Какие газы содержатся в нефти
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 29 апреля 2016;
проверки требуют 25 правок.
Попутный нефтяной газ (ПНГ) — смесь различных газообразных углеводородов, растворенных в нефти; выделяющихся в процессе добычи и подготовки нефти. К нефтяным газам также относят газы, выделяющиеся в процессах термической переработки нефти (крекинга, риформинга, гидроочистки и др.), состоящие из предельных и непредельных (метана, этилена) углеводородов. Нефтяные газы применяют как топливо и для получения различных химических веществ. Из нефтяных газов путём химической переработки получают пропилен, бутилены, бутадиен и др., которые используют в производстве пластмасс и каучуков.
Попутный нефтяной газ является побочным продуктом нефтедобычи, получаемым в процессе сепарации нефти.
Состав[править | править код]
Попутный нефтяной газ — смесь газов, выделяющаяся из нефти, состоящая из метана, этана, пропана, бутана и изобутана, содержащая растворенные в ней высокомолекулярные жидкости (от пентанов и выше) и различного состава и фазового состояния.
Пример компонентного состава ПНГ[1][править | править код]
| Компоненты газовой смеси | Обозначение компонента | Нефтяной газ в % объёма | ||
| 1 ступень | 2 ступень | 3 ступень | ||
| Метан | CH4 | 61,7452 | 45,6094 | 19,4437 |
| Этан | C2H6 | 7,7166 | 16,3140 | 5,7315 |
| Пропан | C3H8 | 17,5915 | 21,1402 | 4,5642 |
| И-Бутан | iC4H10 | 3,7653 | 5,1382 | 4,3904 |
| Бутан | C4H10 | 4,8729 | 7,0745 | 9,6642 |
| И-Пентаны | iC5H12 | 0,9822 | 1,4431 | 9,9321 |
| Пентан | C5H12 | 0,9173 | 1,3521 | 12,3281 |
| И-Гексаны | iC6H14 | 0,5266 | 0,7539 | 13,8146 |
| Гексан | C6H14 | 0,2403 | 0,2825 | 3,7314 |
| И-Гептаны | iC7H16 | 0,0274 | 0,1321 | 6,7260 |
| Бензол | C6H6 | 0,0017 | 0,0061 | 0,0414 |
| Гептан | C7H16 | 0,1014 | 0,0753 | 1,5978 |
| И-Октаны | iC8H18 | 0,0256 | 0,0193 | 4,3698 |
| Толуол | C7H8 | 0,0688 | 0,0679 | 0,0901 |
| Октан | C8H18 | 0,0017 | 0,0026 | 0,4826 |
| И-Нонаны | iC9H20 | 0,0006 | 0,0003 | 0,8705 |
| Нонан | C9H20 | 0,0015 | 0,0012 | 0,8714 |
| И-Деканы | iC10H22 | 0,0131 | 0,0100 | 0,1852 |
| Декан | C10H22 | 0,0191 | 0,0160 | 0,1912 |
| Углекислый газ | CO2 | 0,0382 | 0,1084 | 0,7743 |
| Азот | N2 | 1,3430 | 0,4530 | 0,1995 |
| Сероводород | H2S | 0,0000 | 0,0000 | 0,0000 |
| Молекулярная масса, г/моль | 27,702 | 32,067 | 63,371 | |
| Плотность газа, г/м3 | 1151,610 | 1333,052 | 2634,436 | |
| Содержание углеводородов С3+В, г/м3 | 627,019 | 817,684 | 2416,626 | |
| Содержание углеводородов С5+В, г/м3 | 95,817 | 135,059 | 1993,360 | |
Получение[править | править код]
ПНГ является ценным углеводородным компонентом, выделяющимся из добываемых, транспортируемых и перерабатываемых содержащих углеводороды минералов на всех стадиях инвестиционного цикла жизни до реализации готовых продуктов конечному потребителю. Таким образом, особенностью происхождения нефтяного попутного газа является то, что он выделяется из нефти на любой из стадий от разведки и добычи до конечной реализации, так же, как и в процессе нефтепереработки.
Получают ПНГ путём сепарирования от нефти в многоступенчатых сепараторах. Давление на ступенях сепарации значительно отличается и составляет 16—30 бар на первой ступени и до 1,5—4,0 бар на последней. Давление и температура получаемого ПНГ определяется технологией сепарирования смеси вода—нефть—газ, поступающей со скважины.
