Разница между попутным и природным газом

Попутный нефтяной газ, состав, использование и переработка

Попутный нефтяной газ – это полезное ископаемое, природный углеводородный газ, растворенный в нефти или находящийся в «шапках» нефтяных и газоконденсатных месторождений.

Попутный нефтяной газ

Химический состав попутного нефтяного газа

Получение и добыча попутного нефтяного газа

Переработка, использование и применение попутного нефтяного газа

Утилизация и сжигание попутного нефтяного газа

Другие виды топлива: биодизель, биотопливо, газойль, горючие сланцы, лигроин, мазут, нефть, попутный нефтяной газ, природный газ, свалочный газ, сланцевая нефть, сланцевый газ, синтез-газ

Попутный нефтяной газ:

Попутный нефтяной газ – это полезное ископаемое, природный углеводородный газ, растворенный в нефти или находящийся в «шапках» нефтяных и газоконденсатных месторождений.

Для обозначения попутного нефтяного газа используют аббревиатуру ПНГ.

В английском языке попутный нефтяной газ называется как «associated petroleum gas», сокращённо – APG. В дословном переводе означает «связанный, объединённый нефтяной газ».

Попутный нефтяной газ, как и природный газ, – это смесь газов и парообразных углеводородных и неуглеводородных компонентов.

По сути, попутный нефтяной газ этот тот же самый природный газ, но с большим количеством примесей. Поэтому по своим физическим свойствам попутный нефтяной газ аналогичен природному газу.

ПНГ не имеет ни цвета, ни запаха. Легче воздуха в 1,8 раза. Горюч и взрывоопасен. При утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.

Попутный нефтяной газ растворен в самой нефти, а также находится в пространстве между горной породой и залежами нефти, именуемой «шапкой».  При вскрытии нефтяных пластов обычно сначала начинает фонтанировать газ нефтяных шапок. Впоследствии основную часть добываемого ПНГ составляют газы, растворенные в нефти.

ПНГ является побочным продуктом при добыче нефти. Так, только на одну тонну извлекаемой нефти в зависимости от района добычи и месторождения приходится от 25 до 800 м3 извлекаемого ПНГ.

Долгое время его считали вредной примесью нефти, и ПНГ просто сжигался непосредственно в месте добычи нефти на нефтеносной скважине, загрязняя окружающую среду.

Однако не так давно признали, что попутный нефтяной газ, хотя и сопутствует добыче нефти, является ценным сырьем для дальнейшей переработки.

Поэтому нефтяные компании стали все больше уделять внимание рациональному использованию попутного газа.

Попутный нефтяной газ подразделяется на:

– типы – по содержанию целевых компонентов – углеводородов от С3 и выше: тощий, средний, жирный и особо жирный,

– классы – по содержанию содержанию сернистых соединений: бессернистый, малосернистый, сернистый и высокосернистый,

– группы – по содержанию негорючих компонентов: безбалластный, малобалластный, среднебалластный и высокобалластный,

– виды – по содержанию механических примесей: чистый, слабозагрязненный, загрязненный и сильнозагрязненный.

Химический состав попутного нефтяного газа:

Попутный нефтяной газ, как и природный газ, является газообразной смесью углеводородных и неуглеводородных компонентов.

Его состав разнится от месторождения к месторождению, от характера самого месторождения, от стадии освоения месторождения. Кроме того, одно и то же месторождение в течение нескольких лет способно существенно поменять процентное соотношение входящих в него компонентов.

Попутный нефтяной газ, находящийся в газовых «шапках» и извлекаемый в начале эксплуатации месторождения, является более «легким» по составу (с большим содержанием метана и с меньшей долей – тяжелых углеводородных газов) в отличие от растворенного в нефти газа.

В дальнейшем при эксплуатации месторождения газ из газовых шапок сокращается и уступает место растворенному в нефти попутному газу, содержащему большую долю тяжелых углеводородов.

Так как попутный газ извлекается из нефти (или газового конденсата) при ее (его) сепарации (3 ступени), то состав получаемого попутного нефтяного газа также будет отличаться после каждой ступени сепарации.

Возможны как сезонные, так и разовые колебания состава ПНГ.

Углеводородные компоненты попутного нефтяного газа представлены метаном СН4 и его гомологами: этаном С2Н6, пропаном С3Н8, бутаном С4Н10, пентаном С5Н12, гексаном С6Н14, гептаном С7Н16, октаном С8Н18, нонаном С9Н20, деканом С10Н22 и т.д. вплоть до доказана С22Н46.

Неуглеводородные компоненты попутного нефтяного газа: Ar, H2, He, N2, H2S, водяные пары – H2O, CO, CO2 и пр. серосодержащие соединения и инертные газы.

От обычного природного газа ПНГ отличается большим разнообразием и большой долей содержащихся в нем тяжелых углеводородов.

Примерный состав попутного нефтяного газа, извлекаемого из нефтяного месторождения, приведен ниже в таблице.

Состав	% объема*
Метан	45,6
Этан	16,6
Пропан	21,1
Бутан	7,8
Пентан	3,7
Гексан	1,1
Гептан	0,4
Прочие тяжелые углеводороды	3,2
Прочие примеси	0,5

* В таблице приведен один из примеров. Реальный состав добываемого ПНГ из конкретного нефтяного месторождения может существенно отличаться от приведенного примера.

