Конденсат природного газа: состав и выделение

Введение

Смесь низкой плотности углеводородных жидкостей

Конденсат природного газа, также называемый природными газовыми жидкостями, представляет собой смесь низкой плотности углеводородных жидкостей, присутствующих в виде газообразных компонентов в сыром природном газе, добываемом из многих месторождений природного газа. Некоторые газовые компоненты сырого природного газа конденсируются в жидкое состояние при снижении температуры ниже температуры точки росы углеводородов при заданном давлении. Конденсат природного газа также называют конденсатом, газовым конденсатом или иногда природным бензином, поскольку он содержит углеводороды в диапазоне температур кипения бензина, и часто обозначается сокращенно как "конди" работниками на газовых установках. Сырой природный газ, используемый для получения конденсата, может поступать из любого типа газовых скважин, таких как:

Скважины сырой нефти: Природный газ, поступающий из скважин сырой нефти, обычно называется попутным газом. Этот газ может существовать в виде отдельной газовой шапки над сырой нефтью в подземном пласте или быть растворенным в сырой нефти, высвобождаясь из раствора по мере снижения давления в процессе добычи. Конденсат, получаемый из нефтяных скважин, часто называют конденсатом месторождения. Сухие газовые скважины: Эти скважины обычно дают только сырой природный газ, не содержащий конденсата и незначительного количества сырой нефти, и называются бес попутным газом. Конденсат из сухого газа извлекается на газоперерабатывающих заводах и часто называется заводским конденсатом. Пропан, бутан и изобутан находятся в жидком состоянии при нормальных температурах только под давлением. Кроме того, конденсат может содержать:

Более тяжелые алканы с прямой цепью, содержащие от 7 до 12 атомов углерода (обозначаются как C7-C12)
Сероводород (H2S)
Тиолы, традиционно также называемые меркаптанами (обозначаются как RSH, где R – органическая группа, такая как метил, этил и т.д.)
Диоксид углерода
Циклогексан и, возможно, другие нафтены
BTX (химия) (Ароматические углеводороды, такие как бензол, толуол, ксилолы и этилбензол)

Отделение конденсата от природного газа

Существуют сотни различных конфигураций оборудования для отделения конденсата природного газа от сырого природного газа. Схематическая технологическая схема справа демонстрирует лишь одну из возможных конфигураций. Сырьевой природный газ из газовой скважины или группы скважин охлаждается для снижения температуры газа ниже его точки росы углеводородов при давлении сырья. Это приводит к конденсации большей части углеводородов газового конденсата. Полученная смесь газа, жидкого конденсата и воды затем направляется в сепаратор высокого давления, где вода и сырой природный газ разделяются и удаляются. Если требуется повышение давления, сырой природный газ из сепаратора высокого давления поступает в главный газовый компрессор, который повышает давление газа до необходимого для транспортировки по трубопроводу на завод по переработке сырого природного газа. Давление на выходе главного газового компрессора будет зависеть от рабочего давления и расстояния до завода по переработке сырого природного газа и может потребовать использования многоступенчатого компрессора. Газовый конденсат из сепаратора высокого давления проходит через регулирующий клапан дросселирования в сепаратор низкого давления. Снижение давления на клапане дросселирования вызывает частичное испарение конденсата, известное как вспышечное испарение. Сырой природный газ из сепаратора низкого давления направляется в повышающий компрессор, который повышает давление газа и направляет его через охладитель, а затем в главный газовый компрессор. На заводе по переработке сырого природного газа газ подвергается осушке, а из него удаляются кислые газы и другие примеси. Затем также удаляются и извлекаются в качестве побочных продуктов этан, пропан, бутаны, пентаны и углеводороды с более высокой молекулярной массой, обозначаемые как C5+. Вода, удаленная из сепараторов высокого и низкого давления, может потребовать обработки для удаления сероводорода (H2S) перед подземной утилизацией или повторным использованием. Часть сырого природного газа может быть повторно закачана в продуктивный пласт для поддержания пластового давления или для хранения до последующей прокладки трубопровода.

