Файл: Утилизация и рациональное использование попутного нефтяного газа.pdf

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 24 п. Сосновка ГО Карпинск
Предмет: Физика
Направление: естественно - научное
Научно-исследовательский проект на тему:
«Утилизация и рациональное использование попутного
нефтяного газа»
Выполнил: Штобер Роман ученик 10 класса
Руководитель: Мецлер Анна Владимировна учитель физики и математики
ГО Карпинск
2023

Содержание
Введение…………………………………………………………………………...3
Раздел I. Первая встреча человека с ПНГ……………………………………….5 1.1. Возникновение природного и попутного нефтяного газа...…………......6 1.2. Состав ПНГ ………………………………………….…………………....11 1.3. Виды ПНГ………………………………………………………………....12 1.4. Добыча ПНГ……………………………………………………………….13
Раздел II. Применение ПНГ……………………………………………………..15 2.1. Применение ПНГ в наше время……………………………………………15
Раздел III. Утилизация и переработка ПНГ…..………………………………..18 3.1. Методы переработки ПНГ………………………………………………….19 3.2. Методы утилизации ПНГ ……………...…………………...……………...24 3.3. Влияние ПНГ на окружающую среду……………………………………..26 3.4. Выводы………………………………………………………………………28
Заключение……………………………………………………………………….29
Список использованной литературы ….……………………………………….30

Введение
Роль нефти в нашем современном мире огромна. Ещё до начала нашей эры человечество открыло для себя такой природный ресурс, как нефть. Спектр её применения был огромен и расширялся вместе с развитием цивилизаций.
Поселения на берегах Евфрата использовали её в качестве вяжущего материала для строительства большинства дорог, вавилонский царь увидел в ней топливо для своей печи, древние египтяне бальзамировали тела умерших, а жители Греции создавали зажигательные смеси для поражения судов противника. Но время никогда не стоит на месте. XIX и XX века принесли ряд новых технологий.
Появление двигателей внутреннего сгорания обусловило повышение важности нефти в военных целях. Из неё начали производить бензин, на котором работали практически все двигатели того времени. В условиях, когда нефть стала основным видом энергетического сырья, возросло её экономическое и политическое значение в мире.
Чтобы понять это, достаточно взглянуть на страны Персидского залива, которые превратились в богатейшие государства мира за счёт открытия огромнейших месторождений нефти и газа.
Нефть также не могла не коснуться жизни обычных людей. Из неё человек получает бытовую химию, косметику, лекарства, одежду, продукты питания, стройматериалы и так далее.

Цель проекта: Выяснить и утвердить наиболее рациональный, а также удобный способ утилизации попутного нефтяного газа в зависимости от благосостояния и возможностей того или иного региона страны.
Задачи:
 Узнать о первой встречи человека с ПНГ и дальнейшее его использование.
 Собрать информацию о существовавших и существующих способах использования (утилизации) ПНГ на территории России.
 Охарактеризовать достоинства и недостатки каждого способа переработки
(утилизации) ПНГ на той или иной территориях.
 Сравнить между собой передовые технологии превращения и использования ПНГ
 Выбрать наиболее качественные варианты использования ПНГ.
Актуальность проекта:
Ничто в нашем мире не может быть бесконечным. Рано или поздно ресурсы нашей планеты иссякнут, либо они, достигнут точки минимума, при которой использование уже оставшихся материалов не будет приходиться возможным. В число входят нефть и газ, доля которых составляет примерно 35% и 22% от общемирового энергобаланса соответственно. Несомненно, нефть и природный газ имеют свойство восстанавливаться с течением времени, однако возникает проблема, требующая решения.
При современном уровне добычи восстановительная способность уступает скорости потребления этих ресурсов, когда-то они закончатся. Тут же возникает вопрос о том, как продлить сроки использования и оттянуть момент полного исчерпания столь драгоценных природных материалов? Не исключено, что при любом взаимодействии с чем- либо остаётся остаток, который можно использовать. Ту же самую ситуацию мы видим при нефтедобыче. Основным продуктом отходов является ПНГ (попутный нефтяной газ). Это и стало моим объектом исследования. В будущем я планирую связать свою профессиональную деятельность с данной отраслью, чтобы была возможность досконально исследовать переработку и утилизацию попутного

нефтяного газа для его вторичного использования в целях укрепления экономики страны.

Раздел I.
Первая встреча человека с попутным нефтяным газом.
1.1. Возникновение природного и попутного нефтяного газа.
Более 200 лет человечество в промышленных масштабах занимается добычей полезных ископаемых, одним из которых является нефть. Из нового, на момент начала освоения, сырья, получали и получают поныне множество полезных продуктов - бензин, дизельное топливо, битумы, смолы. Добыча «черного золота» связана с множеством опасностей, одну из которых представляет растворенная в нефти, а также скапливающаяся над нефтяными бассейнами в полостях земли, смесь углеводородных газов, таких как метан, этан, пропан, и т.д.
Именно она приводила к загазованности, а также большому количеству пожаров и взрывов на месторождениях нефти, выходя вместе с жидкой нефтью из скважины, и частично выделяясь из нее в результате перепада давления между давлением в подземных бассейнах и атмосферным давлением. Данная смесь под обобщенным названием «Попутный Нефтяной Газ» в течение долгого времени не только никак не перерабатывалась, но и, по причине того, что экономически обоснованного применения на тот момент ей найдено не было, просто сжигалась.

