Технология переработки попутного газа

План:

Введение…………………………………………………………………………...2

1. Назначение и характеристика процессов переработки попутного газа..3
2. Состав попутного нефтяного газа…………………………….…………4
3. Структурная схема промысловой переработки ПНГ …………………..7
4. Технологический режим с указанием основных факторов процесса, механизма  и катализаторов  процесса, температуры, давления, продолжительности контакта, соотношения компонентов, качества катализаторов, ограничений  по глубине отбора продукции, объемных скоростей процессов………………….….13
5. Материальный баланс……………………………………………………16
6. Технико-экономические показатели установок………………….……17
7. Техника безопасности……………………………………..……………..20
8. Контроль и автоматизация процесса……………………………………23

Заключение………………………………………………………………………24

Список  литературы…………………………………………………………….25 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность играет

важную  роль в экономике любой страны, в том числе и Республики Беларусь.

Поэтому развитие данной отрасли и мероприятия  по совершенствованию существующих технологий являются чрезвычайно важными.

Безудержное использование природных ресурсов земли привело к тому,

что по данным OMCS (консультационная служба нефтяного рынка) человечеством добыто уже 129 миллиардов м3 нефти (осталось примерно столько же). Мировое потребление нефти составляет более 4 миллиардов м3/год, прирост же разведываемых запасов 0,95 миллиардов м3/год . Нетрудно сделать прогноз, что

нефти хватит только на 40-50 лет, а если предположить, что темпы ее потребления будут возрастать, то и того меньше.

Увеличение  глубины переработки нефти –  наиболее актуальная проблема

в современной  нефтепереработке. Ее необходимость  обусловливается опережающим ростом потребности в моторных топливах по сравнению с возможностями нефтедобычи. По литературным данным, среднегодовой прирост количества легковых автомобилей составляет около 9%, а мировое потребление бензина достигло 840 млн. т в год. Повышается также и потребление дизельного

топлива – основного энергоносителя для  тяжёлых грузовых автомобилей, железнодорожного транспорта, автобусов и автотранспортных средств, эксплуатируемых вне дорог (приблизительно на 2% в год). В таблице 1 приведены темпы роста потребления нефтяных топлив по регионам мира. 
1.  Назначение и характеристика процессов переработки попутного газа. 

В настоящее время наблюдается устойчивый рост интереса к переработке природного и попутного нефтяного газа. В последнем случае особенно актуальна задача переработки его в удобный для транспортирования продукт непосредственно на месте добычи. Наша компания занимается этими вопросами начиная с 2000 года, и за прошедшее время был предложен и опробован ряд технических решений, позволяющих существенно упростить и удешевить процесс переработки газа в товарный продукт. 

Особенность попутного газа заключается в том, что он является побочным продуктом нефтедобычи. По геологическим характеристикам различают попутные газы газовых шапок и газы, растворённые в нефти. Для эффективного использования попутного газа необходимо не допустить его потерь, связанных с неподготовленностью инфраструктуры для его сбора, подготовки, транспортировки и переработки, отсутствием потребителя. В этом случае попутный газ просто сжигается на факелах. Нефтяной попутный газ – это смесь газов и парообразных углеводородных и не углеводородных компонентов, выделяющихся из нефтяных скважин и из пластовой нефти при её сепарации. Обычно нефтяной попутный газ рассматривается как иcтoчник cыpья для пpoизвoдcтва pяда xимичеcкиx продуктов, источник получения дешевой электрической и тепловой энергии. Мы предлагаем комплексную технологию, включающую кроме перечисленных аспектов использования попутного газа его переработку в широкую гамму топливных, моторных компонентов, а также компонентов нефтяных потоков.

