Презентация природный и попутные нефтяные газы природные газы. Переработка попутных нефтяных газов Попутные нефтяные газы более разнообразны по составу, поэтому их выгоднее использовать как химическое сырье. Характеристика попутных нефтяных газов
До Великой Отечественной войны промышленные запасы природного
газа
были известны в Прикарпатье, на Кавказе, в Заволжье и на Севере (Коми
АССР). Изучение запасов природного газа было связано только с разведкой нефти.
Промышленные запасы природного газа в 1940 г. составляли 15 млрд м 3 .
Затем месторождения газа были обнаружены на Северном Кавказе, в Закавказье, на
Украине, в Поволжье, Средней Азии, Западной Сибири и на Дальнем Востоке. На 1
января 1976 г. разведанные запасы природного газа составляли 25,8 трлн м 3 ,
из них в европейской части СССР – 4,2 трлн м 3 (16,3%), на Востоке –
21,6 трлн м 3 (83,7%), в том числе 18,2 трлн м 3 (70,5%) –
в Сибири и на Дальнем Востоке, 3,4 трлн м 3 (13,2%) – в Средней Азии
и в Казахстане. На 1 января 1980 г. потенциальные запасы природного газа
составляли 80–85 трлн м 3 , разведанные – 34,3 трлн м 3 .
Причем запасы увеличились главным образом благодаря открытию месторождений в
восточной части страны – разведанные запасы там были на уровне около
30,1 трлн м 3 , что составляло 87,8% от общесоюзных.
На сегодняшний день Россия обладает 35% от мировых запасов природного газа, что
составляет более 48 трлн м 3 . Основные районы залегания природного
газа по России и странам СНГ (месторождения):
Западно-сибирская нефтегазоносная провинция:
Уренгойское, Ямбургское, Заполярное, Медвежье, Надымское, Тазовское –
Ямало-Ненецкий АО;
Похромское, Игримское – Березовская газоносная область;
Мельджинское, Лугинецкое, Усть-Сильгинское – Васюганская газоносная область.
Волго-Уральская нефтегазоносная провинция:
наиболее значительное – Вуктылское, в Тимано-Печорской нефтегазоносной области.
Средняя Азия и Казахстан:
наиболее значительное в Средней Азии – Газлинское, в Ферганской долине;
Кызылкумское, Байрам-Алийское, Дарвазинское, Ачакское, Шатлыкское.
Северный Кавказ и Закавказье:
Карадаг, Дуванный – Азербайджан;
Дагестанские Огни – Дагестан;
Северо-Ставропольское, Пелачиадинское – Ставропольский край;
Ленинградское, Майкопское, Старо-Минское, Березанское – Краснодарский край.
Также месторождения природного газа известны на Украине, Сахалине и Дальнем Востоке. По запасам природного газа выделяется Западная Сибирь (Уренгойское, Ямбургское, Заполярное, Медвежье). Промышленные запасы здесь достигают 14 трлн м 3 . Особо важное значение сейчас приобретают ямальские газоконденсатные месторождения (Бованенковское, Крузенштернское, Харасавейское и др.). На их основе идет осуществление проекта «Ямал – Европа». Добыча природного газа отличается высокой концентрацией и ориентирована на районы с наиболее крупными и выгодными по эксплуатации месторождениями. Только пять месторождений – Уренгойское, Ямбургское, Заполярное, Медвежье и Оренбургское – содержат 1/2 всех промышленных запасов России. Запасы Медвежьего оцениваются в 1,5 трлн м 3 , а Уренгойского – в 5 трлн м 3 . Следующая особенность заключается в динамичности размещения мест добычи природного газа, что объясняется быстрым расширением границ выявленных ресурсов, а также сравнительной легкостью и дешевизной вовлечения их в разработку. За короткий срок главные центры по добыче природного газа переместились из Поволжья на Украину, Северный Кавказ. Дальнейшие территориальные сдвиги вызваны освоением месторождений Западной Сибири, Средней Азии, Урала и Севера.
После
распада СССР в России происходило падение объема добычи природного газа. Спад
наблюдался в основном в Северном экономическом районе (8 млрд м 3
в 1990 г. и 4 млрд м 3 в 1994 г.), на Урале (43 млрд м 3
и 35 млрд м 3), в Западно-Сибирском экономическом районе
(576 и
555 млрд м 3) и в Северо-Кавказском (6 и 4 млрд м 3).
Добыча природного газа оставалась на прежнем уровне в Поволжском
(6 млрд м 3) и в Дальневосточном экономических районах. В
конце 1994 г. наблюдалась тенденция к росту уровня добычи. Из республик бывшего
СССР Российская Федерация дает больше всего газа, на втором месте – Туркмения
(более 1/10), далее идут Узбекистан и Украина. Особое значение приобретает
добыча природного газа на шельфе Мирового океана. В 1987 г. на морских
месторождениях было добыто 12,2 млрд м 3 , или около 2% газа, добытого
в стране. Добыча попутного газа в том же году составила 41,9 млрд м 3 .
Для многих районов одним из резервов газообразного топлива служит газификация
угля и сланцев. Подземная газификация угля осуществляется в Донбассе
(Лисичанск), Кузбассе (Киселевск) и Подмосковном бассейне (Тула).