Специфической особенностью ПНГ является переменный расход получаемого газа, от 100 до 5000 нм³/час.[источник не указан 2834 дня] Содержание углеводородов СЗ+ может изменяться в диапазоне от 100 до 600 г/м³. При этом состав и количество ПНГ не является величиной постоянной. Возможны как сезонные, так и разовые колебания (нормальное изменение значений до 15 %).
Газ первой ступени сепарации, как правило, высокого давления и легко находит свое применение — отправляется непосредственно на газоперерабатывающий завод, используется в энергетике или химической конверсии. Значительные трудности возникают при попытках использовать газ с давлением менее 5 бар. До недавнего времени такой газ в подавляющем большинстве случаев просто сжигался на факелах, однако, сейчас ввиду изменений политики государства в области утилизации ПНГ и ряда других факторов ситуация значительно изменяется. В соответствии с 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. В настоящий момент объемы добываемого, утилизируемого и сжигаемого ПНГ невозможно оценить в связи с отсутствием на многих месторождениях узлов учета газа. Но по приблизительным оценкам это порядка 25 млрд м³.
Способы разделения[править | править код]
Основная особенность попутного газа заключается в высоком содержании тяжелых углеводородов.
Сегодня в мире существуют три основные технологии газоразделения, которые позволяют разделить попутный газ на ценные составляющие: (СОГ, СУГ, конденсат)
- Криогенные технологии (низкотемпературная сепарация, конденсация, ректификация)
- Мембранная технология
- Адсорбционная технология
Технологии утилизации ПНГ[править | править код]
Газовый факел в западносибирской тайге в начале 1980-х годов
До недавнего времени попутный газ в подавляющем большинстве случаев просто сжигался на факелах, что наносило значительный вред окружающей среде и приводило к значительным потерям ценного углеводородного сырья.
К основным направлениям утилизации ПНГ можно отнести:
- поставка газа на газоперерабатывающие заводы для глубокой химической переработки.
- поставка газа в магистральную газотранспортную систему.
Для этого проводится подготовка газа для магистральных газопроводов ОАО «Газпром» в соответствии с СТО Газпром 089-2010
- использование ПНГ на энергетических установках для выработки электроэнергии.
Широкое распространение получили газотурбинные (ГТЭС) и газопоршневые (ГПЭС) энергоустановки. Однако, наличие тяжелых углеводородов в составе попутного газа негативно сказывается на их работе, что приводит к снижению номинальной производительности и межремонтного пробега. В этой связи, использование микротурбинных энергоустановок позволит более эффективно использовать попутный нефтяной газ в качестве топлива[2]. Для увеличения эффективности электроустановок применяется двухтопливная система (дизель/газ), в этом случае попутный газ частично замещает дизельное топливо. На данный момент удалось добиться максимального замещения в 80 %[3][4].
- закачка ПНГ в пласт для интенсификации нефтеотдачи.
Газ может закачиваться в газовую шапку месторождения с целью поддержания пластового давления, также ограниченно применяется использование «газлифта». Перспективным направлением является также и совместная закачка в пласт газа и воды (водогазовое воздействие).
- химическая переработка ПНГ с получением жидких углеводородных продуктов, т.н. GTL — методы.
Мембранное газоразделение[править | править код]
Существуют мембранные установки очистки газа от примесей, таких как пары воды, серосодержащие примеси и тяжёлые углеводороды. Данные устройства предназначены для подготовки попутного нефтяного газа к транспортировке потребителю. Нефтяной газ содержит обычно множество веществ, недопустимых нормами газотранспортной компании (например СТО Газпром 089-2010), и очистка является необходимым условием для предотвращения разрушения газопроводов или обеспечения экологичности сжигания газа. Мембранная очистка широко применяется в комбинации с другими процессами газоочистки, так как не может обеспечить высокую степень очистки, но позволяет существенно сократить эксплуатационные затраты[5].
Схема распределения газовых потоков в мембранном модуле
По своей конструкции мембранная установка представляет собой цилиндрический блок со входом ПНГ и выходами очищенного газа и примесей в виде воды, сероводорода, тяжелых углеводородов. Общая схема работы картриджа показана на рисунке. Внутри блока находится эластичная полимерная мембрана, которая, по утверждениям некоторых производителей[6], пропускает конденсирующиеся (сжимаемые) пары, такие как C3+ углеводороды и тяжелее, ароматические углеводороды и воду, и не пропускает неконденсируемые газы, такие как метан, этан, азот и водород. Таким образом сквозь мембрану вытесняется «грязный» газ, а остаётся газ, очищенный от примесей; такая схема работы называется тангенциальной фильтрацией потока газа (также называемая перекрестной фильтрацией потока, англоязычные термины cross-flow filtration или tangential flow filtration).
