Существующая проблема. Проблема утилизации попутного нефтяного газа до сих пор актуальна в мире и в Российской Федерации, в частности. Согласно данным партнерства GGFR (Global Gas Flaring Reduction) в Российской Федерации ежегодно сжигается более 30% добываемого нефтяного газа, что составляет более 20 млрд м³.

Идея работы. Разработанная система предполагает совместное использование бинарной энергоустановки для генерации электрической энергии и GTC-установки (Gas-to-Сhemicals) для получения жидких синтетических углеводородов, которые могут быть использованы как моторное топливо или растворитель нефти. При этом добываемый нефтяной газ в первую очередь используется для полного удовлетворения нужд промысла в энергии, а оставшийся объём направляется на GTC-установку для переработки.

Детали исследования. Бинарный цикл электрической генерации представляет собой совместное использование микрогазотурбинного электроагрегата (МГТЭА) и паротурбинного электроагрегата (ПТЭА) для выработки электрической энергии. В качестве рабочей среды могут использоваться различные хладагенты, например, пентафлорпропан (C3H3F5).

Симуляция разработанной системы выполнялась в среде Matlab/Simulink и показала эффективную работу системы во время запуска, функционирования, нагрузки и разгрузки МГТЭА и ПТЭА.

В предлагаемом подходе двухэтапной утилизации попутного нефтяного газа предлагается использовать систему GTC для получения широкого спектра продуктов газопереработки. Синтетические жидкие углеводороды (СЖУ) могут использоваться для снижения вязкости перекачиваемых нефтей на месторождениях с одновременным уменьшением углеродного следа, связанного с их добычей. Согласно результатам хроматографического анализа СЖУ, полученным на лабораторной установке, значительную долю СЖУ составляют ароматические соединения (таблица 1), которые обладают высокой растворимостью высокомолекулярных углеводородов.

Таблица 1 – Состав полученного образца углеводорода

Групповой состав:	% масс.	Групповой состав:	% масс.
Алканы, включая:	37.288	Олефины и диены, включая:	2.667
нормальные	11.474	С3	0.002
изоалканы	25.814	С4	0.153
нафтеновые	15.403	С5	0.822
Ароматические углеводороды, в т.ч .:	38.035	С6	0.839
одноядерные	36.282	С7	0.557
двухъядерные	1.354	С8	0.240
инданы	0.399	С9	0.054
Неизвестные углеводороды		6.607

 

При добавлении СЖУ в реальные нефтяные системы ароматические углеводороды будут способствовать разрушению (растворению) надмолекулярных асфальто-смолистых образований и, как следствие, изменению реологических характеристик нефтей. Такое использование системы GTС позволит снизить гидравлические потери при транспортировке и, соответственно, нагрузку на насосы, а также необходимую температуру нагрева для обеспечения стабильного технологического процесса.

Заключение. Результаты моделирования показали возможность успешного интегрирования предлагаемого комплекса в инфраструктуру нефтяного промысла, при этом снижение углеродного следа добываемой нефти составило 24%. Степень утилизации попутного нефтяного газа в разработанной системе достигает 100%. В результате эксплуатации электроустановок в бинарном цикле КПД генерации электрической энергии достигает 55% (рис. 2). Использование системы GTC обеспечивает наиболее полную утилизацию энергетического потенциала первичного энергоносителя.