     Утилизация попутного нефтяного газа и всех его составляющих должна быть направлена на выcoкoтеxнoлoгичнoе ocвoение меcтopoждений нефти, для ликвидации неблагоприятных последствий и возврата в оборот углеводородного сырья. Возможны два направления утилизации попутного газа – это энергетическое и нефтехимическое. Применение современных технологий позволяет использовать конечный продукт утилизации попутного газа в качестве топлива для получения электроэнергии на газотурбинных электростанциях и тепла. Обеспечивая подготовку и утилизацию попутного газа нефтедобывающая компания не только избегает штрафов за сжигание попутного газа, но и обеспечивает свою компанию качественной электроэнергией, теплом, сохраняя при этом имидж социально-ответственной организации. Современные технологии утилизации попутного газа предоставляют возможность полностью использовать попутный нефтяной газ на месторождениях, получать дополнительную электроэнергию, тепло и углеводородные газомоторные топлива.  
Как известно, основным компонентом природного и попутного нефтяного газа (ПНГ) является метан. Однако, в отличие от «сухого» природного газа, содержащего 90-98% CH4, ПНГ насыщен более тяжелыми углеводородами – летучими компонентами нефти. В зависимости от месторождения в составе ПНГ может содержаться до 60% С2+ углеводородов, причем значительная часть этого количества (до 15%) представляет собой легкую бензиновую фракцию С5+. Также, ПНГ содержит значительное количество пропан-бутановой фракции, которая является ценным сырьем для нефтехимии. 
 

2.Состав  попутного нефтяного газа. 

     Первый объем – это природный газ (метан), крупнейшим производителем которого не только в России, но и в мире остается «Газпром». Второй – попутный нефтяной газ (ПНГ), извлекаемый в процессе добычи нефти. Его состав намного сложнее. Помимо метана ПНГ содержит так называемую широкую фракцию легких углеводородов (ШФЛУ) – смесь этана, пропана, бутана, изобутана, пентана, изопентана, гексана и т.д. Кроме того, в состав ПНГ может входить азот, углекислый газ, сероводород и такие редкие газы, как гелий или аргон.

     Очевидно, что благодаря своей структуре попутный газ является стратегически важным сырьевым ресурсом для отечественной нефтехимии, во многом определяющим не только экономический, но и военно-промышленный потенциал России. Вместе с тем рациональное использование этого ресурса остается одним из главных путей решения экологической проблемы, связанной со снижением негативного влияния нефтегазового комплекса на окружающую среду.

     Следует отметить, что далеко не все нефтяные месторождения содержат запасы попутного  газа, а объемы его добычи на тонну извлеченной нефти могут варьироваться от 1–2 до нескольких тысяч кубометров.

     ПНГ - углеводородный газ, находящийся в  нефтяных залежах в растворенном состоянии и выделяющийся из нефти  при снижении давле ния. Количество газов в м³, приходящееся на 1 т добытой нефти, зависит от условий формирования и залегания нефтяных месторождений и мо жет составлять от 1-2 до нескольких тыс. м³.

     Попутный  нефтяной газ представляет смесь  газов. Основными составляющими ПНГ являются предельные углеводороды - гомологи метана от СН₄ до С₆Н₁₄ (табл. 1). Суммарное содержание гексана (СбН]₄) и более тяжелых углеводородов в попутном газе, как правило, не превышает 1 %, содержание пентана ( CsH ₁₂ ) находится в пределах 2 %. Кроме того, в ПНГ присутствуют инертные газы, в основном, азот и углекислый газ, содержание которых изменяется от 1 до 5 %. Учитывая, что суммарное содержание тяжелых углеводородов начиная с пентана и инертных газов не превышает 8 %, для приближенной оценки основных характеристик попутного газа нужно учитывать четыре первых гомолога метана.

Табл. 1 Состав ПНГ различных месторождений

     3.Структурная схема промысловой переработки ПНГ

     На основе проведенных разработок предлагается структурная схема промысловой переработки ПНГ. В предлагаемой схеме промысловой переработки попутного нефтяного газа представлен вариант с полным набором технологических процессов, обеспечивающих наиболее глубокую степень переработки газа. Для каждого конкретного месторождения будут разрабатываться индивидуальные технологические схемы, учитывающие особенности состава газов и наличия транспортной инфраструктуры.

