книги / Морская нефть. Развитие технических средств для освоения морских арктических месторождений нефти и газа. Переработка продукции скважин

Трудности в поставках газа заставляли на первых этапах использовать его для производственных нужд на местах или просто сжигать. Связано это было с отсутствием газопроводов. Хотя вопрос об их строительстве начал рассмат­ риваться с начала освоения месторождений, до конца он не решен и в настоя­ щее время. Учитывая свойства газа (большое содержание метана) при откры­ тии новых газовых месторождений в Арктике повсеместно рассматривался вопрос сжижения природного газа и доставки его танкерами. Как показала практика разработки месторождений, это направление оказалось весьма ус­ пешным (завод СПГ в Кенаи) и получило продолжение (завод СПГ в Мелкой).

3 .2 . О п ы т п р о и зв о д с т в а сж и ж ен н ого п р и р о д н о го газа на зав о д а х ,

р а сп о л о ж е н н ы х в А р к т и к е

Сжиженный природный газ (СПГ), получаемый на специальных установ­ ках по сжижению газа и транспортируемый танкерами-метановозами во мно­ гие страны мира, является существенным дополнением к природному газу, подаваемому с мест его добычи по наземным трубопроводам. Потребность

вгазообразном топливе стран, не имеющих своих запасов природного газа (например, Японии), почти полностью может быть покрыта за счет СПГ.

Получение СПГ во многом сходно с процессом низкотемпературного извлечения углеводородов из природного газа. Однако криогенные темпера­ туры, необходимые при производстве СПГ, требуют применения специальной технологии, оборудования и конструкционных материалов.

СПГ — уникальная промышленность. Товаром является природный газ

вжидкой форме. Это дорогостоящий процесс — сжижение природного газа, получаемого на месторождениях, производится с одной единственной целью— уменьшить его объем, что делает морскую транспортировку газа экономи­ чески выгодной. При сжижении 600 м3 газа превращаются в 1 м3 жидкости. Экономия пространства при транспортировке газа в жидкой форме очевидна.

Сжиженный газ перевозится в танкерах при атмосферном давлении и температуре -161 °С. СПГ — это в основном метан, но также в небольших количествах присутствует пропан, бутан, этан, азот и пентан. СПГ не имеет запаха, бесцветен, коррозионно не агрессивен, не токсичен. Он также безвре­ ден для окружающей среды, СПГ сгорает полностью.

Промышленность имеет уникальный рекорд безопасности. Он основан на том, что более чем за 40000 рейсов не произошло ни одной утечки товара. Были случаи посадки на мель, однако меры безопасности, предпринятые на этапе проектирования, были достаточной защитой и предотвращали последст­ вия серьезных инцидентов.

Первая партия СПГ была загружена на судно «Метан Пионер» в Лейк Чарлзе, Луизиана, в 1959 г. и разгружена на Канвей Айланд в устье Темзы. Это судно было грузовым кораблем времен Второй мировой войны, переобо­ рудованным для перевозки этого необычного груза. Первым судном, пост­ роенным специально для перевозки СПГ, было «Метан Принцесс», которое доставило первый промышленный груз СПГ из Алжира на Канвей Айланд

в1964 г.

Вначале 90-х гг. создана Ассоциация международных газовых танкеров

иоператоров терминалов (The Society of International Gas Tanker and Terminal Operators (SIGTTO) для поддержки интересов промышленности и улучшению обмена технической информацией надлежащим образом, для выдвижения лучших практических и приемлемых стандартов для индустрии СПГ.

3.2.1. Начало производства СПГ. Основные схемы производства

Первый завод по производству СПГ был построен в Алжире и выпустил первую продукцию в 1964 г. В 1968 г. был запущен в эксплуатацию первый завод СПГ в Ливии (1970 г.), затем в Брунее (1972 г.), Малайзии (1983 г.), Австралии (1989 г.), Катаре (1996 г.), Нигерии (1999 г.), Тринидаде (1999 г.), Омане (2000 г.), Египте (2005 г.), на острове Мелкойя (2007 г.). Строится завод на острове Сахалин. Процесс производства СПГ включает в себя подготовку газа к сжижению и непосредственно сжижение (рис. 3.3).

