Комплекс по производству товарной продукции из углеводородов с низким углеродным следом Российский патент 2023 года по МПК B01D53/00 E21B41/00 

Изобретение относится к снижению выбросов углекислого газа в атмосферу предприятиями по производству товарной продукции из углеводородов и может быть использовано в газоперерабатывающей и газохимической отраслях промышленности.

Климатические условия нашей планеты разнообразны и зависят от многих факторов, одним из которых является парниковый эффект - свойство атмосферы нагреваться при прохождении через нее световой энергии Солнца. Основные компоненты воздуха, такие как азот и кислород, свободно пропускают тепловой поток (инфракрасную составляющую световой энергии), тогда как вода и углекислый газ поглощают инфракрасное излучение. Пары воды конденсируются и возвращаются на поверхность земли в виде осадков, формируя круговорот воды, а углекислый газ сохраняется в атмосфере и при постепенном накоплении интенсифицирует парниковый эффект, вызывающий потепление климата.

В настоящее время концентрация углекислого газа в атмосфере находится на уровне 400 ppm и увеличивается за счет природных и техногенных факторов. К последним, в частности, относится образование углекислого газа при сгорании топлива. Содержание углекислого газа в образующихся при этом дымовых газах составляет 12000-16000 ppm, а годовая техногенная нагрузка - 30 млрд т углекислого газа при его общем содержании в атмосфере 1100 млрд т.

Углеродный след представляет собой совокупность всех выбросов парниковых газов на протяжении жизненного цикла продукта, где углекислый газ играет главенствующую роль. В настоящее время экономики всех стран направлены на снижение углеродного следа, что вполне реально при использовании современных комплексных решений. Одним из них является постепенное снижение уровня вырабатываемых углеродных выбросов за счет энергосберегающих технологий и аппаратурного оформления процессов, положительно влияющих на экологическое состояние окружающей среды. Реализация этих мероприятий требует существенных финансовых затрат, поэтому наряду с разработкой технологических предложений необходим также поиск экономически оптимальных решений.

Одними из основных локальных источников выбросов углекислого газа в атмосферу являются предприятия газоперерабатывающей и газохимической отраслей промышленности.

Известна система обустройства месторождения тяжелой нефти и природного битума, включающая добывающие скважины, соединенные через трубопровод продукции скважин с блоком дозирования деэмульгатора, групповой замерной установкой, дожимной насосной станцией и установкой подготовки нефти, которая оснащена системой нагрева продукции скважин через трубопровод топливного газа, оснащена трубопроводом товарной нефти, трубопроводом попутного нефтяного газа и трубопроводом попутно добываемой воды, который сообщен с блоком очистки от сероводорода, соединенным через трубопровод очищенной попутно добываемой воды с блоком водоподготовки, соединенным через трубопровод стоков с кустовой насосной станцией, а через трубопровод глубокоочищенной воды - с парогенератором, соединенным с трубопроводом топливного газа, а через паропровод сообщен с паронагнетательными скважинами, при этом блок водоподготовки снабжен трубопроводом уловленной нефти для ее возврата на установку подготовки нефти, а также соединен через трубопровод пресной воды с источником пресной воды, а блок очистки от сероводорода выполнен с возможностью отдувки попутно добываемой воды отводимыми от парогенератора дымовыми газами, подаваемыми в блок очистки от сероводорода по трубопроводу отвода дымовых газов от парогенератора, соединенный трубопроводом отвода на обезвреживание дымовых газов, содержащих извлеченный из воды сероводород, с блоком окисления сероводорода, оснащенным трубопроводом подачи окислителя (воздуха), трубопроводом топливного газа и трубопроводом отвода очищенных от сероводорода дымовых газов, соединенным со свечой рассеивания, трубопроводом отвода серной кислоты в трубопровод попутно добываемой воды на вход в блок очистки от сероводорода и трубопроводом отвода пара в паропровод на выходе парогенератора, при этом установка подготовки нефти соединена трубопроводом попутного нефтяного газа с трубопроводом отвода на обезвреживание дымовых газов, а добывающие скважины соединены трубопроводом затрубного газа с установкой подготовки нефти и/или через трубопровод попутного нефтяного газа и трубопровод отвода на обезвреживание дымовых газов с блоком окисления сероводорода (патент на изобретение RU 2715109, МПК Е21В 43/16, Е21В 36/00, Е21В 43/24, B01D 19/00, заявлен 25.11.2019 г., опубликован 25.02.2020 г. ). Недостатками изобретения являются:

