CC BY
45
УДК 625.691
https://doi.org/10.24412/0131-4270-2022-5-6-24-27
ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЭТАНА
ETHANE TRANSPORTATION PROBLEMS
Молчанова Р.А., Китаев С.В.
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0064-9427, E-mail: Raisamolchanova@yandex.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8605-0273, E-mail: svkitaev@mail.ru
Резюме: Развитие газохимии в значительной степени определяет экономическое развитие страны. Из этана, содержащегося в углеводородных газах, получают ценные материалы - полиэтилен и полипропилен, потребность в которых в будущем будет только возрастать. В статье рассмотрены различные аспекты полезного использования углеводородных газов. Показана перспективность деэтанизации газов на промыслах. Даны рекомендации по наиболее выгодным и технически целесообразным способам транспортировки этана. Приведены результаты анализа нормативных документов, регламентирующих проектирование технических систем, для доставки этана на газоперерабатывающие заводы.
Ключевые слова: этан, углеводородный газ, транспортировка, газоперерабатывающий завод, проектирование, нормативный документ.
Для цитирования: Молчанова Р.А., Китаев С.В. Проблемы транспортировки этана // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2022. № 5-6. С. 24-27.
D0I:10.24412/0131-4270-2022-5-6-24-27
Molchanova Raisa A., Kitaev Sergey V.
Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0064-9427, E-mail: Raisamolchanova@yandex.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8605-0273,E-mail: svkitaev@mail.ru
Abstract: The development of gas chemistry largely determines the economic development of the country. From the ethane contained in hydrocarbon gases, valuable materials are obtained - polyethylene and polypropylene, the need for which will only increase in the future. The article discusses various aspects of the beneficial use of hydrocarbon gases. The prospects of deethanization of gases in the fields are shown. Recommendations are given on the most advantageous and technically expedient methods of ethane transportation. The results of the analysis of normative documents regulating the design of technical systems for the delivery of ethane to gas processing plants are presented.
Keywords: ethane, hydrocarbon gas, transportation, gas processing plant, design, regulatory document.
For citation: Molchanova R.A., Kitaev S.V. ETHANE TRANSPORTATION PROBLEMS. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons, 2022, no. 5-6, pp. 24-27.
DOI:10.24412/0131-4270-2022-5-6-24-27
Развитие химической промышленности невозможно без более широкого использования газового сырья и развития газохимии.
Сырье для химической промышленности, получаемое на нефтеперерабатывающих заводах, является технологически сложным и энергозатратным. Использование легких промысловых углеводородов - попутного нефтяного газа, газового конденсата, этансодержащего природного газа обусловливает высокую технологичность, экологичность и экономичность производства сырья для химической продукции. Так соотношение цены индивидуальных углеводородов и продуктов, получаемых из них - полиэтилена (полипропилена), составляет 1:10.
В настоящее время в качестве основного источника сырья для нефтехимии все чаще рассматриваются попутные нефтяные газы, являющиеся смесью газов и парообразных углеводородных и неуглеводородных компонентов, растворенных в нефти или находящихся в шапках нефтяных и газоконденсатных месторождений.
По последним исследованиям полезная утилизация попутного нефтяного газа (ПНГ) в Российской Федерации возросла до 87%. Государством же поставлены задачи по вовлечению в хозяйственный оборот 95% добываемого ПНГ, и это означает наличие потенциала для дальнейшего полезного использования ПНГ.
Выбор способа утилизации для каждого месторождения осуществляется с учетом геолого-физических характеристик объекта и его близости к транспортно-промышлен-ной инфраструктуре, а также размеров месторождения.
Методы утилизации и их эффективность приведены в табл. 1 [1].
К полезной утилизации относятся такие методы, как закачка в пласт, электрогенерация, неглубокая и глубокая переработка. К нежелательному способу утилизации относят факельное сжигание и используют его на тех месторождениях, где какие-либо установки по подготовке ПНГ экономически нецелесообразны.
Как видно из табл. 1, глубокая переработка попутного газа на ГПЗ имеет максимальный экономический эффект и позволяет выделить огромное количество полезного газохимического сырья, включающего как широкие фракции легких углеводородов (ШФЛУ), так и индивидуальные продукты (в частности этан).
Состав ПНГ на различных месторождениях Западной Сибири, по данным [2], приведен на рис. 1.
