj tu stojí za to venovať pozornosť existujúcemu prístupu k riešeniu problému. V Rusku sa od každej licencovanej oblasti vyžaduje, aby využila 95 % celkového množstva súvisiaceho vyťaženého ropného plynu, bez ohľadu na to, či je pole veľké alebo malé, s existujúcou infraštruktúrou alebo nie. Počas sovietskeho obdobia sám štát stanovil vysoké úrovne súvisiaceho využívania plynu a sám vyčlenil finančné prostriedky na výstavbu príslušných zariadení. Účinnosť opatrení bola vypočítaná bez návratnosti investícií a bez úrokových sadzieb za pôžičky. Zariadenia na využitie APG sa považovali za ekologické a mali daňové výhody. A mimochodom, úroveň používania APG sa úspešne zvyšuje. Dnes je situácia iná. Ropné spoločnosti sú v súčasnosti nútené samostatne riešiť otázky zvyšovania miery využívania APG, čo často so sebou prináša potrebu budovania neefektívnych zariadení a prípadne aj bez návratnosti investícií z týchto činností. Dôvod je jednoduchý: na starých rozvinutých poliach s rozvinutou infraštruktúrou sa objemy APG využívajú vo väčšine prípadov na 95 % (hlavne pre závody na spracovanie plynu), na rozdiel od nových, odľahlých polí, ktoré sa v súčasnosti čoraz viac zapájajú do rozvoja. k vyčerpaniu zásob v starom . Prirodzene, nové ropné polia by mali byť prepojené plynovodnou prepravnou sústavou, mali by sa vybudovať zariadenia na prípravu a spracovanie plynu, získavanie produktov plynárenskej chémie, t. j. zvýšiť úroveň „prerozdeľovania“ ropného plynu, efektívnu ekonomickú činnosť.

Pridružený plyn nie je celý plyn daného ložiska, ale plyn rozpustený v rope a uvoľnený z nej pri výrobe.

Po opustení vrtu ropa a plyn prechádzajú cez odlučovače plynov, v ktorých sa oddeľuje pridružený plyn od nestabilnej ropy, ktorá sa posiela na ďalšie spracovanie.

Pridružené plyny sú cennou surovinou pre priemyselnú petrochemickú syntézu. Kvalitatívne sa v zložení nelíšia od zemné plyny, ale kvantitatívny rozdiel je veľmi významný. Obsah metánu v nich nesmie prekročiť 25–30%, ale oveľa viac ako jeho homológy - etán, propán, bután a vyššie uhľovodíky. Preto sú tieto plyny klasifikované ako mastné.

Vzhľadom na rozdiel v kvantitatívnom zložení pridružených a zemných plynov ich fyzikálne vlastnosti rôzne. Hustota (vzduchom) pridružených plynov je vyššia ako prirodzená - dosahuje 1,0 alebo viac; ich spalné teplo je 46 000–50 000 J/kg.

1. Aplikácia plynu

Jednou z hlavných oblastí použitia uhľovodíkových plynov je ich použitie ako paliva. Vysoká výhrevnosť, pohodlnosť a hospodárnosť použitia nepochybne radí plyn na jedno z prvých miest medzi ostatnými druhmi energetických zdrojov.

Ďalším dôležitým využitím súvisiaceho ropného plynu je jeho doplnenie, t. j. ťažba zemného benzínu z neho v závodoch na spracovanie plynu alebo v zariadeniach. Plyn je podrobený silnej kompresii a chladeniu pomocou výkonných kompresorov, pričom pary kvapalných uhľovodíkov kondenzujú, čiastočne rozpúšťajú plynné uhľovodíky (etán, propán, bután, izobután). Vzniká prchavá kvapalina – nestabilný plynový benzín, ktorý sa ľahko oddelí od zvyšku nekondenzovateľnej masy plynu v separátore. Po frakcionácii – oddelení etánu, propánu, časti butánov – sa získa stabilný plynový benzín, ktorý sa používa ako prísada do komerčných benzínov, čím sa zvyšuje ich prchavosť.

Ako palivo sa používa propán, bután, izobután uvoľnený pri stabilizácii zemného benzínu vo forme skvapalnených plynov vstrekovaných do tlakových fliaš. Metán, etán, propán, butány sa používajú aj ako suroviny pre petrochemický priemysel.