Компоненты газового потока, прошедший сквозь мембрану, называют пермеатом, а оставшийся газ – ретентатом.
Конфигурация установки мембранного газоразделения в каждом конкретном случае определяется специально, так как исходный состав ПНГ может сильно разниться.
Напорная схема подготовки ПНГ с применением мембран
Схема установки в принципиальной конфигурации:
Вакуумная схема подготовки ПНГ c применением мембран
- Предварительный сепаратор для очистки от грубых примесей, крупной капельной влаги и нефти,
- Ресивер на входе,
- Компрессор,
- Холодильник для доохлаждения газа до температуры ниже от +10 до +20 °C,
- Фильтр тонкой очистки газа от масла и парафинистых соединений,
- Углеводородный мембранный блок,
- Система утилизации конденсата (из сепараторов),
- Система утилизации пермеата,
- Выброс.
Существует две схемы подготовки ПНГ: напорная и вакуумная.
См. также[править | править код]
- Сжиженные углеводородные газы
- Природный газ
- Газовый конденсат
- Газоперерабатывающий завод
- Добыча газа в России
Примечания[править | править код]
Ссылки[править | править код]
- www.xumuk.ru/encyklopedia/881.html
- Компонентный состав попутного нефтяного газа — статья с сайта www.avfinfo.ru
Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист. Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Википедии. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты или библиографическими ссылками на печатные источники либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым). Список проблемных доменов |
Физические свойства нефти, так же, как и её химические характеристики, изменяются в достаточно широком диапазоне, в зависимости от её состава. Например, консистенция этой жидкости меняется от легкой и газонасыщенной до тяжелой и густой, с высоким содержанием смол. Цвет этого полезного ископаемого также меняется от светлого, почти прозрачного, до темно-коричневого, почти черного.
Загрузка …
Эти нефтяные свойства определяет преобладание в составе этой углеводородной смеси либо легких низкомолекулярных соединений, либо сложно построенных тяжелых соединений с высокой молекулярной массой. Нефть и её применение для производства различных товаров, которые называются нефтепродукты, делают это полезное ископаемое важнейшим энергоносителем в современном мире.
Химический состав нефти
Химические свойства нефти и газа зависят от химической структуры их состава. Этот состав достаточно прост. Основные его элементы – это углерод (С) и водород (Н). Углерода в нефтях содержится от 83-х до 89-ти процентов, водорода – от 12-ти до 14-ти процентов.
Также в нефтях присутствует небольшое количество серы, азота и кислорода, а также примеси различных металлов. Соединения углерода и водорода называются углеводородами (СН).
Нефть – это горючая маслянистая жидкость, цвет которой варьируется от светло-желтого до черного, состав которой в основном представлен углеводородными соединениями.
Из курса школьной химии известно, что все химические элементы образуют между собой различные соединения, соотношения элементов в которых зависит от их валентности. К примеру, вода (Н2О) – это два одновалентых атома водорода и одни двухвалентный – кислорода.
Самый простой с химической точки зрения углеводород – это метан (СН4), который является горючим газообразным веществом, составляющим основу всех природных газов. Обычно в природном газе содержание метана составляет от 90 до 95 процентов и более.
За метаном следуют: этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (С5Н12), гексан (С6Н14) и так далее.
Начиная с пентана, углеводороды из газообразного состояния переходят в жидкое, то есть – в нефть.
Углерод при соединении с водородом образует огромное количество соединений, различных по своему химическому строению и свойствам.
Для удобства все нефтяные углеводороды разделены на три группы:
- Алканы (метановая группа) с общей формулой СnH2n+2. Эта группа представляет собой насыщенные углеводороды, поскольку все их валентные связи задействованы. С химической точки зрения они – самые инертные, другими словами – не способны вступать в реакции с другими химическими соединениями. Структура алканов может быть или линейной (нормальные алканы), или разветвленной (изоалканы).