Таким образом, получается, что ПНГ, извлекаемый из нефтяного месторождения в представленном примере, – это жирный (сырой) природный газ.

В газонефтяных и нефтегазоконденсатных месторождениях доля метана значительно больше, а доля тяжелых углеводородов соответственно меньше.

Добыча попутного нефтяного газа осуществляется на любой стадии добычи и переработки нефти. Эта особенность обусловлена неразрывной связью ПНГ с нефтью.

В первую очередь извлекается попутный нефтяной газ, который содержится в нефтяных «шапках». Он сам выходит из скважины из-за разницы давления. После этого, происходит извлечение газа из самой нефти путем ее сепарации на специальных установках – многоступенчатых сепараторах за счет различного давления и температуры.

Извлеченный из нефти попутный нефтяной газ представляет собой смесь различных легких и тяжелых углеводородов, а также механических примесей (частиц пыли и грунта). Причем доля тяжелых углеводородов высока, а механические и неуглеводородные примеси снижают функциональные свойства ПНГ.

В первозданном виде ПНГ практически не применяется (если не рассматривать его обратную закачку в нефтяной пласт).

Чтобы использовать ПНГ по назначению, необходимо удалить механические примеси, серу, двуокись углерода, азот и извлечь из него тяжелые углеводородные фракции.

Достигается это различными способами:  с помощью криогенной, мембранной, адсорбционной технологий или с помощью технологии 3s сепарации.

Конечными продуктами переработки ПНГ являются природный газ, сухой отбензиненный газ, сжиженный газ, газовый конденсат, широкая фракция легких углеводородов, стабильный газовый бензин, газовое моторное топливо, отдельные фракции тяжелых углеводородов.

Соответственно они могут быть использованы следующим образом:

– в качестве топлива, в т.ч. для выработки электроэнергии на энергетических установках,

– как ценное химическое сырье в химической, нефтехимической и фармацевтической промышленности.

Кроме того, попутный нефтяной газ может быть использован путем его обратной закачки в нефтеносный пласт с целью интенсификации нефтеотдачи. К сожалению, после извлечения нефти и этот закаченный газ также следует переработать, т.к. обратная закачка лишь отсрочивает проблему утилизации и рационального использования газа.

Оптимальный вариант применения попутного нефтяного газа зависит от размера месторождения: малого, среднего или крупного, от доступа к транспортной инфраструктуре или наличия модульных мобильных установок очистки, переработки и сжижения газа.

Утилизация и сжигание попутного нефтяного газа:

Сжигание попутного нефтяного газа в факелах нефтеносных скважин не только причиняет непоправимый вред окружающей среде, нарушает экологическую обстановку в нефтепромысловых районах и в целом по всем мире, но и приводит к существенным экономическим потерям, составляющим сотни миллиардов рублей в год.

Во-первых, при сжигании газа помимо диоксида углерода образуется твердые отходы  в виде активной сажи, объем которой за год накапливается до 0,5 миллионов тонн.

Во-вторых, при сжигании газа образуется лишний СО2, который увеличивает количество парниковых газов на планете Земля.

В-третьих, метан, содержащийся в ПНГ, полностью не сгорает при сжигании. В итоге он попадает в атмосферу и еще больше способствует росту парникового эффекта.  Помимо несгоревшего метана в атмосферу попадают окись азота, сернистый ангидрид и прочие несгоревшие тяжелые углеводороды, опасные для человека, растений и животных.

В-четвертых, вокруг факела нефтеносной скважины радиус термического разрушения почв колеблется в пределах 10-25 метров, растительности – от 50 до 150 метров.

В итоге, такое нерациональное использование – утилизация попутного нефтяного газа приводит к значительным выбросам твердых загрязняющих веществ, к ухудшению экологической обстановки в нефтепромысловых районах и во всем мире, к увеличению заболеваемости местного населения: раком легких, бронхов, поражениям печени и желудочно-кишечного тракта, нервной системы, зрения.

Постановлением Правительства России от 8 января 2009 г.

№ 7 «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках» был установлен целевой показатель сжигания попутного нефтяного газа в размере не более 5 процентов от объема добытого попутного нефтяного газа. По предварительным оценкам экспертов ежегодно в России сжигается порядка 25 миллиардов м3 попутного нефтяного газа. Хотя и эта цифра может быть существенно занижена из-за отсутствия на многих месторождениях узлов учета газа.

Другие виды топлива:

– биодизель,

– биотопливо,

– газойль,

– горючие сланцы,

– лигроин,

– мазут,

– нефть,

– попутный нефтяной газ,

– природный газ,

– свалочный газ,

– сланцевая нефть,

– сланцевый газ,

– синтез-газ.

Примечание: © Фото //www.pexels.com, //pixabay.com

карта сайта

состав применение свойства очистка продукты месторождение фракции утилизация факел добыча использование проблема получение способы переработки компоненты формула переработка подготовка расчет сжигание попутного нефтяного газа в факелах
тема пнг попутный нефтяной газ состав презентация и применение в россии продукты переработки физические свойства доклад атмосфера реферат кратко таблица
характеристика попутных нефтяных газов

Попутный нефтяной газ: состав, способы получения, утилизации

В богатой полезными ископаемыми России только в 21 веке стали серьезно заниматься утилизацией и использованием попутного нефтяного газа (ПНГ). Природный газ отличается от попутного нефтяного отсутствием целого спектра полезных составляющих, применяемых в промышленности.