Природный газ был и остается важным продуктом экспорта в российской внешней торговле. Основные центры переработки природного газа расположены на Урале (Оренбург, Шкапово, Альметьевск), в Западной Сибири (Нижневартовск, Сургут), в Поволжье (Саратов), на Северном Кавказе (Грозный) и в других газоносных провинциях.
Можно отметить, что комбинаты газопереработки тяготеют к источникам сырья – месторождениям и крупным газопроводам. Важнейшее использование природного газа – в качестве топлива. Последнее время идет тенденция к увеличению доли природного газа в топливном балансе страны. Как газообразное топливо природный газ имеет большие преимущества не только перед твёрдым и жидким топливом, но и перед другими видами газообразного топлива (доменным, коксовым газом), так как теплота сгорания его значительно выше. Метан - основная составная часть этого газа. Кроме метана, в природном газе присутствуют ближайшие гомологи его - этан, пропан, бутан. Чем выше молекулярная масса углеводорода, тем обычно меньше его содержится в природном газе.
Состав природного газа разных месторождений различен.
Средний состав природного газа:
|
N 2 и др. газы |
||||||
|
Природный газ (% по объему) |
Наиболее ценится природный газ с высоким содержанием
метана – это ставропольский (97,8% СН 4), саратовский (93,4%),
уренгойский (95,16%).
Запасы природного газа на нашей планете очень велики (примерно 1015 м 3).
У нас в России известно более 200 месторождений, они находятся в Западной
Сибири, в Волго-Уральском бассейне, на Северном Кавказе. По запасам природного
газа первое место в мире принадлежит России.
Природный газ является ценнейшим видом топлива. При сгорании газа выделяется
много теплоты, поэтому он служит энергетически эффективным и дешевым топливом в
котельных установках, доменных, мартеновских и стекловаренных печах.
Использование на производстве природного газа дает возможность значительно
повысить производительность труда.
Природный газ – источник сырья для химической отрасли промышленности: получение
ацетилена, этилена, водорода, сажи, различных пластмасс, уксусной кислоты,
красителей, медикаментов и других продуктов.
Попутный нефтяной газ – это газ, существующий вместе с нефтью, он растворен в нефти и находится над ней, образуя «газовую шапку», под давлением. На выходе из скважины давление падает, и попутный газ отделяется от нефти.
Состав попутного нефтяного газа разных месторождений различен.
Средний состав газа:
|
N 2 и др. газы |
||||||
|
Попутный нефтяной газ (% по объему) |
Попутный нефтяной газ по своему происхождению тоже является природным. Особое название он получил потому, что находится в залежах вместе с нефтью:
Либо растворен в ней,
Либо находится в свободном состоянии
Попутный нефтяной газ в основном тоже состоит из метана, но в нем содержится значительное количество и других углеводородов.
Этот газ в прошлые времена не использовался, а просто сжигался. В настоящее время его улавливают и используют как топливо и ценное химическое сырье. Возможности использования попутных газов даже шире, чем природного газа, т.к. состав их богаче. В попутных газах содержится меньше метана, чем в природном газе, но в них значительно больше гомологов метана. Чтобы использовать попутный газ более рационально, его разделяют на смеси более узкого состава. После разделения получают газовый бензин, пропан и бутан, сухой газ.
|
Углеводороды |
C 3 H 8 , C 4 H 10 |
C 5 H 12 , C 6 H 14 и др. |
|
|
Выделяемые смеси |
Сухой газ |
Пропан-бутановая смесь |
Газовый бензин |
|
Применение |
Сухой газ, по составу сходный с природным, используется для получения ацетилена, водорода и других веществ, а также в качестве топлива. |
Пропан и бутан в сжиженном состоянии широко используются в качестве горючего в быту и в автомобильном транспорте. |
Газовый бензин, содержащий летучие жидкие углеводороды, применяется как добавка к бензинам для лучшего их воспламенения при запуске двигателя. |
Извлекают и
индивидуальные углеводороды – этан, пропан, бутан и другие. Дегидрированием их
получают непредельные углеводороды – этилен, пропилен, бутилен и др.
Попутный нефтяной газ (ПНГ), как ясно из самого названия, является побочным продуктом добычи нефти. Нефть залегает в земле вместе с газом и технически практически невозможно обеспечить добычу исключительно жидкой фазы углеводородного сырья, оставляя газ внутри пласта.
На данном этапе именно газ воспринимается как попутное сырье, так как мировые цены на нефть обуславливают большую ценность именно жидкой фазы. В отличие от газовых месторождений, где все производственные и технические характеристики добычи направлены на извлечение исключительно газообразной фазы (с незначительной примесью газового конденсата), нефтяные промысли не обустроены таким образом, чтобы эффективно вести процесс добычи и утилизации попутного газа.
Далее в этой главнее будут рассмотрены более детально технические и экономические аспекты добычи ПНГ, и исходя из полученных заключений будут выбраны параметры, для которых будет построена эконометрическая модель.
Общая характеристика попутного нефтяного газа
Описание технических аспектов добычи углеводородов начинается с описания условий их залегания.