Po oddelení C2-C4 od pridružených plynov má zostávajúci výfukový plyn blízko k vyschnutiu. V praxi ho možno považovať za čistý metán. Suché a odpadové plyny, keď sa spália v prítomnosti malého množstva vzduchu v špeciálnych zariadeniach, tvoria veľmi cenný priemyselný produkt - plynové sadze:

CH4+02 C + 2H20

Používa sa najmä v gumárenskom priemysle. Prechodom metánu s vodnou parou cez niklový katalyzátor pri teplote 850 °C sa získa zmes vodíka a oxidu uhoľnatého – „syntéza – plyn“:

CH4 + H20  CO + 3H 2

Keď sa táto zmes nechá prejsť cez katalyzátor FeO pri 450 °C, oxid uhoľnatý sa premení na oxid a uvoľní sa ďalšie množstvo vodíka:

CO + H 2 O  CO 2 + H 2

Výsledný vodík sa používa na syntézu amoniaku. Keď sa metán a iné alkány spracujú chlórom a brómom, získajú sa substitučné produkty:

CH 4 + Cl 2  CH 3 C1 + HCl - metylchlorid;

CH 4 + 2C1 2  CH 2 C1 2 + 2HC1 - metylénchlorid;

CH 4 + 3Cl 2  CHCl 3 + 3HCl - chloroform;

CH 4 + 4Cl 2  CCl 4 + 4HCl - tetrachlórmetán.

Metán tiež slúži ako surovina na výrobu kyseliny kyanovodíkovej:

2CH 4 + 2NH 3 + 3O 2  2HCN + 6H 2 O, ako aj na výrobu sírouhlíka CS 2, nitrometánu CH 3 NO 2, ktorý sa používa ako rozpúšťadlo pre laky.

Etán sa používa ako surovina na výrobu etylénu pyrolýzou. Etylén je zase surovinou na výrobu etylénoxidu, etylalkoholu, polyetylénu, styrénu atď.

Propán sa používa na výrobu acetónu, kyseliny octovej, formaldehydu, butánu - na výrobu olefínov: etylénu, propylénu, butylénov, ako aj acetylénu a butadiénu (suroviny pre syntetický kaučuk). Oxidáciou butánu vzniká acetaldehyd, kyselina octová, formaldehyd, acetón atď.

Všetky tieto typy chemického spracovania plynov sa podrobnejšie zvažujú v kurzoch petrochémie.

Najprv si zistime, čo sa myslí pod pojmom „asociovaný ropný plyn“ alebo APG. Ako sa líši od tradične vyrábaných uhľovodíkov a aké má vlastnosti.

Už zo samotného názvu je jasné, že APG priamo súvisí s ťažbou ropy. Ide o zmes plynov, buď rozpustených v samotnej nafte, alebo umiestnených v takzvaných „čiapkach“ uhľovodíkových ložísk.

Zlúčenina

Pridružený ropný plyn na rozdiel od tradičného zemného plynu okrem metánu a etánu obsahuje značné množstvo ťažších uhľovodíkov ako propán, bután a pod.

Analýza 13 rôznych oblastí ukázala, že percentuálne zloženie APG je nasledovné:

• metán: 66,85-92,37 %,
• etán: 1,76-14,04 %,
• propán: 0,77-12,06 %,
• izobután: 0,02-2,65 %,
• n-bután: 0,02-5,37 %,
• pentán: 0,00-1,77 %,
• hexán a viac: 0,00-0,74 %,
• oxid uhličitý: 0,10-2,77 %,
• dusík: 0,50-2,00 %.

Jedna tona ropy, v závislosti od polohy konkrétneho ropného poľa, obsahuje jeden až niekoľko tisíc kubických metrov súvisiaceho plynu.

Potvrdenie

APG je vedľajším produktom pri výrobe ropy. Pri otváraní ďalšej vrstvy sa najskôr začne prúdiť príslušný plyn umiestnený v „viečku“. Zvyčajne je ľahší ako rozpustený priamo v oleji. Po prvé, percento metánu obsiahnutého v APG je pomerne vysoké. Postupom času s ďalším rozvojom poľa jeho podiel klesá, ale zvyšuje sa percento ťažkých uhľovodíkov.

Spôsoby využitia a spracovania pridružených plynov

Je známe, že APG má vysokú výhrevnosť, ktorej hladina sa pohybuje v rozmedzí 9-15 tisíc Kcal/m 3 . Dá sa teda efektívne využiť v energetickom sektore a veľké percento ťažkých uhľovodíkov robí z plynu cennú surovinu v chemickom priemysle. APG sa môže použiť najmä na výrobu plastov, gumy, vysokooktánových palivových prísad, aromatických uhľovodíkov atď. Úspešnému využívaniu súvisiaceho ropného plynu v ekonomike však bránia dva faktory. Po prvé, je to nestabilita jeho zloženia a prítomnosť veľkého množstva nečistôt a po druhé potreba značných nákladov na jeho „sušenie“. Faktom je, že ropné plyny majú obsah vlhkosti 100%.

