Перспективы применения мембранной технологии для утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ)

Общие сведения

Попутный (нефтяной) газ (ПНГ) – это крайне ценное сырье. В отличие от газов природных горючих, состоящих в основном из метана, ПНГ содержит значительное количество этана, пропана, бутана и др. предельных углеводородов. По геологическим характеристикам различают ПНГ газовых шапок и газы, растворённые в нефти. То есть попутный нефтяной газ представляет собой смесь газов и парообразных углеводородных и не углеводородных компонентов, выделяющихся из нефтяных скважин и из пластовой нефти при её сепарации. В зависимости от района добычи с 1 т нефти получают от 25 до 800 м3 попутного нефтяного газа. Примерный состав ПНГ в приложении 1.

Использование, утилизация. Современное состояние вопроса.

По информации ЦДУ ТЭК количество извлеченного из недр ПНГ в 2006 году составило 57,9 млрд. куб. м и увеличилось по сравнению с 2001 г. (35,9 млрд. куб. м) на 22 млрд. куб. м или в 1,6 раза. В целом по России объем добываемого ПНГ на 1 тонну нефти (газовый фактор) увеличился со 102 куб. м/т до 118 куб. м/т или на 16%. Рост газового фактора, вероятно, объясняется тем, что увеличивается объем добычи нефти из нефтегазовых и нефтегазоконденсатных месторождений.

Использование попутного газа осуществляется в основном по трем направлениям: поставка потребителям, в том числе на газоперерабатывающие заводы (ГПЗ), переработка на станциях компримирования (КС) и для собственных нужд.

Структура расхода и использования извлеченных ресурсов попутного (нефтяного) газа в 2006 г. следующая:

• 61,6% — поставлено потребителям,
• 24,4% — сожжено на факельных установках,
• 12,9% — использовано на собственные нужды,
• 1,4% — потери.

Использование попутного (нефтяного) газа имеет отрицательную динамику, и в относительных объемах сократилось с 80,1% в 2001 г. до 75,6% в 2006 г.

Сжигание попутного газа на факельных установках приводит к значительным потерям ценного химического сырья. По оценкам Минпромэнерго, в 2004 году в составе попутного газа на факельных установках было сожжено 7,1 млн тонн этана, 4,1 млн тонн пропана, 2,6 млн тонн бутана, 13 млн м3 гелия.

Причины нерационального использования ПНГ:

1. Технические. Отсутствие технологий, позволяющих эффективно утилизировать ПНГ (газы обогащены тяжелыми углеводородами, что осложняет их перекачку по трубопроводам)
2. Удаленность потенциальных рынков от мест нефтедобычи. Строительство газопроводов для транспортировки НПГ к заводам отличается высокой капиталоемкостью — по оценке ИК ФИНАМ, 1 км такого трубопровода обойдется в 1,3–1,5 млн долл. Транспортировка ПНГ до газоперерабатывающих предприятий с удаленных месторождений увеличивает себестоимость попутного газа до 30 долл. за 1 тыс. м3, при том, что себестоимость добычи природного газа Газпромом составляет 4–7 долл. за 1 тыс. м3 на выходе из скважины.

Политика РФ по повышению использования ПНГ

Правительство РФ 8 января 2009 года приняло постановление № 7 «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках» со сроком перехода на 95% утилизацию ПНГ в 2012 г. В конце 2007 г. Минпромэнерго предложило закрепить в законе приоритет попутного газа при доступе в Единую систему газоснабжения, причем если мощности трубопроводной системы загружены полностью, то ради попутного газа будет временно сокращаться прием природного газа.

Мембранная технология утилизации ПНГ

Для решения проблемы утилизации ПНГ удачно может быть применен метод мембранного газоразделения, заключающийся в селективном разделении газа на два потока – труднопроникающих и легкопроникающих через мембрану компонентов. Для большинства существующих на рынке полимерных половолоконных мембран и модулей на их основе  характерна более низкая проницаемость по метану, этану, пропану и высшим углеводородам (чем по азоту, кислороду, гелию, диоксиду углерода). Это ведет к тому, что данные компоненты в процессе разделения ПНГ с помощью мембранного метода остаются в непроникшем потоке (ретантате) и выводятся из мембранного модуля с незначительными потерями давления. 

Материал мембран, применяемых для разделения содержащих углеводород газовых смесей стоек к углеводородам и имеет достаточно высокие допустимые значения температур – до +90 ^ОС. При необходимости обогащения углеводородами проникшего потока низкого давления (и  сохранения в ретантате – зоне высокого давления – таких компонентов как азот, кислород, гелий) могут использоваться мембранные аппараты на основе высокоэластических полимерных мембран. Такие мембранные аппараты рулонного типа на базе высокоэластической мембраны ПДМС (полидиметилсилоксан) разрабатываются в том числе и в России, однако, по имеющимся данным, конструкция мембранного модуля несколько неудачна (неравномерность распределения исходного потока по площади мембраны, ведущая к образованию застойных зон). Это негативно отражается на реальной картине разделения и приводит к существенному отклонению основных показателей разделения от расчетных.

Перспективным может оказаться вариант комбинирования мембранного метода с другими методами газоразделения (например, с адсорбционным), когда на первой стадии происходит концентрирование метана мембранным способом, а затем производится  повышение его концентрации до более высоких значений.

Примером достаточно очевидного варианта применения мембранной технологии в контексте тематики является подготовка ПНГ для сжигания на газопоршневых электростанциях, эффективность работы которых напрямую зависит от теплотворной способности топливного газа. Попутные нефтяные газы зачастую содержат большое количество инертных газов и не всегда эффективны для топливных целей. Применение мембранной технологии позволяет значительно повысить концентрацию «топливных компонентов» ПНГ – метана, этана и высших селективно выделив их из потока ПНГ. Одновременно происходит увеличение метанового числа ПНГ, характеризующего детонационную стойкость топливного газа.

Вице-президент ОАО «НК «Роснефть» М.Е. Ставский в обзоре вопроса утилизации ПНГ  в компании обозначил проблему: «На месторождениях Удмуртнефти в добываемом попутном газе содержится до 70% азота. Поэтому в 100 миллионах кубометров попутного нефтяного газа, извлекаемого с нефтью за год, количество углеводородов составляет не более 30 миллионов кубометров. Теплота сгорания газа составляет 2800 ккал на кубический метр, это в три раза меньше допускаемого ГОСТом горючего природного газа для промышленного и коммунально-бытового назначения» Данная проблема может быть вполне успешно решена применением мембранной технологии.

Итоги

Технология мембранной утилизации ПНГ является достаточно новой и поэтому ряд аспектов ее применения недостаточно проработаны. В то же время перспективность технологии разделения посредством полимерных мебран очевидна и при последовательном своём развитии (начиная с этапов НИОКР) может значительно улучшить текущую картину утилизации ПНГ.

Рынок сбыта установок на базе данной технологии должен расти. Положительная динамика роста, на наш взгляд, должна обеспечиваться вводимыми законодательными актами, ужесточающими выбросы ПНГ в атмосферу.

Возврат к списку