Как видно из табл. 2 [1], содержание этана в попутном нефтяном газе не превышает 6 %, тогда как содержание метана составляет от 50 до 60 %.
В составе установок по подготовке ПНГ на многих промыслах используются технологии деэтанизации. Например, в [3] в качестве наилучшей доступной технологии рекомендуется технология низкотемпературного разделения и абсорбции природного и попутного газа для получения этана из природного газа.
Технология предназначена для достижения экономически выгодного отбора этана не ниже 99,8% от потенциала методом низкотемпературного разделения и абсорбции (НТР + НТА) природного и попутного газов.
Таблица 1
Сравнение методов утилизации ПНГ
Показатель Сжигание Закачка Электрогенерация Переработка ПНГ на газоперерабатывающих установках
в пласт Закачка в ГТС Неглубокая переработка Глубокая переработка
Доля ПНГ, % 13 14 8 11 12 41
Капитальные вложения, руб./м3 0,1 4,4 54,2 5 15 13,8
Экономический эффект, руб./м3 -2,8 0 3,6-5,2 3-6,1 7,6-10,7 19,8-20,1
Упущенная выгода, руб./м3 до 22,9 до 20,1 до 16,5 до 17,1 до 12,5 -
Экологический ущерб, млн т СО2-экв./млрд м3 7,1 - 1,2 1,2 - -
■ Рис. 1. Состав ПНГ месторождений Западной Сибири
о со СП
т
от
Я °
о о о СП 5
70 60 50 40 30 20 10
2 0 Месторождение Метан ■...... Этан Пропан Бутан ■ мм Пентан Диоксид углерода м ^г—п—1 Азот
■ Самотлорское 62,86 4,13 13,1 12,64 5,17 0,6 1,5
□ Варьеганское 61,29 8,31 13,5 10,7 4 0,7 1,5
□ Аганское 51,16 6,89 17,4 15,31 7,24 0,5 1,5
□ Советское 55,02 5,29 15,6 15,35 6,24 1 1,5
I Рис. 2. Диаграмма фазовых равновесий предельных углеводородов
Этан
от с
ш х
н
ф ш т
а Ч
-200 -160 -120
. .То!
-80 -40 0 40 Температура ^
80
120
160 200
Поскольку содержание этана в попутном нефтяном газе не превышает 6% (рис. 2), то всегда возникает вопрос об экономичности выделения чистого этана на промысловых установках и способах транспортировки до газохимических предприятий: в жидком или газообразном состоянии по магистральным трубопроводам или так же, как и метан - в жидком состоянии танкерами-газовозами.
Как видно из диаграммы, этан занимает промежуточное положение между метаном С1, и группой более тяжелых углеводородов, С3 и более.
Так как при температурах, соответствующих температуре грунта на глубине залегания трубопровода около 5-10 °С, метан всегда будет находиться при сверхкритических состояниях, то его безопасно транспортировать в газообразном состоянии (не рассматривается технология ожижения метана и транспортировка газовозами в танках).
Критические температуры пропана и более тяжелых углеводородов всегда находятся выше температуры грунта на глубине залегания трубопровода, поэтому всегда рассматривается транспортировка ШФЛУ в жидком состоянии.
Температура кипения этана при атмосферном давлении составляет -88,6 °С, а критические параметры:
Ткр = 32,65
>С, Ркр = 4,88 МПа, что
Основной проблемой является доставка индивидуальных углеводородов с промыслов к газоперерабатывающим заводам, расположенным на значительном удалении.
В настоящее время активно реализуются проекты по ожижению метана и доставке СПГ в пункты потребления в основном морским транспортом - газовозами, танки которых представляют собой модифицированные сосуды Дьюара.
позволяет рассматривать возможность его транспортировки в жидком состоянии при сверхкритическом давлении и положительных температурах грунта при подземной прокладке трубопровода.
Действующий СП 36.13330.2012 [4] не учитывает характерных особенностей этансодержащего продукта С2 и распространяется на трубопроводы диаметром до DN 1400 с давлением от 1,2 до 10 МПа.
I
Проектирование трубопроводов, предназначенных для транспортирования сжиженных углеводородных газов фракций С3 и С4 и их смесей, нестабильного бензина и нестабильного конденсата, следует выполнять в соответствии с требованиями [4-5].