There are hundreds of different equipment configurations to separate natural gas condensate from raw natural gas. The schematic flow diagram to the right depicts just one of the possible configurations. The raw natural gas feedstock from a gas well or a group of wells is cooled to lower the gas temperature to below its hydrocarbon dew point at the feedstock pressure. This condenses a large part of the gas condensate hydrocarbons. The feedstock mixture of gas, liquid condensate and water is then routed to a high pressure separator vessel where the water and the raw natural gas are separated and removed. If a pressure boost is required, the raw natural gas from the high pressure separator is sent to the main gas compressor, which raises the pressure of the gases to whatever pressure is required for the pipeline transportation of the gas to the raw natural gas processing plant. The main gas compressor discharge pressure will depend upon the operating pressure of and the distance to the raw natural gas processing plant and may require a multi stage compressor. The gas condensate from the high pressure separator flows through a throttling control valve to a low pressure separator. The reduction in pressure across the control valve causes the condensate to undergo a partial vaporization referred to as flash vaporization. The raw natural gas from the low pressure separator is sent to a "booster" compressor that raises the gas pressure and sends it through a cooler, and then to the main gas compressor. At the raw natural gas processing plant, the gas will be dehydrated and acid gases and other impurities will be removed from the gas. Then, the ethane , propane , butanes , and pentanes —plus higher molecular weight hydrocarbons referred to as C5+—will also be removed and recovered as byproducts. The water removed from both the high and low pressure separators may need to be processed to remove hydrogen sulfide (H2S) before the water can be disposed of underground or reused in some fashion. Some of the raw natural gas may be re injected into the producing formation to help maintain the reservoir pressure, or for storage pending later installation of a pipeline.

Опасности

Конденсат природного газа обычно более легковоспламеняем и взрывоопасен, чем обычная сырая нефть. Работа в зонах, где произошел выброс конденсата, опасна для экипажа из-за риска взрывов, вытеснения кислорода и угрозы удушья и наркотического воздействия, которые могут наступить всего за несколько вдохов.

Использование в качестве разбавителя при производстве тяжелых масел

Поскольку конденсат обычно находится в жидком состоянии при нормальных условиях и обладает очень низкой вязкостью, он часто используется для разбавления высоковязких тяжелых нефтей, которые иначе не могут быть эффективно транспортированы по трубопроводам. В частности, конденсат часто смешивают с битумом из нефтяных песков для получения дильбита. В 2013 году возросшее использование конденсата в качестве разбавителя существенно повысило его цену в отдельных регионах.

Газовые капли и их использование

Капельный газ, получивший свое название из-за возможности его извлечения из нижней части небольших камер (называемых "капельницами"), иногда устанавливаемых в трубопроводах от газовых скважин, является синонимом конденсата природного газа – природной формы бензина, получаемого как побочный продукт при добыче природного газа. Он также известен как "конденсат", "натуральный бензин", "газ из устья скважины", "сырой газ", "белый газ" и "жидкое золото". В Кодексе федеральных правил США капельный газ определяется как смесь углеводородов, состоящая из бутана, пентана и гексана. В определенных пределах фракционного состава капельный газ может быть извлечен и использован для денатурации топлива-спирта. Капельный газ также применяется как очиститель и растворитель, а также в качестве топлива для фонарей и плит.