Сама нефть образуется из органических остатков умерших организмов, оседающих на морском и речном дне. С течением времени вода и ил предохраняли вещество от разложения, и по мере накопления новых слоев давлением на залегающие пласты усиливалось, что в совокупности с температурными и химическими условиями обуславливало образование нефти и природного газа.
Нефть и газ залегают вместе. В условиях большого давления данные вещества скапливаются в порах так называемых материнских пород, и постепенно, проходя процесс непрерывного преобразования, микрокапиллярными силами поднимаются наверх. Но по мере выхода наверх, может образоваться ловушка - когда более плотный пласт накрывает пласт, по которому мигрирует углеводород, и таким образом происходит накапливание. В момент, когда накопилось достаточное количество углеводородов, начинает происходить процесс вытеснения оттуда вначале солёной воды, более тяжёлой, чем нефть. Далее сама нефть отделяется от более лёгкого газа, но при этом часть растворённого газа остаётся в жидкой фракции. Именно отделившаяся вода и газ служат инструментов выталкивания нефти наружу, образуя водо- или газонапорные режимы.
Исходя из условий, глубины залегания и контура территории залегания, разработчик выбирает количество скважин, позволяющее максимизировать добычу.
Основной современный используемый тип бурения - это роторное бурение. В этом случае бурение сопровождается непрерывным подъёмом бурового шлама - фрагментов пласта, отделённых буровым долотом, наружу. При этом, для улучшения условий бурения, используется буровой раствор, зачастую состоящий из смеси химических реагентов. [Грей Форест, 2001]
Состав попутного нефтяного газа будет различаться от месторождения к месторождению - в зависимости от всей геологической истории формирования данных залежей (материнская порода, физико-химические условия и т.д.). В среднем, доля содержания метана в таком газе составляет 70% (для сравнения - природный газ имеет в метан своём составе до 99% объёма). Большое количество примесей создаёт, с одной стороны, трудности для транспортировки газа посредством газотранспортной системы (ГТС), с другой стороны, наличие таких крайне важных составляющих, как этан, пропан, бутан, изобутан и др. делаёт попутный газ крайне желанным сырьём для нефтехимического производства. Для нефтяных месторождений Западной Сибири характерны следующие показатели содержания углеводородов в попутном газе [Популярная нефтехимия, 2011]:
- · Метан 60-70%
- · Этан 5-13%
- · Пропан 10-17%
- · Бутан 8-9%
ТУ 0271-016-00148300-2005 «Газ нефтяной попутный, подлежащий сдаче потребителям» определяет следующие категории ПНГ (по содержанию компонентов C 3 ++, г/м 3):
- · «Тощий» - менее 100
- · «Средний» - 101-200
- · «Жирный» - 201-350
- · Особо жирный - более 351
На следующем рисунке [Филиппов, 2011] указаны основные мероприятия, проводимые с попутным нефтяным газом и эффекты, достигаемые этими мероприятиями.
Рисунок 1 - Основные мероприятия, проводимые с ПНГ и эффекты от них, источник: http://www.avfinfo.ru/page/inzhiniring-002
При добычи нефти и дальнейшей поступенчатой сепарации, выделяющийся газ имеет разный состав - самым первым выделяется газ с высоким содержанием метановой фракции, на следующих ступенях сепарации выделяется газ со всё большим содержание углеводородов более высокого порядка. Факторами, влияющими на выделение попутного газа, является температура и давление.
Для определения содержания попутного газа используется газовый хроматограф. При определении состава попутного газа важно так же обратить внимание на присутствие неуглеводородных компонентов - так, наличие сероводорода в составе ПНГ может негативным образом сказаться на возможности транспортировки газа, так как в трубопроводе могут происходить коррозийные процессы.
Рисунок 2 - Схема подготовки нефти и учёта ПНГ, источник: Энергетический центр Сколково
На рисунке 2 схематически изображён процесс поэтапной доработки нефти с выделением попутного газа. Как видно из рисунка, попутный газ - это в основной своей массе побочный продукт первичной сепарации углеводородного сырья, добываемого из нефтяной скважины. Проблема учёта попутного газа заключается в необходимости установки автоматических учётных приборов на нескольких стадиях сепарации, а в дальнейшем и поставках на утилизацию (ГПЗ, котельные и т.д.).
Основные применяемые установки на объектах добычи [Филиппов, 2009]:
- · Дожимные насосные станции (ДНС)
- · Установки сепарации нефти (УСН)
- · Установки подготовки нефти (УПН)
- · Центральные пункты подготовки нефти (ЦППН)
Количество ступеней зависит от физико-химических свойств попутного газа, в частности от такого фактора, как газосодержание и газовый фактор. Часто газ первой стадии сепарации используется в печах для выработки тепла и подогрева всей массы нефти, с целью увеличение выхода газа на следующих стадиях сепарации. Для движущих механизмов используется электроэнергия, которая так же вырабатывается на промысле, либо используются магистральные электросети. В основном используется газопоршневые элекстростанции (ГПЭС), газотурбинные (ГТС) и дизельгенераторные (ДГУ). Газовые мощности работают на газе первой ступени сепарации, дизельная станция работает на привозном жидком топливе. Конкретный тип электрогенерации выбирается исходя из потребностей и особенностей каждого отдельного проекта. ГТЭС в некоторых случаях может вырабатывать избыточное количество электроэнергии, хватающее на соседние объекты добычи нефти, а в некоторых случаях остатки могут быть проданы на оптовом рынке электроэнергии. При когенерирующем типе производства энергии установки одновременно производят тепло и электроэнергию.