Spaľovanie APG

Pre zložitosť spracovania bolo dlho hlavným spôsobom využitia ropného plynu jeho banálne spaľovanie v mieste výroby. Táto barbarská metóda vedie nielen k nenávratnej strate cenných uhľovodíkových surovín a plytvaniu energiou horľavých komponentov, ale aj k vážnym následkom pre životné prostredie. To zahŕňa tepelné znečistenie, uvoľňovanie obrovského množstva prachu a sadzí a kontamináciu atmosféry toxickými látkami. Ak sú v iných krajinách za tento spôsob využitia ropného plynu vysoké pokuty, čo ho robí ekonomicky nerentabilným, potom v Rusku sú veci oveľa horšie. Na odľahlých poliach s nákladmi na výrobu APG 200-250 rubľov/tis. m 3 a náklady na dopravu do 400 rubľov / tisíc. m 3 sa môže predávať za maximálne 500 rubľov, čo robí akýkoľvek spôsob spracovania nerentabilným.

Vstrekovanie APG do zásobníka

Keďže súvisiaci plyn sa vyrába v tesnej blízkosti ropného poľa, možno ho použiť ako nástroj na zlepšenie obnovy ložiska. Na tento účel sa do zásobníka vstrekuje APG a rôzne pracovné kvapaliny. Podľa výsledkov praktických meraní sa ukázalo, že dodatočná produkcia z každej lokality je 5-10 tisíc ton ročne. Tento spôsob využitia plynu je stále výhodnejší v porovnaní so spaľovaním. Okrem toho existuje moderný vývoj na zvýšenie jeho účinnosti.

Frakčné spracovanie súvisiaceho ropného plynu (APG)

Zavedenie tejto technológie umožňuje dosiahnuť zvýšenie ziskovosti a efektívnosti výroby. Obchodovateľnými produktmi vznikajúcimi pri spracovaní uhľovodíkových surovín sú: prírodný benzín, stabilný kondenzát, propán-butánová frakcia, aromatické uhľovodíky a mnohé ďalšie. Aby sa optimalizovali náklady, spracovateľské závody sa budujú najmä vo veľkých plynových a ropných poliach a na malých poliach sa kvôli úspechom vedecko-technického pokroku používajú blokové kompaktné zariadenia na spracovanie surovín.

Čistenie APG

Spracovanie APG začína jeho čistením. Na zlepšenie kvality produktu sa vykonáva čistenie od mechanických nečistôt, oxidu uhličitého a sírovodíka. Najprv sa APG ochladí, pričom všetky nečistoty kondenzujú vo vežiach, cyklónoch, elektrostatických odlučovačoch, pene a iných zariadeniach. Potom prebieha proces sušenia, pri ktorom je vlhkosť absorbovaná pevnými alebo kvapalnými látkami. Tento proces sa považuje za povinný, pretože nadmerná vlhkosť výrazne zvyšuje náklady na dopravu a sťažuje použitie konečného produktu.

Zvážte dnes najbežnejšie metódy liečby APG.