Для определения применимости действующих нормативных документов необходимо выяснить принадлежность этансодержащего продукта к категории продуктов, представленных в действующих документах. В источниках используются различные термины для определения перекачиваемого продукта: сжиженные углеводородные газы (СУГ), широкие фракции легких углеводородов (ШФЛУ).
В соответствии с ГОСТ Р 535212009 [6] продукты с содержанием этана следует относить к ШФЛУ: «Широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ): Углеводородная смесь, состоящая из пропана, бутанов и пен-танов с примесями метана, этана, гек-санов и более тяжелых компонентов, получаемая в процессе переработки нестабильного газового конденсата и стабилизации нефти».
В соответствии с техническими условиями ТУ 38.101524-2015 [7] (табл. 2), разработанными ОАО «ВНИИУС» и согласованными основными нефтега-зохимическими предприятиями, расположенными как вблизи, так и на значительном удалении от месторождений, содержание этана может составлять в ШФЛУ от 7 до 30% в зависимости от марки.
В данном случае термин ШФЛУ для продукции, производимой на установках по наилучшей доступной технологии в соответствии с рекомендациями ИТС 50-2017, не может быть использован.
Более четкое определение продукта, содержащего в основном этан, дано в ИТС 5-2017 [8].
В соответствии с ТУ 0272-022-00151638-99 [8] «Этановая фракция - это ценное сырье для нефтехимии и представляет собой газообразную углеводородную смесь, содержащую не менее 60% масс. этана, получаемую на установках низкотемпературной конденсации и ректификации».
Фракция используется для производства этилена, из которого, в свою очередь, получают этиловый спирт, глицерин, этиленгликоль, дихлорэтан, хлористый этил, полиэтилен и т.д.
При дальнейшей переработке перечисленных веществ получают лаки, растворители, красители, моющие вещества и другую химическую продукцию высокой степени передела. По физико-химическим показателям этановая фракция должна соответствовать требованиям [9], приведенным в табл. 3.
Таблица 2
Характеристики ШФЛУ по ТУ 38.101524-2015 [5]
Наименование показателя Норма по маркам
А Б С Д Е
1. Массовая доля компонентов, % Сумма углеводородов, С1-С2, не более 3 5 * * *
в том числе:
- метан, не более * * 1 1 1
- этан, не более * * 7 16 30
- пропан, не менее 15 * 15 15 15
Сумма углеводородов, С4-С5, не менее 45 40 45 40 40
в том числе:
- сумма углеводородов С4 * * * * *
- сумма углеводородов С5 * * * * *
7. Давление насыщенных паров избыточное, МПа, при температуре
+30 °С, не более - - 1,5 2,0 2,7
+50 °С, не более - - 2,0 3,0 3,6
Примечание. * - не нормируется.
Таблица 3
Физико-химические показатели этановой фракции в соответствии с [7]
Наименование показателя Норма по маркам
А Б
1. Массовая доля компонентов, %
метан, не более 2,0 20,0
этан, не менее 95,0 60,0
пропан, не более 3,0 3,0 Не нормируется
сумма углеводородов С4 и выше, не более Отс. 2,0
2. Массовая доля СО2, не более 0,02 Не нормируется
3. Массовая доля сернистых соединений в пересчете на серу, % не более 0,002 0,002
4. Массовая доля сероводорода, %, не более
0,002
0,002
Так как действующий нормативный документ СП 36.13330.2012 [4] не учитывает особенных свойств этана, то в соответствии с постановлением правительства РФ от 16 февраля 2008 г. № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию» [10] необходимо разрабатывать специальные технические условия (СТУ).
При обосновании способа транспортировки этана - в жидком или газообразном состоянии - необходимо проводить теплогидравлический расчет трубопровода с учетом дроссель-эффекта и выбирать наиболее надежный способ в зависимости от протяженности трубопровода: либо в жидком состоянии с промежуточными станциями охлаждения, либо в газообразном состоянии с промежуточными станциями подогрева.
Стоимость перекачки продукта в газообразном состоянии дороже, чем в жидком. К тому же необходимо учитывать наличие дешевого топлива для систем подогрева. В этих условиях целесообразно прокладывать этанопроводы
в одном коридоре с магистральными трубопроводами по транспортировке природного газа.
При проектировании трубопроводов следует учитывать, что количество извлекаемого на месторождении этана ограничено (см. табл. 2).