Факельные линии являются обязательным атрибутом любого месторождения. Даже в случае их неиспользования они необходимы для сжигания избытка газа в аварийном случае.
С точки зрения экономики нефтедобычи, инвестиционные процессы в области утилизации попутного газа достаточно инерционны, и ориентируются в первую очередь не на конъюнктуру рынка в краткосрочном периоде, а на совокупность всех экономических и институциональных факторов на достаточно долгосрочном горизонте.
Экономические аспекты добычи углеводородов имеют свою особую специфику. Особенностью нефтедобычи является:
- · Долгосрочный характер ключевых инвестиционных решений
- · Значительные инвестиционные лаги
- · Крупные начальные инвестиции
- · Необратимость начальных инвестиций
- · Естественное снижение добычи во времени
Для того, чтобы оценить эффективность любого проекта, распространённой моделью оценки стоимости бизнеса является оценка NPV.
NPV (Net Present Value) - оценка основывается на том, что все будущие предположительные доходы фирмы будут просуммированы и приведены к нынешней стоимости этих доходов. Одна и та же денежная сумма сегодня и завтра отличается на ставку дисконта (i). Это связано с тем, что в период времени t=0 имеющиеся у нас деньги имеют определённую ценность. В то время как в период времени t=1 на данные денежные средства будет распространена инфляция, будут иметься всевозможные риски и негативные влияния. Все это делает будущие деньги «дешевле», чем нынешние.
Средний срок проекта по добыче нефти может составлять около 30 лет с последующим длительным прекращением добычи, растянутым иногда на десятилетия, что связано с уровнем цен на нефть и с окупаемостью операционных затрат. Причём пика добыча нефти достигает в первые пять лет добычи, а потом, в виду естественного падения добычи, постепенно затухает.
В первые годы компания проводит крупные начальные инвестиции. Но сама добыча начинается только через несколько лет после начала капитальных вложений. Каждая компания стремится минимизировать инвестиционный лаг, чтобы как можно скорее выйти на окупаемость проекта.
Типичный график доходности проекта предоставлен на рисунке 3:
Рисунок 3 - схема NPV для типичного проекта нефтедобычи
На данном рисунке изображено NPV проекта. Максимально отрицательное значение - это показатель MCO (maximum cash outlay), является отображением того, насколько больших инвестиций требует проект. Пересечение графика линии накопленных денежных потоков с осью времени в годах - это точка времени окупаемости проекта. Скорость накопления NPV имеет убывающий характер, в связи как со снижающимся темпом добычи, так и со ставкой дисконта времени.
Помимо капитальных вложений, ежегодно добыча требует операционных затрат. Увеличение операционных затрат, коими могут являться ежегодные технические затраты, связанные с экологическими рисками, уменьшают NPV проекта и увеличивают срок окупаемости проекта.
Таким образом, дополнительные траты на учёт, сбор и утилизацию попутного нефтяного газа могут быть оправданы с точки зрения проекта, только если данные расходы будут увеличивать NPV проекта. В ином случае будет происходить уменьшение привлекательности проекта и, как следствие, либо уменьшение количество реализуемых проектов, либо скорректированы объёмы добычи нефти и газа в рамках одного проекта.
Условно, все проекты по утилизации попутного газа можно разделить на три группы:
- 1. Проект по утилизации сам по себе является прибыльными (с учётом всех экономических и институциональных факторов), и компании не будут нуждаться в дополнительном стимулировании к реализации.
- 2. Проект по утилизации имеет отрицательный ЧДД, при этом кумулятивный ЧДД от всего проекта по нефтедобычи является положительным. Именно на эту группу могут быть сконцентрированы все меры по стимулированию. Общий принцип будет заключаться в том, чтобы создать условия (льготами и штрафами), при которых компании будет выгодно проводить проекты по утилизации, а не платить штрафы. Причём чтобы суммарные затраты на проект не превышали совокупный NPV.
- 3. Проекты по утилизации имеют отрицательный NPV, при этом в случае их реализации общий проект нефтедобычи данного месторождения так же становится убыточным. В таком случае меры по стимулированию либо не будут приводить к уменьшению выбросов (компания будут платить штрафы вплоть до их кумулятивной стоимости, равной ЧДД проекта), либо месторождение будет консервироваться, а лицензия сдаваться.
По данным Энергетического центра Сколково, инвестиционный цикл в области реализации проектов по утилизации ПНГ составляет более 3 лет.
Инвестиции, по данным Минприроды, должны составить около 300 млрд рублей до 2014 года для достижения целевого уровня. Исходя из логики администрирования проектов второго типа, ставки выплат за загрязнения должны быть таковы, чтобы потенциальная стоимость всех выплат была бы выше 300 млрд рублей, а альтернативная стоимость равнялась бы совокупным инвестициям.
