CC BY
193
УДК 661.721:622.279
Технологии и технические средства,
применяемые для получения метанола на морских месторождениях
А.Р. ГИМАЕВА, аспирант, А.М. ШАММАЗОВ, д-р техн.наук,
профессор
Уфимский государственный нефтяной технический университет (Россия, 450062, Республика Татарстан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1)
E-mail: [email protected]
Статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме утилизации и использованию попутного нефтяного газа, являющегося ценным химическим сырьём. В статье рассмотрены существующие технологии переработки попутного нефтяного газа в метанол непосредственно на месте добычи, а также изучены вопросы, связанные с их размещением. Такое решение особенно рентабельно при утилизации газа одиночных и отдаленных морских месторождений, не оправдывающих строительство газотранспортных систем.
Был сделан вывод о возможности переработки попутных газов морских месторождений в метанол, являющийся многоцелевым полупродуктом, на базе которого могут быть получены различные важные химические продукты, а также экологически чистое жидкое топливо и растворитель. Проведен анализ его свойств, изучена история появления морских плавучих метанольных заводов для переработки на месте природного и попутного газов в жидкий метанол, а также рассмотрены вопросы, связанные с его транспортированием и хранением в морских условиях.
Ключевые слова: попутный нефтяной газ, метанол, плавучая шельфовая установка.
попутный нефтяной газ (ПНГ) является ценнейшим углеводородным сырьем наряду с нефтью и природным газом. Проблема утилизации ПНГ с каждым годом приобретает все большую актуальность. Собранный ПНГ может перерабатываться на месте, закачиваться в пласт или просто сжигаться на факелах из-за отсутствия экономически эффективных технологий переработки. По официальным данным, ежегодно в мире сжигается 100 млрд м3/год попутного нефтяного газа, в том числе в России — 14,5 млрд м3/год.
Решением данной проблемы может стать создание технологических установок по переработке попутного газа в метанол, которые не только улучшат экологическое состояние атмосферы, но и позволят получить новые альтернативные источники энергии и сырья для нефтехимии.
Метанол является многоцелевым полупродуктом, на базе которого могут быть получены различные важные химические продукты, а также экологически чистым жидким топливом и растворителем. Ведущие страны-производители и потребители рассматривают метанол и метанольно-спиртовые смеси как наиболее перспективные заменители традиционных моторных топлив нефтяного происхождения. По некоторым физико-химическим свойствам (теплота сгорания, октановое число) метанол приближается, а по такой важнейшей характеристике, как теплота испарения, даже превосходит лучшие углеводородные топлива. При его сжигании образуется меньше вредных выбросов, а токсичность его паров в три раза ниже, чем высокооктанового бензина.
В связи с тем, что многие вновь открытые газовые месторождения являются морскими, специалисты норвежской фирмы Solco разработали проект специального судна для автономного производства метанола в открытом море мощностью около 1 млн т/год. Это комбинированный плавучий агрегат, осуществляющий одновременно морскую добычу попутного газа и производство метанола. Одно из преимуществ предлагаемого проекта - максимальное приближение производства к источнику сырья [1]. Также разработкой плавучих установок по производству метанола в морских условиях занимались фирмы Swedyarddevelopment, HaldorTopsoe, ICI. По технологии фирмы ICI получают метанол под низким давлением.
Установка по получению метанола состоит из трёх секций: получение синтез-газа, синтез метанола, очистка метанола. К основным преимуществам морского комплекса перед береговым относят: экономичность перевозок метанола морским транспортом (танкерами или баржами) по сравнению с трубопроводным и железнодорожным, сокращение расходов на хранение, возможность использования последовательно на нескольких месторождениях по мере их истощения и малых затрат на его передислокацию.
В настоящее время имеются месторождения, разведанные запасы которых составляют десятки и сотни миллиардов кубических метров газа, освоение которых традиционными методами делает эти месторождения нерентабельным. Это связано со значительными затратами на строительство добывающих платформ и подводных морских трубопроводов для транспорта газа от месторождений на берег и далее к потребителю. Поэтому в случае разработки мелких и средних морских месторождений эффективно использовать морские производственные комплексы для переработки природного и попутного газа в метанол, который можно использовать на месте и также транспортировать его в различные районы мира обычными нефтеналивными танкерами или перекачивать по трубопроводу. Но как показала практика, перекачка метанола по трубопроводу малоэффективна из-за отсутствия возможности полной загруженности трубы и постоянного потребителя большо-
го количества метанола. Наличие собственного производства метанола на газовых и газоконденсатных месторождениях позволяет отказаться от транспортировки метанола на месторождение водным транспортом и тем самым исключить возникающие при этом экологические риски в случае возникновения аварийных ситуаций.