• сброс углекислого газа в атмосферу с дымовыми газами;

• сложный многоступенчатый процесс очистки пластовой воды от гидросульфидов, сульфидов и карбонатов подкисленной водой с выделением сероводорода, переводимого в диоксид серы и серную кислоту, вызывающие коррозию оборудования.

Известен также способ разработки нефтяного месторождения с использованием закачки углекислого газа, включающий подготовку рабочего агента, закачку рабочего агента через нагнетательные скважины и отбор добываемой продукции через добывающие скважины с последующим отделением нефти и попутного газа, при этом предварительно определяют химический состав пласта, замеряют пластовые температуру, давление, выбирают пласты, состоящие из карбонатных или терригенных пород с карбонатным цементом, с пластовой температурой от 31°С и более и пластовым давлением от 7,38 МПа и более, в процессе подготовки рабочего агента одновременно с подачей топлива в парогенератор направляют воду и атмосферный воздух, полученную смесь углекислого газа и водяного пара направляют в теплообменник, удаляют водяной пар из смеси, далее полученный из теплообменника углекислый газ направляют одновременно с кислородом, топливом и водой в парогенератор при соотношении углекислого газа и кислорода соответственно 4:1 и соотношении топлива к смеси углекислого газа и кислорода соответственно 1:12, по линии возврата продукты горения направляют через теплообменник в объеме, необходимом для поддержания соотношения углекислого газа и кислорода, удаляют водяной пар из продуктов горения, далее продукты горения без водяного пара направляют в парогенератор, а оставшийся объем продуктов горения смешивают с водяным паром в смесителе для получения рабочего агента и закачивают в нагнетательную скважину, в качестве топлива используют смесь углеводородной части попутного газа и газа от поставщика, при этом количество в смеси углеводородной части попутного газа и газа от поставщика изменяют в зависимости от объема попутного газа, поступающего с газосепаратора (патент на изобретение RU 2704660, МПК Е21В 43/24, Е21В 47/06, заявлен 04.12.2018 г., опубликован 30.10.2019 г. ). Недостатками изобретения являются:

• использование для закачки в скважины месторождения вместо отходов производства специально вырабатываемого диоксида углерода, полученного сжиганием углеводородного газа;

• экономически затратная двухступенчатая система получения диоксида углерода.

Известен способ выделения диоксида углерода из дымовых газов, включающий стабилизацию их температуры на уровне 250-350°С, очистку от оксидов азота с использованием восстановительного компонента на оксидном вольфрамо-ванадиевом катализаторе, абсорбцию и десорбцию углекислого газа этаноламинной композицией, очистку и регенерацию абсорбента от продуктов коррозии и деградации, компримирование газообразного диоксида углерода с последующим его охлаждением, осушкой и переводом в сжиженное состояние, при этом очистку от оксидов азота осуществляют за счет гетерогенного селективного катализа на оксидном вольфрамо-ванадиевом катализаторе, а в качестве абсорбента диоксида углерода выступает композиция, включающая метилдиэтаноламин, активатор процесса хемосорбции пиперазин и ингибитор коррозии технологического оборудования ИКФ-1, взятые в соотношении 7:(1-3):(0,01-0,03) (патент на изобретение RU 2733774, МПК B01D 53/62, заявлен 13.02.2020 г., опубликован 06.10.2020 г. ). Недостатками изобретения являются:

• использование дорогостоящего оксидного вольфрамо-ванадиевого катализатора для очистки дымовых газов от оксидов азота;

• отсутствие решения по утилизации диоксида углерода;

• нерентабельное строительство локальных установок по переработке дымового газа при большом числе источников дымовых газов, например, нескольких десятков трубчатых печей на нефтеперерабатывающем заводе.

