Северо-Красноярского месторождения-1

1

Северо-Красноярского месторождения

Введение

Красноярское месторождение введено в эксплуатацию в 1969 году. На Северо-Красноярском месторождении выделен один объект разработки: турнейский ярус - Т1 и бобриковский горизонт – Б2.

На данный момент это сложнейший технологический процесс, в котором задействовано большое число обслуживающего персонала. Цель курсовой работы: анализ системы сбора и подготовки продукции месторождения, а

также выявление недостатков с дальнейшими рекомендации по усовершенствованию технологического процесса сбора и подготовки нефти, газа и воды, с целью уменьшения затрат на весь процесс подготовки. В курсовом проекте описаны:

схема сбора, схема установки подготовки нефти, система поддержания пластового давления. Все выше перечисленные схемы проанализированы, выявлены недостатки и даны рекомендации по реконструкции и техническому усовершенствованию. Также в курсовой проект включены таблицы, которые взяты из регламентов и проектного документа, задействованных в технологическом процессе.

Литературный обзор на тему: Извлечение из ПНГ гелия»

По распространенности гелий — второй после водорода элемент во Вселенной. Но на Земле этого вещества относительно немного. Впервые он был выделен на нашей планете в 1895 году шотландским химиком Уильямом Рамзаем из радиоактивного минерала клевеита.

Гелий, в основном, извлекается из природного газа. В России он производится только на одном заводе — Оренбургском газоперерабатывающем заводе, входящем в состав ООО «Газпром добыча Оренбург».

консорциум « Н е д р а»

2

Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение относится к «бедным» по содержанию гелия месторождениям

— объемная доля этого вещества в газе составляет до 0,055%. В «богатых» месторождениях содержится более 0,5%

гелия, в рядовых — 0,1–0,5%. Все месторождения с содержанием гелия менее 0,1% причисляются к «бедным».

Запасы и производство Мировые запасы гелия составляют порядка 41 млрд кубометров. Основные запасы сосредоточены в Катаре,

Алжире, США и России. В мире производится около 175 млн кубометров гелия в год. Крупнейшим производителем этого продукта являются США. В России пока производится лишь около 5 млн кубометров гелия в год. Это связано с тем, что основные запасы этого вещества сосредоточены в месторождениях Восточной Сибири и Дальнего Востока,

которые еще достаточно плохо освоены. Между тем содержание гелия в этих месторождениях очень высокое — 0,2– 0,8%.

Выделение гелия из газа происходит в два этапа На первом этапе в процессе низкотемпературной конденсации получается гелиевый концентрат — в этом продукте

объемная доля полезного вещества составляет уже не менее 80%.

В дальнейшем гелиевый концентрат очищается от примесей — метана, азота, водорода, неона, аргона.

консорциум « Н е д р а»

3

Известен способ разделения газов и их смесей путем низкотемпературного охлаждения, в частности отделение

газовых примесей от водорода или гелия: исходная газовая смесь,

содержащая водород или гелий, ступенчато охлаждается до криогенных температур с частичной конденсацией компонентов газовой смеси с использованием для ее охлаждения на одной из ступеней жидкого азота, кипящего под вакуумом. После ступенчатого охлаждения конденсата гелиевый концентрат направляется на тонкую очистку посредством низкотемпературной адсорбции в адсорбционном блоке. Создание и поддержание вакуума в системе азотного охлаждения осуществляется путем эжекции.

консорциум « Н е д р а»

4

Однако описанный способ обладает рядом недостатков, к которым можно отнести функциональные и экономические ограничения применения способа, связанные с необходимостью подачи больших расходов природного газа на сжатие и криогенное охлаждение, которое требует больших энергетических (до 1000 кВт·ч/т) и капитальных затрат (до 1500 долл. США/кг·ч-1), а также низкий коэффициент использования природного газа при использовании последнего как источника гелия.

Задача настоящего изобретения - повысить коэффициент использования природного газа и создать технологические возможности по уменьшению затрат энергии на производство гелия.

Поставленная задача решается тем, что в способе извлечения гелия из природного газа, включающем получение гелиевого концентрата с последующей его низкотемпературной или мембранной сепарацией и адсорбционной очисткой от примесей, перед получением гелиевого концентрата поток природного газа подвергают конверсии с получением синтез-газа, проводят каталитический синтез продуктов, которые затем конденсируют с выделением гелиевого концентрата. Кроме того:

-перед и после каталитического синтеза продуктов охлаждение потока проводят с утилизацией тепла для нагрева и испарения воды, используемой затем для получения полезной энергии, требуемой в процессе получении гелиевого концентрата;

-перед синтезом продуктов выводят из потока водяной пар, а затем проводят удаление из потока диоксида углерода и/или водорода, по меньшей мере, часть которых направляют на смешение с потоком перед и/или между стадиями;

-перед конверсией проводят очистку потока от соединений серы;

консорциум « Н е д р а»

5

-перед конверсией нагрев потока ведут за счет конвективного охлаждения теплоносителя через герметичные теплообменные поверхности;

-перед низкотемпературной или мембранной сепарацией и адсорбционной очисткой от примесей гелиевый концентрат подвергают каталитическому окислению с последующей конденсацией и удалением водяного пара и диоксида углерода;

-при конверсии поддерживают температуру в диапазоне от 600°C до 1100°C;