Состав комплекса и назначение основных узлов и блоков.

      
1. Блок приёма, очистки и двухфазного сжатия ПНГ. 
Назначение блока – первичная подготовка газа, в блоке представлены следующие процессы: 
- централизованный сбор ПНГ с 3-ёх ступеней сепарации нефти,  
- очистка газа от сероводорода,  
- двухфазное эжекционное сжатие газа совмещённое с абсорбционным выделением углеводородных групп: фракции парафинов нормального строения С4 и выше (стабильного газового бензина), пропан-изобутаной фракции.  
2. Печь высокотемпературного пиролиза метан-содержащего газа.  
Назначение блока – разложение метана и синтез высокомолекулярных углеводородных соединений, блок состоит из: 
- печи высокотемпературный пиролиз метан-содержащего газа,  
- устройства закалки газа пиролиза с производством технологического пара. 
3. Блок фракционирования продуктов первичного пиролиза. 
Назначение блока – выделение фракций синтезированных углеводородов:  
метано-водородногогаза, этилен-пропиленовой фракции для последующей переработки на узлах олигомеризации и узле вторичного пиролиза,  
целевого продукта тяжёлой фракции. 
4. Узел фракционирования метано-водородного газа. 
Назначение блока – выделение водородосодержащего газа для процессов гидрирования и энергетических нужд и рециклового потока метана. 
5. Блок каталитического синтеза углеводородов с повышенным молекулярным весом. Назначение блока:  
- олигомеризация этилен-пропиленовой фракции,  
- гидрирование синтезированных олигомеров,  
- производство алкилатов из пропан-изобутановой фракции. 
 
6. Блок фракционирования продуктов. 
Назначение блока:  
- выделение конденсируемой гидрирование синтезированных олигомеров фракции углеводородов из продуктов процессов олигомеризации и алкилирования, 
- выделение остаточной этилен-пропиленовой фракции из продуктов олигомеризации, 
7. Печь вторичного пиролиза этилен-пропиленовой фракции.  
Назначение блока:  
- среднетемпературный пиролиз этилен-пропиленовой фракции,  
- закалка газа пиролиза с производством технологического пара. 
8. Блок фракционирования продуктов вторичного пиролиза. 
Назначение блока:  
- выделение ароматических и непредельных углеводородов из продуктов вторичного пиролиза,  
- гидрирование непредельных углеводородов, 
- выделение рециклового потока этилен-пропиленовой фракции. 
9. Энергетический комплекс. 
Назначение блока:  
- производство электроэнергии с требуемыми характеристиками для питания электрооборудования,  
- производство электроэнергии с характеристиками, согласованными для питания нагревателей печей пиролиза, 
- утилизация тепла для производства теплофикационной воды.

