|
зміст
ВСТУП 4
ГЛАВА 1. СТАНОВЛЕННЯ газопереробки В УРАЛО-Поволжя І Оренбурзької області. 7
1.1. Деякі питання історії видобутку і використання попутного нафтового газу 7
1.2. Основні тенденції переробки попутного нафтового
газу, природного газу газових і газоконденсатних родовищ 19
ГЛАВА 2. ЗАРОДЖЕННЯ, СТАНОВЛЕННЯ І РОЗВИТОК ПЕРЕРОБКИ вуглеводневої сировини ДЕЯКИХ РОДОВИЩ ЗАХІДНОЇ СИБИРИ. 28
2.1. Тюменська область - найбільший нафтовидобувний район Росії. 28
2.2. Наявність і використання ресурсів нафтового газу
в Західному Сибіру. 33
2.3. Прогноз ресурсів нафтового газу та інших джерел легкого вуглеводневої сировини по родовищах Західного Сибіру. 36
2.4. Витоки становлення газопереробки. 41
2.5. Нижневартовский ГПЗ - первісток галузі. 45 РОЗДІЛ 3. ДОСЛІДЖЕННЯ СКЛАДУ І ВЛАСТИВОСТЕЙ вуглеводневої сировини. ПЕРЕРОБКА вуглеводневої сировини. 52
3.1. Метод визначення компонентного складу газу і результати досліджень. 52
3.2. Сутність первинної переробки і процеси поділу ПНГ. 66
3.3. Опис технологічної схеми МАУ. 75 ГЛАВА 4. ПРОДУКТИ газопереробки. ШЛЯХИ ВИКОРИСТАННЯ ТА ПЕРСПЕКТИВИ. 84 4.1. Товарна продукція ГПЗ і її використання. 84
4.2. Принципові схеми нафтохімічних виробництв. 88
4.3. ЦГФУ - схема, опис, подальше використання продуктів поділу. 95
4.4. Перспективи розвитку нафтохімічної галузі. 102 ВИСНОВКИ 105 Список використаних джерел 106 Додатки
Вступ
Метою роботи є:
- Дослідження історичних аспектів виникнення, становлення і розвитку наукових робіт з вивчення хімічного складу і властивостей попутних газів нафтових родовищ Західно-Сибірського регіону, а також комплексу проблем, пов'язаних з переробкою попутних газів з метою отримання високоякісної сировини для нафтохімічної промисловості.
- Дослідження хімічного складу і властивостей попутних газів нафтових родовищ Західного Сибіру: Самотлорского, Радянського, Варьyoганского, Мамонтовского, Південно-Баликское, Тепловський і деяких інших з метою визначення можливостей використання їх в якості сировини на Нижневартовском, Белозерном і Південно-Баликское газопереробних заводах.
- Оцінка можливості та ефективності використання отриманих на газопереробних заводах вуглеводневих фракцій для виробництва нафтохімічних продуктів - мономерів, полімерів, каучу-ков, гум.
- Дослідження залежності режимних параметрів і виходу широкої фракції легких вуглеводнів (ШФЛУ), стабільного газового бензину (СГБ) і пропану на газопереробних установках.
Наукова новизна
Вперше в хронологічній послідовності проаналізовано відомості по всім історичним етапам створення і вдосконалення підприємств по переробці попутних нафтових газів Західно-Сибірського регіону.
Вперше досліджено хімічний склад попутних газів різних нафтових родовищ Західного Сибіру (Самотлорского, Варьеганского, Південно-Баликское і ін.) І запропонована науково-обгрунтована схема їх переробки.
Вперше проведена класифікація попутних газів багатьох нафтових родовищ Західного Сибіру за змістом найбільш цінних компонентів (С3-С5 і вище).