Природный газ бывает разных модификаций. Так, он может быть представлен в стандартной форме или же классифицироваться как попутный. Каковы его характеристики в обоих случаях?
В чем особенности попутного газа?
Под попутным природным газом понимается вещество, представляющее собой смесь из широкого спектра углеводородов, которые изначально растворены в нефти. Их получение осуществляется посредством перегонки соответствующего сырья. Попутный газ представлен в основном пропаном, а также изомерами бутана. Иногда продуктом перегонки нефти может становиться метан, этилен. Попутный газ активно применяется в химической промышленности. Он является востребованным сырьем при производстве пластмассовых, каучуковых изделий. Пропан - в числе самых распространенных газов, используемых в качестве автомобильного топлива.
В чем заключается специфика обычного природного газа?
Под природным газом в обычной форме понимается полезное ископаемое, которое добывается из газоносных пластов в готовом виде, не требующем, как правило, глубокой переработки. В некоторых случаях рассматриваемый вид газа может быть в кристаллическом состоянии - в виде газогидратов. Иногда он растворен в нефти либо в воде.
Представлен обычный природный газ чаще всего метаном, иногда - этаном, пропаном, бутаном. В ряде случаев содержит водород, азот, гелий.
Сравнение
Главное отличие попутного газа от природного в том, что первый является продуктом переработки нефти, второй - добывается из недр земли в готовом виде. Отличаются они также по сфере использования, в значительной степени - по химическому составу.
Природный газ в обычной форме чаще всего применяется как топливо для обогрева жилых, промышленных помещений, для обеспечения функционирования электростанций, производственных мощностей на заводах. Но стоит отметить, что и попутный газ (если производящей его компании удается выработать в достаточной мере дешевую технологию его получения) может использоваться в качестве топлива для отопления помещений большой площади и обеспечения работы промышленного оборудования. В свою очередь, обычный природный газ также задействуется в качестве сырья в химической промышленности - например, в производстве ацетилена.
Отобразить более детально, в чем разница между попутным и природным газом, нам поможет небольшая таблица.
В отличие от природного газа попутный нефтяной газ содержит в своем составе кроме метана и этана большую долю пропанов, бутанов и паров более тяжелых углеводородов. Во многих попутных газах, в зависимости от месторождения, содержатся также неуглеводородные компоненты: сероводород и меркаптаны, углекислый газ, азот, гелий и аргон.
При вскрытии нефтяных пластов обычно сначала начинает фонтанировать газ нефтяных «шапок». Впоследствии основную часть добываемого попутного газа составляют газы, растворенные в нефти. Газ газовых «шапок», или свободный газ, является более «легким» по составу (с меньшим содержанием тяжелых углеводородных газов) в отличие от растворенного в нефти газа. Таким образом, начальные стадии освоения месторождений обычно характеризуются большими ежегодными объемами добычи попутного нефтяного газа с большей долей метана в своем составе. При длительной эксплуатации месторождения дебет попутного нефтяного газа сокращается, и большая доля газа приходится на тяжелые составляющие.
Закачка в недра для повышения пластового давления и, тем самым, эффективности добычи нефти. Однако в России, в отличие от ряда зарубежных стран, этот метод за редким исключением не используется, т. к. это высоко затратный процесс.
Использование на местах для выработки электроэнергии, идущей на нужды нефтепромыслов.
При выделении значительных и устойчивых объемов попутного нефтяного газа - использование в качестве топлива на крупных электростанциях, либо для дальнейшей переработки.
Наиболее эффективный способ утилизации попутного нефтяного газа - его переработка на газоперерабатывающих заводах с получением сухого отбензиненного газа (СОГ), широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), сжиженных газов (СУГ) и стабильного газового бензина (СГБ).
Крупная консалтинговая компания в сфере ТЭКа PFC Energy в исследовании "Утилизация попутного нефтяного газа в России" отметила, что оптимальный вариант использования ПНГ зависит от размера месторождения. Так, для малых месторождений наиболее привлекательным вариантом является выработка электроэнергии в малых масштабах для собственных промысловых нужд и нужд других местных потребителей.
Для средних месторождений, по оценкам исследователей, наиболее экономически целесообразным вариантом утилизации попутного нефтяного газа является извлечение сжиженного нефтяного газа на газоперерабатывающем заводе и продажа сжиженного нефтяного газа (СНГ) или нефтехимической продукции и сухого газа.
Для крупных месторождений наиболее привлекательным вариантом является генерирование электроэнергии на крупной электростанции для последующей оптовой продажи в энергосистему.
По мнению экспертов, решение проблемы утилизации попутного газа - это не только вопрос экологии и ресурсосбережения, это еще и потенциальный национальный проект стоимостью 10- 15 млрд долларов. Только утилизация объемов ПНГ позволила бы ежегодно производить до 5- 6 млн тонн жидких углеводородов, 3- 4 млрд кубометров этана, 15- 20 млрд кубометров сухого газа или 60- 70 тысяч ГВт/ч электроэнергии.
Президент РФ Дмитрий Медведев дал поручение правительству РФ принять меры по прекращению практики нерационального использования попутного газа к 1 февраля 2010 года.
