Ежегодная Международная конференция "Сотрудничество для решения проблемы отходов"


Главная страница
Сведения об авторах

Новые технологии переработки попутного нефтяного газа в жидкое и газообразное топливо

Пугач С. А., ООО «Бизнес Параллель», Хмельницкий, Украина
Эрсмамбетов В. Ш., предприниматель, Харьков, Украина
Нескородов Г. Ф.,
ЧП «Центр инновационных технологий "ТЕХНОДОМЕН"», Новая Водолага, Харьковская обл., Украина

Оригинальные технологии, положенные в основу разработки оборудования по утилизации попутных нефтяных газов, основаны на методах:

высокотемпературной пароводяной газификации (или пиролиза) исходного сырья и последующего синтеза синтетических углеводородов с заданными свойствами в среде жидких теплоносителей (расплавах неорганических и органических соединений);

  разделения углеводородов путем компрессии и низкотемпературной конденсации с использованием холода от изоэнтропийного процесса расширения в волновом детандере-компрессоре и парокомпрессионного цикла на смешанном хладоагенте.

Предложенное техническое решение можно использовать и для утилизации других отходов. Потенциальные потребители разработанного оборудования.

• Нефтегазодобьтающие предприятия.
На нефтяных скважинах попутный газ обычно сжигают на факеле. Как правило, эти объекты расположены достаточно далеко от газовых магистралей и населенных пунктов, а объем сжигаемого газа незначителен по сравнению с общей добычей. Это делает невыгодным транспортировку попутного газа к ближайшему магистральному трубопроводу или его сжигание в газопаротурбинной установке с выработкой тепла и электроэнергии, поскольку затраты на строительство и эксплуатацию специальных газопроводов, теплоэлектростанций, ЛЭП и сопутствующей инфраструктуры не окупаются. Введенные в соответствии с Киотским протоколом штрафы за сжигание газа резко снижают экономические показатели процесса добычи.

Применение предлагаемого оборудования позволит переработать попутные газы в жидкие углеводороды и направить их в транспортный нефтепровод нефтепромысла, что в зависимости от объема повысит рентабельность добычи на 5—7 %.

• Нефтегазоперерабатывающие предприятия.
Физические свойства слаботекучих отходов крекинг-процесса и перегонки нефти не позволяют использовать их в энергетике и нефтехимии. Обезвреживание путем сжигания невозможно, размещение в окружающей среде экономически невыгодно из-за высокой стоимости очистных сооружений и отчуждения больших территорий. На наш взгляд, предложенная технология наиболее приемлема для утилизации таких отходов.

• Угледобывающие предприятия.
С использованием предлагаемого оборудования шахтный метан можно переработать в жидкие углеводороды.

• Маслоэкстракционные заводы.
При производстве растительного масла образуется около 1,5—3 % смолообразных отходов, не поддающихся сжиганию и дальнейшей переработке. Как правило, их размещают на полигонах, откуда в окружающую среду попадают токсичные вещества. Это влечет за собой штрафы и, как следствие, увеличение себестоимости основной продукции. И здесь наши разработки могут решить проблему.

• Предприятия пищевой промышленности и агропромышленного комплекса (заводы по производству сахара, спирта, пива, молочных продуктов, дрожжей и т. д.).
Влажный жом сахарной свеклы, дрожжевые остатки, продукты жизнедеятельности дрожжевых культур невозможно сжечь без предварительной осушки или разместить на полигоне без обработки в очистных сооружениях, что требует больших экономических затрат. Для утилизации таких отходов предложенные нами технические решения существенно эффективнее.

Получение синтез-газа происходит при введении непосредственно в объем высокотемпературного расплава (жидкого теплоносителя) специально подготовленного сырья и его удержание под зеркалом расплава до полной газификации (пиролиза).

Большая скорость и полнота газификации (пиролиза) обеспечиваются комплексным воздействием на органические соединения следующих факторов:

— высокие температуры 950—1 000 °С;

— эффективный перенос тепла теплоносителем (расплавом) к органическим соединениям;

— действие специально подобранных катализаторов, вызывающих образование в расплавах активных ионных пар, которые многократно ускоряют разрыв молекулярных связей органических соединений;

— развитие во всем рабочем объеме реактора микроразрядных процессов, сопровождающихся микроплазменным и кавитационным эффектами с образованием зон сверхвысоких температур и давлений на границах разрядов;

— удержание сырья под зеркалом расплава, его максимально эффективное перемешивание и распределение по всему объему рабочей зоны реактора за счет его формы и специальных газодинамических устройств;

— непосредственный подвод тепла в систему от погруженных в расплав специальных горе-лочных устройств.

Перечисленные преимущества выгодно отличают предлагаемый метод от существующих, в которых условия теплопереноса намного хуже, а ионно-каталитические, кавитационные и другие эффекты отсутствуют.

Наши разработки дают возможность:

— в несколько раз сократить габариты реакторов и значительно уменьшить капитальные вложения;

— снизить тепловые потери, соответственно, сократить энергопотребление и обеспечить безусловный положительный тепловой баланс;

— применить в качестве основного конструктивного материала реактора пиролиза — газификации жаропрочные стали и сплавы без внутренних малостойких теплозащитных покрытий и перекладываемых футеровок, что обеспечивает эксплуатацию в течение не менее 70 000 ч.

Достоинства разработанной технологии позволяют проектировать и изготавливать экономически рентабельные промышленные установки.

Для расчета материального баланса в качестве сырья выбраны бурый уголь и попутный нефтяной газ. Исходные данные и результаты показаны в табл. 1—3.