Известен также комплекс по переработке магистрального природного газа в товарную продукцию, включающий трубопровод-отвод подачи магистрального природного газа на переработку 100, газоперерабатывающий блок 200, осуществляющий выработку товарного природного газа, полностью подготовленного к сжижению, этановой фракции, продуктов разделения широкой фракции легких углеводородов в виде пропановой фракции, бутановой фракции, пентан-гексановой фракции, трубопровод подачи товарного природного газа в магистральный газопровод 300, блок производства сжиженного природного газа 400, блок хранения товарной продукции 500, блок отгрузки товарной продукции 600, объединенные прямыми и обратными связями в виде трубопроводов, при этом между звеньями блоков предусматривают одну или несколько из дополнительных связей (патент на изобретение RU 2744415, МПК B01D 53/00, F25J 3/00, заявлен 06.02.2020 г., опубликован 09.03.2021 г. ). Недостатками изобретения являются:

• отсутствие в газоперерабатывающем блоке 200 звена для очистки и дальнейшей утилизации и/или использования диоксида углерода, извлекаемого вместе с сероводородом из поступающего на переработку природного газа;

• нерентабельное строительство локальных установок по переработке дымового газа при большом числе источников дымовых газов, например, нескольких десятков трубчатых печей на нефтеперерабатывающем заводе.

• отсутствие дополнительной системы очистки сточных вод, в большом количестве образующихся в газоперерабатывающем блоке 200.

При создании изобретения была поставлена задача разработки высокоэффективного и экологичного комплекса по производству товарной продукции из углеводородов с низким углеродным следом, предотвращающего попадание углекислого газа в атмосферу с производственными дымовыми газами и уменьшающего сброс сточных вод в систему очистки сточных вод для снижения техногенной нагрузки на окружающую среду.

Поставленная задача решается за счет того, что комплекс по производству товарной продукции из углеводородов, преимущественно газа и/или газового конденсата, с низким углеродным следом включает, по крайней мере, установку подготовки конденсата с отделением от него рассола, установку очистки газа, установку осушки газа и установки получения товарных продуктов, а также систему оборотной воды, обеспечивающую теплосъем на установках, при этом систему оборотной воды подпитывают свежей не деминерализованной водой, часть потока оборотной воды подают на установку обратного осмоса с получением деминерализованной воды, возвращаемой в систему оборотной воды, и рассола, который после повышения давления на насосах утилизируют путем закачки в поглотительные скважины отдельно или вместе с остальными промстоками комплекса, при этом кислые газы установок с преобладающим содержанием углекислого газа собирают и направляют для повышения давления на инжектор, где в качестве рабочего тела используют рассол и/или другие промстоки, или на компрессор, после повышения давления кислые газы вместе с рассолом направляют в поглотительные скважины для захоронения.

В данном варианте, предназначенном для предприятий добычи газа или газового конденсата, избыточная энергия рассола - одного из продуктов первичного разделения поступающего под высоким давлением исходного сырья - эффективно используется для инжектирования кислых газов, удаляемых из углеводородного газа перед его транспортировкой, при этом на предприятии обеспечивается сбор кислых газов.

Целесообразно в поглотительные скважины дополнительно закачивать образующиеся на комплексе щелочные стоки, что позволит обеспечивать нейтральность закачиваемых в карстовые пустоты отходов и сохранять геофизическую стабильность карстовой системы. Для химического связывания углекислого газа к закачиваемым щелочным стокам, образующимся на комплексе, следует добавлять свежую щелочь, если смесь кислых газов и щелочных стоков сохраняет кислотную среду, также свежую щелочь полезно добавлять в закачиваемые в карстовые пустоты промстоки, не содержащие щелочных стоков.