Практична значимість
Практична цінність роботи полягає в тому, що рекомендації щодо забезпечення максимального виходу ШФЛУ, СГБ і пропану, в залежності від хімічного складу попутних газів нафтових родовищ Західного Сибіру і режимних параметрів газопереробних установок, використовуються на Нижневартовском, Білозерському та Південно-Баликское газопереробних заводах.
Матеріали дисертаційного дослідження використовуються при читанні лекцій та при проведенні лабораторного практикуму з окремих розділів курсів «Технологія нафти і газу» і «Загальна хімія» для студентів технологічного факультету Уфимського державного нафтового технічного університету.
Структура і зміст роботи:
Дисертація викладена на 109 сторінках машинописного тексту і складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і списку цитованої літератури.
ГЛАВА 1. СТАНОВЛЕННЯ газопереробки В УРАЛО-Поволжя І Оренбурзька область
1.1. Деякі питання історії видобутку і використання
попутного нафтового газу.
Сьогодні для кожного з нас звернення до славних сторінок історії нафтогазової промисловості Росії продиктовано не тільки природним інтересом до минулого, а й спробою усвідомити сенс і необхідність змін, зрозуміти, що ми можемо успадкувати з минулого, якими критеріями необхідно керуватися в нашому сьогоденні. Початок видобутку нафти в нашій країні сягає в далеке минуле, однак роком народження вітчизняної нафтової промисловості прийнято вважати 1864 г. - рік переходу від ручного способу буріння нафтових свердловин до механічного ударному способу, первозачінателем якого був А. Н. Новосильцев [1].
Збір нафти і газу на промислах до революції був вкрай примітивний. Технічний рівень промислового газового господарства був таким низьким, що дозволяв експлуатувати свердловини, що дають тільки чистий газ. Промисловці не тільки не дбали про збереження газу або легких фракцій, а й всіляко намагалися їх позбутися. Нафта в основному йшла на паливо або на переробку. Основними продуктами, які з неї отримували, були гас, нафта і масла. Бензинові фракції, що містяться в нафті, підвищували температуру спалаху і тому вважалися небажаними. Промисловці вдавалися до різних заходів для вивітрювання легких фракцій: нафта збирали в відкритих земляних коморах з великою поверхнею випаровування, пропускали її через спеціальні градирні, подовжували канави, за якими вона стікала в комору і т.д. [2].
Єдиної обв'язки свердловин на промислі в той час не існувало. Тільки через кілька років після націоналізації нафтової промисловості з'являються сепаратори, металеві мірники, викидні лінії,
общепромисловие колектори і промислові нафтозбірні пункти. Промисли починають будуватися по так званій індивідуальній системі неф-тегазосбора. За цією системою біля кожної свердловини споруджувалися трап і мірник, де проводилася сепарація нафти і завмер дебіту свердловини. Але і ця система мала ряд недоліків: велика кількість дорогої апаратури на обладнання свердловин, погане використання пластової енергії і складність обслуговування розкиданих установок.
В кінці 1930-х років була створена так звана «бакинська» система збору, яка відповідала основним вимогам закритою експлуатації свердловин.
Після Великої Вітчизняної війни інженерами Ф. Г. Бароняном і С. А. Везирова була розроблена нова система нефтегазосбора, яка вигідно відрізнялася своєю компактністю, універсальністю і технологічністю [3].
Сучасний промисел представляє вже велике індустріальне підприємство з високою продуктивністю праці. Всі промисли оснащені повністю закритими системами збору, що виключають втрати нафти і газу. Сьогодні на промислах здійснюють процеси тонкої сепарації, де-емульсаціі, знесолення і в ряді випадків глибокої стабілізації нафти. Впроваджено повна і комплексна автоматизація всіх технологічних процесів зі збору та підготовки нафти.
Слід зазначити, що за післявоєнний період значно збільшився видобуток попутного газу на всіх нафтових промислах країни і особливо в Татарії, Башкирії, Оренбурзької і Куйбишевської областях (табл. 1.1) [4].
Таблиця 1.1.