Сырьевой газ до сжижения должен быть очищен от водяного пара, СО, и сернистых соединений. Первоначальное удаление кислых газов осуществля­ ется с использованием той же технологии, что и при традиционной обработке природного газа. Окончательная очистка обычно производится пропусканием газа через многослойные молекулярные сита (рис. 3.4).

Применяются также жидкостные процессы, такие как процесс Lurgi Rectisol, при котором метанол, инспектируемый в поток сырьевого газа, аб­ сорбирует воду. При последующем охлаждении газа в теплообменнике обра­ зуется конденсат из смеси воды, метанола и тяжелых углеводородов. Отделе­ ние С02 и сернистых соединений происходит в промывной колонне.

Для сжижения газа в конце 70-х гг. XX в. применялись три основных цик­ ла производства СПГ: стандартный каскадный с использованием нескольких ступеней внешнего охлаждения; модифицированный каскадный, предусмат­ ривающий комбинированное охлаждение во внешнем контуре и самоохлаждение; расширительный, при котором отдача энергии происходит в процессе расширения газа, находящегося под высоким давлением и проходящего через турбину для совершения работы.

На рис. 3.6 показан модифицированный каскад-одноструктурный цикл со смешанным хладагентом, представляющим собой смесь вводимых в контур га­ зов азота, метана, этана, пропана и бутана. Хладагент сжимается, охлаждается и частично конденсируется с разделением пара и жидкости в сепараторе S-1.

Рисунок 3.6 — Одноконтурный цикл со смешанным хладагентом

для сжижения природного газа:

S1, S2 — сепараторы; El, Е2, ЕЗ — теплообменники

Отделенная жидкость переохлаждается в теплообменнике Е-1 и затем, расширяясь, возвращается через соответствующий теплообменник для ох­ лаждения трех теплых потоков. Пары из сепаратора S-1 частично конденсиру­ ются в теплообменнике Е-1 и разделяются по фазам в сепараторе S-2, причем образовавшаяся жидкость и нары также проходят через теплообменники Е-1 и Е-2, но при более низких температурах. Оставшиеся пары хладагента, пос­ тупающие из сепаратора S-2, полностью конденсируются в теплообменнике Е-3 и затем проходят через ряд теплообменников для обеспечения конечного охлаждения.

стремятся к оптимальному сочетанию эти показателей. Результатом разра­ боток такого рода явилось создание нескольких циклов, запатентованных фирмами «Air Products and Chemicals, Inc.», «Costain Oil», «Gas and Process Ltd.», «Randall Gas Technologies», «ABB Lummus Inc.», «Axens», «Black and Veatch Corp.», «Conoco Phillips Co.», «Linde».

3.2.2 Эксплуатация Кенайского завода СПГ

Кенайский завод (Аляска, США) по сжижению природного газа был одним из первых и явился успешным примером для развития отрасли. Несмотря на сложные климатические условия, завод функционирует непрерывно с 1969 г.

Сначала эксплуатации ни на заводе, ни на судах не было ни единой аварии

иобъем производства превысил контрактные поставки. Проект СПГ в Кенаи является также примером международного сотрудничества: СПГ, произве­ денный в Штатах, транспортируется в Японию на судах шведской постройки итальянскими и филиппинскими экипажами. Доставка газа происходит точно по графику. Кроме того, СПГ служит не только топливом, в Японии его применяют для охлаждения свежего тунца и производства сжиженного кислорода и азота.