К примеру, в России основные месторождения углеводородов на шельфе расположены в арктических морях, наличие льда в которых (сезонное или эпизодическое) создаёт специфические трудности для обустройства месторождений и транспортирования добываемых углеводородов к потребителям (таблица). К крупнейшим месторождениям относится Штокмановское газо-конденсатное месторождение, расположенное в Баренцевом море в 600 км к северу от Кольского полуострова, разведанные запасы которого составляют более 3 трлн м3. Наиболее перспектив-
Характеристики газовых месторождений Баренцева моря
Характеристики Открытые газовые месторождения
Северо-Кильдинское Мурманское Ледовое Лудловское Штокмановское
Запасы свободного газа, млрд м3 15,6 120,6 422,1 211,2 3205,3
Категория крупности Мелкое Среднее Крупное Крупное Уникальное
Площадь, км2 330 340 390 940 960
Глубина моря, м 240 120 200 250 350
Выбор месторождения по следующим критериям 1.Запасы.
2.Удаленность от берега (инфраструктуры).
3. Природно-климатические характеристики.
Рис. 1. Способы разработки мелких и средних месторождений Баренцева моря
ным для освоенияс переработкой природного газа в метанол является «Мурманское», с разведанными запасами газа — 120 млрд м3, где глубина моря — около 100 м. В районе месторождения возможно появление плавающих льдов [2].
До настоящего времени разработки проектов освоения «нерентабельных» месторождений практически не велись. Способы разработки таких месторождений показаны на рис. 1.
Учитывая специфические требования к реализации процесса переработки природного газа в метанол в условиях моря, было проведено исследование по выбору рационального способа производства метанола в морских условиях и сформированы требования к морской платформе, результаты которого приведены на рис. 2.
Также была предложена оптимизированная схема общего расположения производственно-технологического судна (ПТС) принципиально нового типа. На рис. 3 приведена схема общего расположения и общий вид ПТС с тремя производственными линиями производительностью по метанолу и, соответственно, по газу — 1840 тыс.т в год. Предлагаемая схема учитывает как разработанное компоновочное решение по производственно-технологическому комплексу (ПТК), так и размещение на нём хранилища необходимой вместимости, жилого и энергетического комплексов и других функциональных подсистем судна [3].
Южноафриканская компания «PetroWorld», наряду с еще тремя международными компаниями, объявили в 2003 г. о разработке первого крупномасштабного, высококачественного плавучего метанольного завода (рис. 4), созданного для переработки на месте природного и попутного газов отдаленных областей в жидкий метанол, мощностью порядка 12000-15000 т/ сут. Стоимость проекта составляет 1 млрд долл. США.
Для производства метанола будет использоваться природный газ из катарского Северного месторождения. Полученный метанол будет применяться в качестве чистого топлива для электростанций США в тех районах, где другие виды топлива экономически и экологически нецелесообразны. Такой завод был построен в 2007 г. в промышленной зоне Рас-Лаффан на северо-востоке Катара, где уже имелась необходимая инфраструктура и морской порт.
Метанольная плавучая установка, представленная на рис. 5, включает двойную структуру корпуса, длиной 1000 футов и 200 футов шириной, с емкостью для хранения более 250000 т метилового спирта. Установка схожа по конструкции с традиционным FSPO.
Партнеры компании считают, что жидкий метанол может быть произведен и продан по более стабильной цене, нежели нефть и газ, и надеются развернуть строительство таких плавучих заводов на небольших, труднодоступных, морских месторождениях «простаивающего газа» по всему миру.