Однако с начала
ХХ века нефтедобывающие компании активно приступили к поиску способов использования, а также переработки
ПНГ, с целью увеличения КПД использования недр. Если ранее степень использования попутного газа была близка к 0, то в настоящий момент за счет принятия экологических соглашений, а также развития технологий переработки и использования, доля используемого по назначению ПНГ близится к 85%.
В последующие несколько лет потребление ценных энергоносителей
(углеводородов) будет расти. В мире всего лишь несколько крупных месторождений, которые готовы к резкому увеличению спроса на углеводороды.
В России – это северная часть страны (Ямало-Ненецкий, Ханты-Мансийский автономные округа, Республика Саха). Газовая промышленность России немного отличается от газовой промышленности других стран, а именно из-за своего природно-географического характера. Российская федерация имеет самую большую территорию, почти половина этой территории находится в зоне вечной мерзлоты. Нефтегазоносные районы удалены от районов потребления, поэтому усложняются транспортные, энергетические коммуникации. В нашей стране добыча попутного нефтяного газа (ПНГ) началась в 1928, одновременно с добычей нефти. Первой площадкой добычи являлась Бакинский нефтепромысел.
Газовая промышленность России шла на спад вплоть до 1999 г. И только в начале
2000 годов, цена на газ пошла вверх, увеличилась добыча природного и попутного газа. Рост потребности в газе в Российской федерации продолжается за счет вытеснения газом топочного мазута, энергетического угля, использования газа в качестве моторного топлива. В мире Россия по запасам природного газа занимает первую строчку. Доказанные запасы газа в РФ составляют 1\4 часть от общих в мире.

Валовая добыча природного и попутного нефтяного газа в нашей стране варьируется около 700 млрд. м3 , из них 680 млрд. м3 составляет товарный газ, сожжено на факелах 20 млрд. м3 .
Основные магистральные газопроводы России:
Ямал — Европа
Обеспечивает экспортные поставки газа с месторождений Западной Сибири в страны Восточной и Западной Европы через Белоруссию. Российская часть газопровода начинается в Торжке, имеет длину 402 км. Диаметр труб — 1420 мм.
Проектная мощность — 32,9 млрд м³ в год. Введён в эксплуатацию в 1999—2006 годах.
Уренгой — Помары — Ужгород
Обеспечивает экспортные поставки газа с месторождений Западной Сибири в страны Восточной и Западной Европы через Украину. Длина российского участка — 3291 км. Диаметр труб — 1420 мм. Проектная мощность — 32 млрд м³ в год. Введён в эксплуатацию в 1983 году.
Бованенково — Ухта (две нитки)

Обеспечивает транспортировку газа с месторождений Ямала. Состоит из двух ниток (очередей) длиной около 1200 км каждая. Диаметр труб — 1420 мм, давление газа — 120 атм. Проектная мощность — 197,5 млрд м³ в год. Введён в эксплуатацию в 2012 году (первая очередь) и в 2017 году (вторая очередь).
Сахалин — Хабаровск — Владивосток
Обеспечивает транспортировку газа с месторождений Сахалина в Хабаровский и Приморский края.
Длина газопровода — более 1800 км, давление — 100 атм. Диаметр труб — 1220 мм и
700 мм. Проектная мощность первой очереди — 5,5 млрд м³ в год. Введён в эксплуатацию в 2011 году.
Северные районы Тюменской области — Торжок
Обеспечивает транспортировку газа с месторождений Тюменской области в центр Европейской части России и далее потребителям Северо-Западного региона, а также для заполнения экспортного газопровода «Ямал-Европа». Длина газопровода — 2200 км. Проектная мощность на разных участках — 20,5-
28,5 млрд м³ в год. Введён в эксплуатацию в 2006—2012 годах.
Ухта-Грязовец (2 нитки)
Обеспечивает транспортировку газа с месторождений Ямала и Западной Сибири в центр Европейской части России и далее потребителям Центра и Северо-
Западного региона, а также на экспорт. Состоит из двух ниток длиной 970 км каждая. Диаметр труб — 1420 мм, давление газа — 100 атм. Проектная мощность — 90 млрд м³ в год. Введён в эксплуатацию в 2012 году (первая очередь) и в 2018 году (вторая очередь).
Грязовец — Выборг
Является сухопутной частью газопровода «Северный поток». Длина — 900 км, диаметр труб — 1420 мм, давление газа — 100 атм. Проектная мощность —
55 млрд м³ в год. Введён в эксплуатацию в 2011—2013 годах.
Уренгой — Центр (2 нитки)