Долгое время попутный нефтяной газ не имел никакой ценности. Его считали вредной примесью при добыче нефти и сжигали непосредственно при выходе газа из нефтеносной скважины. Но время шло. Появились новые технологии, которые позволили по-другому взглянуть на ПНГ и его свойства.
Состав
Попутный нефтяной газ располагается в «шапке» нефтеносного пласта - пространстве между грунтом и залежами ископаемой нефти. Также некоторая его часть находится в растворенном состоянии и в самой нефти. По сути, ПНГ тот же природный газ, состав которого обладает большим количеством примесей.
Попутный нефтяной газ отличается большим многообразием содержания разного рода углеводородов. Главным образом это этан, пропан, метан, бутан. Также на его состав приходится и более тяжелые углеводороды: пентан и гексан. Помимо этого, нефтяной газ включает в себя некоторое количество негорючих компонентов: гелий, сероводород, углекислый газ, азот и аргон.
Стоит отметить, что состав попутного нефтяного газа крайне нестабилен. Одно и то же месторождение ПНГ способно в течение нескольких лет заметно поменять процентное содержание тех или иных элементов. Особенно это касается метана и этана. Но даже несмотря на это нефтяной газ высоко энергоемок. Один кубометр ПНГ в зависимости от типа углеводородов, которые входят в его состав, способен выделить от 9 000 до 15 000 ккал энергии, что делает его перспективным для использования в различных секаторах экономики.
По добыче попутного нефтяного газа лидируют Иран, Ирак, Саудовская Аравия, Российская Федерация и прочие страны, в которых сосредоточено основные запасы нефти. На Россию здесь приходится около 50 млрд. кубометров попутного нефтяного газа в год. Половина этого объема идет на нужды производственных сфер, 25% на дополнительную переработку, а остальная часть сжигается.
Очистка
В первозданном виде попутный нефтяной газ не применяется. Его использование становиться возможным только после предварительно очистки. Для этого слои углеводородов, имеющих разную плотность, отделяют друг от друга в специально разработанном для этого оборудовании - многоступенчатый сепаратор давления.
Всем известно, что вода в горах закипает при более низкой температуре. В зависимости от высоты температура кипения ее может опускаться до 95 ºС. Происходит это по причине разницы атмосферного давления. Этот принцип и используется в работе многоступенчатых сепараторов.
Изначально, сепаратор подает давление 30 атмосфер и через определенный промежуток времени постепенно уменьшает его значение с шагом 2-4 атмосферы. Тем самым осуществляется равномерное отделение углеводородов с различной температурой кипения друг от друга. Далее, полученные компоненты отправляют непосредственно на следующий этап очистки на заводы по переработки нефти.
Применение попутного нефтяного газа
Сейчас активно востребован в некоторых сферах производства. Прежде всего, это - химическая промышленность. Для нее ПНГ служит материалом для изготовления пластмассы и резины.
Энергетическая отрасль также неравнодушна к побочному продукту нефтедобычи. ПНГ является сырьем, из которого получают следующие виды топлива:
- Сухой отбензиненный газ.
- Широкая фракция легких углеводородов.
- Газовое моторное топливо.
- Сжиженный нефтяной газ.
- Стабильный газовый бензин.
- Отдельные фракции на основе углерода и водорода: этан, пропан, бутан и прочие газы.
Объемы использования попутного нефтяного газа были бы еще более высокими, если бы не ряд сложностей, которые возникают при его транспортировке:
- Необходимость удаления механических примесей из состава газа. Во время истечения ПНГ из скважины, в газ попадают мельчайшие частицы грунта, которые значительно снижают его транспортные свойства.
- Попутный нефтяной газ должен обязательно пройти процедуру обензинивания. Без этого сжиженная фракция выпадет в осадок в газопроводе во время его транспортировки.
- Состав попутного нефтяного газа должен подвергаться очистке от серы. Повышенное содержание серы является одной из главных причин образования очагов коррозии в трубопроводе.
- Удаление азота и двуокисей углерода для повышения теплотворной способности газа.
В силу выше названых причин долгое время попутный нефтяной газ не подвергали утилизации, а жгли непосредственно возле скважины, где залегала нефть. Особенно, за этим хорошо было наблюдать, пролетая над Сибирью, где постоянно виднелись факелы с отходящими от них черными облаками дыма. Так продолжалось пока в дело не вмешались экологи, осознав весь тот непоправимый вред, который наносится таким образом природе.
Последствия сжигания
Сжигание газа сопровождается активным термическим воздействием на окружающую среду. В радиусе 50-100 метров от непосредственного места горения наблюдается заметное снижение объема растительности, а на расстояние до 10 метров вообще полное ее отсутствие. Связано это главным образом с выгоранием питательных элементов почвы, от которых так зависят разного рода деревья и травы.
Горящий факел служит источником окиси углерода, того самого, который ответственен за разрушение озонового слоя Земли. Помимо всего в газе содержатся сернистый ангидрид и оксид азота. Эти элементы относятся к группе ядовитых веществ для живых организмов.
Так, у людей, проживающих в районах с активной добычей нефти, наблюдается повышенный риск развития разного рода патологий: онкологии, бесплодия, ослабления иммунитета и т.д.