Состав попутного нефтяного газа

Добыча нефти сопровождается выделением попутных газов. В состав попутного нефтяного газа по разным типам месторождения входят следующие вещества:

• в нефтяном месторождении из общего объема ПНГ почти 2/3 приходятся на метан, около 8% — на этан, 17 %- пропан, 8% — бутан и его производные;
• газонефтяном месторождении доля метана еще выше — до 89 процентов.

После прохождения трех этапов сепарации ПНГ легкий метан испаряется, но становятся пригодными к использованию другие ценные компоненты: пентан, гексан, гептан, бензол.

Наличие большого спектра компонентов и изменяющимся основные свойства ПНГ не позволяют определить его точную химическую формулу.

По основным компонентам формула попутного нефтяного газа будет иметь вид:

CH4 + C2H6+C3H8+C4H10+C5H12+N2  ( метан+этан+пропан+бутан+пентан+азот).

Физические свойства попутного газа не отличаются стабильностью. Он относится к жирному типу газа, плотнее обычного природного газа.

Пример компонентного состава ПНГ

Поэтапно просепарированный ПНГ из нефтяного месторождения достигает плотности на 1 кубометр до 2700 грамм или почти 2 кг чистого углеводорода. На третьей ступени сепарации он содержит 23% пентана и его производных, 19% — метана, 17% — гексанов, 12% бутана и его соединений, 5% этана, 4,5 % — пропана, 4% — октана.

После проведения необходимых технологических операций (осушки, очистки от серы и углекислого газа, удаления механических примесей, компримирования) полученные газовые компоненты используются для промышленного назначения и используется как топливо для получения электрической энергии.

Основные отличительные свойства ПНГ- более высокая плотность, вязкость, сжимаемость по сравнению с обычным природным газом.

Получение

Где встречается попутный нефтяной газ? В первозданном виде ПНГ поступает из нефтяной или нефтегазовой скважины в центральный пункт подготовки нефти. После этого с помощью специального оборудования начинается подготовка попутного нефтяного газа к использованию.

  Газ после осушки, очистки от серы, углекислого газа и сепарирования поступает в специальные хранилища, на электростанции, в котельные.

С помощью вакуумных компрессорных установок, газолифтных систем его предварительно компримируют – увеличивают плотность с одновременным удалением примесей.

Для получения промышленного ПНГ используются:

• маслосистемы с фильтрами тонкой очистки;
• специальная система теплообмена;
• газодожимное оборудование низкого давления;
• установки комплексной подготовки газа.

С помощью газомасляного сепаратора, фильтров – скруберов осуществляется удаление механических примесей.

Способы разделения

Для выделения отдельных составляющих ПНГ на нефтяных месторождениях чаще всего применяется компрессионный и адсорбционный способы разделения и переработки попутного нефтяного газа.

  Компоненты добытой газовой смеси в разной мере способны к сопротивлению воздействию пара. По плотности попутный нефтяной газ разделяют на тяжелую и легкую фракцию.

Более тяжелые углеводороды отделяются, оставшаяся фракция легких углеводородов сжижается и может закачиваться в трубы для подачи на тепловые электростанции.

При применении адсорбционной технологии используется принцип короткоцикловой адсорбции. При прохождении газовой смеси через попеременно функционирующие адсорберы, наполненные углеродным молекулярным ситом (УМС), газы разделяются на фракции.

Какие фракции выделяют из попутного нефтяного газа? На завершающей стадии переработки ПНГ – ректификации, он разделяется на фракции:

• метановую;
• пропановую;
• бутан-бутиленовую;
• этиленовую;
• пропиленовую;
• амилен-бензольную.

Точный состав и количество фракций разделения зависит от применяемой технологии (компрессионной ректификации, адсорбционный метод Воронова, мембранный способ).

Технологии утилизации ПНГ

С 2009 года в России принято решение о прекращении «выбрасывания ПНГ на ветер» путем его факельного сгорания, сопровождающегося экологическим загрязнением. Перед нефтедобытчиками поставлена задача полезной переработки и цивилизованной утилизации попутного нефтяного газа.  Учеными разработаны десятки способов эффективной переработки ПНГ. Нефтяники применяют несколько основных методов:

• выработка электрической энергии. С помощью установленного на нефтяных месторождениях оборудования (сепараторов, компрессоров, ректификационных колонок, насосов) осуществляется осушка, сепарирование поступившей из скважин газовой смеси. Уже после первичного сепарирования ПНГ готов для использования в качестве топлива на электростанциях, а также в газотурбинных установках;
• использование сайклинг-процесса для повторной закачки газовой смеси в так называемую «шапку» месторождения для поднятия давления внутри пласта;
• подача нефтегазовой смеси на переработку в газоперерабатывающих заводах или в сооруженные непосредственно на месторождениях мини-ГПЗ;
• после установки специального оборудования, включающего кроме сепараторов и компрессоров, каталитические реакторы, теплообменники проводится химическая переработка ПНГ с получением синтетических углеводородов.