Развитие технологии СПГ совпало с ростом нефтяной и газовой про­ мышленности на Аляске. До начала 50-х гг. нефтяные компании не были уверены в рентабельности месторождений на Аляске из-за ее удаленности от основных рынков сбыта. В результате геологических исследований компания «МАРАФОН» открыла крупное нефтяное месторождение «Свенсон Риве» на полуострове Кенаи в 1957 г. Это месторождение привлекло много других компаний из-за больших потенциальных возможностей.

Изготовленная в Японии и собранная на месте, платформа в заливе Кука начала действовать в конце 1968 г. Одновременно с монтажом платформы строители прокладывали два 10-дюймовых подводных трубопровода на бе­ рег, а на 13 миль восточнее — 16-дюймовый трубопровод длиной 30 миль на западное побережье полуострова Кенаи к заводу СПГ.

Тем временем компания «Марафон» проложила трубопроводы газосбор­ ной сети, а также 18-мильный, 20-дюймовый трубопровод, чтобы подсоеди­ нить береговые скважины месторождения на Кенаи.

Платформы, трубопроводы, завод и разгрузочные устройства были пост­ роены так, чтобы выдержать не всегда благоприятные условия окружающей среды южной Аляски: сильные ветра, 10-метровые приливы, сильные течения, землетрясения и температуры, опускающиеся зимой до -40 °С. Несмотря на все трудности, строители закончили работы по графику.

8 июня 1969 г. на заводе был произведен первый сжиженный газ, точно через 26 мес. после начала проектирования и менее чем через два года после начала строительных работ. Завод вышел на проектную мощность без про­ блем, и вскоре производство превысило расчетные спецификации.

15 октября 1969 г. танкер «Полар Аляска» встал под погрузку СПГ на Кенайском заводе. После девятидневного плавания судно встало в Иокогаме 4 ноября под разгрузку. Это был первый промышленный СПГ, экспортиро­ ванный с Западного полушария и первый СПГ, импортированный в Японию и Азию.

Завод по сжижению природного газа в Кенаи работает в режиме безо­ становочного производства 24 часа в сутки, и за первый полный год работы в 1970 г. поставил, в среднем, продукции больше контрактного объема.

Завод в Кенаи, один из самых старейших заводов СПГ в мире, до сих пор является образцом надежности и эффективности производства. По оценке независимой фирмы-консультанта «Асз Д. Литл, Инк.», он может надежно

иэффективно выполнять контрактные обязательства до 2009 г., через 40 лет после запуска. На заводе используется оптимизированный каскадный процесс сжижения природного газа фирмы «Филлипс» (рис. 3.8).

Впроцессе используются три предварительно очищенных хладагента: пропан, этилен и метан. Первая система охлаждения — многоступенчатая пропановая система в замкнутом контуре /; вторая — двухили трехступен­ чатая этиленовая система в замкнутом контуре 2 . Этилен может быть заме­ нен этаном. Для теплообмена используют сочетание паяных алюминиевых

иконцентрических аппаратов. Сырье проходит последовательно через все ступени охлаждения пропаном и этиленом. Пропан конденсируют воздухом или водой, этилен — пропаном.

Высшие углеводороды обычно отделяются 3 после одной или нескольких ступеней охлаждения этиленом. Схема фракционирования сильно зависит от состава сырья и заданного коэффициента извлечения продуктов. Имеются проекты с высоким коэффициентом извлечения этана и пропана. Остаточный продукт, обогащенный метаном, направляется на охлаждение метаном.

Охлаждение метаном 4 — это многоступенчатая система с открытым или замкнутым контуром. Возвратный поток метана используется для баланси­ рования нагрузок по холоду и улучшения КПД. Пропан и этилен удаляют технологическое тепло. В конфигурации с открытым контуром топливный газ отводят для предотвращения накопления инертов в хладагенте. При перера­ ботке сырья с примесью азота или гелия в схему встраивается система вывода инертов. Каждый цикл охлаждения понижает температуру до сжижения газа. Охлажденный сжиженный газ подвергается воздействию пониженного дав­ ления, чтобы получить СПГ при атмосферном давлении.