Динаміка фонду родовищ діючих газових свердловин і видобуток газу.
--------------- [Кількість родовищі в розробці Кількість діючих газових Видобуток газу, млн. Mj
Роки Куйбишевська область Оренбурзька область Всього свердловин на родовищах і в газосховищах Куйб-Шевська область Оренбурзька область Всього
1942 1943 1 2 1 1 2 2 15 0,2 33.8 0,5 8.6 0.7 42.4
1944 1945 2 2 2 2 4 4 18 21 187.8 125.3 26,6 107,6 214.4 232,9
1946 1947 3 2 3 5 6 27 31 132,1 180,9 124,4 87,8 256,5 268,7
1948 1949 3 2 4 4 7 6 30 25 125.3 155.4 213,4 139,8 338,7 395,2
1950 1951 2 3 4 4 6 7 27 30 118,5 127.2 313,5 308,7 432,0 435,9
1952 1953 4 4 6 10 11 42 51 150.5 154,1 292,4 346.5 442,9 500,6
1954 1955 4 4 8 Q 12 13 67 67 159.8 122,9 357,8 388,8 517,6 511,6
1956 1957 4 4 9 9! 3з 69 76 141,8 128,9 428,6 526,5 570,4 655,4
1958 1959 5 5 9 9 14 14 63 74 89,9 102,7 572,1 562,9 662,0 665,6
1960 1961 5 5 9 9 14 14 75 84 186,0 185,3 476,6 471,3 662,6 656,6
1962 1963 6 6 11 11 17 17 93 89 212,8 219,1 465,6 450,6 678,3 669,7
1964 1965 6 6 12 12 18 18 109 108 171,1 148Л 499,9 542,9 674,0 691,0 |
Відзначаючи факт зростання видобутку і використання попутного газу, необхідно сказати і про те, що на нафтопромислах все ще губилося велика кількість попутного газу, що надходить з родовищ разом з нафтою.
Перша повоєнна п'ятирічка стала подальшим кроком вперед по шляху вдосконалення нової техніки і технології переробки нафти і газу. В області переробки нафти, природних і попутних газів широко розвивалися технологічні зв'язки між нафтогазової та хімічної промисловістю. Були побудовані потужні нафтохімічні комбінати -Салаватскій, Куйбишевський і Ангарський. Однак через відставання будівництва об'єктів зі збору попутних газів і переробці їх на газобензинових заводах і відставання вводів в експлуатацію вторинних процесів переробки нафти на НПЗ багато заводів нафтохімії погано забезпечувалися вуглеводневим сировиною. На нафтопереробних заводах, що діють на той період часу, все ще залишалася низькою частка використання легкого вуглеводневої сировини для нафтохімії, яка не перевищувала 0,5 - 1% від обсягу переробки нафти.
Це пояснювалося застосуванням недосконалих систем газосбора і газофракціювання на цих заводах, побудованих десятки років назад, коли нафтохімічна промисловість ще не розвивалася, і відставанням в будівництві установок вторинних процесів переробки нафти.
На нафтопромислах ставали до ладу газобензинові установки і установки стабілізації нафти. Це було міцною основою забезпечення сировиною бурхливо розвивається хімічної промисловості.
Значення нафти і газу в народному господарстві ще більш збільшилася в зв'язку із застосуванням їх як важливої сировини для розширення виробництва мінеральних добрив, синтетичного каучуку, штучного волокна, пластмас та інших хімічних продуктів (табл. 1.2) [9, 10].
Цим, насамперед, і пояснюється нове місце газової промисловості в системі народного господарства, перетворення її з галузі чисто паливно-енергетичної в промисловість, здатну повністю
ливно-енергетичної в промисловість, здатну повністю забезпечити найціннішим сировиною запити Великий хімії.