Среди существующих многочисленных технологий производств метанола компания IDC (South
Рис. 2. Выбор способа производства метанола, формирование требований к морской платформе
Рис. 3. Схема оптимизированной компоновки ПТК (продольный разрез): 1 — форпик; 2 — вертолётная площадка; 3 — жилой комплекс; 4 — защитный экран;
5 — лебёдки и вспомогательное оборудование для буя якорно-швартовной системы; 6 — отсек с шахтой для буя; 7 — грузовой трюм; 8 — блок подготовки и очистки газа от серы; 9 — блок ректификации; 10 — блок синтеза метанола; 11 — блок компри-мирования; 12 — электростанция с блоком утилизации тепла; 13 — блок реформинга; 14 — блок опреснительных установок и водоподготовки; 15 — краны грузоподъёмностью (г/п) 40 т; 16 — факельный ствол; 17 — кормовое отгрузочное устройство г/п Ют; 1 8 — ахтерпик; 19 — отсек-убежище, помещения санитарно-бытовых систем, кладовые и т.п.; 20 — спасательные шлюпки; 21 — грузовое насосное отделение
двигатель
производство метанола
дистилляция
разделение воздуха
производство нефти
48600
-- 48600 -
Рис. 4. Плавучая система переработки, хранения и отгрузки метанола [4]
Рис. 5. Морская плавучая установка по производству метанола мощностью 10000 т/сут
Africa's Industrial Development Corporation) занимается разработкой нового проекта, названного «Starking». Преимуществами данной технологии являются производство меньшего количества углекислого газа и вредных веществ, отсутствие серы и значительно более дешевое получение метанола [5].
Суда типа FPSO (FloatingProductionStorageO ffloadingUnit) используются для разработки нефтяных полей по всему миру с конца 70-х годов ХХ века. В большинстве своем они работают в районах Северного моря, Бразилии, Южно-Китайского моря, Средиземного моря, Австралии и западного побережья Африки.
На сегодняшний день самым большим судном этого типа является «Kizomba A» 2004 г. постройки, вместимостью 2,2 млн барр (рис. 6). Построено оно на верфях Hyundai Heavy Industries в Ульсане, Корея. Дедвейт судна: 340,000 т, длина 285 м, ширина 63 м [6].
Огромным преимуществом эксплуатации судов
Рис. 6. Конструкция судна «Kizomba A»
Буй якорно-
швартовнои системы
Рис. 7. Подводная инфраструктура для месторождений нефти
FPSO является исключение затрат на прокладку километров трубопроводов от месторождения до берегового терминала. Производственное оборудование судов FPSO позволяет производить освоение небольших месторождений нефти либо глубоководных месторождений вдали от уже существующей подводной инфраструктуры (рис. 7). Причем при производстве на небольших месторождениях, запасы которых могут быть исчерпаны уже через 1,5-2 года, отпадает необходимость установки дорогостоящих нефтяных платформ. Когда месторождение отработано, судно переходит к разработке следующего.
На плавучей базе FPSO может происходить сепарация нефти. Однако, предпочтительнее осущест-
влять первичную сепарацию на нефтепромысловой платформе для экономии места в танках судна.
Таким образом, подобный подход помогает более эффективно решить вопрос утилизации попутных газов морских «нерентабельных» месторождений газа, чем его простое сжигание на факелах.
В работе рассмотрено использование природного и попутных газов «нерентабельных» месторождений с целью получения метанола, проведён анализ возможности производства, хранения и транспортировки метанола в морских условиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Брагинский О.Б. Мировая нефтехимическая промышленность. — М.: Наука, 2003, — 556 с.
2. Соболев А.Л. Вопросы создания принципиально нового морского комплекса по переработке природного газа на месторождении / Труды ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова. — 2008. — Вып. 35 (319). — С. 122-128.
3. Соболев А.Л. Разработка методологических основ выбора проектных и конструктивных решений на начальных стадиях проектирования морских плавучих сооружений для добычи углеводородов на шельфе (на примере создания плавучего комплекса для переработки природного газа в метанол) // Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. — Санкт-Петербург, 2008.— 24 с.
4. Jerry Worley. Offshore stranded gas tohighvalueliquids.[9fleKTpoHHbmpecypc] // The Australian American Chamber of Commerce-Houston. URL: http://www. aacc-houston.org/filebin/files/2009_
Presentations/sworley_OffshoreStrandedGasToHighValue Liquids.pdf (дата обращения 01.03.2012).
5. South Africa to probe plant to produce methanol from gas [Электронныйресурс] //Alexander's Gas Oil Connections. URL: www.gasandoil.com/news/2002/09/ cna23816 (дата обращения 05.07.2013).
