Попутный нефтяной газ

Использование ГТЭС при утилизации попутного нефтяного газа

Попутный нефтяной газ – ценное химическое сырьё и высокоэффективное органическое топливо. Тем не менее, ежегодно в России сжигается более 20 млрд.м3 ПНГ. Выброс в атмосферу загрязняющих веществ при этом составляет 400 тыс.тонн. Законодательство Российской Федерации обязывает нефтяные компании довести утилизацию ПНГ до 95%.

С 2012 года для расчета платежей за выбросы от сверхнормативного (более 5% от объема добычи) сжигания ПНГ введен повышающий коэффициент в размере 4,5, с 2013-го он был увеличен до 12, а с 2014-го — до 25. При такой прогрессии счет для нефтяников пошел уже не на миллионы, а на миллиарды рублей в год. Тем не менее целевой показатель пока не достигнут.

Практическая реализация этого требования наталкивается на значительные трудности. Если для больших объектов со значительными объемами выхода попутного нефтяного газа, добывающие компании еще могут решиться на большие капитальные затраты, включающие строительство дорогостоящих стационарных установок, выполняющих очистку и кондиционирование попутного нефтяного газа в заводских масштабах, на прокладку трубопроводов для перекачки газа либо для дальнейшей его переработки, на создание сопутствующей инфраструктуры и пр., то для огромного количества небольших или удаленных месторождений этот путь неприемлем. Во многом по этой причине попутный нефтяной газ просто сжигается.

Именно на этом направлении становится чрезвычайно выгодным и перспективным применение газотурбинных установок  малой и средней мощности.

Подготовка попутного газа для ГТЭС

В настоящее время попутный нефтяной газ на удалённых и мелких нефтяных месторождениях часто отводится на сжигание из-за невозможности утилизации ПНГ на месте. Это обусловлено его низким метановым числом (метановым индексом) и высоким содержанием в нем тяжелых углеводородов, что делает невозможной его транспортировку или использование в качестве топлива для ГПЭС и ГТЭС без предварительной подготовки и, одновременно, нерентабельностью переработки относительно небольших количеств такого газа традиционными методами.

Существует несколько традиционных технологий подготовки ПНГ, в которых используются сепарационные, сорбционные, газодинамические, низкотемпературные методы, гликолевая осушка, аминовая отмывка и т.п. Однако ни один из этих методов не позволяет решить проблему комплексной подготовки ПНГ для дальнейшей утилизации. Даже одновременная осушка по воде и углеводородам в одном процессе, как правило, невозможна. Поэтому одной из основных технологических проблем утилизации ПНГ является разработка методов и оборудования для подготовки ПНГ, позволяющих в одном процессе достичь требуемых параметров. Кроме того, как отмечалось выше, с учетом изменяющегося во времени состава и объема переработки ПНГ, целесообразна конфигурация оборудования, позволяющая без особых дополнительных затрат менять мощность по объему перерабатываемого газа.

СВЧ-технологии  для  подготовки ПНГ

Перспективным направлением, в области подготовки ПНГ, может стать использование микроволновых устройств («микроволнового факела») позволяющее получать  плазменные струи в потоках практически любых газов и газовых смесей при давлениях, близких к атмосферному. Применённая система ввода микроволновой энергии обеспечивает чрезвычайно высокую (близкую к 100%) эффективность использования энергии в плазме факела. 

Принципиальная схема данного устройства разработана Институтом Общей Физики им.А.М.Прохорова.

Работает  микроволновый факел  на базе магнетрона и системы электрического питания, применяемых в бытовых СВЧ печах. Это позволяет изготавливать очень простые, эффективные, недорогие и недефицитные устройства для  разложения газообразных веществ  с его использованием.  

«Микроволновый факел»

Были проведены предварительные эксперименты по утилизации (разложению) природных газов (пропан, метан) без доступа воздуха.

Результаты:

В газе, прошедшем через микроволновый факел, не наблюдалось следов пропана, т.е. происходило  практически полное его  разложение.

Основными продуктами разложения углеводородов плазмоформирующего газа являются здесь молекулярный водород и мелкодисперсные углеродные наночастицы (нано-трубки и фуллерены) могут быть использованы в качестве самостоятельного продукта).

Содержащиеся в попутном газе примеси, например, сероводород, будут разлагаться в плазме факела по реакции:    H2S → H2 (газ) + Sтв   с выпадением элементарной серы в виде твердых частиц.  Частицы углерода и другие твердые  примеси будут отделяться  от потока выходящего водорода при помощи фильтров. 

При разложении  1000 м3  попутного газа, например, по реакции разложения метана, составляющего около 50% его состава:  CH4 → C + 2H2

Образуется около  2000 м3  водорода, который также можно будет использовать, например, сжигая его в газогенераторе, для производства электроэнергии на месте нефтепромысла. Такое сжигание чистого водорода с экологической точки зрения будет абсолютно безвредным, т.к. в качестве конечного продукта получается только водяной пар. 

Можно также, после сжатия водорода на компрессорной станции и помещения его в баллоны, продавать его, как самостоятельный продукт. 

Коммерческое использование данной технологии потребует дополнительных исследований и разработок.