При наличии ценных компонентов, например, водорода, углеводородов, или, наоборот, нежелательной воды, перед подачей на инжектор и/или компрессор кислые газы очищают от примесей одним или комбинацией известных способов: абсорбцией, короткоцикловой адсорбцией, с помощью мембран и т.д.

Полезно также на инжектор и/или компрессор направлять кислый газ, выделенный на установках улавливания углекислого газа из дымовых газов от печей и/или турбин и/или котельных комплекса, что позволяет в значительной мере снизить выбросы парниковых газов в атмосферу. При этом на установках улавливания углекислого газа из дымовых газов можно использовать очистку аминовыми или поташными абсорбентами. Для снижения затрат печей и/или турбин и/или котельных комплекса целесообразно размещать поблизости друг от друга с общей системой подачи дымовых газов на установку улавливания углекислого газа из дымовых газов, что также упростит объединение и сбор дымовых газов для их последующей очистки на одной большой экономичной установке, хотя и приведет к незначительному возрастанию потерь напора нагреваемых продуктов.

Особенности функционирования заявляемого комплекса по производству товарной продукции из углеводородов с низким углеродным следом иллюстрируется одной из возможных принципиальных схем, приведенной на фигуре 1 с использованием следующих обозначений:

1-25 - трубопроводы;

100 - установка подготовки конденсата;

200 - блок закачки рассола и промстоков в поглотительные скважины;

300 - установка очистки газа;

400 - поглотительные скважины;

500 - установка осушки газа;

600 - блок закачки щелочных стоков в поглотительные скважины;

700 - система оборотной воды; 800 - установка обратного осмоса.

Сырьевой поток газового конденсата по трубопроводу 1 поступает на установку подготовки конденсата 100 для отделения высокоминерализованных стоков воды в виде рассола, поступающего по трубопроводу 2 в блок закачки рассола и промстоков в поглотительные скважины 200. Углеводородный газ по трубопроводу 3 поступает на установку очистки газа 300 для отделения кислых газов с преобладающим содержанием углекислого газа, которые далее по трубопроводу 4 направляются для повышения давления на инжектор, где рабочим телом является рассол и/или другие промстоки, или на компрессор блока закачки рассола и промстоков в поглотительные скважины 200. После повышения давления кислые газы вместе с рассолом по трубопроводу 5 направляются в поглотительные скважины 400 для захоронения. При этом если в качестве сырья на комплекс поступает природный газ, то по трубопроводу 6 природный газ подается непосредственно на установку очистки газа 300. Очищенный газ по трубопроводу 7 направляется на установку осушки газа 500 для удаления остаточной влаги, подаваемой по трубопроводу 8 в блок закачки рассола и промстоков в поглотительные скважины 200, а очищенный и осушенный газ по трубопроводу 9 подается на дальнейшую переработку или направляется потребителю. Кроме того, предусмотрена подача с установки очистки газа 300 щелочных стоков по трубопроводу 10 и части кислых газов с повышенным содержанием углекислого газа по трубопроводу 11 в блок закачки щелочных стоков в поглотительные скважины 600, при необходимости подпитываемый также свежей щелочью по трубопроводу 12. Из блока закачки щелочных стоков в поглотительные скважины 600 щелочные стоки и кислые газы по трубопроводу 13 направляются в поглотительные скважины 400 для захоронения.