     Процесс переработки ПНГ в нашей концепции базируется на преимущественном применении для этих целей физических способов высокоэнергетического воздействия на составляющие ПНГ. 
Существующие известные способы переработки базируются на химическом воздействии с применением широкого набора каталитических систем (процессы GТL, «Бициклар» и другие). Эти способы характеризуются достаточно дорогостоящими материалами катализаторов, необходимостью тонкой регулировки технологического процесса, широкой номенклатурой применяемых химико-технологических аппаратов. Эксплуатационные затраты при этом имеют значительную составляющую, связанную с транспортировкой невозобновляемых на месте переработки (на месторождениях) материальных потоков. 
В отличие от существующих «химических» технологий переработки ПНГ мы предлагаем максимально использовать имеющийся на месторождениях главный ресурс в виде энергетического потенциала ПНГ при минимизации дополнительных технологических приемов. Дополнительные технологические приемы направлены на увеличение стоимости получаемого продукта при условии наличия для него системы транспортировки.  
В основе лежит высокотемпературный пиролиз всей смеси ПНГ после очистки от сернокислотных газов и сжатия до давления значительно, превышающего давление пиролиза в существующих серийных установках. В блоке приема, очистки и двухфазного сжатия газы 2-й и 3-й ступеней сепарации с помощью конденсационных эжекторов нашей разработки доводятся до давления газа первой ступени. Выделяющийся при этом конденсат при необходимости стабилизируется и направляется в нефтяной поток (парафины нормального ряда). Нестабильная головка, содержащая большое количество изо-бутана может быть использована в блоке алкилирования для связывания олефиновых углеводородов пиролиза с получением фракций триметилпентана и других нефтяных компонент.  
Процесс высокотемпературного пиролиза метано-содержащего газа (с преимущественным содержанием метана) разработан нами ранее с целью получения этилена как основного продукта. Под «печью пиролиза» понимается энерговыделяющая установка как электрического, так и горелочного принципа. Окончательное оформление вида блока пиролиза (пиролизной печи) разрабатывается после детальной проектной проработки под конкретные условия месторождения. При этом использование электроэнергетической установки заведомо удовлетворяет (как показали наши эксперименты) условию необходимой высокой плотности передаваемого теплового потока.  
Для технологического электронагрева электрогенерирующая часть оборудования представляет собой максимально упрощенную электротехническую систему без преобразователя частоты, трансформации, стабилизации напряжения и других дорогих компонентов. На выходе из печи первичного пиролиза (высокотемпературного пиролиза) как показали наши эксперименты на чистом метане в газовой фазе содержатся только фракции С1-С3. Кроме этого при определенных условиях фиксировался значительный выход (до 40-50%) конденсированной фазы.  
Разделение продуктов первичного пиролиза является достаточно простой технологической операцией. После разделения метано-водородная фракция подается на блок отделения водорода (водородсодержащего газа - ВСГ). Отделение этой фракции необходимо в том случае, когла система рецикловой переработки ПНГ перенасыщается водородом. Получаемый ВСГ поступает частично на потребление энергетического комплекса, а частично используется внутри технологической цепочки для возможного каталитического «облагораживания» продуктов пиролиза в блоке олигомеризации и гидрирования. 
Основной продукт высокотемпературного пиролиза – этилен с примесью пропилена поступает в печь вторичного пиролиза либо непосредственно, либо через блоки олигомеризации и гидрирования и отделения жидких фракций С6-С12. Энергетика, температурный режим и время пребывания в печи вторичного пиролиза значительно отличаются от параметров печи первичного пиролиза. Они подбираются таким образом, чтобы получить максимальное количество жидких продуктов (ЖП). По имеющимся литературным данным выход ЖП может достигать 60% за проход. Исполнение печи вторичного пиролиза возможно в виде стандартного пиролизного блока без применения электронагрева. Приведенная схема предусматривает значительные рецикловые потоки в блоках первичного и вторичного пиролиза. Величины этих потоков и материально-энергетический баланс определяются конкретно для каждого варианта месторождений. 
Предварительные проработки показывают следующий состав продуктов переработки ПНГ (состав близкий к составу Новогоднего месторождения) для случая отсутствия транспортной инфраструктуры.  
На общий расход ПНГ 500 млн нм3/год (со всех ступеней сепарации) с массовым расходом 435 тыс т/год выход составит: 
жидкие компоненты – 67% (290 тыс т/год, средняя молекулярная масса 92, состав соответствует табл.1); 
метано-водородная фракция – 29% (126 тыс т/год, 220 млн нм3/год, средняя молекулярная масса 14); 
высоковязкие и твердые отходы – 4% (19 тыс. т/год). 
Около 80% процентов метано-водородной фракции необходимо затратить на энергопотребление собственно установки по переработке ПНГ (процессы пиролиза, компримирование газов, насосное оборудование).