Автор:Выпирайко Д.В., Топоров А.А.
Источник:Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Сборник трудов международной научно–практической конференции. Донецк 30–31 мая 2011., – Донецк, ДонНТУ Министерства образования и науки Украины, 2011 – 188–193 с.
Природный газ, нефть и каменный уголь – основной источник углеводородов.
Природный газ широко используют как дешевое топливо с высокой теплотворной способностью (при сжигании 1 куб.м. выделяется до 54 400 кДж).
Это один из лучших видов топлива для бытовых и промышленных нужд. Кроме того, природный газ служит ценным сырьем для химической промышленности. Разработано много способов переработки природных газов, главной задачей этой переработки — превращение предельных углеводородов в более активные — непредельные, которые затем переводят в синтетические полимеры (каучук, пластмассы). Кроме того, окислением углеводородов получают органические кислоты, спирты и другие продукты. Также из газа получают огромное количество других полезных продуктов, таких как: гелий, серу, кетоны (ацетон, метилэтилкетон) эфиры, в том числе метилтретбутиловый эфир, бензол (толуол, этилбензол, стирол, кумол).
Природный газ находится в земле на глубине от 1000 метров до нескольких километров. В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине.
Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи. Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное. Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.
При добыче природного газа, содержащего сероводород, необходимо решить специфические проблемы для обеспечения безаварийной, надежной и эффективной эксплуатации месторождений. Перед подачей газа на очистку, например аминовую, из газа должны быть извлечены тяжелые углеводороды, чтобы избежать в работе установки очистки от кислых примесей.
Для облегчения транспортировки и хранения природного газа его сжижают, охлаждая при повышенном давлении, а также сжимают.
В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атмосфер движется по трубам диаметром до 1,4 метра. По мере продвижения газа по газопроводу он теряет энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ дожимается до 75 атм. Сооружение и обслуживание нефтепровода весьма дорогостояще, но тем не менее — это наиболее дешёвый способ транспортировки газа.
Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке конечному пользователю — химический завод, котельная, городские газовые сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нём кроме целевых компонентов примесей, вызывающих затруднения при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащейся в газе, при определённых условиях могут образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (изгиб газопровода), мешая продвижению газа; сероводород вызывает сильную коррозию газового оборудования (трубы, ёмкости теплообменников и т. д.).
Помимо подготовки самого газа, необходимо подготовить и газопровод. Широкое применение здесь находят азотные установки, которые применяются для создания инертной среды в газопроводе.
Газ подготавливают по различным схемам. Согласно одной из них, в непосредственной близости от месторождения сооружается установка комплексной подготовки газа (УКПГ), на котором производится очистка и осушка газа.
Если газ содержит в большом количестве гелий либо сероводород, то газ обрабатывают на газоперерабатывающем заводе, где выделяют гелий и серу.
Переработка природного газа представляет собой многоплановый комплексный процесс, который осуществляется в условиях непрерывного изменения состава сырья в результате снижения пластового давления при длительной эксплуатации скважин. Изменение состава сырья неизбежно приводит к реконструкции как промысловых установок комплексной подготовки газа (УКПГ), так и основных процессов на газоперерабатывающих заводах (ГПЗ).
На начальных этапах эксплуатации газоконденсатных месторождений давление на входе на УКПГ значительно превышает давление, необходимое для подачи в магистральные трубопроводы. Избыточное давления газа используется для получения низких температур, необходимых для отделения конденсата методом низкотемпературной сепарации (НТС).
Низкотемпературной сепарацией называется процесс извлечение жидких углеводородов из газов путем однократной конденсации при пониженных температурах с разделением равновесных газов и жидкой фазы.
