Методы разделения попутного нефтяного газа на нефтяном месторождении

Анализируя существующие способы утилизации ПНГ, с точки зрения экономики, целесообразно вести переработку ПНГ на нефтяном месторождении с получением широкой фракции легких углеводородов (далее ШФЛУ). Полученное ШФЛУ удобно транспортировать до ближайших химических заводов. Вследствие своей высокой теплоты сгорания ШФЛУ может быть более эффективно, чем ПНГ, использовано для выработки тепловой или электрической энергии на собственные нужды.

Теория
Для разделения ПНГ на нефтяном месторождении с учетом небольших объемов (до 20 000 м3/сутки) эффективно использовать компрессионный метод разделения газовых смесей. Технология компрессионного разделения основана на различной упругости насыщенных паров и на различии в давлениях конденсации отдельных компонентов смеси. При изменениях температуры или объема двухфазной системы (пар — жидкость) равновесие ее нарушается и тутже восстанавливается за счет изменения массового соотношения фаз. Например, при постоянстве температуры сжатие паровой фазы приводит к конденсации части паров, а при увеличении объема испаряется часть жидкости. В обоих случаях давление насыщения паровой фазы, соответствующее данной температуре, остается неизменным.
Легче всего сжижаются более тяжелые углеводороды, давление насыщенных паров которых ниже. Также можно отметить, что при снижении температуры также облегчает сжижение компонентов ПНГ. Однако при компрессионном методе степень извлечения тяжелых углеводородов ниже, чем при абсорбционном, так как сжижается лишь часть паров углеводорода, вторая же часть остается в паровой фазе для поддержания фазового равновесия. Степень перехода определяется исходным составом (содержанием тяжелых углеводородов) и степенью повышения давления.

Практическое исполнение
На опытной установке по выделению ШФЛУ из ПНГ были проведены эксперименты. В таблице приведены результаты расчетов и экспериментальные данные. Из таблицы видно, что при рабочем давлении установки 2,0-3,0 МПа, азот и диоксид углерода плохо растворимы в жидких углеводородах. Существенное различие по составу теоретически ожидаемого ШФЛУ от его химического анализа объясняется тем, что полученная ШФЛУ находилась в сосуде под давлением, и химический анализ был сделан по газифицированной части, в которой преобладали легкие углеводороды, в частности пропан.
По результатам расчетов была спроектирована и изготовлена установка «УРПНГ-5» по разделению ПНГ на ШФЛУ и смесь газов, в первую очередь азота с метаном.
Установка «УРПНГ-5» работает следующим образом: попутный нефтяной газ поступает на установку из газосборника на нефтяном месторождении. В установку ПНГ поступает через шаровой кран, проходит через «нормально закрытый» электроклапан, устройство осушения для отделения воды и попавшей нефти, затем на фильтр ФГ-109 и поступает в компрессоры. После компрессора ПНГ охлаждается в воздушном канале, а затем в пластинчатом теплообменнике до температуры 4 °С. Охлажденный ПНГ поступает в сепаратор, снабженный мембранным клапаном, настроенным на необходимую фракцию ШФЛУ. Требуемый состав ШФЛУ получается из условий конденсации требуемой смеси газов, находящейся в равновесном состоянии сжиженных газов. Эти условия достигаются путем соединения верхней части мембранного клапана с баллоном, в котором находится заданная смесь. Применение мембранного клапана позволяет регулировать давление компрессоров при сепарировании ПНГ в зависимости от полученной температуры, что позволяет снизить затраты на компрессирование газа.
Уровень ШФЛУ в сепараторе и влагоотделителе контролируется специальными поплавковыми датчиками уровня. Слив полученной ШФЛУ из сепаратора происходит автоматически через электроклапан по команде с компьютера установки в специальную емкость. Компьютер контролирует работу установки и состояние в накопительной емкости, при ее наполнении происходит отключение установки. Установка оснащена автономными системами безопасности и отвечает требованиям взрывобезопасности.
Расчеты показывают, что на месторождениях нефти в Удмуртской Республике при использовании подобной установки возможно получение жидкой фракции летучих углеводородов в количестве от 200 до 500 кг из 1000 м3 ПНГ.
Внедрение установки на месторождениях нефти позволит:
1. Уменьшить выбросы в окружающую среду, за счет извлечения тяжелых углеводородов из попутного нефтяного газа.
2. Прекратить неконтролируемое сжигание ПНГ в открытом факеле и заменить его на стехиометрическое сжигание в дожигателе.
3. Предприятие по добыче нефти освобождается от сверхлимитных платежей, установленных Постановлением Правительства РФ «О мерах по стимулированию снижения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках» от 8 января 2009 года № 7.

Для разделения ПНГ на нефтяном месторождении с учетом небольших объемов (до 20 000 м3/сутки) эффективно использовать компрессионный метод разделения газовых смесей. Технология компрессионного разделения основана на различной упругости насыщенных паров и на различии в давлениях конденсации отдельных компонентов смеси.