Ресурсосберегающие технологии в нефтегазовой промышленности
Ресурсосберегающие технологии в нефтегазовой промышленности рассмотрим на примере Астраханского газоперерабатывающего завода.
Общие принципы и реализация малоотходного производства
Астраханский газоперерабатывающий завод приводится в качестве конкретного примера ресурсосберегающих технологий, хотя Астраханский регион в целом известен высоким содержанием серы в газе, что приводит к кислотным дождям. Проектная документация для этой схемы была разработана французской фирмой "Текнип", но полностью соответствует российским ГОСТам. Основные принципы, реализованные на заводе, включают малоотходное и безотходное производство, достигаемое за счет интенсификации технологических процессов, организации противотока, рационального использования вторичных энергетических ресурсов и разработки индивидуальных схем с минимальным образованием отходов. Фактически реализовано практически замкнутое производство, где все компоненты перерабатываются. Сера утилизируется, и используются замкнутые водооборотные циклы, при этом вся сточная вода очищается и возвращается в производственный цикл. Все, что вывозится на полигоны, — это безопасная зола, образующаяся при сжигании части отходов.
Сырье и ключевые продукты переработки
Исходный природный газ, поступающий на завод, имеет низкую концентрацию метана — всего 56%. При этом сырой газ содержит очень высокий процент сероводорода (22,5%) и углекислого газа (15%). Целью работы завода является повышение концентрации метана и полное удаление ядовитых компонентов. Товарный газ, который выпускает АГПЗ, имеет концентрацию метана 90%, при этом сероводород должен отсутствовать полностью, а углекислый газ также почти полностью удаляется.
Помимо товарного газа, в процессе очистки и переработки производятся и другие продукты. В качестве основных дополнительных продуктов завод выпускает твёрдую газовую серу, сжиженный газ, дизельное топливо (солярку) и бензин. Сырьем для этих углеводородных продуктов служит широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ), которую получают на стадии осушки газа. Из фракции 62–180 получают сжиженный газ и высококачественный бензин путем риформинга, из фракции 230–350 делают дизельное топливо, а фракция свыше 350 считается мазутом и используется как котельное топливо.
Основные технологические процессы
Подготовка пластового газа состоит из сепарации, очистки от серы и осушки. Сырой газ высокого давления сначала поступает на сепарацию, где отделяется жидкая фаза (бензин в виде пара) и пластовая вода. Пластовая вода, которая является агрессивной из-за серы, сливается, проходит фильтрацию и обработку, и затем используется в заводском цикле. Для предотвращения коррозии и образования гидратов в отстойник вводят ингибитор коррозии и метанол.
Очистка газа от сероводорода и углекислого газа осуществляется методом абсорбции с использованием амина. Сероводород вступает в реакцию с амином (например, тиимином) в абсорбере, который содержит 33 тарелки. Орошение абсорбера производят раствором амина по типу разделенного потока, при этом в верхнюю часть подается полностью регенерированный амин для обеспечения высокой степени очистки, а в среднюю — частично регенерированный. Насыщенный серой амин затем поступает в блок регенерации, где за счет высокой температуры происходит дисорбция кислых газов. Регенерированный амин охлаждается и возвращается в абсорбер для повторного использования.
Осушка газа необходима для удаления остаточной влаги. Она происходит методом адсорбции, где в качестве адсорбента используется цеолит марки КА-10. Процесс осушки цикличен и включает 8 часов адсорбции, 4 часа нагрева для регенерации адсорбента и 4 часа охлаждения. Газ проходит через два слоя цеолита (крупный и мелкий) перед отправкой на трубопровод.
Производство серы и утилизация отходов
В процессе очистки газа образуются кислые газы, которые затем направляются на установку для получения серы. Процесс состоит из двух основных стадий: очистка по методу Клауса и глубокая очистка (отделение Сульфрин).
Метод Клауса основан на реакции сероводорода с диоксидом серы, в результате которой получается элементарная сера и вода. На первом этапе сероводород сжигается в печи в смеси с воздухом при температуре от 900 до 1350°C, образуя диоксид серы. Затем продукты реакции охлаждаются в котлах, что приводит к конденсации паров серы в жидкое состояние. Жидкая сера выводится в яму. Далее следует каталитическая стадия в конвертерах, где используется катализатор (например, оксид титана), чтобы преобразовать оставшиеся сероводород и диоксид серы в конечный продукт — серу.
Тонкая очистка (Сульфрин) предназначена для окончательного удаления сероводорода и оксида серы и включает адсорбцию, регенерацию и активацию катализатора. Сера образуется как в жидком, так и в газообразном виде, насыщая катализатор. В режиме регенерации катализатор нагревают до 300°C, чтобы выпарить извлеченную серу. Для активации катализатора в систему вводят сероводород. Конечный продукт — жидкая сера — поступает в серную яму, где поддерживается необходимая температура. Затем она перекачивается в яму дегазации для окончательного удаления сероводорода.
Управление неиспользуемыми отходами также предусмотрено. Жидкие отходы, которые не используются, собираются в ямах и отправляются на сжигание. Шламы, такие как нефтешламы, активированный уголь и фильтровальная ткань, также сжигаются, а полученная зола вывозится на полигон. Несгораемые твердые отходы, например, стекловолокна, просто вывозятся.
В целом, АГПЗ демонстрирует сравнительно безотходное производство при переработке сырого газа, что является важным вкладом в снижение загрязнения, особенно в сравнении с регионами, где такие установки отсутствуют. Если представить себе процесс очистки газа, то он похож на очень сложную, многоэтажную систему фильтрации, где каждая ступень (отделение жидкости, поглощение амином, сушка, регенерация) — это как специализированный чистящий элемент, который не только удаляет грязь, но и старается вернуть использованный чистящий раствор обратно в работу, чтобы в итоге выбросить в атмосферу лишь чистый воздух, а из собранной "грязи" сделать полезный продукт.