Историческое использование в транспортных средствах

Некоторые ранние двигатели внутреннего сгорания, такие как первые типы, созданные Карлом Бенцем, и ранние авиационные двигатели братьев Райт, использовали природный бензин, который мог представлять собой капельный газ или аналогичный спектр углеводородов, полученных из сырой нефти. Октановое число природного бензина составляло примерно 30–50, чего было достаточно для двигателей с низкой степенью сжатия начала XX века. К 1930 году усовершенствованные двигатели и более высокие коэффициенты сжатия требовали бензина с более высоким октановым числом, прошедшего дополнительную очистку, для обеспечения мощности без детонации. Начиная с периода Великой депрессии, капельный газ использовался в качестве замены коммерческому бензину жителями нефтедобывающих районов. "В эпоху простых двигателей в автомобилях и сельскохозяйственных тракторах было обычным делом, когда любой, имевший доступ к конденсатной скважине, заливал в бак 'капельный' газ", – сообщает Историческое общество Оклахомы. Иногда это работало нормально. "В других случаях это могло вызывать оглушительные хлопки и клубы зловонного дыма". Некоторые производители, такие как John Deere, выпускали сельскохозяйственные тракторы, специально разработанные для работы на тяжелом топливе с низким октановым числом, которое обычно называлось "дистиллятом" или "тракторным топливом". Наиболее важным фактором при сжигании тяжелого топлива в двигателе с искровым зажиганием является правильное испарение топлива. Тракторы, предназначенные для работы на этом топливе, обычно использовали "горячий" впускной коллектор, который позволял отработанному теплу нагревать коллектор и карбюратор для облегчения испарения. Учитывая плохое испарение при низких температурах, все тракторы, работающие на этом топливе, запускались на бензине, а затем переключались на тяжелое топливо. Они были оснащены небольшим бензиновым баком и большим топливным баком, оба из которых подавали топливо в общий клапан, ведущий к карбюратору. Двигатель запускался на бензине, а затем трактор работал до тех пор, пока двигатель не нагревался достаточно для переключения. В этот момент топливный клапан поворачивался, чтобы переключить подачу топлива из бензинового бака в топливный бак, и тяжелое топливо поступало в карбюратор. Жалюзи или шторы обычно использовались для ограничения потока воздуха к радиатору, поддерживая двигатель достаточно горячим для эффективной работы. Температура охлаждающей жидкости в диапазоне 200 градусов по Фаренгейту считалась нормальной. Двухцилиндровые тракторы John Deere хорошо работали на тяжелом топливе, поскольку их длинный ход поршня, низкая скорость вращения двигателя и низкая степень сжатия позволяли эффективно использовать это топливо. Большинство из них также были оснащены термосифонными системами охлаждения, не требующими водяных насосов. Естественная конвекция позволяла воде подниматься из блока двигателя и поступать в верхнюю часть радиатора, где она охлаждалась и опускалась, продолжая цикл. В автобиографическом романе Вуди Гатри "Семена человека" Вуди и его дядя Джефф пытаются добыть капельный газ из газопровода. Этот газ также упоминается в фильме Терренса Малика "Плохие земли". Капельный газ продавался в коммерческих масштабах на автозаправочных станциях и в хозяйственных магазинах Северной Америки до начала 1950-х годов. Белый газ, продаваемый сегодня, является аналогичным продуктом, но производится на нефтеперерабатывающих заводах с удалением канцерогенного бензола. В 1975 году подразделение полиции штата Нью-Мексико по борьбе с кражей капельного газа – три человека на пикапах – начало патрулировать нефтегазовые месторождения, выявляя воров и изымая бочки украденного газа. Подразделение прекратило свою деятельность в 1987 году.

Some early internal combustion engines—such as the first types made by Karl Benz, and early Wright brothers aircraft engines—used natural gasoline, which could be either drip gas or a similar range of hydrocarbons distilled from crude oil. Natural gasoline has an octane rating of about 30 to 50, sufficient for the low compression engines of the early 20th century. By 1930, improved engines and higher compression ratios required higher octane, refined gasolines to produce power without knocking or detonation. Beginning in the Great Depression, drip gas was used as a replacement for commercial gasoline by people in oil producing areas. "In the days of simple engines in automobiles and farm tractors it was not uncommon for anyone having access to a condensate well to fill his tank with 'drip,'" according to the Oklahoma Historical Society. Sometimes it worked fine. "At other times it might cause thundering backfires and clouds of foul smelling smoke." Certain manufacturers such as John Deere made farm tractors specifically designed to run on heavy, low octane fuels which were commonly called "distillate" or "tractor fuel". The most important factor in burning heavy fuels in a spark ignition engine is proper fuel vaporization. Tractors designed to run on those fuels usually used a "hot" intake air manifold that allowed exhaust heat to warm the manifold and carburetor to aid vaporization. Given the poor vaporization at low temperatures, all fuel tractors were started on gasoline, then switched to the heavy fuel. They were equipped with a small gasoline tank and a large fuel tank, both of which fed into a common valve supplying the fuel to the carburetor. The engine would be started on gasoline and the tractor would then be worked until the engine was sufficiently warm to change over. At that point, the fuel valve would be turned to switch the fuel supply from the gasoline tank to the fuel tank and the heavy fuel would flow to the carburetor. Shutters or curtains were typically used to restrict airflow to the radiator, keeping the engine sufficiently hot for efficient operation. Coolant temperatures in the 200 degree F range were normal. John Deere two cylinder all fuel tractors worked well on heavy fuel, as their long piston strokes, slow engine speeds and low compression ratios allowed for effective use of the fuel. Most were also equipped with thermosiphon cooling systems that used no water pumps. Natural convection allowed the water to flow up and out of the engine block and into the top of the radiator, where it cooled and dropped and fell to continue the cycle. Woody Guthrie's autobiographical novel Seeds of Man begins with Woody and his uncle Jeff tapping a natural gas pipeline for drip gas. The gas also has a mention in Terrence Malick's movie Badlands. Drip gas was sold commercially at gas stations and hardware stores in North America until the early 1950s. The white gas sold today is a similar product but is produced at refineries with the carcinogen benzene removed. In 1975, the New Mexico State Police's drip gas detail – three men in pickup trucks – began patrolling oil and gas fields, catching thieves and recovering barrels of stolen gas. The detail stopped its work in 1987.