Группой ученых Томского госуниверситета разработана и испытана на практике инновационная технология беспламенного сжигания попутного газа. После прохождения через катализаторы при температуре 650 градусов ПНГ окисляется, превращаясь в воду и углекислый газ.

Еще одним видом  использования попутного нефтяного газа является применение его компонентов в качестве сырья для производства каучука, пластмасс, химических соединений пропилена, бутадиена.

Мембранное газоразделение

Наиболее эффективным методом газоразделения ПНГ признан мембранный способ. Газовая смесь подается в газоразделительную мембрану, изготовленную из прочных полимеров. Некоторые компоненты смеси быстрее проникают через мембрану и образуют поток пермеата. Медленные газы образуют остаточный поток. Потоки направляются в разные емкости для дальнейшего использования.

Выводы

Применение попутного нефтяного газа как топлива для ТЭЦ, товарного сжиженного нефтяного газа, источника получения бутана, гексана, пропана, бензола приносят переработчикам экономическую выгоду и значительно улучшает экологическую ситуацию в нефтяных регионах после отказа от сжигания попутного нефтяного газа. Получение дополнительных продуктов переработки попутного нефтяного газа одновременно избавляет нефтяников от штрафов за загрязнение окружающей среды.

 Интересные факты

1. По оценкам экспертов за период разработки и промышленной эксплуатации нефтяных скважин только в Тюменском регионе сожжено в горящих красивых факелах свыше 200 млрд. кубических метров ПНГ, в атмосферу выброшено до 20 млн. тонн вредных веществ.
2. За период с 2014 по 2016 года в России наблюдается стабильный прирост добычи попутного нефтяного газа с 72,5 млрд. кубов до 83,3 млрд. кубометров. В 2017 года показатель вырос до 85,4 кубометра. Ежегодный прирост по сравнению с 2014 годом составил более 17%. В I полугодии 2018 года добыча природного и попутного нефтяного газа в России выросла на 6,5 процента.
3. В 2017 году коэффициент полезной утилизации ПНГ в России повысился до 90%, а в «Сургутнефтегазе» — превышает 99%.

Сжигание попутного газа

В России попутный нефтяной газ начали сжигать на факелах в 1960-е годы – во время череды открытий крупных залежей нефти в Западной Сибири. Сегодня, спустя десятки лет, этот метод утилизации признан самым неэффективным и опасным для экологии, но продолжает применяться во всём мире до сих пор.

Что такое попутный газ?

Попутный газ представляет собой смесь газов и разнообразных элементов. Он залегает в виде газовых «шапок» над месторождением, либо содержится в растворённом состоянии непосредственно нефти. Газ данного типа выделяется при снижении давления в процессе извлечения углеводородов или их перегонки.

Чем попутный нефтяной газ отличается от природного газа? По большей части, состав природного и попутного газа в целом одинаков.

Разница состоит лишь в том, что природный газ добывается напрямую из газовых залежей и состоит преимущественно из метана, а ПНГ фактически является второстепенным продуктом добычи и характеризуется большей концентрацией примесей.

ПНГ – природный источник целого ряда элементов, соотношение которых варьируется в зависимости от особенностей формирования углеводородных залежей и, следовательно, типа месторождения.

Ключевые компоненты ПНГ: метан, этан, пентан, бутан, гексан и пр. В состав попутного газа также входят водяные пары, инертные газы, азот, диоксид углерода, гелий и другие.

«Второстепенный продукт» нефти зачастую выходит под разным давлением, и его параметры при извлечении имеют свойство меняться.

Объёмы ПНГ также варьируются исходя из условий формирования нефтяных залежей и их территориального расположения. В одной тонне извлекаемой нефти может содержаться и один кубометр, и тысячи кубометров газа.

Сжигание ПНГ

Полученный в результате нефтедобычи газ обязательно подвергается либо утилизации, либо переработке (глубокой или не глубокой). Обычный выпуск в атмосферу ПНГ вредит экологии – более того, газ может легко загореться или даже взорваться.

Один из простейших способов утилизации – сжигание попутного нефтяного газа в факелах. На производственной площадке месторождения устанавливаются факельные установки. К ним подводятся трубопроводы, по которым ПНГ подаётся по трубопроводам к факельной трубе – в ней и проходит процесс сжигания.

Газовый факел в Ливии

Факельные установки бывают двух типов – открытого и закрытого. В открытой факельной системе газ выходит через вертикальный ствол высотой до 4 метров.

Факельные системы закрытого типа (наземные факелы) чаще всего представляют собой мобильные горизонтальные установки, размещённые на треногах. При сжигании в них ПНГ не выделяется дым и пар, отсутствует запах, шум, тепловой шлейф, а также нет видимого пламени.  
Строительство факельной системы закрытого типа на Московском НПЗ

Перед подачей в факельную систему для более эффективного сжигания осуществляют подготовку попутного нефтяного газа. Его очищают от тяжёлых углеводородов, влаги, солей, сероводорода и других примесей – для предотвращения попадания лишних составляющих в промысловый факел.

В частности, обезвоживание газа избавляет от образования кристаллогидратов, очистка от тяжёлых углеводородов позволяет избежать жидкостных пробок, а отсутствие сероводорода и двуокиси углерода предупреждает образование коррозий на оборудовании.

