Энергетические комплексы для утилизации попутного нефтяного газа

Одним из самых перспективных направлений использования теплоэнергетических установок на топливных элементах является утилизация попутного нефтяного газа.

Как известно, законодательство Российской Федерации обязывает нефтяные компании довести утилизацию попутного нефтяного газа до 95%. Практическая реализация этого требования наталкивается на значительные трудности. Если для больших объектов со значительными объемами выхода попутного нефтяного газа, добывающие компании еще могут решиться на большие капитальные затраты, включающие строительство дорогостоящих стационарных установок, выполняющих очистку и кондиционирование попутного нефтяного газа в заводских масштабах, на прокладку трубопроводов для перекачки газа либо для дальнейшей его переработки, на создание сопутствующей инфраструктуры и пр., то для огромного количества небольших или удаленных месторождений этот путь неприемлем. Во многом по этой причине попутный нефтяной газ просто сжигается, что, во-первых, вредно для природы и здоровья людей, а, во-вторых, расточительно.

Именно на этом направлении становится чрезвычайно выгодным и перспективным применение теплоэнергетических установок на топливных элементах, которые используют в качестве топлива попутный нефтяной газ. Теплоэнергетические установки на основе технологии топливных элементов имеют существенные преимущества перед традиционными источниками электроэнергии.

1. Одно из основных преимуществ установок на топливных элементах перед конкурентами заключается в том, что они могут надежно и устойчиво работать на попутном нефтяном газе переменного состава. Благодаря беспламенной химической реакции, лежащей в основе работы топливного элемента, снижение процентного содержания, например, метана вызывает лишь соответствующее уменьшение выходной мощности. При этом не требуется остановка для перенастройки и пр. Такая всеядность в смысле утилизации попутного нефтяного газа различного состава не оказывает влияние на работоспособность установок. В то время, как установки, использующие принцип сжигания газа, весьма чувствительны к его составу.
2. Еще одно важное преимущество заключается в гибкости по отношению к электрической нагрузке потребителей, перепаду, набросу нагрузки.
3. Для монтажа и подключения теплоэнергетических установок на топливных ячейках их внедрения не требуются идти на глобальные капитальные затраты, т.к. установки легко монтируются на неподготовленные площадки вблизи месторождений, неприхотливы в эксплуатации, надежны и эффективны. Модульный принцип построения и высокая автономность позволяют в любое время отключить установку и перебросить ее на другой объект.
4. Безлюдная технология: высокая автоматизация и современный дистанционный контроль не требуют постоянного нахождения персонала на установке.
5. Простота и техническое совершенство конструкции: отсутствие движущихся частей, трения, систем смазки дает значительные экономические выгоды от при эксплуатации установок на топливных элементах. За счет незначительных затрат на техническое обслуживание и, практически, отсутствия необходимости в капитальных ремонтах достигается малый срок окупаемости и низкая себестоимость вырабатываемой электроэнергии и тепла.
6. Потребление воды: отсутствует при температуре окружающей среды до +30°С и незначительное при более высоких температурах.
7. Выход воды: отсутствует.
8. Кроме того, теплоэнергетические установки на топливных элементах не шумят, не вибрируют, не дают вредных выбросов в атмосферу.

В рамках решения проблемы утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ) на нефтяных и нефтегазовых месторождениях России вместо сжигания ПНГ, специалистами компании была разработана типовая установка на топливных элементах, позволяющая перерабатывать и утилизировать ПНГ с получением тепловой и электрической энергии.

Большинство существующих сегодня энергетических решений не могут использовать ПНГ в качестве топлива по причине его высокой загрязненности различными вредными компонентами и соединениями (в первую очередь сернистыми и др.) и нестабильной теплотворной способностью.

При разработке данного технического решения, эти два критических фактора брались за основу предъявляемых требований к стабильной и надежной работе установки, поэтому для предлагаемой установки нестабильная теплотворная способность ПНГ и загрязнения сернистыми соединениями не являются критическими факторами, от которых зависит работоспособность комплекса и выполнение штатных заявленных технических характеристик.

Комплекс представляет собой блочно-модульную конструкцию, подразделяющуюся на два основных блока:

Блок подготовки ПНГ – в нем осуществляется очистка попутного газа от вредных сернистых примесей, его осушка и подготовка для соответствия основных технологических параметров газа до необходимых требуемых значений, для ввода во второй блок – энергетический.