В условиях использования схем выработки чистого этана в соответствии с [7] необходимо рассматривать транспортировку ограниченных партий этана в жидком состоянии в криогенных емкостях железнодорожным или автомобильным транспортом. Это повысит диверсификацию поставок продукта на газохимические заводы, расположенные в различных регионах страны.
Выводы
1. Рассмотрены различные аспекты утилизации углеводородных газов. Разделение газа на промыслах позволит снизить затраты на доставку чистого этана на газоперерабатывающие заводы.
2. Установлены наиболее выгодные и технически обоснованные способы транспортировки этана.
3. Приведены результаты анализа нормативных документов, регламентирующих проектирование технических систем для доставки этана на газоперерабатывающие заводы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Книжников А.Ю., Ильин А.М. Проблемы и перспективы использования попутного нефтяного газа в России М.: Всемирный фонд дикой природы (WWF), 2017. 33 с.
Сигиневич Д.А., Ефимова А.Н. Переработка попутного нефтяного газа как ресурс развития газонефтехимической отрасли в Российской Федерации // Вестник евразийской науки. Т. 10. 2018. № 5. С. 43. Инновационные технологии переработки и использования попутного нефтяного газа: сб. мат. М.: Издание Совета Федерации. 2010. 174 с. СП 36.13330.2012. Магистральные трубопроводы. СП 86.13330.2014. Магистральные трубопроводы
ГОСТ Р 53521-2009. Переработка природного газа. Термины и определения. ТУ 38.101524-2015. Фракция широкая легких углеводородов. - Казань: ВНИИУС. 2016. 47 с. ИТС 50-2017. Переработка природного и попутного газа. ТУ 0272-022-00151638-99. Фракция этановая. Технические условия.
О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию: Постановление Правительства РФ от 16.02.2008 № 87 (ред. от 27.05.2022). М.: Правительство РФ, 2022. 3 с.
REFERENCES
1. Knizhnikov A.YU., Il'in A.M. Problemy i perspektivy ispol'zovaniya poputnogo neftyanogo gaza v Rossii [Problems and prospects for the use of associated petroleum gas in Russia]. Moscow, Vsemirnyy fond dikoy prirody (WWF) Publ., 2017. 33 p.
2. Siginevich D.A., Yefimova A.N. Processing of associated petroleum gas as a resource for the development of the gas and petrochemical industry in the Russian Federation. Vestnik Yevraziyskoy nauki, 2018, vol. 10, no. 5, p. 43 (In Russian).
3. Innovatsionnyye tekhnologii pererabotki i ispol'zovaniya poputnogo neftyanogo gaza [Innovative technologies for the processing and use of associated petroleum gas]. Moscow, Izdaniye Soveta Federatsii Publ., 2010. 174 p.
4. SP 36.13330.2012. Magistral'nyye truboprovody [SP 36.13330.2012. Main pipelines].
5. SP 86.13330.2014. Magistral'nyye truboprovody [SP 86.13330.2014. Main pipelines].
6. GOSTR 53521-2009. Pererabotka prirodnogo gaza. Terminy i opredeleniya [State Standard R 53521-2009. Natural gas processing. Terms and definitions].
7. TU 38.101524-2015.Fraktsiya shirokaya legkikh uglevodorodov [TU 38.101524-2015. Wide fraction of light hydrocarbons]. Kazan, VNIIUS Publ., 2016. 47 p.
8. ITS 50-2017. Pererabotka prirodnogo ipoputnogo gaza [ITS 50-2017. Processing of natural and associated gas].
9. TU0272-022-00151638-99.Fraktsiyaetanovaya. Tekhnicheskiye usloviya [TU 0272-022-00151638-99. Ethane fraction. Specifications].
10. Postanovleniye Pravitel'stva RFot 16.02.2008 №87(red. ot27.05.2022) «Osostave razdelovproyektnoy dokumentatsii i trebovaniyakh k ikh soderzhaniyu» [Decree of the Government of the Russian Federation of February 16, 2008 No. 87 (as amended on May 27, 2022) "On the composition of sections of project documentation and requirements for their content"]. Moscow, Pravitel'stvo RF Publ., 2022. 3 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Молчанова Раиса Абубакировна, к.т.н., доцент кафедры промышленной теплоэнергетики, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Китаев Сергей Владимирович, д.т.н., проф. кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Molchanova Raisa A., Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Industrial Heat Power Engineering, Ufa State Petroleum Technological University.
Kitaev Sergey V., Dr. Sci. (Tech.), Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