- Цикланы (нафтеновая группа) с общей формулой СnH2n. Их главный признак – пяти – или шестичленное кольцо, состоящее из атомов углерода. Другими словами, цикланы, в отличие от алканов, имеют замкнутую в цепь циклическую структуру. Эта группа тоже представляет предельные (насыщенные) соединения и в реакции с другими химическими элементами они также почти не вступают.
- Арены (ароматическая группа) с общей формулой СnH2n-6. Их структура – шестичленные циклы, в основе которых лежит ароматическое бензольное ядро (С6Н6). Их отличает наличие между атомами двойных связей. Арены бывают моноциклическими (одно бензольное кольцо), бициклическими (сдвоенные кольца бензола) и полициклическими (кольца соединены по принципу пчелиных сот).
Нефть и природный газ веществами с постоянным и строго определенным химсоставом не являются. Это сложные смеси природных углеводородов, находящихся в газообразном, жидком и твердом состоянии. Однако эта смесь не является простой в привычном понимании. Ей ближе определение «сложный раствор углеводородов», где в качестве растворителя выступают легкие соединения, а растворенные вещества – это высокомолекулярные углеводороды (в том числе асфальтены и смолы).
Основное отличие раствора от простой смеси заключается в том, что компоненты, входящие его состав, могут вступать во взаимодействие друг с другом как с химической, так и с физической точки зрения, и приобретать в результате таких взаимодействий новые свойства, которых не было в первоначальных соединениях.
Основные физические характеристики нефти
Плотность
Физические свойства нефти достаточно разнообразны, но самым важным среди них является её плотность (по-другому – удельный вес). Этот параметр зависит от молекулярных весов входящих в её состав компонентов.
Значение плотности нефти варьируется от 0,71 до 1,04 грамм на кубический сантиметр.
В нефтеносных коллекторах в нефти много растворенного газа, поэтому в природных условиях её плотность меньше (в 1,2 – 1,8 раза), нежели в добытом дегазированном сырье.
По значению этого параметра нефть делится на следующие классы:
- класс очень легких нефтей (плотность – менее 0,8 грамм/см3);
- легкие нефти (от 0,80 до 0,84 грамм/см3);
- класс средних нефтей (от 0,84 до 0,88 грамм/см3);
- тяжелые нефти (плотность – от 0,88 до 0,92 грамм/см3);
- нефти очень тяжелого класса (> 0,92 грамм на кубический сантиметр).
Вязкость
Вязкость этого полезного ископаемого является свойством этого вещества оказывать сопротивление при перемещении относительно друг друга нефтяных частиц при движении нефти. Другими словами, этим параметром характеризуется подвижность этого углеводородного раствора.
Измеряют вязкость специальным прибором – вискозиметром. Единица измерения в системе СИ – миллипаскаль в секунду, в системе СГС – грамм на сантиметр в секунду (Пуаз).
Вязкость бывает динамической и кинематической.
Динамическая показывает значение силы сопротивления перемещению жидкостного слоя, площадь которого – один квадратный сантиметр, на 1 сантиметр при скорости движения 1 сантиметр в секунду. Кинематическая вязкость характеризует свойство нефти сопротивляться перемещению одной жидкой части относительно другой, учитывая при этом силу тяжести.
Поднятая на поверхность нефть по этому параметру делится на:
| № | Полезная информация |
|---|---|
| 1 | маловязкую (вязкость – менее 5 мПа/с) |
| 2 | с повышенной вязкостью (от 5-ти до 25-ти мПа/с) |
| 3 | высоковязкую (большее 25-ти мПа/с) |
Чем легче углеводородная жидкость, тем меньше значение её вязкости. В пласте этот параметр нефти в меньше (причем – в десятки раз), чем вязкость этой же нефти, поднятой на поверхность и дегазированной. Значение этого физического параметра велико, поскольку позволяет определить масштабы миграции в процессе формирования залежей.
Величину, обратную вязкости, называют текучестью.
Содержание серы в нефти
Это – весьма значимый параметр, который влияет на окислительные свойства этого полезного ископаемого. Чем больше в нем сернистых соединений – тем выше коррозионная агрессивность сырья и получаемых их него нефтепродуктов.
По этому показателю нефть бывает:
- малосернистой (до 0,5 процента);
- сернистой (от 0,5-ти до 2-х процентов);
- высокосернистой (> 2-х процентов серы).
Парафинистость
Эта важная характеристика нефти, которая напрямую влияет на технологии, применяемые при ее добыче, а также на её трубопроводную транспортировку. Парафинистость – это содержание в сырье твердых углеводородов, называемых парафинами (формулы – от С17Н36 до С35Н72) и церезинами (от С36Н74 до С55Н112).