• separačné metódy. Ide o najjednoduchšie technológie používané výhradne na separáciu kondenzátu po stlačení plynu a ochladení. Metódy sú použiteľné v akomkoľvek prostredí a vyznačujú sa nízkym odpadom
• Kvalita výsledného APG, najmä pri nízkych tlakoch, však nie je vysoká. Oxid uhličitý a zlúčeniny síry sa neodstraňujú.
• Plynové dynamické metódy. Sú založené na procesoch premeny potenciálnej energie vysokotlakovej zmesi plynov na zvukové a nadzvukové toky. Použité zariadenie je lacné a ľahko sa používa. Pri nízkych tlakoch je účinnosť metód nízka, zlúčeniny síry a CO 2 sa tiež neodstraňujú.
• sorpčné metódy. Nechajte usušiť plyn na vode aj na uhľovodíkoch. Okrem toho je možné odstrániť malé koncentrácie sírovodíka. Na druhej strane, metódy sorpčného čistenia sú zle prispôsobené poľným podmienkam a straty plynu dosahujú až 30 %.
• Glykol suchý. Používa sa ako najviac efektívnym spôsobom odstránenie vlhkosti z plynu. Táto metóda je žiadaná ako doplnok k iným metódam čistenia, pretože neodstraňuje nič iné ako vodu. Straty plynu sú nižšie ako 3 %.
• Odsírenie. Ďalší vysoko špecializovaný súbor metód zameraných na odstránenie zlúčenín síry z APG
• Na tento účel sa používajú technológie prania amínov, alkalického čistenia, procesu Serox atď. Nevýhodou je 100% vlhkosť APG na výstupe.
• membránová technológia. Toto je najúčinnejší spôsob čistenia APG. Jeho princíp je založený na iná rýchlosť prechod jednotlivých prvkov plynnej zmesi cez membránu. Na výstupe sa získajú dva prúdy, z ktorých jeden je obohatený o ľahko prenikajúce zložky a druhý o ťažko prenikajúce zložky. Predtým selektívne a pevnostné charakteristiky Tradičné membrány nestačili na čistenie APG. Dnes sa však na trhu objavili nové membrány z dutých vlákien, ktoré dokážu pracovať s plynmi, ktoré majú vysokú koncentráciu ťažkých uhľovodíkov a zlúčenín síry. Špecialisti NPK Grasys vykonávali testy na rôznych zariadeniach niekoľko rokov a dospeli k záveru, že táto technológia založená na novej membráne môže výrazne znížiť náklady na liečbu APG. Preto má na trhu vážne vyhliadky.

Analýza APG

Či je čiastočné využitie súvisiaceho ropného plynu ziskové, možno objasniť po dôkladnej analýze vykonanej v podniku. Moderné vybavenie a inovatívne technológie otvárajú nové obzory a nekonečné možnosti tejto metódy. Spracovanie APG umožňuje získať "suchý" plyn, ktorý je svojim zložením blízky zemnému plynu a môže byť použitý v priemyselných alebo komunálnych podnikoch.

Štúdie potvrdili, že zastavenie súvisiaceho horenia ropných plynov povedie k tomu, že s pomocou moderné vybavenie na spracovanie bude možné získať ďalších 20 miliónov metrov kubických suchého plynu ročne.

Použitie APG pri prevádzke malých energetických zariadení

Ďalším zrejmým spôsobom, ako sa zbaviť takéhoto plynu, je použiť ho ako palivo pre elektrárne. Účinnosť APG v tomto prípade môže dosiahnuť 80% alebo viac. Na tento účel by samozrejme mali byť pohonné jednotky umiestnené čo najbližšie k poľu. Dnes je na trhu obrovské množstvo turbínových a piestových jednotiek, ktoré dokážu pracovať na APG. Ďalším bonusom je schopnosť používať výfukové plyny na organizáciu systému zásobovania teplom pre poľné zariadenia. Okrem toho sa môže vstrekovať do zásobníka na zlepšenie regenerácie ropy. Treba poznamenať, že tento spôsob využitia APG je už dnes v Rusku široko používaný. Najmä ropné a plynárenské spoločnosti stavajú na svojich odľahlých poliach elektrárne s plynovými turbínami, ktoré dokážu vyrobiť viac ako miliardu kilowatthodín elektriny ročne.

Technológia plynu na kvapalinu (chemická premena APG na palivo)

Na celom svete sa táto technológia vyvíja rýchlym tempom. Bohužiaľ, jeho implementácia v Rusku je oveľa komplikovanejšia. Faktom je, že takáto metóda je zisková iba v horúcich alebo miernych zemepisných šírkach, zatiaľ čo v našej krajine sa ťažba plynu a ropy vykonáva hlavne v severných oblastiach, najmä v Jakutsku. Na prispôsobenie technológie našim klimatickým vlastnostiam je potrebná seriózna výskumná práca.

Kryogénne spracovanie APG na skvapalnený plyn

V súčasnej fáze vývoja ropný priemyselťažobné spoločnosti nastavili kurz na zvýšenie efektívnosti súvisiaceho využívania plynu, ktorý je nevyhnutným spoločníkom „čierneho zlata“ v ktorejkoľvek oblasti na svete. Od jednoduchého a známeho spaľovania plynu sa operátori presúvajú k najnovšie technológie jeho použitie a spracovanie. Využitie ropného plynu je však stále nerentabilné a náročné na prácu.