Две нитки длиной 3211 и 3035 км соответственно. Диаметр труб — 1420 мм, давление газа — 75 атм. Введён в эксплуатацию в 1983-1984 годах
[14]
Ямбург — Елец (2 нитки)
Две нитки длиной по 3146 км. Диаметр труб — 1420 мм, давление газа — 75 атм.
Введён в эксплуатацию в 1986-1987 годах.
Ямбург — Западная граница («Прогресс»)
Обеспечивает экспортные поставки в Европу через Украину. Длина 4366 км
(включая участок на территории Украины). Диаметр труб — 1420 мм, давление газа — 75 атм. Проектная мощность — 26 млрд м³ в год. Введён в эксплуатацию в
1987 году.
Оренбург — Западная граница («Союз»)
Обеспечивает экспортные поставки в Европу через Украину. Длина 2677 км
(включая участки на территории Казахстана и Украины). Диаметр труб —
1420 мм, давление газа — 75 атм. Проектная мощность — 26 млрд. м³ в год.
Введён в эксплуатацию в 1980 году.
Ямбург — Тула (2 нитки)
Две нитки длиной 2946 и 2146 км. Диаметр труб — 1420 мм, давление газа — 75 атм. Введён в эксплуатацию в 1988-89 годах.
Ямбург — Поволжье
Длина 2730 км. Диаметр труб — 1420 мм, давление газа — 75 атм. Введён в эксплуатацию в 1990 году.
Уренгой — Петровск
Длина 3000 км. Диаметр труб — 1420 мм, давление газа — 75 атм. Введён в эксплуатацию в 1983 году.
Уренгой — Новопсков

Длина 3609 км. Диаметр труб – 1420 мм, давление газа – 75 атм. Введён в эксплуатацию в 1983 году.
Сила Сибири
Обеспечивает поставку газа Чаяндинского и Ковыктинского месторождений потребителям Дальнего Востока России, а также на экспорт в Китай. Длина около
3000 км. Диаметр труб — 1420 мм, давление газа — 100 атм.
1.2. Состав попутного нефтяного газа.
Попутный нефтяной газ (ПНГ) - полезное ископаемое, газ, растворённый в нефти при пластовых условиях или располагающийся в шапках нефтяных и газоконденсатных месторождений. Объём газа приходящийся на одну тонну нефти может варьироваться от одного или двух до нескольких тысяч м
3
. ПНГ не имеет ни цвета, ни запаха, легче воздуха примерно в 1,8 раз, горюч и взрывоопасен.
От обычного природного газа ПНГ отличается большим разнообразием компонентов, которые делятся на две группы: углеводородная группа и неуглеводородная группа. К первой группе относятся предельные углеводороды - метан (CH
4
) и его гомологи: этан (С
2
Н
6
), пропан (С
3
Н
8
), бутан (С
4
Н
10
), пентан
(С
5
Н
12
), гексан (С
6
Н
14
) и так далее вплоть до доказана (C
22
H
46
). Процентное содержание углеводородов тяжелее гексана редко превышает 1%. Вторая группа, группа неуглеводородов, включает в себя аргон (Ar), водород (H
2
), гелий (He), азот (N
2
), сероводород (H
2
S), водяные пары – (H
2
O), угарный газ (CO), углекислый газ (CO
2
) и прочие серосодержащие соединения, инертные газы и частицы тяжёлых металлов.
Попутный нефтяной газ — смесь газов, выделяющаяся из углеводородов любого фазового состояния, состоящая из метана, этана, пропана, бутана и изобутана, содержащая растворенные в ней высокомолекулярные жидкости (от пентанов и выше по росту гомологического ряда) различного состава и фазового состояния примеси.

Компоненты газа
Объемная доля, %
Метан
(CH
4
)
81
Этан
(C
2
H
6
)
5
Пропан
(C
3
H
8
)
6
Изо-бутан
(i-C
4
H
10
)
2.5
Н-бутан
(n-C
4
H
10
)
1.5
Азот
(N
2
)
1
Углекислый газ
(CO
2
)
0.15
Другие
-
2.85
1.3.
Виды попутного нефтяного газа.
Ценность попутного нефтяного газа и перспективы его дальнейшей утилизации определяются долей содержания углеводородов в его составе. Так, вещество, выделяемое из «шапки», называют свободным газом, так как он состоит в основном из легкого метана. По мере погружения вглубь пласта его количество заметно уменьшается, уступая место другим, более тяжелым углеводородным газам.
Условно попутный нефтяной газ делится на несколько групп в зависимости от того, насколько он «углеводородный»:
 чистый, содержащий 95–100% углеводородов;
 углеводородный с примесью углекислого газа (от 4 до 20%);
 углеводородный с примесью азота (от 3 до 15%);
 углеводородно-азотный, в котором азот составляет до 50% объёма.
Так же попутный нефтяной газ подразделяется на:
 классы – по содержанию сернистых соединений: бессернистый, малосернистый, сернистый и высокосернистый,
 – группы – по содержанию негорючих компонентов: безбалластный, малобалластный, среднебалластный и высокобалластный,