Энергетический блок - в нем осуществляется непосредственно переработка/утилизация попутного нефтяного газа с получением тепловой и электрической энергии.

Блок подготовки ПНГ

Блок подготовки ПНГ представляет собой очень компактную вертикальную систему десульфуризации и осушки.

Очищенный в блоке попутный нефтяной газ подходит для использования в качестве топлива в газовых двигателях, газовых турбинах, энергетических установках на базе топливных элементов, или другого применения.

Система работает на базе ПЛК, во время работы системы осуществляется мониторинг концентрации сернистых соединений в ПНГ поступающим на очистку и на выходе из системы. В очищенном газе осуществляется также мониторинг концентрации метана.

Установка, включая все необходимое и вспомогательное оборудование, размещается в 5-ти 20-ти футовых контейнерах. Контейнеры утеплены, выполнены в легком ламинарном корпусе и оснащены электрическим оборудованием (освещение, приборы КИП и А).

Блок подготовки попутного нефтяного газа включает в себя следующее оборудование и установки:

• Колонное оборудование
• Насосы для циркуляции воды по колоннам
• Узел дозирования абсорбента
• Шкаф управления
• Система измерения концентрации сероводорода
• Блок умягчения воды
• Блок подготовки и дозирования абсорбента
• Отводная насосная станция
• Байпасная газовая система
• Приборы КИПиА

Блок рассчитан на непрерывную работу 24 часа в сутки в течение всего года.

Ознакомиться подробнее с деталями конструкции блока очистки ПНГ можно на странице блок подготовки попутного нефтяного газа

Его основой является теплоэнергетическая установка на топливных элементах РС-400. Установка РС-400 является теплоэнергетической установкой с фосфорно-кислотным топливным элементом. Предназначается для систем распределенной генерации электроэнергии, а также для систем с комбинированным производством электроэнергии и тепла. Она способна производить 400 кВт постоянной, надежной электроэнергии при образовании теплоты, которую можно в дальнейшем применять для обогрева помещений, в устройствах нагрева воды, а также для запуска абсорбционной холодильной установки. Кроме этого, установка РС-400 подает резервное питание, когда энергосистемы общего пользования выходят из строя.

Теплоэнергетическая установка состоит из двух главных компонентов: блок питания и модуль охлаждения.

Блок питания является основным блоком установки. Он состоит их пяти подсистем, которые изображены на рисунке ниже:

• Система обработки топлива доводит поступающий газ до требуемого состояния перед подачей на топливные элементы
• Система электроснабжения состоит из батарей топливных элементов, вырабатывающих электрический ток и тепло
• Термическая система управления/система очистки воды поддерживает термический баланс в системе путем охлаждения воды в батареях топливных элементов и в системах остального оборудования
• Модуль электрической системы выполняет как функцию поддержания нормальных параметров электроснабжения, так и функцию блока управления для всей энергетической установки
• Установка для обработки воздуха поставляет очищенный воздух к катоду топливных элементов и камере сгорания установки реформинга топливного газа

Модуль охлаждения обеспечивает полный отвод тепла и охлаждение системы топливных элементов.

Основные характеристики

Для практической реализации проекта предлагается реализовать пилотный проект, заключающийся в поставке на реальный объект нефтедобычи одной или нескольких установок для их всестороннего тестирования, технико-экономических расчетов, сертификации и т.д. с последующей локализацией производства этих установок в России. Это поднимет на новый технологический уровень российскую промышленность, загрузит заказами отечественные предприятия и создаст дополнительные рабочие места.

Конечно при получении ПНГ в больших объемах актуальным является транспорт ПНГ в крупную точку его переработки, однако для месторождений с малым объемом получения ПНГ транспорт ПНГ становится очень дорогим и не эффективным и применение установок на топливных элементах становится одним из оптимальных решений проблемы утилизации малых объемов ПНГ.

Инжиниринговая компания "ЭНЦЕ ГмбХ" имеет опыт реализации крупных проектов в России и готова организовать координационную рабочую группу по внедрению инновационной технологии на отечественных предприятиях с последующим переносом производства на территорию России.