Čo je spojené s plynom

Asociovaný ropný plyn (APG) sa nachádza v ložiskách ropy. Uvoľní sa, keď tlak v nádrži klesne na úroveň nižšiu, ako je saturačný tlak oleja. Plynový faktor – koncentrácia plynu v rope – závisí od hĺbky ložísk a pohybuje sa od piatich metrov kubických v horných vrstvách po niekoľko tisíc metrov kubických na tonu v spodných vrstvách. APG sa uvoľňuje pri príprave a výrobe ropy. Po otvorení zásobníka začne biť predovšetkým plynová fontána z "čiapky". Okrem toho sa plynné uhľovodíky tvoria počas tepelného spracovania suroviny, vrátane hydrorafinácie, reformovania a krakovania.

Priama separácia ropného plynu od ropy pomocou separácie sa vykonáva za účelom dosiahnutia štandardnej kvality "čierne zlato". Takáto práca sa vykonáva pomocou viacstupňových separátorov. V prvom stupni takéhoto zariadenia je tlak do 30 barov, v poslednom stupni - do 4 barov. Teplota a tlak výsledného plynu zase závisí od konkrétnej separačnej technológie. Zároveň je výstup plynu variabilný a predstavuje 100-5000 metrov kubických za hodinu alebo 25-800 metrov kubických na tonu.

Zloženie plynu sa môže meniť v závislosti od špecifických vlastností ropy, podmienok jej vzniku a výskytu, ako aj faktorov, ktoré môžu prispieť k odplyneniu suroviny. Spolu s ľahkým olejom sa na povrch odvádzajú mastné plyny a s ťažkým olejom suché plyny.

Hodnota výsledného produktu je priamo úmerná objemu uhľovodíkov v jeho zložení, ktorých obsah kolíše na úrovni 100-600 gramov na meter kubický APG. Plyn, ktorý sa uvoľňuje z „uzáverov“, nazývaný voľný plyn, obsahuje menej ťažkých uhľovodíkových zložiek ako ten, ktorý je rozpustený priamo v oleji. Vďaka týmto vlastnostiam sa podiel metánu v APG o skoré štádia rozvoj poľa je vyšší ako v neskorších obdobiach blokového rozvoja. Po vyčerpaní plynových „uzáverov“ je hlavná časť APG nahradená plynmi rozpustenými v oleji.

Klasifikácia APG podľa jej kvalitatívneho zloženia:

1. Čistý uhľovodík (95–100 % uhľovodíkov).
2. Uhľovodík s oxidom uhličitým (prímes 4–20 % CO 2).
3. Uhľovodík s dusíkom (nečistota 3–15 % N2).
4. Uhľovodík-dusík (do 50 % N 2).

Ropný plyn sa líši od zemného plynu, ktorý pozostáva hlavne z metánu, vo veľkom množstve z butánu, propánu a etánu a iných nasýtených uhľovodíkov. APG zahŕňa nielen plyn, ale aj zložky pár, makromolekulárne kvapaliny, počnúc pentánmi, ako aj látky, ktoré nie sú uhľovodíkmi - merkaptány, sírovodík, argón, dusík, hélium, oxid uhličitý.

Nebezpečenstvo pre človeka a prírodu

Kvôli nízkemu tempu rozvoja infraštruktúry potrebnej na zber, pohyb a spracovanie ropného plynu a kvôli nedostatku dopytu po ňom boli všetky APG bez výnimky predtým spálené priamo na miestach ťažby ropy. Ani v súčasnosti nie je možné odhadnúť objemy súvisiaceho spáleného plynu, pretože mnohé polia nemajú meracie systémy.

Podľa priemerných odhadov sa celosvetovo bavíme o desiatkach miliárd kubických metrov ročne. V roku 2000 len Rusko spálilo 6,2 miliardy kubických metrov APG ročne. Štúdia vývoja poľa Priobskoye v Chanty-Mansijskom autonómnom okruhu umožňuje dospieť k záveru, že tieto údaje boli výrazne podhodnotené, pretože len na tomto mieste sa ročne vypáli asi miliarda kubických metrov APG.

Odhaduje sa, že v dôsledku spaľovania plynu nad ruské územie Ročne sa vyprodukuje asi 100 miliónov ton oxidu uhličitého. Takéto odhady vychádzali z predpokladu efektívneho využitia plynu, aj keď je to ďaleko od reality. V dôsledku nedokonalého spaľovania plynu sa totiž do atmosféry dostáva aj metán, ktorý je považovaný za aktívnejší skleníkový plyn ako oxid uhličitý. Pri spaľovaní plynu sa uvoľňuje aj oxid dusíka a oxid siričitý. Takéto zložky v atmosférickom vzduchu spôsobujú nárast prípadov ochorení orgánov. dýchací systém, vízia a gastrointestinálny traktľudia žijúci v oblastiach ťažby ropy.