Комплекс также включает в себя систему оборотной воды 700, обеспечивающую теплосъем на установке подготовки конденсата 100, установке очистки газа 300 и установке осушки газа 500. Отработанные потоки обратной оборотной воды по трубопроводам 14-17 поступают в систему оборотной воды 700 для осуществления очистки и подготовки прямой оборотной воды, выводимой по трубопроводам 18-21, соответственно, на установку подготовки конденсата 100, на установку очистки газа 300 и на установку осушки газа 500. При этом система оборотной воды 700 подпитывается свежей не деминерализованной водой, поступающей по трубопроводу 22. Часть потока прямой оборотной воды по трубопроводу 23 направляется на установку обратного осмоса 800 для получения деминерализованной воды, которая по трубопроводу 24 поступает в блок оборотной воды 700. Кроме того, на установке обратного осмоса 800 вырабатывается рассол, подаваемый по трубопроводу 25 в блок закачки рассола и промстоков в поглотительные скважины 200.

Таким образом, предложенный комплекс по производству товарной продукции из углеводородов с низким углеродным следом позволяет сформировать систему сбора кислых газов с преобладающим содержанием углекислого газа, а также щелочных и иных промстоков и обеспечить их захоронение через поглотительные скважины в карстовых пустотах, снижая выбросы в атмосферу и водный бассейн техногенных загрязнений.

Изобретение относится к комплексу по производству товарной продукции из углеводородов, преимущественно газа и/или газового конденсата, с низким углеродным следом. Комплекс включает по крайней мере установку подготовки конденсата с отделением от него рассола, установку очистки газа, установку осушки газа и установки получения товарных продуктов, а также систему оборотной воды, обеспечивающую теплосъем на установках, при этом систему оборотной воды подпитывают свежей недеминерализованной водой, часть потока оборотной воды подают на установку обратного осмоса с получением деминерализованной воды, возвращаемой в систему оборотной воды, и рассола, который после повышения давления на насосах утилизируют путем закачки в поглотительные скважины отдельно или вместе с остальными промстоками комплекса, при этом кислые газы установок с преобладающим содержанием углекислого газа собирают и направляют для повышения давления на инжектор, где в качестве рабочего тела используют рассол и/или другие промстоки, или на компрессор, после повышения давления кислые газы вместе с рассолом направляют в поглотительные скважины для захоронения. Предложенный комплекс является высокоэффективным и экологичным. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Комплекс по производству товарной продукции из углеводородов, преимущественно газа и/или газового конденсата, с низким углеродным следом, включающий, по крайней мере, установку подготовки конденсата с отделением от него рассола, установку очистки газа, установку осушки газа и установки получения товарных продуктов, а также систему оборотной воды, обеспечивающую теплосъем на установках, при этом систему оборотной воды подпитывают свежей недеминерализованной водой, часть потока оборотной воды подают на установку обратного осмоса с получением деминерализованной воды, возвращаемой в систему оборотной воды, и рассола, который после повышения давления на насосах утилизируют путем закачки в поглотительные скважины отдельно или вместе с остальными промстоками комплекса, при этом кислые газы установок с преобладающим содержанием углекислого газа собирают и направляют для повышения давления на инжектор, где в качестве рабочего тела используют рассол и/или другие промстоки, или на компрессор, после повышения давления кислые газы вместе с рассолом направляют в поглотительные скважины для захоронения.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в поглотительные скважины закачивают образующиеся на комплексе щелочные стоки.

3. Комплекс по п. 2, отличающийся тем, что к образующимся на комплексе щелочным стокам добавляют свежую щелочь.

4. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что перед подачей на инжектор и/или компрессор кислые газы очищают от примесей одним или комбинацией известных способов.

5. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что на инжектор и/или компрессор направляют кислый газ, выделенный на установках улавливания углекислого газа из дымовых газов от печей, и/или турбин, и/или котельных комплекса.

6. Комплекс по п. 5, отличающийся тем, что на установках улавливания углекислого газа из дымовых газов используют очистку аминовыми абсорбентами.

7. Комплекс по п. 5, отличающийся тем, что на установках улавливания углекислого газа из дымовых газов используют очистку поташными абсорбентами.

8. Комплекс по п. 5, отличающийся тем, что печи, и/или турбины, и/или котельные комплекса размещают поблизости друг от друга с общей системой подачи дымовых газов на общую установку улавливания углекислого газа из дымовых газов.