По этой причине в конце 2000-х годов встал остро вопрос об утилизации ПНГ, который мы и рассмотрим ниже.
Способы утилизации попутного нефтяного газа
На данный момент существует множество вариантов удаления отходов нефти без нанесения вреда окружающей среде. Наиболее распространенными из них являются:
- Отправка непосредственно на завод по переработки нефти. Является наиболее оптимальным решением, как с финансовой, так и экологической точки зрения. Но при условии, если уже имеется развитая инфраструктура газопроводов. При ее отсутствии потребуется значительное вложение капитала, что обоснованно только в случае крупных месторождений.
- Утилизация путем использования ПНГ в качестве топлива. Попутный нефтяной газ поставляется электростанциям, где с помощью газовых турбин из него производят электрическую энергию. Минусом такого способа является необходимость установок оборудования для предварительно очистки, а также его транспортировка до пункта назначения.
- Закачка отработанного ПНГ в залегающий пласт нефти, тем самым повышая коэффициент нефтеотдачи скважины. Происходит это за счет увеличения под слоем грунта. Данный вариант отличается простотой реализации и относительно низкой стоимостью используемого оборудования. Минус здесь только один - отсутствие фактической утилизации ПНГ. Происходит только ее отсрочка, но проблема так и остается нерешенной.
Слайд 2
Состав природнго и попутного газов
Природный Основной составной частью природного газа является метан (CH4). Кроме метана в состав природного газа входят его ближайшие гомологи: этан, пропан, бутан. Содержание метана в природном газе обратно пропорционально общей молекулярной массе углеводорода. Различный состав имеет природный газ различных месторождений. Средний его состав следующий: метан-80,97% , этан-0,5-0,4 , пропан-0,2-1,5% , бутан-0,1-1% , пентан 0-1% . На другие газы приходится от 2% до 13% объема. Попутный Основной составной частью попутного газа является метан (CH4). Кроме метана в состав попутного газа входят его ближайшие гомологи: этан, пропан, бутан, гексан, пентан, и другие
Слайд 3
Месторождения
Природный газ Западная Сибирь, Волго-Уральский бассейн, Средняя Азия, Украина, Северный Кавказ Попутный В природе находятся над нефтью или растворены в ней
Слайд 4
Историческое применение природного газа
Первые успешные попытки применения газообразного топлива были предприняты в Древнем Китае не менее чем за 1000 лет до нашей эры: природный газ, добывавшийся при помощи глубоких скважин и перекачивавшийся по бамбуковым трубопроводам, использовался в качестве топлива для выпаривания соли из естественных соляных растворов. Рассмотрим развитие газовой промышленности в нашей стране. В топливном балансе дореволюционной России, природный газ совсем не использовался. Применять природный газ для топлива начали лишь после Великой Октябрьской революции. В послевоенный период в течение ряда лет уровень добычи газа несколько увеличился, но в народном хозяйстве использовался в незначительных объемах.
Слайд 5
В качастве топлива природный газ имеет большие преимущества перед твердым и жидким топливом. Теплота сгорание его значительно выше, при сжигании он не оставляет золы, продукты сгорания значительно более чистые в экологическом отошении. При сгорании природного газа выделяется много теплоты, поэтому он служит энергитически эффективным и дешевым топливом.
Природный газ экологичен!
Слайд 6
Обработка газа
Состав газа специфичен для каждого месторождения. Важнейшей особенностью природного и попутного (т.е сопровождающего нефть) газов является принадлежность их углеводородов к классу алканов, т.е. наименее реакционно-способных углеводородов. Это обстоятельство затрудняет химическую переработку газа. Первая стадия обработки извлеченного из недр газа – осушка. В газоносных пластах всегда содержится влага, которая уносится вместе с отбираемым газом. Водяные пары препятствуют многим последующим технологическим операциям транспорту газа по трубопроводам. В основе осушки газа лежат такие процессы как абсорбция специальными жидкостями (гликолями), адсорбция твердыми поглотителями.
Слайд 7
Очистка газа
Если в газе есть соединения серы, то его нужно как можно полнее освободить от них, так как сероводород и меркаптаны вызывают интенсивную коррозию трубопроводов, обуславливают появление диоксида серы при сжигании газа, отравляют катализаторы химической переработки газа. Для очистки природного газа от сероводорода наиболее широко применяют процесс Клауса: SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O.
Слайд 8
Основные направления химических превращений алканов,
Метан. Газ, основное промышленное сырье для производства водорода. Более 3/4 всего используемого в промышленности водорода получают методом паровой каталитической конверсии метана: CH4 + H2O = CO + 3H2. Половина получаемого из природного газа водорода идет на производство аммиака, поэтому крупнотоннажный синтез аммиака (а вместе с ним и получение минеральных удобрений, азотной кислоты, красителей, взрывчатых веществ) немыслим без природного газа.
Слайд 9
Основные направления химических превращений алканов
Смесь СО и Н2 называют синтез-газом, так как она используется в производствах органического синтеза, в первую очередь, метанола: СО + 2Н2 = СН3ОН. Не менее 2/3 метанола в промышленности получают по этой схеме. Синтез-газ применяют и для получения высших спиртов.