Ročne sa do ovzdušia dostane aj asi 500 tisíc ton aktívnych sadzí. Ekologickí experti sa domnievajú, že častice sadzí môžu byť voľne transportované na veľké vzdialenosti a ukladané ľadom alebo snehom na zemský povrch, čo vedie k zhoršovaniu podmienok v oblastiach ropných polí v dôsledku zrážania tuhých častíc znečisťujúcich látok.

Okrem uvoľňovania toxických zložiek do atmosféry dochádza aj k tepelnému znečisteniu. Okolo pochodne, v ktorej sa spaľuje APG, začína tepelná deštrukcia pôdy v okruhu do 25 metrov, vegetácia trpí na väčšej ploche – v okruhu do 150 metrov.

Pred nadobudnutím platnosti Kjótskeho protokolu v roku 2004, ktorý zahŕňa požiadavku na používanie pridruženého ropného plynu, bol problém využívania APG v ruskom štáte prakticky ignorovaný. Situácia sa zmenila v lepšia strana od roku 2009, keď vyhláška vlády Ruskej federácie nariadila spáliť najviac 5% objemu súvisiaceho ropného plynu.

Spaľovanie súvisiaceho ropného plynu v zahraničí je prísne stíhané úradmi a podlieha značným pokutám. Finančné sankcie za spaľovanie sú také, že sa stáva ekonomicky neživotaschopným. V Rusku takéto účinné opatrenia ešte neboli prijaté.

Ministerstvo prírodných zdrojov Ruskej federácie napríklad uviedlo, že krajina ročne vyprodukuje 55 miliárd kubických metrov ropného plynu a len 26 % z tohto objemu smeruje na spracovanie, ďalších 47 % sa využíva priamo na mieste pre potreby pole a odpísané a zvyšok plynu - 27 % - sa spáli. Pronedra už skôr napísal, že 95% využitie APG v Rusku sa očakáva až do roku 2035.

Problémy s dopravou

Nízka miera znižovania spaľovania plynu je primárne spôsobená nedostatočným rozvojom technológií, ktoré by umožnili jeho efektívne využitie. Zloženie takéhoto plynu je nestabilné a obsahuje nečistoty. Veľké náklady sú spojené s potrebou „zmenšiť“ APG, pretože sa vyznačuje vysokou úrovňou vlhkosti, ktorá dosahuje 100%.

APG je nasýtený ťažkými uhľovodíkmi, čo značne komplikuje proces jeho prepravy potrubné systémy. Potenciálni odberatelia plynu sú zvyčajne ďaleko od ropných polí. Pokládka potrubí do podnikov na spracovanie plynu je spojená s vysokými nákladmi na realizáciu takýchto projektov. Kilometer potrubia na čerpanie APG stojí asi 1,5 milióna dolárov.

Kompresorová stanica Yuzhno-Priobskaya

V spojení s cena prepravy Hlavné náklady na prečerpanie 1 000 metrov kubických plynu sú 30 dolárov. Pre porovnanie, náklady na získanie rovnakého množstva zemného plynu v podnikoch Gazpromu sú maximálne 7 USD. Pri nákladoch na výrobu APG do 250 rubľov a prepravu - 400 rubľov za 1 000 metrov kubických je cena takéhoto plynu na trhu stanovená na maximálne 500 rubľov, čo automaticky robí akúkoľvek metódu spracovania nerentabilnou. Pripomeňme, že Lukoil navrhol zaviesť preferenčné zdanenie pre výrobu APG podliehajúcu hlbokému spracovaniu.

Značné prevádzkové náklady sú spojené aj so stratou pridruženého plynu na ceste jeho pohybu do spracovateľských miest. Váhy technologické straty nie je možné vypočítať, keďže v súčasnosti neexistuje zavedený systém ich inštrumentálneho účtovníctva. Nerentabilnosť spolupráce s APG vedie k tomu, že priemyselné spoločnosti skutočne zahŕňajú náklady na výstavbu a prevádzku potrubných systémov a kompresorových staníc na prepravu plynu do nákladov na ropu.