Несмотря на должную подготовку, горение ПНГ – весьма опасный процесс. Во-первых, данный процесс характеризуется высокой степенью взрывоопасности – как минимум, из-за наличия открытого пламени.

Вероятность взрыва также резко возрастает в случае, если в факел попадает газ, смешанный с атмосферным воздухом. Кислород может попасть в ствол установки во время сильных ветров либо в результате низкой скорости потока сбрасываемого в факел ПНГ.

Во-вторых, из-за неравномерного горения усиливаются шумы, исходящие от факельной установки. Помимо этого, шум возникает при сбросе газа в факелы и в результате подачи воды или водяного пара в горелку (в закрытых «бездымных» установках).

И, в-третьих, в процессе горения газа от факельных установок исходит тепловое излучение с большим объёмом выбросов опасных веществ.

В экологическом аспекте

Ни для кого не секрет, что от сжигания попутного нефтяного газа в атмосферу попадает огромное количество выбросов СО2 и других вредных веществ.

В России, как и во всём мире, этой проблеме раньше не уделяли должного внимания. Например, в нашей стране вопрос о необходимости контроля за сжиганием ПНГ встал чуть более 10 лет назад.

Так, если в 1995 году объёмы добычи попутного газа в РФ составляли 25 млрд м3, то в 2007 году – уже 48,6 м3. С увеличением объёмов увеличились объёмы сжигания и, как следствие, вредные выбросы в атмосферу.

В 2010 году только 30% попутного газа направлялось на переработку, остальные 70% российские нефтяные компании утилизировали в факельных системах.

В 2011 году в мире факельным сжиганием было утилизировано 140 млрд м3 газа, из которых 26,7% приходилось на Россию. За 2012 год нефтяные компании России сожгли около 17 млрд м3 ПНГ (под данным ЦДУ ТЭК).

По данным Гринписа за 2012 год, на территории нашей страны из-за сжигания ПНГ в окружающую среду попадало практически 100 млн т углекислого газа в год.

allthecities.com

Для регулирования объёмов выбросов углекислого газа ПНГ в России разработали постановление «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках».

Согласно документу, вступившему в силу в 2012 году и действующему до сих пор, нефтяные компании имеют право сжигать максимум 5% от общего объёма полученного попутного газа. Таким образом, подавляющее большинство ПНГ должно быть утилизировано другими, более экологичными способами.

За превышение указанной нормы в отношении компании применяется дополнительный штрафной коэффициент, а за неимением средств измерения и учёта объёмов ПНГ он увеличивается до 6.

Уже к 2015 году доля утилизации ПНГ увеличилась до 86%. Несмотря на постепенное улучшение ситуации, объёмы сжигания остаются относительно высокими. Так, по итогам 2018 года в РФ сожгли 21,3 млрд м3 газа.

Опять же, если брать во внимание тот факт, что официальные данные не учитывают все факельные сжигания (хотя бы из-за отсутствия систем учёта ПНГ у некоторых нефтяных компаний), цифры могут быть на порядок выше.

Способ утилизации попутного нефтяного газа путём сжигания не только вредит экологии, но и является самым нерациональным с точки зрения выгоды, ведь ПНГ из ценного энергоресурса попросту «превращается» в отходы производства.

Бесспорно, изначально установка факельной системы требует минимальных вложений, но в долгосрочной перспективе куда больший экономический эффект и меньший объём выбросов дают альтернативные способы утилизации – закачка в нефтяные пласты, газотранспортные системы, неглубокая и глубокая переработка и прочее.

Сегодня крупные нефтяные компании медленно, но верно приближаются к 95-процентной утилизации «отходного производства». Но российская нефтяная отрасль в целом ещё долго не сможет полностью отказаться от сжигания ПНГ.

В основном данный метод вынуждены использовать малые и средние нефтяные предприятия: часть из них продолжает сжигать ПНГ сверх установленной нормы и платить штрафы за экологический ущерб – из-за отсутствия возможности внедрения других способов утилизации.

Природный газ – состав, свойства, нахождение в природе

Природный газ – полезное ископаемое, представляющее собой смесь газообразных углеводородов природного происхождения, состоящую главным образом из метана и примесей других алканов. Иногда в составе также присутствует некоторое количество углекислого газа, азота, сероводорода и гелия.

Вследствие своего состава природный газ представляет собой чрезвычайно ценное сырье, из которого выделяют отдельные компоненты или более простые смеси.

Месторождения природного газа

В природе газ может находиться в следующих формах:

• Газовые залежи в пластах некоторых горных пород. Залежи газообразных углеводородов как правило сосредоточены на глубине от 1000 м. Вопреки распространенному мнению, газ в таких залежах находится не в объемных пустотах, а преимущественно в мелких трещинах, микроскопических порах и каналах горных пород, например, песчаника. В составе такого газа преобладают низшие алканы: метан и этан. Крупнейшие запасы природного газа сосредоточены в России (Уренгойское месторождение), большинстве стран Персидского залива, США и Канаде.
• Газовые шапки над нефтью и растворенный в нефти газ. Такие газообразные скопления называют Попутный нефтяной газ (ПНГ). В отличие «традиционного» природного газа, ПНГ в своем составе помимо метана и этана содержит значительное количество пропана, бутана и других более тяжелых углеводородов.
• Газогидратные залежи. Газовые гидраты – это кристаллические соединения, которые образованы путем растворения газообразных углевоородов в пластовой воде при определенных термодинамических условиях – высоких давлениях и относительно низких температурах. 1 объем воды при переходе в гидратное состояние связывает до 220 объемов газа. Такая форма накопления природного газа была открыта во второй половине 20-го века. Газогидратные залежи находятся преимущественно в районах распространения многолетней мерзлоты, а также на относительно небольшой глубине под океанических дном.

