Рекомендации по утилизации шахтного метана для угольных шахт Кузбасса (стр. 6 из 12)

На территории Краснодарского края данная проблема особенно остро стоит перед нефтедобывающими предприятиями, которые путем сжигания утилизируют добываемый попутный газ. В результате окружающая среда и население подвергаются воздействию экологически вредных продуктов сгорания попутного нефтяного газа, в том числе и канцерогенных, что приводит к существенному повышению заболеваемости населения в регионе нефтедобычи. За год, в целом по России в результате сжигания попутного нефтяного газа в атмосферу выбрасывается 400 тыс. тонн вредных веществ – окиси углерода, окислов азота, углеводородов, сажи. В то же самое время платежи за загрязнение окружающей среды от выбросов попутного газа не превышают 0,8-1,2% от стоимости реализуемой нефти и только мизерная доля этих средств остается в распоряжении Администрации края и как-то покрывает ущерб, наносимый экологии региона.

При разработке новых месторождений и бурении скважин добываемый попутный газ утилизируется путем сжигания. Основной причиной такой утилизации попутного газа является экономическая нецелесообразность его использования, а именно:

- добываемый попутный газ имеет значительные примеси в виде влаги, газоконденсата и нефти, в связи, с чем газ без дополнительной промышленной переработки неприемлем для использования;

- разрабатываемые скважины не привязаны к коммуникационным сетям в связи, с чем транспортировка газа потребует капитальных вложений, окупаемость которых без детального анализа скважины сомнительна.

Предлагаемое нами оборудование с высокой степенью эффективности очистит газовый поток от нефти, газоконденсата, влаги и механических примесей, таким образом, добываемый попутный газ может быть использован без дополнительной промышленной переработки, а выделенный газоконденсат и нефть использованы по назначению.

Очищенный газ может быть использован для реализации или в качестве топлива для газо-поршневых или газотурбинных электростанций.

Были проведены соответствующие испытания, которые подтвердили возможность работы следующей схемы: попутный газ – сепаратор – газо-поршневая электростанция – электроэнергия. Сегодня на территории Краснодарского края в Славянском районе (НГДП 6 ОАО «Роснефть-Краснодарнефтегаз») ежедневно утилизируется путем сжигания порядка 1,5 млн.м3/сутки, а для выработки 1 кВт электроэнергии необходимо 0,5 м3 газа при использовании газо-поршневой электростанции (АРЗ «Синтур-НТ»), а при использовании более мощных двигателей или турбин необходимое количество газа еще меньше.

Проблема, что делать с газом, фракция которого почти всегда есть в нефтяных месторождениях, не считая попутного нефтяного газа, который растворен в нефти и выделяется при ее первичной обработке на скважинах, существует давно. Газ сжигают на месторождениях, иногда закачивают обратно в пласт для поддержания давления. Нами предлагается вариант использования попутного газа для выработки электроэнергии.

Исследования рынка показали, что сегодня такие нефтяные компании, как Лукойл, ЮКОС и Сургутнефтегаз объявили о своих планах производства природного газа. Руководители Лукойла даже говорят о своей цели производить 100 млрд. кубометров в год, в пересчете на нефтяной эквивалент – это примерно столько же, сколько нефти сегодня добывает этот крупнейший в стране ее производитель (хотя это в 5 раз меньше, чем добыча Газпрома сегодня). Понятно, что эти компании не стремятся получить убыточный сегмент к своему портфелю активов. Очевидно, что в будущем цены на внутреннем рынке повысятся до разумного уровня, и, конечно, эти компании хотят попасть в экспортную квоту Газпрома.

По ценам внутреннего рынка, которые сегодня установлены на весьма низком уровне, производство газа для поставки на внутренний рынок – убыточно. В этом году Газпром ожидает, что внутренний рынок принесет ему 15 млрд. руб. убытков. Повышение тарифов планируется на много лет вперед, оно будет постепенным, и цены явно не достигнут точки окупаемости в ближайшие годы. Газпром покрывает убытки за счет прибыли от экспорта газа, при этом общая добыча газа Газпрома сокращается на 1,5-2% в год. Тем не менее, Газпром заявляет о предстоящем увеличении поставок газа на экспорт в страны ЕС. Этим лишний раз подчеркивается отношение газовой монополии к убыточному внутреннему рынку – повышение экспорта возможно только за счет сокращения поставок на внутренний рынок.

В секторе электроэнергетики, в отличие от нефтяного и газового, уже существует рынок, на котором представлено большое число более-менее независимых производителей, есть ФОРЭМ, есть возможность заключать прямые договоры о поставках электроэнергии крупным ее потребителям. Есть и возможность экспортировать электроэнергию. Конечно, построить ЛЭП – это немалые капиталовложения, но все же значительно меньше, чем при строительстве магистрального газопровода. Отсюда – интерес нефтяных компаний к генерации электроэнергии. В Томске, например, где ЮКОС сотрудничает с РАО ЕЭС и местной энергетической компанией, у него немалые запасы природного газа. Отсюда интерес к крупным пакетам акций в региональных энергетических компаниях.