Využitie plynu pre potreby v teréne

Ako alternatívu k neefektívnemu spaľovaniu a nákladnému spracovaniu možno použiť technológiu využitia APG tým, že sa prečerpáva spolu s pracovnými kvapalinami späť do zásobníka - do "viečka" - v procese výroby ropy na obnovenie tlaku v zásobníku. Týmto spôsobom je možné dosiahnuť zvýšenie stupňa regenerácie nádrže.

Podľa výsledkov výskumu sa ukázalo, že metódou vstrekovania do zásobníka je možné z jedného vrtu vyrobiť ďalších 10-tisíc ton ropy ročne. Teraz sa skúma možnosť zavedenia technológie vstrekovania pridruženého plynu do zásobníka spolu s vodou, čo sa nazýva „vodoplynový impakt“. Bohužiaľ, prax vstrekovania plynu do zásobníkov sa používa hlavne v zahraničí a v Rusku si kvôli vysokým nákladom ešte nezískala popularitu.

Operátori ropných polí používajú APG, a to aj na výrobu energie. Vyrobená energia sa využíva ako pre potreby rybárstva, tak aj pre napájanie blízkych oblastí. Pre prevádzkovateľov, ktorí rozvíjajú malé polia, je ekonomicky uskutočniteľné vyrábať energiu na uspokojenie svojich vlastných potrieb a dodávať energiu v malých objemoch spotrebiteľom tretích strán.

Shinginskaya elektráreň s plynovou turbínou na pridružený ropný plyn

Ak hovoríme o získavaní ropného plynu vo veľkých blokoch, potom je v tomto prípade najatraktívnejšou možnosťou výroba energie vo výkonných elektrárňach s ďalším veľkoobchodným predajom do všeobecného energetického systému. V Rusku sa výstavba elektrární na APG na poliach už používa všade. Celkový objem výroby v rámci uvedenej schémy sa blíži k 1 miliarde kWh ročne.

Účinnosť APG na výrobu energie je primeraná za predpokladu, že výroba sa nachádza v blízkosti polí. Najúčinnejšou možnosťou je použitie elektrární s mikroturbínami. Teraz sa už vyrába veľké množstvo zariadení, piestového aj turbínového typu, ktoré pracujú na ropný plyn. Výfukové frakcie vznikajúce pri použití APG v takýchto systémoch môžu byť použité na zásobovanie teplom zariadení.

Prítomnosť uhľovodíkov ťažkej skupiny v APG zároveň nepriaznivo ovplyvňuje efektívnosť využívania plynu ako paliva na výrobu elektriny, konkrétne znižuje nominálnu kapacitu staníc a skracuje čas prevádzky výrobných zariadení medzi opravami. Je potrebné poznamenať, že nestabilné zloženie a kontaminácia nečistotami spôsobuje, že použitie APG na výrobu energie bez predchádzajúceho sušenia a čistenia je problematické.

Čistenie a spracovanie APG

Všetok pridružený plyn, ktorý ropné spoločnosti nespaľujú a nepoužívajú na vstrekovanie do zásobníka alebo na výrobu energie, sa posiela na spracovanie. Pred transportom do spracovateľských zariadení sa ropný plyn vyčistí. Uvoľnenie plynu z mechanických nečistôt a vody uľahčuje jeho prepravu. Aby sa zabránilo zrážaniu skvapalnených frakcií v dutine plynovodov a aby sa zmes ako celok odľahčila, časť ťažkých uhľovodíkov sa odfiltruje.

Odstránenie sírnych prvkov umožňuje zabrániť korozívnemu účinku APG na steny potrubia a extrakcia dusíka a oxidu uhličitého umožňuje zmenšiť objem zmesi nespotrebovanej pri spracovaní. Čistenie sa vykonáva pomocou rôznych technológií. Po ochladení a stlačení (stlačení pod tlakom) sa plyn oddelí alebo spracuje plynovo-dynamickými metódami. Takéto metódy sú lacné, ale neumožňujú extrakciu zložiek oxidu uhličitého a síry z APG.

Separačné odlučovače v čistiarni ropy

V prípade použitia sorpčných metód sa čiastočne odstraňuje nielen sírovodík, ale aj sušenie z vody a vlhkých uhľovodíkových frakcií. Nevýhodou sorpcie je nevyhovujúce prispôsobenie technológie poľným podmienkam, čo vedie k strate až tretiny objemu APG. Na odstránenie vlhkosti je možné použiť metódu sušenia glykolom, ale len ako doplnkové opatrenie, keďže okrem vody zo zmesi nič iné nevyťahuje. Ďalším špecializovaným procesom je odsírenie – ako už názov napovedá, slúži na odstránenie sírnych zložiek. Používajú sa aj metódy alkalického čistenia a čistenia amínov.