Доказано, что большое количество углеводородов находится в мантии Земли, но в настоящее время, ввиду технической недоступности, они не представляют практического интереса.

Помимо залежей газа в недрах планеты, необходимо упомянуть, что углеводороды встречаются и в космосе. В частности, метан является третьим по распространенности газом во Вселенной после водорода и гелия.

В форме метанового льда он входит в структуру планет и других космических тел. Однако такие образования не относят к залежам природного газа и при настоящем уровне развития технологий не могут быть извлечены.

Химический состав природного газа

Пространственная модель молекулы метана

Основным компонентом природного газа является метан (CH4) – его содержание варьируется в диапазоне 70 – 98%. Кроме него в состав могут входить более тяжелые насыщенные углеводороды – гомологи метана:

Помимо углеводородной составляющей, природный газ может содержать неорганические газообразные соединения:

• водород
• сероводород
• углекислый газ
• азот
• инертные газы (преимущественно гелий)

Физические свойства природного газа

Вследствие своего состава природный газ горюч. Чистый газ горит голубым пламенем, поэтому его иногда называют «голубым топливом». Примеси же могут окрашивать пламя в различные цвета. Также пламя начинает желтить при недостатке кислорода, что приводит к неполному сгоранию газа и образованию копоти и угарного газа.

Смесь с воздухом в диапазоне концентраций от 4,4 до 17% взрывоопасна. Поэтому важно контролировать содержание газа в окружающей атмосфере, а также вовремя принимать соответствующие меры в случае его утечки.

Природный газ бесцветен и не имеет запаха, за исключением случаев повышенного содержания в его составе сероводорода. В связи с этим, для облегчения обнаружения утечек газа, к нему в небольших концентрациях добавляют специальные одоранты – вещества с резким неприятным запахом.

В качестве одорантов преимущественно используются серосодержащие соединения, например, тиолы (меркаптаны). Стандартная концентрация таких добавок составляет 16 г на 1000 м3.

Однако человек способен уловить присутствие одного из самых распространенных одорантов – этилмеркаптана, даже при его концентрации в воздухе 2*10-6 % по объему.

Физические свойства природного газа зависят от его компонентного состава, однако в большинстве случаев основные параметры укладываются в диапазоны, приведенные в таблице ниже.

 ©PetroDigest.ru

Плотность	0,65…0,85 кг/м³ (сухой газообразный); 400…500 кг/м³ (сжиженный)
Температура самовоспламенения	Около 650 °C
Удельная теплота сгорания:

Попутный нефтяной газ: состав. Природный и попутный нефтяной газ

Нефть и газ – самые важные виды сырья в мире. Особое место в нефтегазовой промышленности занимает попутный нефтяной газ. Раньше этот ресурс никак не применялся. Но сейчас отношение к этому ценному природному ископаемому изменилось.

Что являет собой попутный нефтяной газ

Это углеводородный газ, который выделяется из скважин и из пластовой нефти в процессе ее сепарации. Он являет собой смесь парообразных углеводородных и неуглеводородных составляющих природного происхождения.

Его количество в нефти может быть разным: от одного кубометра до несколько тысяч в одной тонне.

По специфике получения попутный нефтяной газ считается побочным продуктом нефтедобычи. Отсюда и происходит его название. Из-за отсутствия необходимой инфраструктуры для сбора газа, транспортировки и переработки большое количество этого природного ресурса теряется. По этой причине большую часть попутного газа просто сжигают в факелах.

Состав газа

Попутный нефтяной газ состоит из метана и более тяжелых углеводородов – этана, бутана, пропана и т. д. Состав газа в разных месторождениях нефти может немного отличаться. В некоторых регионах в попутном газе могут содержаться неуглеводородные составляющие – соединения азота, серы, кислорода.

Попутный газ, который фонтанирует после вскрытия нефтяных пластов, отличается меньшим количеством тяжелых углеводородных газов. Более «тяжелая» по составу часть газа находится в самой нефти.

Поэтому на начальных этапах освоения месторождений нефти, как правило, добывается много попутного газа с большим содержанием метана.

В процессе эксплуатации залежей эти показатели постепенно уменьшаются, а большую часть газа составляют тяжелые компоненты.

Природный и попутный нефтяной газ: в чем разница

Попутный газ по сравнению с природным содержит меньше метана, но имеет большое количество его гомологов, в том числе пентана и гексана. Другое важное отличие – сочетание структурных компонентов в разных месторождениях, в которых добывают попутный нефтяной газ.

Состав ПНГ даже может меняться в разные периоды на одном и том же месторождении. Для сравнения: количественное сочетание компонентов природного газа всегда постоянное.

Поэтому ПНГ может использоваться в разных целях, а природный газ применяется только как энергетическое сырье.