Слайд 10
Значительная часть метана природного газа расходуется на производство ацетилена и сажи. При переработке газа методом окислительного пиролиза идут процессы: 4СН4 + 3О2 = 2С2Н2 + 6Н2О, 2Н2 + О2 = С + 2Н2О.
Слайд 11
Этан.Если природный газ содержит не менее 3% этана, из него выгодно получать этилен. Этилен служит сырьем для производства разнообразных полимерных изделий и полупродуктом в различных органических синтезах Пропан, бутаны и пентаны.Эти предельные углеводороды дегидрируют с получением соответствующих олефинов – сырья для полимеризации.
Слайд 12
Уничтожение попутных газов
Утилизация всех составляющих попутного нефтяного газа должна быть направлена на выcoкoтеxнoлoгичнoе ocвoение меcтopoждений нефти для ликвидации неблагоприятных последствий и возврата в оборот углеводородного сырья. Применение современных технологий позволяет использовать конечный продукт из попутного нефтяного газа, в качестве топлива для получения электроэнергии на газотурбинных электростанциях. Утилизация попутного газа
Слайд 13
Альтернативные источники
Посмотреть все слайды
Природный газ преобладает метан, содержание которого достигает 80-98% Попутные нефтяные газы содержится содержится 30-50% метана, но больше ближайших гомологов - этана, пропана и бутана (до 20% каждого) 30-50% метана, но значительно больше ближайших гомологов - этана, пропана и бутана (до 20% каждого)
Название состав применение Газовый бензин Смесь пентана, гексана и других углеводородов Добавляют к бензину для улучшения запуска двигателя Пропано - бутановая фракция Смесь пропана и бутана Применяют в виде сжиженного газа как топливо Сухой газ По составу схож с природным газом Используют для получения ацетилена, водорода и других веществ, а так же как топлива
Около 90% природных газов используют как топливо и лишь 10% в качестве химического сырья. Из метана получают водород, сажу, ацетилен. Если в газе не менее 3% этана, то его используют для получения этилена. В России действует этанопровод Оренбург Казань, в Казани из этана получают этилен для органического синтеза.
Переработка попутных нефтяных газов. Попутные газы перерабатывают на газоперерабатывающих заводах. Из них получают метан, этан, пропан, бутан и "газовый бензин", содержащий углеводороды с С5 и выше. Этан и пропан подвергают дегидрированию и получают этилен и пропилен. Смесь пропана и бутана ("сжиженный газ") применяют в качестве бытового топлива. Продукт, содержащий легколетучие углеводороды ("газовый бензин"), добавляют к обычному бензину для ускорения его воспламенения при запуске двигателей внутреннего сгорания. Мировой расход нефти на химическую переработку в настоящее время пока составляет около 10 %. Однако около 80 % всех органических веществ, используемых человеком, получают на основе нефти и нефтяных газов.
Слайд 13 из презентации «Природный газ» к урокам химии на тему «Источники углеводородов»Размеры: 960 х 720 пикселей, формат: jpg. Чтобы бесплатно скачать слайд для использования на уроке химии, щёлкните на изображении правой кнопкой мышки и нажмите «Сохранить изображение как...». Скачать всю презентацию «Природный газ.ppt» можно в zip-архиве размером 1504 КБ.
Скачать презентациюИсточники углеводородов
«Применение углеводородов» - Смесь изомерных пентанов и гексанов называется петролейным эфиром и применяется в качестве растворителя. Работа Гончаровой Натальи Ученицы 11 «А» класса Учитель: Попова И.В. Производство пластмасс, каучуков, синтетических волокон, моющих средств и многих других веществ. Применение алканов. Соединения алканов применяются в качестве хладагентов в домашних холодильниках.
«Предельные углеводороды» - 3. Природные источники углеводородов. Что называется углеводородами? Сн4 + 2о2 ? со2 +2н2о + q. Метан – газ, б/ц и б/з, н/р в воде, легче воздуха. Каким общим химическим свойством обладают все углеводороды? Понятие о углеводородах. 2.Предельные углеводороды. 3.Природные источники углеводородов. 4. Вопросы.
«Природный газ» - Природный газ. М.В.Ломоносова, Применение попутного нефтяного газа. Портреты учёных и видных деятелей, которые изучали природные углеводороды. Переработка попутных нефтяных газов. Д.И.Менделеев. Применение природного газа. ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ Тема урока: Природные и попутные нефтяные газы.
«Предельные углеводороды химия» - C3H8. Предельные углеводороды. Этан. Химические свойства. Приведите примеры. Охарактеризуйте физические свойства предельных углеводородов. CH4. Пропан. Такие же углы существуют между четвертым, пятым и другими атомами углерода. Метан. 1. Наиболее характерными реакциями предельных углеводородов являются реакции замещения.
«Химия Углеводороды» - Урок №10. Задача. Обобщение темы «Углеводороды». Определить формулу. Плотность паров вещества по воздуху равна 2,966. Указать условия реакций. 4.Составление таблицы: «Классы углеводородов». При сгорании 8,6г предельного углеводорода получилось 26,4г углекислого газа и 12,6г воды. МОУ СОШ № 5 г. Светлого.