Таблиця 1.2
Ресурси, видобуток і використання нафтового газу в 1966 р (дані Міністерства нафтовидобувної промисловості)
Роки Ресурси нафтових газів, млрд. М Видобуток нафтових газів, млрд. М Нафтові гази - сировина нафтохімії, млрд. М3 Нафтові гази-паливо млрд. Mj Втрати, млрд. Mj
1964 21,3 14,2 5,4 8,8 7,1
+1966 23,9 16,1 6,7 - 7,8
1 967 26,2 17,2 - - 8,9
1970 31,1 23,8 16 7,8 7,3
У табл. 1.3. і 1.4. наведені дані по видобутку паливно-енергетичних ресурсів Росії за період з 1913 по 1999 рр. [1].
Так створювалася сировинна база і виникала необхідність у створенні заводів для переробки газу нафтових родовищ. Перші заводи створювалися для виробництва газового бензину. Піонерами створення вітчизняного газобензинових виробництва по праву є грозненські нафтовики. Перший газобензиновий завод (ГБЗ) був побудований в Грозному в серпня 1924 р У 1925 р тут же були побудовані два абсорбційних і два компресійних ГБЗ [15]. У період з 1928 по 1941 рр. різко зростає видобуток нафти в Баку і Грозного. У зв'язку з цим посилюється увага до проблеми отбензініванія газу. У ці роки будуються ГБЗ заводи в Баку, Краснодарському краї, вводиться в експлуатацію Майкопская углеадсорбціонная га-зоотбензінівающая установка. У 1931 р почало розвиватися виробництво сажі з газу.
Таблиця 1.3.
ВИДОБУТОК ПАЛИВНО-ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ РОСІЇ, в перерахунку на УМОВНЕ ПАЛИВО 7000 ккал., Млн. Т [12, 13]
1922 1940 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1986 1987 1988 1989
Нафта з 6,7 44,5 211,4 346,4 502,5 701,9 862,6 851,3 879,1 892,6 892,8 868,4
газовим
конден-
Сатомі
Газ 0,03 4,4 54,4 149,8 233,5 342,9 514,2 742,9 792,7 840,1 889,4 919,5
Таблиця 1.4
ВИДОБУТОК попутного газу, нафти з газовим конденсатом В РОСІЇ [12,13]
1913 1940 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1986 1987 1988 1989 1997 1998 1999
Попутний газ, млрд.м3 03 3,2 - 16,5 23 28,6 33,1 39 40,4 41,9 44,3 46 - - -
Нафта з газ. конд., млн. т - 31,1 148 242,9 353,0 490,8 603,2 595,3 611,4 624,2 624,3 607,3 305,6 303,4 302,0
На початку 1970-х років, поряд з будівництвом нових газобензинових заводів, почався якісно новий етап у використанні газу - його хімічна переробка. Газобензинові заводи вже розглядаються як підприємства, що забезпечують отримання широкої гами цінних вуглеводнів. Складові газ компоненти набувають самостійного значення як цінні високооктанові складові моторного палива і хімічна сировина.
З 1959 по 1965 рр. стали до ладу газобензинові заводи в Башкирії (Туймазінський і Шкаповское), в Татарії (Мінібаєвський), в Куйбишевської області (Отрадненский).
До 1965 р в експлуатації знаходилися 12 великих газобензинових заводів, що працюють за схемою олійною абсорбції (50%), низькотемпературної конденсації (30%) і вугільної адсорбції (20%). Обсяг переробки нафтових газів зріс до 6,1 млрд.м3 на рік (в тому числі 1,7 млрд.мЗ природного газу), що забезпечило отримання понад 1,1 млн.т зріджених газів. У табл. 1.5. наведено динаміку видобутку нафти за основними нафтовидобувним об'єднанням в 1970-1973 рр.