Типичная схема установки низкотемпературной сепарации (УНТС) представлена на рис. 1. Сырой газ со скважин поступает на первую ступень сепарации 1, где отделяется жидкая фаза (пластовая вода с растворенными ингибиторами и сконденсировавшийся углеводородный конденсат). Отсепарированный газ направляется в рекуперативные теплообменники 2 и 3 для рекуперации холода с дросселированных потоков газа и конденсата. Для предупреждения гидратообразования в поток газа перед теплообменниками впрыскивают моно, диэтилен – гликоль (ДЕГ) или метанол. При наличии свободного перепада давления (избыточного давления промыслового газа) охлажденный газ из теплообменников поступает в расширительное устройство — дроссель или детандер. При отсутствии свободного перепада давления газ направляют в испаритель холодильного цикла, где используется внешний хладагент, например сжиженный пропан. После охлаждения в расширительном устройстве или испарителе газ поступает в низкотемпературный сепаратор 5, где из потока газа отделяются сконденсировавшиеся жидкие углеводороды и водный раствор ингибитора гидратообразования. Газ из сепаратора 5 через теплообменник 2 подается в магистральный газопровод. Жидкая фаза через дроссель 4 поступает в трехфазный сепаратор 6, откуда газ выветривания эжектором возвращается в основной поток. Водный раствор ингибитора, выводимый снизу сепаратора 6, направляется на регенерацию, а выветренный конденсат через теплообменник 3 — на стабилизацию на установку стабилизации конденсата (УСК).
Рисунок 1 – Принципиальная технологическая схема установки низкотемпературной сепарации газа: 1 – сепаратор; 2, 3 – рекуперативный теплообменник; 4 – дроссель; 5 – низкотемпературный сепаратор; 6 – трехфазный сепаратор
Несмотря на преимущества использования природного газа перед другими видами топлива, количество вредных веществ, поступающих в окружающую среду при его использовании, остается достаточно большим, что приводит к существенным изменениям в атмосфере, поверхностных водотоках, водое¬мах, подземных водоносных горизонтах, почвах и растениях.
При эксплуатации газотранспортных объектов следует выделить два основ¬ных источника загрязнений – линейная часть газопровода и компрессорные станции.
Компрессорные станции поставляют в воздушную среду большую часть оксида и диоксида азота, оксида углерода. Снижение их содержания в воздухе – главная задача в газовой отрасли. Отсюда необходимо обеспечение герметичности всех систем, сокращение аварийных ситуаций, что связано с уменьшением потерь газа, и, следовательно, негативного воздействия на окружающую среду.
Значительная часть загрязняющих атмосферу веществ на компрессорных станциях выделяется при работе газоперекачивающих агрегатов и составляет 98%, а остальные 2% – продукты сжигания газа при работе котельных и электростанций. Большое (до 2200 м3 газа) количество газа выбрасывается в атмосферу через “свечу” при остановках и пусках газоперекачивающих агрегатов. Кроме этого, поте¬ри газа на компрессорных станциях (до 10 тыс. м3 в летний период) происходят при продувках пылеуловителей.
Компрессорные станции поставляют в атмосферу большое количество окси¬дов азота и углерода, которые поступают от топливоиспользующего оборудования. При содержании в газе соединений серы в состав выбросов входят сероводород и диоксид серы.
Мощный парк газоперекачивающих аппаратов и установок участвует в общем вкладе загрязнения воздушного бассейна и в изменении природных условий. Постоянно выделяющиеся загрязняющие вещества рассредотачиваются воздушными потоками на большие расстояния.
Перечень ссылок
1. Ширковский А. И., Смирнов А. С. Геология черного золота и газа – М., 1968 – 256с.;
2. Базлов М. Н., Жуков А. И., Алексеев Т. С. Подготовка природного газа и конденсата к транспорту – М., 1968 – 184 с.
3. Еременко В.К. Газовые месторождения СССР. Справочник, 2 изд. – М., 1968 – 341 с.
4. Гудков С.Ф. Переработка углеводородов природных и попутных газов – М., 1960 – 285 с.
5. Коротаев Ю. П., Полянскии А. П. Добыча и транспорт газа – М., 1957 – 261 с.
6. Гриценко A. И., Александров И. A., Галанин И. A. Физические методы переработки и использование газа – M., 1981 – 213с.