Получение ПНГ

Попутный газ получают методом сепарирования от нефти. Для этого используют многоступенчатые сепараторы с разным давлением. Так, на первой ступени сепарации создается давление от 16 до 30 бар. На всех последующих ступенях давление постепенно понижают. На последнем этапе добычи параметр снижают до 1,5–4 бар. Значения температуры и давления ПНГ определяются технологией сепарирования.

Газ, полученный на первой ступени, сразу отправляется на газоперерабатывающий завод. Большие трудности возникают при использовании газа с давлением ниже 5 бар.

Раньше такой ПНГ всегда сжигался в факелах, но в последнее время изменилась политика утилизации газа. Правительство начало разрабатывать стимулирующие меры по сокращению загрязнений внешней среды.

Так, на государственном уровне в 2009 году был установлен показатель сжигания ПНГ, который не должен превышать 5% от общей добычи попутного газа.

Применение ПНГ в промышленности

Раньше ПНГ никак не использовался и сразу после добывания сжигался. Сейчас ученые разглядели ценность этого природного ресурса и ищут пути его эффективного использования.

Попутный нефтяной газ, состав которого представляет собой смесь пропанов, бутанов и более тяжелых углеводородов, является ценным сырьем для энергетической и химической промышленности. ПНГ обладает теплотворной способностью. Так, во время сгорания он выделяет от 9 до 15 тысяч ккал/кубометр. В первоначальном виде его не применяют. Обязательно требуется очистка.

В химической промышленности из содержащегося в попутном газе метана и этана изготавливают пластмассу и каучук. Более тяжелые углеводородные компоненты используют как сырье для производства высокооктановых топливных присадок, ароматических углеводородов и сжиженных углеводородных газов.

На территории России более 80% объема получаемого попутного газа приходится на пять компаний, добывающих нефть и газ: ОАО “НК Роснефть”, ОАО “Газпром нефть”, ОАО “Нефтяная компания ЛУКОЙЛ”, ОАО “ТНК-ВР Холдинг”, ОАО “Сургутнефтегаз”. Согласно официальным данным, страна ежегодно добывает более 50 млрд кубометров ПНГ, из них 26% идет на переработку, 47% используется в промышленных целях, а остальные 27% сжигают в факелах.

Существуют ситуации, в которых не всегда рентабельно использовать попутный нефтяной газ. Применение этого ресурса часто зависит от размера месторождения. Так, газ, добываемый на малых месторождениях, целесообразно использовать для обеспечения электроэнергией местных потребителей.

На средних месторождениях наиболее экономично извлекать сжиженный нефтяной газ на газоперерабатывающем заводе и продавать его предприятиям химической промышленности.

Оптимальным вариантом для крупных месторождений является производство электроэнергии на большой электростанции с последующей продажей.

Вред от сжигания ПНГ

Сжигание попутного газа загрязняет окружающую среду. Вокруг факела действует термическое разрушение, которое поражает почву в радиусе 10–25 метров и растительность в пределах 50–150 метров.

В процессе сгорания в атмосферу попадают окиси азота и углерода, сернистый ангидрид, а также несгоревшие углеводороды.

Ученые подсчитали, что в результате сжигания ПНГ выбрасывается около 0,5 млн тонн сажи в год.

Также продукты сгорания газа очень опасны для здоровья человека.

Согласно статистическим данным, в основном нефтеперерабатывающем регионе России – Тюменской области – заболеваемость населения по многим видам болезней выше средних показателей по всей стране.

Особенно часто жители региона страдают патологиями дыхательных органов. Наблюдается тенденция роста числа новообразований, заболеваний органов чувств и нервной системы.

Кроме того, продукты сгорания ПНГ вызывают патологии, которые проявляются только через некоторое время. К ним относятся следующие:

• бесплодие;
• невынашивание беременности;
• наследственные заболевания;
• ослабление иммунитета;
• онкологические болезни.

Пути утилизации попутного газа

Существует много методов, но на практике применяются всего несколько. Основной способ – утилизация ПНГ путем разделения на компоненты. Этот процесс переработки позволяет получить сухой отбензиненный газ, который, по сути, является тем же природным газом, и широкую фракцию легких углеводородов (ШФЛУ). Эта смесь может использоваться в качестве сырья для нефтехимии.

Разделение нефтяного газа происходит на установках низкотемпературной абсорбции и конденсации. После завершения процесса сухой газ транспортируется по газопроводам, а ШФЛУ направляется на нефтеперерабатывающие заводы для дальнейшей обработки.

Второй эффективный способ переработки ПНГ – сайклинг-процесс. Этот метод подразумевает нагнетание газа обратно в пласт для повышения давления. Такое решение позволяет повысить объемы извлечения нефти из пласта.

Кроме того, попутный нефтяной газ можно применять для выработки электроэнергии. Это позволит нефтяным компаниям существенно сэкономить средства, поскольку отпадет необходимость закупать электроэнергию со стороны.

Что такое попутный нефтяной газ?

В месторождениях «черного золота» всегда встречался попутный нефтяной газ. Его просто выжигали. И только в последние десятилетия человечество оценило его полезность, причем не только как топлива. Об особенностях и видах такого полезного энергоресурса, технологии его добычи, очистки, переработки и утилизации, вреде для окружающей среды и сфере применения пойдет речь в этой статье.