6. FPSO (Floating Production, Storage, and Offloading vessel) Судно для добычи, хранения и отгрузкинеф-ти. [Электронный ресурс] //Онлайн журнал Offshore Industry. URL: http://www.offshore-industry.net/fleet/ fpso.htm (дата обращения 01.08.2013).
7. Мовсум-заде Э.М., Мастобаев Б.Н., Мастобаев Ю.Б., Мовсум-заде М.Э. Морская нефть. Трубопроводный транспорт и переработка продукции скважин. — СПб.: Недра, 2006. — 192 с.
TECHNOLOGY AND EQUIPMENT USED FOR METHANOL IN OFFSHORE DEPOSITS
Gimaeva A.R.,Graduate Student
Shammazov A.M., Doctor of Technical Science, Professor
Ufa State Petroleum Technological University (Kosmonavtov str., 1, Ufa, 450062, Russian Federation)
ABSTRACT
This article is devoted to the actual problem of associated petroleum gas' utilization and usage, which is valuable chemical raw materials.The work consider the associated petroleum gas rational usage problems by its refining on methanoldirectly at the production site, and consider the questions of the dislocation.This decision is particularly cost-effective in cases when gas recovered from single and remote offshore deposits, when construction of gas transmission systems does not justify.
It was concluded about possibility of associated petroleum gas refining to methanol, which is a multipurpose semi-product on the basis of which it may be obtained various important chemical products, as well as ecologically clean liquid fuels and solvent. It was also analysed the methanol's properties, studied the history of offshore floating methanol plants' emergence for on-site processing of natural and associated gas in liquid methanoland studied the transport and storage'questions of methanol on offshore conditions.
Keywords: associated petroleum gas, methanol, floating offshore rig.
REFERENCES
1. Braginskiy O.B. Mirovaya neftekhimicheskaya promyshlennost' [The global petrochemical industry]. Moscow: Nauka Publ., 2003. - 556 p. (Rus).
2. Sobolev A.L. Trudy TSNII im.akad. A.N. Krylova [Proceedings of Krylov State Research Centre], 2008, Issue 35 (319, pp. 122-128. (Rus).
3. Sobolev A.L. Razrabotka metodologicheskikh osnov vybora proyektnykh i konstruktivnykh resheniy na nachal'nykh sta-diyakh proyektirovaniya morskikh plavuchikh sooruzheniy dlya dobychi uglevodorodov na shel'fe (na primere sozdaniya plavuchego kompleksa dlya pererabotki prirodnogo gaza v metanol). Avtoreferat diss. kand.tekhn. nauk [Development of methodological principles of project selection and design decisions in the early stages of the design of floating offshore structures for offshore hydrocarbon production (for example, create a floating complex for the processing of natural gas to methanol).Abstract of Thesis diss. cand.tech. sci.].Sankt-Petersburg, 2008. 24 p. (Rus).
4. Jerry Worley. Offshore stranded gas to high value liquids.Available at: http://www.aacc-houston.org/filebin/ files/2009_Presentations/sworley_OffshoreStrandedGasToHighValueLiquids.pdf (accessed! February 2012).
5. South Africa to probe plant to produce methanol fromgas.Available at: www.gasandoil.com/news/2002/09/ cna23816 (accessed 5 February2013).
6. FPSO (Floating Production, Storage, and Offloading vessel).Offshore Industry.Onlinejournal.Available at: http://www. offshore-industry.net/fleet/fpso.htm (accessed 5 February 2013).
7. Movsum-zade E.M., Mastobayev B.N., MastobayevYu.B., Movsum-zade M.E. Morskayaneft'. Truboprovodnyy transport ipererabotkaproduktsiiskvazhin [Marine oil. Pipeline transportation and processing of wells].Sankt-Petersburg: Nedra Publ., 2006. - 192 p. (Rus).
| на научно-информационный сборник $
X «Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья» X
л Подписка осуществляется через Агентство «Роспечать» X
л по каталогу «Издания органов НТИ» в местных почтовых отделениях. X
л • Подписной индекс 58752. л
X Периодичность издания — 4 раза в год. Формат издания А4; объем — 48 стр. л
X • Каталожная цена за полугодие 1580 руб. 00 коп. X
X В любое время можно подписаться непосредственно в редакции. X
X Можно приобрести комплекты и отдельные номера журналов, изданные ранее. X
£ • Телефон для справок: +7 926-460-88-24 2
X www.thnp.ru Е-mail: [email protected] X