Их концентрация в некоторых случаях доходит до 13-14 процентов, а, к примеру, нефть казахского месторождения Узень вообще имеет этот показатель на уровне 35-ти процентов. Чем больше парафинистость, тем труднее добывать и транспортировать сырье. Парафины отличаются способностью к кристаллизации, что приводит к их выпадению в твердый осадок, а это закупоривает поры в продуктивном пласте, появляются отложения на стенках НКТ, в задвижках и на прочем технологическом оборудовании.
По значению этого параметра нефть бывает:
- малопарафинистая (< 1,5 процентов);
- парафинистая (от 1,5 до 6-ти процентов);
- высокопарафинистая (> 6-ти процентов).
Газосодержание
Этот параметр по-другому называется газовый фактор.
Он характеризует количество кубометров газа в одной тонне дегазированной нефти. Другими словами, газосодержание – это количественная характеристика того, сколько растворенного газа было в нефти, которая находилась в коллекторе, и какое его количество перейдет в свободное состояние в процессе извлечения сырья на поверхность.
Значение газового фактора может доходить до 300 – 500 кубометров на тонну, хотя среднее его значение варьируется от 30-ти до 100 кубометров на одну тонну.
Давление насыщения
Этот параметр (давление, при котором начинается парообразование) является значение давления, по достижению которого из нефти начинает выделяться газ.
В естественных условиях продуктивного слоя это давление или равно внутрипластовому, иди меньше его. В первом газ полностью растворяется в жидкости, а во втором наблюдается газовая недонасыщенность.
Сжимаемость
Этот параметр обусловлен упругостью нефти и характеризуется коэффициентом сжимаемости (βН). Этот параметр показывает величину изменения объема сырья в пласте в случае изменения давления на 0,1 МПа.
Коэффициент сжимаемости учитывают на ранних этапах разработки, когда упругость газа и жидкости в пласте еще растрачена , вследствие чего играет в энергетике пласта существенную роль.
Коэффициент теплового расширения
Этот параметр показывает, как изменяется первоначальный объем сырья в случае изменения температуры на 1 градус Цельсия.
Его используют в процессе проектирования и практического применения методов теплового воздействия на продуктивные пласты.
Объемный коэффициент
Этот показатель характеризует – какой объем в коллекторе занимает кубометр дегазированного сырья, пока оно насыщено газом.
Значение этого показателя, как правило, больше единицы. Средние значения колеблются от 1,2 до 1,8, хотя могут доходить и до двух-трех единиц. Объемный коэффициент применяется в расчетах для определения количества запасов, а также при вычислении коэффициента нефтеотдачи продуктивного слоя.
Температура застывания
Температура застывания показывает, при каком температурном значении в пробирке уровень охлажденной нефти не меняется при её наклоне на 45-ть градусов.
Чем больше в нефти твердых парафинов и чем меньше смол – тем выше этот показатель.
Оптические нефтяные свойства
Основным оптическим свойством этого вещества является его способность вращать вправо (изредка–влево) плоскость поляризованного светового луча.
Основные носители оптической активности в этом полезном ископаемом – молекулы ископаемых животных и растений, которые называются хемофоссилиями.
При облучении нефтей ультрафиолетом они начинают светиться, что говорит об их способности к люминесценции.
Легкие сорта «черного золота» люминесцируют в голубом и синем спектре, а тяжелые – в желтом и желтовато-буром.
YouTube responded with an error: Access Not Configured. YouTube Data API has not been used in project 122068193747 before or it is disabled. Enable it by visiting https://console.developers.google.com/apis/api/youtube.googleapis.com/overview?project=122068193747 then retry. If you enabled this API recently, wait a few minutes for the action to propagate to our systems and retry.
Список используемой литературы:
- Нефть и Нефтепродукты — Википедия
- Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
- Алекперов, В.Ю. Нефть России: прошлое, настоящее и будущее /Алекперов В.Ю. М.: Креативная экономика, 2011. – 432 с.
- Издательство: «Нефть и газ», 2006. 352 с. Сургутнефтегаз.
- Экономидес, М. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика/ Экономидес М., Олини Р. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2004. 256 с.
- Эрих В.Н. Химия нефти и газа. — Л.: Химия, 1966. — 280 с. — 15 000 экз.