Что такое ПНГ

Попутный нефтяной газ не тождественен обычному природному ни по составу, ни по способам добычи, ни даже по сфере применения. Вернее, основа у них одна – метан.

Это бесцветный газ без запаха, который относится к классу предельных углеводородов. Но только природный газ – это практически чистый метан, доля которого может доходить до 98%.

Оставшаяся часть приходится на бутан, этан и пропан.

В попутном нефтяном газе (ПНГ) доля метана значительно ниже за счет большего количества примесей, чем в природном «собрате». ПНГ растворен в нефти. Он может существовать и в другой форме – как «шапка» нефтяного месторождения (т. е. как скопление свободного газа над пластом «черного золота»).

Добыча

В России ПНГ встречается в основном в растворенном виде. Газовых шапок значительно меньше. Соотношение примерно 62% на 38%. ПНГ локализован в следующих регионах:

• Ямало-Ненецкий автономный округ (Русское, Новопортовское, Восточное и Западное Мессояхские разработки);
• Красноярский край (Ванкорская и Юрубчено-Тохомская нефтяные зоны);
• Иркутская область (Верхнечонское месторождение);
• Ханты-Мансийский автономный округ;
• на шельфе Охотского моря;
• в Краснодарском крае;
• в Республике Коми;
• на острове Сахалин;
• Оренбургская область;
• Пермский край;
• в Якутии (Талаканское месторождение).

Основные разработчики этих залежей – «Газпромнефть» и «Роснефть».

Специально добычей нефтяного газа никто не занимается. Он недаром назван «попутным». ПНГ является неотъемлемым спутником «черного золота». При вскрытии пласта нефти сразу высвобождается «фонтан» этого энергоресурса. Растворенный газ получают уже в процессе переработки нефти.

Состав

В попутной разновидности метана меньше, но гораздо больше примесей. Помимо пропана, этана и бутана, которые встречаются и в природном газе, есть и другие элементы:

• азот;
• гексан;
• изобутан;
• н-бутан;
• пентан;
• двуокись углерода;
• бензол;
• гептан;
• октан;
• нонан;
• толуол;
• декан;
• сероводород;
• производные перечисленных веществ.

Также в меньшей концентрации могут встречаться и другие примеси.

Особенность

Его главная особенность в том, что он всегда является спутником нефти. Концентрация ПНГ в нефтяном пласте может достигать нескольких тысяч кубических метров. Причем чем глубже залегает нефть, тем богаче она растворенным газом.

Еще одна особенность – низкое давление ПНГ. При таких показателях его невозможно транспортировать. Поэтому давление нужно повысить. Достигается это путем использования компрессора (так называемая процедура компримирования). В ходе нее газ сжимается, проходя несколько ступеней повышения давления. После этого он готов течь по газопроводу, заполнять подземные хранилища и пр.

Основные виды

По способу залегания выделяют газ:

• существующий в виде газовой шапки над нефтяным месторождением;
• растворенный в самой нефти в качестве примеси.

По содержанию метана и других углеводородов (начиная с С3) выделяют сухой (тощий), средний, жирный и особо жирный ПНГ. углеводородов (пропана и выше) здесь не превышает 100 г на кубический метр, а в особо жирном превышает 351 г/м3. В сухой разновидности этого энергоресурса содержание метана достигает 96%. Но чаще встречается ПНГ второго типа.

По концентрации меркаптановой серы и сероводорода попутный газ подразделяется на:

• бессернистый;
• малосернистый;
• сернистый;
• высокосернистый.

По содержанию азота, диоксида углерода и кислорода, т.е. негорючих компонентов, бывает безбалластный, малобалластный, среднебалластный и высокобалластный. Такие компоненты снижают ценность этого энергоресурса за счет уменьшения его теплотворной способности.

По содержанию механических примесей (частиц породы, строительного шлака, включений воды и пр.) ПНГ классифицируют на чистый, слабозагрязненный, загрязненный и сильнозагрязненный.

Сфера применения

Из ПНГ можно получить:

• Полиэтилен. Имеет широкий спектр применения: для изготовления пакетов, пленки, скотча, пластиковых бутылок и иной тары, электроизоляционного материала, брони, термоклея, теплоизоляции и пр.
• Стабильный газовый бензин.
• Гелий.
• Сероводород, серу и серную кислоту.
• Газовое моторное топливо.
• Ацетилен, используемый для производства карбидных ламп, взрывчатых веществ; для получения различных растворителей, этилового спирта, синтетического каучука, уксусной кислоты, пластмасс.

Опасность для окружающей среды

Сам по себе ПНГ вреда не представляет. Разве что его основной компонент, метан, обладает слабым наркотическим действием.

Вред природе и здоровью человека приносит сжигание этого энергоресурса. Высокий газовый факел буквально «выжигает» всю растительность в радиусе 10 м. Здесь она просто гибнет. В радиусе 100 м растения вялые и медленно растут. Продукты горения провоцируют образование озоновых дыр.

Оксид азота и ангидрид, содержащиеся в «попутке», негативно сказываются на здоровье людей, повышают риск заболевания раком, понижают иммунитет, вызывают бесплодие.

Таким образом, попутный нефтяной газ – ценный ресурс, не стоит отказываться от его освоения.

01.11.2019