Таблиця 1.5. Динаміка видобутку нафти (млн. Т) в основних об'єднаннях [18]
Найменування об'єднань 1970 1972 1973
Татнефть 100,4 102,1 103,2
Башнефть 40,7 62,7 86,5
Куйбишевнефть 34,9 35,5 35,9
Оренбургнефть 7,4 9,4 10,5
Збільшення видобутку природного і нафтового газу дозволило збільшити масштаби їх використання в народному господарстві. Так в 1970 році основними споживачами природного і нафтового газ були енергетики
(43,3%) і технологічні промислові споживачі (30,7%). Третім за обсягом споживання було комунально-побутове господарство (13,8%). В сумі, ці споживачі отримали 206 млрд. М3 газу або 87,8%. В якості сировини промисловість отримала 18,4 млрд. М3, або 7,8% всього видобутого газу, в тому числі на хімічну переробку газу - 4%, виробництво рідких газів м газового бензину - 1,9% і виробництво газової сірки -1, 9%. Обсяг переробки газу на ГБЗ до 1970 р склав приблизно 10 млрд. М3, а число ГБЗ збільшилася до 24.
Виробничими планами того часу ставилися завдання значного збільшення відбору з нафтового газу пропану, бутанов, а також витяг на більшості заводів метанова фракцій. Планувалося застосування транспортування по одному продуктопроводу ШФЛУ з ГБЗ і поділ цих фракцій на великих центральних газофракційні-щих установках нафтохімічних комбінатів, які є споживачами всіх індивідуальних вуглеводнів.
Для забезпечення ефективності капітальних вкладень необхідно було забезпечити також повне завантаження сировиною ГБЗ, а це було можливо тільки при правильному їх розміщенні з урахуванням ресурсів сировини і ряду інших економічних передумов.
Газопереробні заводи сьогодні розглядаються як підприємства, що забезпечують отримання широкої гами цінних вуглеводнів. Складові газ компоненти набувають самостійного значення як цінні високооктанові складові моторного палива і хімічна сировина.
В даний час видобуток природного і попутного газу становить понад 600 млрд. М3, нафти і газового конденсату 305 млн. Т;
• залучені в розробку Ямбургское, Карачаганакське і інші газо-конденсатні родовища;
• здійснено роботи, пов'язані з організацією видобутку газу на півострові Ямал;
• розпочато створення на цій базі великотоннажного газохімічного виробництва;
• широко впроваджуються автоматизовані блочно-комплектні установки, в тому числі великої одиничної потужності, для комплексної підготовки газу та газового конденсату (рис 1.1) [11].
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 - --Нефть ... ... Природний газ
Мал. 1.1 Динаміка видобутку нафти і газу в Росії.
Розвиток і вдосконалення наукових і практичних основ розробки газових і газоконденсатних родовищ можна розділити на кілька основних періодів.
На перших етапах розвитку газодобувної промисловості родовища розроблялися примітивними методами. Свердловини бурились в безпосередній близькості від споживачів газу.
Потім методи розробки нафтових родовищ стали використовувати для розробки газових і газоконденсатних родовищ, не враховуючи їх специфіки.
Пізніше починається етап створення та впровадження науково-обгрунтованих методів розробки газових родовищ.
В даний час проектування раціональної схеми розробки газових родовищ ведеться на основі комплексних геологічних,
газогідродінаміческіх і промислових досліджень родовищ, доповнених техніко-економічним аналізом при використанні комп'ютерів.
У міру розвитку газодобувної промисловості технологія видобутку газу зазнала суттєвих змін. Утворилася нова галузь газової промисловості - видобуток газового конденсату (табл. 1.6).
Таблиця 1.6. Видобуток нафти і газового конденсату (1995-1999 рр.), Тис. Т
Нафтові компанії 1995 1996 1997 1998 1999
Оренбургнефть 7410 7 566 7 495 7 421 7 465
Самаранефтегаз 9 087 8 866 8 542 8 160 7 692
Татнефть 25 022 2 478 24 538 24 439 24 065
Видобуток газу в царській Росії була дуже слабо розвинена. Так, за 1913 рік у Росії було видобуто всього близько 300 млн. М3, головним чином нафтового газу. Газ використовувався частково в промисловості, а також для освітлення вулиць і в порівняно обмеженому обсязі надходив для газопостачання населення.