-конверсию ведут с добавлением водяного пара и/или кислорода;

-давление конверсии выбирают в диапазоне от 2.0 до 9.0 МПа;

-продукты каталитического синтеза выбирают из ряда: метанол, диметиловый эфир, олефины, углеводороды,

аммиак;

- перед конверсией добавляют в поток и поддерживают объемное содержание водяного пара в диапазоне, от 4 до 12

раз большем, чем объемное содержание алканов в природном газе;

- для конверсии природного газа применяют гелий, нагретый в ядерном реакторе;

На фигуре дана схема осуществления заявляемого способа, где

1 - нагреватель

2 - катализатор

3 - реактор поглощения

4 - первая секция нагревающего теплообменника

5 - первый адиабатический реактор

консорциум « Н е д р а»

6

6 - вторая секция нагревающего теплообменника

7 - второй адиабатический реактор

8 - третья секция нагревающего теплообменника

9 - третий адиабатический реактор

10 - пароперегреватель

11 - котел-утилизатор

12 - подогреватель питательной воды

13 - теплообменник теплофикационной воды

14 - водяной теплообменник нагрева недеаэрированной воды

15 - реакторная система синтеза метанола

16 - сепаратор

17 - конвертор

18 - абсорбер

19 - адсорбер

20 - катализатор

21адсорбер Примером реализации изобретения служит способ извлечения гелия из природного газа, описанный ниже.

В излагаемом примере осуществления изобретения в качестве источника гелия применяется природный газ с составом, характерным, например, для Ковыктинского газового месторождения, который используют для получения

консорциум « Н е д р а»

vk.com/id446425943

Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:

«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»

7

синтез-газа, в качестве процесса каталитического синтеза продуктов применяется синтез метанола, что позволяет охарактеризовать особенности реализации изобретения применительно к процессам извлечения гелия из природного газа.

Способ осуществляется следующим образом.

Природный газ, содержащий гелий, с давлением выше 5.3 МПа смешивают со сжатым до давления природного газа рециркулируемым газом, содержащим водород, монооксид и диоксид углерода, подогревают до температуры около

400°C в нагревателе 1 и образовавшийся поток газа подают на стадию очистки от сернистых соединений (если они содержатся в виде примесей природного газа), которую проводят в две ступени: сначала ведут, например, на алюмокобальтмолибденовом катализаторе 2 гидрирование органических соединений серы, например меркаптанов в сероводород, а затем поток направляют на поглощение образовавшегося сероводорода активированным оксидом цинка в реактор поглощения 3, которых может быть несколько - включенных в работу последовательно или параллельно. Поток газа, очищенный (в пересчете на серу) до массовой концентрации серы менее 0.5 мг/нм3, смешивают с перегретым потоком пара (показан штриховой линией) до соотношения пар/газ, например, равного 5.0. С целью увеличения степени конверсии метана объемное содержание водяного пара перед первой стадией поддерживают в диапазоне,

ориентировочно от 4 до 12 раз большем, чем объемное содержание алканов. При снижении отношения пар/газ ниже 4

снижается эффективность процесса и растут капитальные затраты, что связано либо с необходимостью увеличить поток рециркуляции газов в связи с низкой степенью конверсии при указанной ниже температуре нагрева потока, либо с необходимостью увеличить температуру нагрева потока свыше 1000-1200°C, что заставит использовать более дорогие

консорциум « Н е д р а»

8

материалы для теплообменника. Повышение отношения пар/газ свыше 12 также вызовет снижение эффективности процесса в связи с необходимостью производить избыточный водяной пар.

Образовавшийся поток направляют в первую секцию нагревающего теплообменника 4, в котором нагревают,

например, до температуры около 650°C, и направляют в первый адиабатический реактор 5, заполненный насадкой катализатора, в качестве которого, например, предпочтительно использовать никелевый катализатор типа ГИАП-16.

В адиабатическом реакторе 5 без подвода тепла производят частичную конверсию метана и направляют во вторую секцию нагревающего теплообменника 6, где температуру потока повышают до 750°C, а затем направляют во второй адиабатический реактор 7, по конструкции повторяющий первый адиабатический реактор 5, заполненный насадкой катализатора, в котором производят дальнейшую конверсию метана. Затем поток направляют на окончательную доконверсию метана в третьи секции нагревающего теплообменника 8 и третий адиабатический реактор 9, в которых порядок и содержание операций не отличаются от первых двух стадий, а температура нагрева составляет около 870-

890°C. Выбор температуры нагрева определяется, в первую очередь, температурным потенциалом теплового источника,

например нагретого в ядерном реакторе гелия, а также возможностями создания теплообменников с относительно недорогими жаропрочными теплообменными поверхностями на основе сталей и сплавов с низким содержанием дорогих компонентов (никеля, кобальта, хрома, молибдена и т.д.), что предопределяет предпочтительный уровень верхней возможной температуры 900°C. С другой стороны, равновесная степень и скорость превращения метана ниже 600°C

даже при относительно высоких соотношения водяной пар/газ становится практически неприемлемой.

После выхода из третьего адиабатического реактора 9 поток направляют последовательно в пароперегреватель 10,

котел-утилизатор 11, подогреватель питательной воды 12, а затем в теплообменник теплофикационной воды 13, в

консорциум « Н е д р а»