Таблица 1

Свойства сырья

Характеристика

Попутный газ

Бурый уголь

Элементный состав сухого сырья, %

С

75

76

Н

25

4

О

20

Влажность, %

40

Зольность, %

7

Таблица 2

Свойства синтез-газа

Характеристика

Попутный газ

Бурый уголь

Соотношение СО : Н2

0,333

1,060

Удельная масса, кг/нм3

0,290

0,504

Выход углеводородов, г/нм3 синтез-газа

Всего

80

200

Парафины

20

35

СЖТ*

60

165

                                                                                        * Синтетическое жидкое топливо.

Таблица 3

Расчет материального баланса

Характеристика

Попутный газ

Бурый уголь

Количество сырья, т/год

сухого

25 514

21 600

органической части

25 514

20 088

Количество получаемого синтез-газа, тыс. нм3/год

144 000

35 835

Количество получаемых углеводородов, т/год

Всего

11 250

7 525

Парафины

9 000

5 912

СЖТ

2 250

1 613

Всего после обработки фракций СЖТ и парафинов с усредненным выходом СЖТ 96,5 %, т/год

11 116

7 261

Установка по переработке попутного газа может быть снабжена ректификационной колонной с насадкой, позволяющей несколько увеличить производительность по топливному газу.

Основные характеристики исходного газа, получаемых продуктов, энергопотребление и производительность установок обоих видов приведены в табл. 4—8.

Таблица 4

Свойства попутного газа

Характеристика

Величина

Состав, об. %

Метан

58,00

Этан

18,00

Пропан

12,00

і-бутан

3,60

п-бутан

4,00

і-пентан

1,12

п-пентан

0,60

Гексан

2,10

Азот

0,20

Углекислый газ

0,38

Молекулярная масса, кг/кмоль

27,7

C3 + высшие, г/м3

580

Давление, МПа

0,15

 

Таблица 5

Свойства топливного газа высокого (3,50 мПа) и низкого (1,28 мПа) давления

Характеристика

Установка по переработке попутного газа*

№ 1

№ 2

Состав, об. %

Метан

80,3

79,8

Этан

15,5

15,9

Пропан

3,1

3,2

i-бутан

0,2

0,2

n-бутан

0,1

0,1

Азот

0,3

0,3

Кислород

0,5

0,5

Молекулярная масса, кг/кмоль

19,3

19,4

Точка росы при давлении 3,5 МПа, °С

−32,5

31,3

Низшая теплота сгорания, кДж/м3

39 700

39 920

Число Воббе, кДж/м3

53 660

53 780

                                                                            * Здесь и далее: установка № 1 — без ректификационной колонны, № 2 — с ректификационной колонной.

Таблица 6

Свойства широкой фракции углеводородов

Характеристика

Установка по переработке попутного газа

№ 1

№ 2

1-й поток

2-й поток

Состав, об. %

Метан

21,2

12,8

11,0

Этан

35,7

14,1

22,6

Пропан

20,1

22,1

30,9

i-бутан

9,1

11,1

11,0

n-бутан

9,4

14,7

12,5

i-пентан

1,9

6,1

3,5

n-пентан

0,9

3,5

1,9

Гексан

1,7

15,6

6,6

Молярная доля жидкой фазы

1

1

1

Молекулярная масса, кг/кмоль

38,6

51,4

45,5

Температура, °С

20,0

35,0

23,5

Давление, МПа

3,5

3,5

3,1

Таблица 7

Мощность, потребляемая агрегатами

Агрегат

Мощность, кВт

Установка по переработке попутного газа

№1

№2

1-й компрессор

54,00

54,00

2-й компрессор

29,40

29,40

Привод волнового детандера-компрессора

0,75

0,75

Воздухоотделители

5,00

5,00

Ребойлер

0,20

Всего

89,15

89,35

Таблица 8

Производительность установки

Производительность

Размерность

Установка по переработке попутного газа

№ 1

№ 2

по исходному газу

нм3/ч (кг/ч)

300 (350)

300 (350)

топливному газу высокого давления

54,5 (44,5)

54,6 (44,9)

топливному газу низкого давления

137(112,5)

150 (123,1)

широкой фракции углеводородов

кг/ч

122,5 + 70,5 = 193*

182,0

                                                     * 1-й поток + 2-й поток.

New Processing Methods Designed to Convert the Associated Petroleum Gas into Liquid and Gaseous Fuels

Pugach S. A., Business Parallel Ltd, Khmelnitskiy, Ukraine
Ersmambetov V. Sh., entrepreneur, Kharkiv, Ukraine
Neskorodov G. F.,
Innovation Technology Centre «TECHNODOMEN» PE, Kharkiv, Ukraine

The proposed pioneer technologies for associated petroleum gas treatment are based on the following methods:
— High-temperature steam gasification (pyrolysis) of input material and subsequent synthesis of hydrocarbon material with specified properties in the heat-carrying fluids (melt organic and inorganic compounds);
— Compression-based hydrocarbon separation and low-temperature condensation using the isentropic expansion in the wave expander-compressor and vapour compression cycle with mixed refrigerant.

Главная страница

Сведения об авторах

Эрсмамбетов Вячеслав Шихаметович, канд. техн. наук, предприниматель. Для переписки: ул. Блюхера, 22,  к. 196, Харьков, 61170, Украина. Моб. (097) 470-65-47. E-mail
Нескородов Геннадий Федорович, канд. техн. наук, директор, ЧП «Центр инновационных технологий "ТEХНОДОМEН"». Для переписки: ул. Херсонская, 23, к. 3, Новая Водолага, Харьковская обл., 63200, Украина. Моб. (096) 621-40-30. E-mail


© Независимое агентство экологической информации
Последние изменения внесены 06.04.11