Adsorpčná sušička na pridružené sušenie plynu

Všetky vyššie uvedené metódy dnes už možno považovať za zastarané. Postupom času budú pravdepodobne nahradené alebo kombinované s najnovšou a celkom účinnou metódou - čistením membrán. Princíp je založený na rôznych rýchlostiach prieniku rôznych zložiek APG cez membránové vlákna. Doteraz sa tento spôsob nepoužíval z dôvodu, že až do uvedenia membrán z dutých vlákien na trh bolo jeho použitie neefektívne a nemalo žiadne výhody oproti iným metódam úpravy plynu.

Princíp činnosti membránového zariadenia

Vyčistený plyn, ak nie je okamžite predaný spotrebiteľom v skvapalnenej forme pre potreby domácnosti a komunálnej sféry, prechádza separačnou procedúrou v dvoch segmentoch - na získanie paliva alebo surovín pre petrochemický priemysel. Po vstupe do spracovateľského závodu sa APG separuje nízkoteplotnou absorpciou a kondenzáciou na základné frakcie, z ktorých niektoré sú hotové produkty.

V dôsledku separácie vzniká prevažne stripovaný plyn - metán s prímesou etánu a široká frakcia ľahkých uhľovodíkov (NGL). Stripovaný plyn sa môže voľne prepravovať potrubnými systémami a použiť ako palivo, ako aj slúžiť ako surovina na výrobu acetylénu a vodíka. Okrem toho sa pri spracovaní plynu vyrába automobilový propán-bután kvapalného typu (t. j. plynové motorové palivo), aromatické uhľovodíky, úzke frakcie a stabilný plynový benzín. NGL sa posielajú na ďalšie spracovanie do petrochemických závodov. Tam sa z tejto suroviny vyrábajú plasty, guma, prísady do palív, skvapalnené uhľovodíky.

1 - vstrekovanie plynu do zásobníka; 2 - palivo pre elektráreň; 3 - horenie; 4 - hĺbkové čistenie; 5 - hlavný plynovod; 6 - oddelenie APG; 7 - NGL; 8 - palivo; 9 - kompresorová stanica; 10 - Preprava APG

V zahraničí sa dynamickým tempom zavádza najnovší spôsob získavania kvapalných uhľovodíkov z pridruženého plynu pomocou technológie Gas-to-liquids, ktorá zahŕňa spracovanie chemickými prostriedkami. V Rusku je nepravdepodobné, že by táto technika našla široké uplatnenie, pretože je úzko spätá s teplotnými podmienkami prostredia a dá sa implementovať iba v zemepisných šírkach s horúcou alebo miernou klímou. V Rusku sa prevažná časť objemu ropy vyrába v severných regiónoch, a preto bude potrebné vykonať dôkladný výskum, aby sa prijala metóda plyn-to-kvapaliny.

Priemysel aktívne implementuje technológiu kryogénnej kompresie APG pomocou jednoprúdového cyklu. Najvýkonnejšie chladiace systémy sú už schopné spracovať až 3 miliardy kubických metrov súvisiaceho plynu ročne. Efektívnym riešením je inštalácia takýchto komplexov na distribučných staniciach.

Pridružený ropný plyn, napriek nízkej a niekedy nulovej rentabilite jeho spracovania, nachádza najširšie uplatnenie v palivovom a energetickom komplexe a petrochemickom priemysle. V dôsledku horenia APG dochádza k nenávratným stratám obrovského množstva surovín a energetických zdrojov. Ročne sa tak v Rusku „spáli“ vo svetličkách takmer 140 miliárd rubľov – celkové náklady na propán, bután a ďalšie zložky obsiahnuté v pridruženom plyne.

Zlepšenie technológií využívania APG umožní Rusku vyrobiť ďalších 6 miliónov ton kvapalných uhľovodíkov, 4 miliardy metrov kubických etánu, až 20 miliárd metrov kubických suchého plynu ročne a tiež vyrobiť 70 000 GW elektriny. Založenie práce na efektívnom využívaní APG nie je len cestou k riešeniu environmentálnych problémov a šetreniu energetických zdrojov, ale aj základom pre vznik celého odvetvia, ktorého náklady na národnej úrovni podľa najkonzervatívnejších odhadov odhadujú odborníci na jeden a pol tucta miliárd dolárov.