У період громадянської війни дещо зменшився обсяг видобутку природного газу і різко скоротився обсяг виробництва штучних газів на заводах.
У наступні довоєнні роки вітчизняна газова промисловість розвивалася головним чином в напрямку впорядкування газового господарства на нафтопромислах з метою ліквідації втрат видобувається попутно з нафтою газу і організації його використання. У зв'язку зі значним обсягом проведених робіт по закритій експлуатації нафтових свердловин, будівництва газобензинових заводів і компресорних станцій
видобуток газу більш ніж в 10 разів перевищила рівень його видобутку в 1913 р, склавши в 1940 р 3 219 млн. м3.
Виділення газової промисловості в 1946 р в самостійну галузь дозволило різко збільшити як обсяг видобутку газу в абсолютному значенні, так і його питома вага в паливному балансі країни. Швидкі темпи зростання видобутку газу стали можливі завдяки корінному посилення робіт по будівництву магістральних газопроводів, що з'єднали основні газовидобувні райони зі споживачами газу - великими промисловими центрами і хімічними заводами. Загальна протяжність магістральних газопроводів в країні до 1964 р досягла 33 400 км.
У 1963 р введені в експлуатацію найбільші в світі по протяжності і діаметрам газопровід Бухара-Урал і нафтопровід «Дружба» [20]. Основою швидкого зростання видобутку газу було відкриття великого числа нових газових і газоконденсатних родовищ.
У нашій країні нафтохімічний синтез в промислових масштабах отримав широкий розвиток. В останні роки вітчизняна нафтохімічна промисловість стала великим споживачем газів, що добуваються з нафтових і газових родовищ. Для хімічної переробки газів вельми важливий їх вуглеводневий склад.
Природні гази газових родовищ в основному складаються з метану і «інертних» газів, тому хімічна переробка цих газів розвивається в напрямку різних хімічних перетворень метану (аміак, метанол, ацетилен і ін.). У нашій країні склалася досить велика промисловість, яка виробляє азотні добрива, капронові волокна, фенолформальдегідні і поліхлорвінілові смоли. Основною сировиною для цих виробництв з'явилися вихідні мономери, одержувані при деструктивної переробки газу безпосередньо на хімічних заводах. В даний час лише близько 7% всього видобутого в країні природного газу перерабативется в хімічні продукти [21].
17
Гази, що видобуваються з газоконденсатних родовищ, містять значно більшу кількість вуглеводнів С2 ... С5 + вищі в порівнянні з газами чисто газових родовищ. Ці гази є великим резервом розширення хімічної сировини в нашій країні.
Особливу роль для хімічної переробки грають гази, що добуваються з нафтових свердловин, що відрізняються високим вмістом вуглеводнів С2 ... С5 + вищі. У табл. 1.7. наведено склад попутних газів нафтових родовищ Урало-Поволзької регіону [22].
Таблиця 1.7
Склад попутних газів нафтових родовищ Урало-Поволзької регіону,% мас.
Родовище СО2 N2 с, с2 Сз iC4 ПС4 ^ -з + в
Ромашкинское
(Татарстан) 0,7 9,5 27,0 23,6 22,4 2,9 6,7 6,7
Яріно-
Каменноложское - 19,3 25,0 23,3 20,2 2,7 5,8 2,6
(Пермська обл.)
Кунгурской 2,1 8,6 50,4 21,1 11,6 1,6 2,6 2,0
(Пермська обл.)
Чернушенское - 16,0 34,0 20,0 18,0 2,0 4,0 6,0
(Пермська обл.)
Шкаповское - 22,4 23,4 19,0 23,0 4,7 5,0 3,7
(Башкирія)
Мухановське 1,9 11,7 І, 5 27,4 33,6 3,6 12,9 10,4
|