Альтернативные комплексные технологии переработки попутных нефтяных газов

Здесь а – метановая фракция  ПНГ, а’ – С2-С4 фракция ПНГ, е –  этилен первичного пиролиза, г – жидкий углеводородный продукт конверсии этилена. 
 
Переработка этан-бутановой фракции ПНГ и этилена первичного пиролиза проводится описанными способами (олигомеризация, дегидроциклизация). При желании получить неароматический продукт, мы должны предварительно превратить алканы ПНГ (этан, пропан, бутаны) в олефины каталитическим дегидрированием или пиролизом. Состав конденсата, получаемого в различных процессах приведен в табл. 3. 

Таблица 3 - Состав жидкой фракции основных каталитических процессов переработки  ПНГ 

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА  ПРОМЫСЛОВОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПНГ

На основе проведенных разработок предлагается структурная схема  промысловой переработки ПНГ. В  предлагаемой схеме промысловой  переработки попутного нефтяного  газа представлен вариант с полным набором технологических процессов, обеспечивающих наиболее глубокую степень  переработки газа. Для каждого  конкретного месторождения будут  разрабатываться индивидуальные технологические  схемы, учитывающие особенности  состава газов и наличия транспортной инфраструктуры. 

Состав комплекса  и назначение основных узлов и  блоков.

 
1. Блок приёма, очистки  и двухфазного сжатия ПНГ. 
Назначение блока – первичная подготовка газа, в блоке представлены следующие процессы: 
- централизованный сбор ПНГ с 3-ёх ступеней сепарации нефти,  
- очистка газа от сероводорода,  
- двухфазное эжекционное сжатие газа совмещённое с абсорбционным выделением углеводородных групп: фракции парафинов нормального строения С4 и выше (стабильного газового бензина), пропан-изобутаной фракции.  
 
2. Печь высокотемпературного пиролиза метан-содержащего газа.  
Назначение блока – разложение метана и синтез высокомолекулярных углеводородных соединений, блок состоит из: 
- печи высокотемпературный пиролиз метан-содержащего газа,  
- устройства закалки газа пиролиза с производством технологического пара. 
 
3. Блок фракционирования продуктов первичного пиролиза. 
Назначение блока – выделение фракций синтезированных углеводородов:  
- метано-водородного газа,  
- этилен-пропиленовой фракции для последующей переработки на узлах олигомеризации и узле вторичного пиролиза,  
- целевого продукта – тяжёлой фракции. 
 
4. Узел фракционирования метано-водородного газа. 
Назначение блока – выделение водородосодержащего газа для процессов гидрирования и энергетических нужд и рециклового потока метана. 
 
5. Блок каталитического синтеза углеводородов с повышенным молекулярным весом. Назначение блока:  
- олигомеризация этилен-пропиленовой фракции,  
- гидрирование синтезированных олигомеров,  
- производство алкилатов из пропан-изобутановой фракции. 
 
6. Блок фракционирования продуктов. 
Назначение блока:  
- выделение конденсируемой гидрирование синтезированных олигомеров фракции углеводородов из продуктов процессов олигомеризации и алкилирования, 
- выделение остаточной этилен-пропиленовой фракции из продуктов олигомеризации, 
 
7. Печь вторичного пиролиза этилен-пропиленовой фракции.  
Назначение блока:  
- среднетемпературный пиролиз этилен-пропиленовой фракции,  
- закалка газа пиролиза с производством технологического пара. 
 
8. Блок фракционирования продуктов вторичного пиролиза. 
Назначение блока:  
- выделение ароматических и непредельных углеводородов из продуктов вторичного пиролиза,  
- гидрирование непредельных углеводородов, 
- выделение рециклового потока этилен-пропиленовой фракции. 
 
9. Энергетический комплекс. 
Назначение блока:  
- производство электроэнергии с требуемыми характеристиками для питания электрооборудования,  
- производство электроэнергии с характеристиками, согласованными для питания нагревателей печей пиролиза, 
- утилизация тепла для производства теплофикационной воды. 
 
