IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

На протяжении многих десятилетий применялась и оправдывала себя традиционная схема организации добычи природного газа на газовых месторождениях, которая показана на рисунке 1.

1 - скважина; 2 - первичный пылеотделитель механических примесей; 3 - сепаратор для улавливания взвешенной влаги; 4 - прибор для измерения количества газа; 5 -коллектор для сбора газа из разных скважин; 6 - устройства для очистки и осушки газа; 7 - магистральный газопровод; 8 - компрессорная станция; 9 - газораспределительная станция (ГРС); 10 и 11 - регуляторы 1-й и 2-й ступени; 12 - одоризатор; 13 - газгольдеры; 14 - газораспределительный трубопровод подачи газа на предприятие; 15 - заводской газорегулировочный пункт (ГРП).

В России построены тысячи километров магистральных газопроводов, которые поставляют природный газ в основные районы страны. И сейчас продолжается строительство магистралей не только для внутренней газификации страны, но и для экспорта.  Но, несмотря на то, что отработанная схема была эффективна длительное время, и повсеместно применяется и в данный момент, необходимо учесть влияние развивающихся технологий ресурсо и энергосбережения. Согласно данным кафедры оптимизации Российского государственного геологоразведочного университета, запасов природного газа в России не так много, и их хватит примерно на 75 лет. Ввиду этого необходимо использовать химический и физический потенциалы природного газа уже с момента добычи.

В данной статье предлагается концептуальная схема криогенно-химического завода для размещения на газовом месторождении. Подобная схема актуальна для газовых и газоконденсатных месторождений с высокой примесью гелия. В качестве примера в статье рассмотрено Ковыктинское газоконденсатное месторождение. Оно расположено в необжитой местности на севере Иркутской области, в 450 км к северо-востоку от Иркутска, на территории Жигаловского и Казачинско-Ленского районов.  Запасы природного газа на месторождении оцениваются в 1,9 трлн кубометров газа, 2,3 млрд кубометров гелия и 115 млн т жидкого газового конденсата.

Табл.1
Компонент	Содержание,%
Метан (СН4)	93,39
Этан (С2Н6)	4,91
Углеводороды (С3-С6)	1,78
Азот (N2)	1,58
Гелий (Не)	0,28

Для более эффективной добычи газа предлагается организовать на месторождении крупное промышленное производство (рис. 2), которое включало бы в себя следующее:

- добыча, очистка и осушка газа;

- криогенный завод для ожижения и разделений газовой смеси с последующим получением различных углеводородов, в том числе сжиженного природного газа (здесь и далее СПГ), жидкого азота, жидкого гелия;

-химический завод, где реализовывался бы процесс окислительной конденсации метана (здесь и далее ОКМ), сырьем для которого является СПГ. В результате ОКМ получается этилен, который является главным сырьем в нефтехимии;

-станция заправки железнодорожных цистерн, для поставки топлива и сырья потребителю.

1 - скважина; 2 - первичный пылеотделитель механических примесей; 3 - сепаратор для улавливания взвешенной влаги; 4 - прибор для измерения количества газа; 5 -коллектор для сбора газа из разных скважин; 6 - Криогенное оборудование для охлаждения и разделения газовой смеси; 7 - криогенный резервуар для хранения жидкого гелия; 8 - Блок осуществления реакции окислительной конденсации метана (ОКМ) с получением этилена; 9 - Изотермический резервуар для хранения СПГ; 10 - Криогенный резервуар для хранения жидкого азота; 11 - Резервуар для хранения жидкого этана; 12 - Резервуар для хранения углеводородов; 13 - Криогенный завод; 14 - Криогенное оборудование для ожижения Не.

На рис.2 остался узел первоначальной очистки и осушки, а также коллектор, что представлены на рис.1. Далее газовая смесь поступает в цех криогенно-химического завода, где производится более тонкая очистка, а затем, постепенно охлаждаясь - конденсирует свои компоненты. Так как составляющие газовой смеси имеют разную температуру конденсации при одинаковом давлении, то возможно разделить природный газ на СН₄, С₂Н₆, углеводороды (С₃-С₆), N₂, He. Этот процесс подобен тому процессу, который происходит в воздухо-разделительной установке (ВРУ).

После разделения компоненты направляются по собственному трубопроводу в криогенные или изотермические резервуары. Для компонентов, имеющих температуру конденсации ниже, чем у СПГ , а именно для азота и гелия, следует при необходимости предусмотреть процессы более глубокого охлаждения, иначе они будут пребывать в газообразном состоянии.

Далее, из резервуаров  полученные газы подаются на станцию заправки, где происходит заправка транспорта, для перевозки полученных веществ. В случае Ковыктинского газоконденсатного месторождения это железнодорожный транспорт с цистернами, оборудованными для перевозки криогенных жидкостей (15-147У, КЦМ - 25/1,6).

Химическая составляющая производства заключается в том, что часть СПГ направляется не на транспортировку к потребителю, а в цех осуществления реакции ОКМ с получением этилена, тогда как в любом другом месте эта реакция была бы нерентабельная ввиду проблематичности получения жидкого метана. Этилен является важнейшим сырьем нефтехимической промышленности, поэтому подобное совмещение производства СПГ и реализации реакции ОКМ оправданно и очень выгодно.

Основными преимуществами подобной организации добычи и переработки природного газа являются следующие:

-использование потенциальной энергии гидростатического давления залегающего природного газа для последующего его охлаждения и перевода в жидкое агрегатное состояние;

-попутное получение важнейшего химического сырья (гелий, азот) в результате ожижения природного газа;

-попутное использование жидкого метана в реакции ОКМ с получением этилена;

-СПГ это не только топливо, но и источник холода. Жидкий метан с температурой кипения в -164 ⁰С при нормальных условиях, является хорошим хладагентом. Поэтому комплексное использование подобного «топлива - хладагента» в определенных процессах делает производство более эффективным.

-для транспортировки СПГ не нужен магистральный газопровод;

-СПГ можно использовать в качестве топлива для авто и железнодорожного транспорта описанного производства.

Использованная литература:

• 1. Бармин И.В., Кунис И.Д., Сжиженный природный газ, вчера, сегодня, завтра. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. - 256 с.: ил.
• 2. Ионин А.А. Газоснабжение: Учебник для вузов - 4-е издание, перераб. и доп. - М. Стройиздат, 1989. - 439 с.: ил. ISBN 5-274-00006-1.
• 3. Аншиц А.Г., Воскресенская Е.Н., Окислительная конденсация метана - новый процесс переработки газа, Красноярский государственный технический университет.
• 4. Arif Habibullah, Peter Lardi, LNG conceptual design strategies.

Код для цитирования: Скопировать