Переработка попутного нефтяного газа

Попутный нефтяной газ является вторым по значимости источником сырья для нефтехимической промышленности. Его рациональное использование подразумевает наличие двух составляющих – экологической и экономической.

Попутный нефтяной газ – это легкие, газообразные при нормальных условиях углеводороды (метан, этан, пропан, бутан, изобутан и некоторые другие), которые в геологических условиях находятся под давлением и растворены в нефти [1, с. 54].

При извлечении нефти на поверхность ее давление падает до атмосферного, таким образом газы выкипают из нефти. Дополнительное количество попутного газа также можно получить, подогревая сырую нефть.

Состав попутного нефтяного газа, а также его содержание в нефти колеблются в достаточно широких интервалах. В зависимости от определенных особенностей месторождения происходит изменение значений содержания попутного газа в нефти. Главным компонентом ПНГ является метан.

Таблица 1.

Способы использования ПНГ

Еще совсем недавно полезное использование попутного нефтяного газа не было в числе приоритетов нефтегазовых компаний. ПНГ отделялся от нефти при ее подготовке к транспортировке и обыкновенно сжигался на факельных прямо на промысловых установках. Многие годы пламя этих факелов освещало ночное небо над добывающими регионами и являлось одним из символов нефтяной индустрии России. В последние годы ситуация довольно сильно изменилась. Добывающие компании ввели разнообразные способы применения попутного нефтяного газа, например, закачка в пласт с целью поддержания пластового давления, для выработки тепла и энергии, а нефтехимики используют его в качестве ценного химического сырья для дальнейшей переработки

Почему? Дело в том, что компоненты попутного газа с числом атомов углерода два и более (фракции С₂₊) могут быть вовлечены в дальнейшую переработку для получения ценных нефтехимических продуктов. Но все же необходимость утилизации и полезного использования попутного газа обуславливаются не только экономическими соображениями. Горящие факелы наносят сильнейший удар по окружающей среде. Рассматривая их желтое пламя, следует сказать о том, что при сгорании образуются копоть и сажа, то есть углерод в твердом виде. Казалось бы, в отдаленных и малонаселенных регионах это не столь существенно. Но, при извержении исландского вулкана Эйяфьядлайекюдль в апреле 2010 года пепел вместе с воздушными массами мигрировал на многие тысячи километров и нарушил воздушное сообщение в Европе. То же самое происходит с копотью факелов, которая передвигается вслед за ветрами и наносит вред окружающей среде и здоровью людей за тысячи километров от регионов добычи нефти. Кроме того, при горении попутного газа на факелах происходит выброс парниковых газов, которые вызывают парниковый эффект, что оказывает потенциальную угрозу, связанную с изменением мирового климата [2, с. 136]. Таким образом, переработка попутного нефтяного газа и полезное его использование является необходимостью для сохранения здоровья людей и качества окружающей среды для поколений будущего.

Суть квалифицированной переработки газа заключается в отделении фракций С₂₊ от метана, кислых (сероводород) и инертных (азот) газов, а также воды и механических примесей.

Технологии выделения ценных фракций из ПНГ представлены тремя основными подходами. Первый метод реализуется на установках низкотемпературной конденсации (НТК), где газы разделяются по температурам сжижения. Например, метан при атмосферном давлении переходит в жидкое состояние при минус 161,6 °С, а этан – при минус 88,6 °С. Пропан сжижается при минус 42 °С, бутан – при минус 0,5 °С. То есть, если газовую смесь охладить, из нее начнет конденсироваться жидкость, которая содержит пропан, бутан и более тяжелые компоненты, а в газообразном состоянии останутся метан и этан. Жидкая продукция установок НТК носит название широкой фракции углеводородов (ШФЛУ), так как она представляет собой смесь веществ с числом атомов углерода два и более; газообразная часть (метан и часть этана) называется сухой отбензиненный газ (СОГ) – он направляется в общую газотранспортную систему [3].

Второй принцип переработки реализуется на установках низкотемпературной абсорбции (НТА) и базируется на различии в растворимости газов в жидкостях. Колонны НТА могут быть наполнены, например, циркулирующим жидким пропаном, а через него будет барботироваться исходный газ. При этом целевые компоненты растворяются в жидком пропане, а метан и этан – компоненты сухого газа – проходят без поглощения. Таким образом, после похождения серии циклов жидкий пропан обогащается «жирными» компонентами, затем в качестве ШФЛУ используется как товарная продукция.

Но более актуальным в настоящее время принципом переработки являются установки низкотемпературной конденсации и ректификации (НТКР). Суть этой технологии заключается в том, что сначала ПНГ сжимают до высоких давлений с отделением «выпавшего» конденсата – тяжелые компоненты газа конденсируются в жидкость, которая носит название стабильного газового бензина (БГС) [4]. После чего он направляется на турбодетандер – так называемую турбину, проходя сквозь которую, газ вынужден крутить ее лопатки, то есть совершать механическую работу. Результатом работы газа в турбодетандере является его глубокое охлаждение до температур, при которых практически все компоненты газа конденсируются, то есть переходят в жидкое состояние. Далее эта жидкость подвергается ректификации, то есть разделению по принципу температур кипения: метан и иногда этан отпариваются в состав сухого отбензиненного газа, а оставшаяся ШФЛУ и является целевым продуктом переработки. Необходимо заметить, что технология низкотемпературной конденсации и ректификации позволяет достигать очень глубокой степени извлечения ценных компонентов (вплоть до 99 % от их содержания в газе) при умеренных затратах на энергетику.