Таким образом, можно сказать, что нами выверен как технический путь решения проблемы попутного газа, так и экономический, так как в целом по России аналогичные намерения имеют крупные нефтедобывающие компании, что говорит о правильности выбранного пути.

4.Технологии разделения газов

4.1 Адсорбционная технология

В основе процесса адсорбционного разделения газовых сред лежит явление связывания твердым веществом, называемым адсорбентом, отдельных компонентов газовой смеси. Это явление обусловлено силами взаимодействия молекул газа и адсорбента. Работа адсорбционных газоразделительных систем основана на том, что поглощение компонента газовой смеси сильно зависит от температуры и парциального давления. Таким образом, регулирование процесса поглощения газов и регенерации адсорбента происходит путем изменения давления и/или температуры.

4.2 Криогенная технология

Принцип работы криогенных установок основан на сжижении воздуха и последующем его разделении на азот, кислород и аргон. Сначала воздух охлаждается до температуры 93° К и превращается в жидкость. Затем благодаря различию температуры кипения его компонентов (азот — 77,36° К, кислород — 90,18° К) выпаривается азот, а остающаяся жидкость всё более обогащается кислородом.

4.3 Мембранная технология

Основой мембранной технологии разделения газов является мембрана, с помощью которой происходит разделение газов. Современная газоразделительная мембрана представляет собой отнюдь не плоскую пластину или плёнку, а полое волокно. Для технологий мембранного разделения газов применяется современная половолоконная мембрана, состоящая из пористого полимерного волокна с нанесенным на его внешнюю поверхность газоразделительным слоем. Пористое волокно имеет сложную асимметричную структуру, плотность полимера возрастает по мере приближения к внешней поверхности волокна. Применение пористых подложек с асимметричной структурой позволяет разделять газы при высоких давлениях(до 6,5 MПа). Толщина газоразделительного слоя волокна не превышает 0,1 мкм, что обеспечивает высокую удельную проницаемость газов через полимерную мембрану. Существующий уровень развития технологии позволяет производить полимеры, которые обладают высокой селективностью при разделении различных газов, что, соответственно, обеспечивает высокую чистоту газообразных продуктов. Современный мембранный модуль, используемый для технологии мембранного разделения газов, состоит из сменного мембранного картриджа и корпуса. Плотность упаковки волокон в картридже достигает значений 500–700 квадратных метров волокна на один кубический метр картриджа, что позволяет минимизировать размеры газоразделительных установок.

Рисунок 4.1 - Схематическое изображение газоразделительного картриджа

Корпус модуля имеет один патрубок для входа исходной смеси газов и два патрубка для выхода разделенных компонентов.

Разделение смеси с помощью мембранной технологии происходит за счет разницы парциальных давлений на внешней и внутренней поверхностях половолоконной мембраны. Газы, «быстро» проникающие через полимерную мембрану (например, H2, CO2, O2, пары воды, высшие углеводороды), поступают внутрь волокон и выходят из мембранного картриджа через один из выходных патрубков. Газы, «медленно» проникающие через мембрану (например, CO, N2, CH4), выходят из мембранного модуля через второй выходной патрубок.

5 Разделение газов с помощью мембранной технологии

5.1 Экономическая целесообразность применения мембранной технологии

Мембранные технологии разделения веществ, отличающиеся высокой эффективностью при низких энергозатратах, малой материалоемкостью, мобильностью, модульной структурой и простотой управления, представляют собой новые наукоемкие перспективные технологии, ориентированные на активное практическое использование в XXI веке. Наука о мембранах является междисциплинарной и вбирает в себя знания, по крайней мере, в области физики кинетических явлений, физики и химии твердого тела, жидкостей и газов, полимерной Химии, биологии и экологии.

В настоящее время наряду с традиционными мембранными технологиями, такими как микро- и ультрафильтрация, обратный осмос, диализ, электродиализ, .динамично развиваются такие направления как первапорация, газоразделение, мембранная дистилляция, гибридные мембранные процессы.

Первые коммерческие разработки мембранной газоразделительной технологии были реализованы в 80-х годах в СССР, США, Франции и Японии. В настоящее время промышленно реализованы мембранные процессы разделения воздуха (получение технического азота и/или воздуха, обогащенного кислородом), выделения водорода в процессах химии и нефтехимии, выделение диоксида углерода, осушка природного газа. Мембраны используются также в создании регулируемой газовой среды для длительного хранения и транспортировки сельскохозяйственной продукции, при переработке биогаза и т.д.