Процесс переработки ПНГ в нашей концепции базируется на преимущественном применении для этих целей физических способов высокоэнергетического воздействия на составляющие ПНГ. 
Существующие известные способы переработки базируются на химическом воздействии с применением широкого набора каталитических систем (процессы GТL, «Бициклар» и другие). Эти способы характеризуются достаточно дорогостоящими материалами катализаторов, необходимостью тонкой регулировки технологического процесса, широкой номенклатурой применяемых химико-технологических аппаратов. Эксплуатационные затраты при этом имеют значительную составляющую, связанную с транспортировкой невозобновляемых на месте переработки (на месторождениях) материальных потоков. 
В отличие от существующих «химических» технологий переработки ПНГ мы предлагаем максимально использовать имеющийся на месторождениях главный ресурс в виде энергетического потенциала ПНГ при минимизации дополнительных технологических приемов. Дополнительные технологические приемы направлены на увеличение стоимости получаемого продукта при условии наличия для него системы транспортировки.  
В основе лежит высокотемпературный пиролиз всей смеси ПНГ после очистки от сернокислотных газов и сжатия до давления значительно, превышающего давление пиролиза в существующих серийных установках. В блоке приема, очистки и двухфазного сжатия газы 2-й и 3-й ступеней сепарации с помощью конденсационных эжекторов нашей разработки доводятся до давления газа первой ступени. Выделяющийся при этом конденсат при необходимости стабилизируется и направляется в нефтяной поток (парафины нормального ряда). Нестабильная головка, содержащая большое количество изо-бутана может быть использована в блоке алкилирования для связывания олефиновых углеводородов пиролиза с получением фракций триметилпентана и других нефтяных компонент.  
Процесс высокотемпературного пиролиза метано-содержащего газа (с преимущественным содержанием метана) разработан нами ранее с целью получения этилена как основного продукта. Под «печью пиролиза» понимается энерговыделяющая установка как электрического, так и горелочного принципа. Окончательное оформление вида блока пиролиза (пиролизной печи) разрабатывается после детальной проектной проработки под конкретные условия месторождения. При этом использование электроэнергетической установки заведомо удовлетворяет (как показали наши эксперименты) условию необходимой высокой плотности передаваемого теплового потока.  
Для технологического электронагрева электрогенерирующая часть оборудования представляет собой максимально упрощенную электротехническую систему без преобразователя частоты, трансформации, стабилизации напряжения и других дорогих компонентов. На выходе из печи первичного пиролиза (высокотемпературного пиролиза) как показали наши эксперименты на чистом метане в газовой фазе содержатся только фракции С1-С3. Кроме этого при определенных условиях фиксировался значительный выход (до 40-50%) конденсированной фазы.  
Разделение продуктов первичного пиролиза является достаточно простой технологической операцией. После разделения метано-водородная фракция подается на блок отделения водорода (водородсодержащего газа - ВСГ). Отделение этой фракции необходимо в том случае, когла система рецикловой переработки ПНГ перенасыщается водородом. Получаемый ВСГ поступает частично на потребление энергетического комплекса, а частично используется внутри технологической цепочки для возможного каталитического «облагораживания» продуктов пиролиза в блоке олигомеризации и гидрирования. 
Основной продукт высокотемпературного пиролиза – этилен с примесью пропилена поступает в печь вторичного пиролиза либо непосредственно, либо через блоки олигомеризации и гидрирования и отделения жидких фракций С6-С12. Энергетика, температурный режим и время пребывания в печи вторичного пиролиза значительно отличаются от параметров печи первичного пиролиза. Они подбираются таким образом, чтобы получить максимальное количество жидких продуктов (ЖП). По имеющимся литературным данным выход ЖП может достигать 60% за проход. Исполнение печи вторичного пиролиза возможно в виде стандартного пиролизного блока без применения электронагрева. Приведенная схема предусматривает значительные рецикловые потоки в блоках первичного и вторичного пиролиза. Величины этих потоков и материально-энергетический баланс определяются конкретно для каждого варианта месторождений. 
Предварительные проработки показывают следующий состав продуктов переработки ПНГ (состав близкий к составу Новогоднего месторождения) для случая отсутствия транспортной инфраструктуры.  
На общий расход ПНГ 500 млн нм3/год (со всех ступеней сепарации) с массовым расходом 435 тыс т/год выход составит: 
жидкие компоненты – 67% (290 тыс т/год, средняя молекулярная масса 92, состав соответствует табл.1); 
метано-водородная фракция – 29% (126 тыс т/год, 220 млн нм3/год, средняя молекулярная масса 14); 
высоковязкие и твердые отходы – 4% (19 тыс. т/год). 
Около 80% процентов метано-водородной фракции необходимо затратить на энергопотребление собственно установки по переработке ПНГ (процессы пиролиза, компримирование газов, насосное оборудование).