В некоторых местах России газовые скважины расположены чуть ли не в черте города. Как пример могу привести мою бывшую работу на окраине Оренбурга. От ближайшей газовой скважины до организации меньше двух километров.
Казалось бы, кинь трубу, поставь счетчик и бери, сколько нужно. Но газ сначала идет в цех подготовки газа (или газоперерабатывающий завод), который может быть за десятки километров, а только потом к конечным потребителям. Инфраструктура и затраты в разы больше. Почему так? А потому, что дьявол, как известно, кроется в деталях, а такой путь природного газа до потребителя – в составе газа.
Как я писал в предыдущей теме (Легко ли добыть нефть. Природный газ), в составе природного газа имеются горючие углеводородные компоненты, негорючие газы и вредные примеси. Также при добыче вместе с газом могут подниматься твердые частицы, например, песчинки. Они являются абразивом и, теоретически, могут истирать тело трубы.
Негорючих газов тоже разное количество, преимущественно это азот и благородные газы, чаще всего гелий. Если с азотом все понятно, его примесь просто не сгорает и уменьшает калорийность топлива, то тот же гелий – очень ценный компонент, который стоит дорого. Поэтому, несмотря на то, что его примесь, обычно, очень мала, его желательно отделять, что и делается. Например, газа нашего месторождения, ОНГКМ, содержит всего 0,055 % гелия, но эта концентрация относится к богатым гелийсодержащим газам, потому что в земной атмосфере его в тысячу раз меньше. Всего в недрах ОНГКМ содержится 461 миллион м3 гелия. И это не самый большой показатель, например, в том же Ковыктинском, которое начали разрабатывать, объем разведанных запасов категорий А+В+С1 — 3381 млн м3.
Оренбургский гелиевый завод
Могут ли негорючие газы влиять на транспортировку природного газа? Нет. Да, они могут снижать калорийность топлива, что, теоретически, может отразиться на работе газового оборудования, в первую очередь форсунок. Правда и газ может взаимозаменяем, есть такое понятие в газовой индустрии, отслеживаемое по нескольким параметрам. Важнейшим из них является число Воббе - объёмная теплота сгорания [т.е. сколько джоулей даст один кубометр газа], поделённая на корень из относительной плотности газа.
При подводе газов с разными числами Воббе к одной горелке газ с меньшим числом Воббе должен подводиться при большем давлении.
Но на транспортировку газа они никак не влияют. Более того, если газ имеет высокое число Воббе, чем это допускается регламентами, для снижения его удельной теплоты сгорания производят разбавление азотом.
В качестве примера рассмотрим допустимую теплотворность газа в Англии. На диаграмме зеленым пятном показано типичное качество газа в Англии, а желтой полосой – теплотворность сжиженого природного газа (СПГ)
Высокая энергетическая ёмкость сжиженного газа происходит от необходимости транспортировки на большие расстояния. Чтобы минимизировать потери, СПГ должен практически не содержать азота и других примесей. Поэтому сжижение газа подразумевает удаление примесей до уровня ниже используемого для других целей. Поэтому перед подачей поставщикам его разбавляют азотом в пропорции 2%-5% сразу в терминале регазификации, чтобы он был в удобном технологическом диапазоне.
Прейдем к вредным примесям. Это угарный газ и сероводород (Легко ли добыть нефть. Коварный сероводород). Угарный газ и сероводород – крайне нежелательный компонент сразу по двум причинам. Мало того, что они очень токсичный, но и вызывают сильнейшую коррозию, особенно сероводород. Взаимодействия с металлом приводит к появлению сульфида железа, а во влажной среде образуется атомарный водород, который попадает в металл и делает его хрупким. Поэтому при разработке месторождений, богатых сероводородом и монооксидом углерода требуется специальное оборудование, стойкое к сероводородной агрессии.
Рассмотрим углеводородные компоненты. Это алканы ряда С1-С6, кто учил школьную химию, тот помнит их названия: метан, этан, пропан, бутан, пентан и гексан.
Первым идет метан – CH4. Это основа природного газа, температура его кипения при нормальном давлении -161,58 С. Этан, С2Н6, кипит при -88,6 С. Как видим, эти газы можно транспортировать по трубе практически в любой точке мира, ну разве что за исключением Анарктиды, да и то не везде, потому что самая низкая температура на земле была зарегистрирована на нашей станции «Восток» - 89,2 С, в других местах Антарктиды немного «теплее». Но и тут, как говорится, не все однозначно, для этого необходимо одно условие – газ должен быть максимально сухим, иметь минимально допустимое количество водяного пара, так как алканы склонны создавать довольно стойкие твердые соединения с водой – газовые гидраты (подробнее читайте тут: Легко ли добыть нефть. Будем ли мы жечь газогидраты?)
Для образования газогидратов необходимо несколько условий – влага в капельном виде и определенный термодинамический режим в системе. Наличие воды в жидкой фазе хотя и является обязательным условием, но недостаточно для образования гидратов. Образование гидратов происходит при определенных температурах и давлениях и зависит от состава газа.
Давление, при котором образуются гидраты, будет зависеть от состава газа. Возможность гидратообразования увеличивается с повышением давления и понижением температуры газа. чем тяжелее газ, тем меньше давление и выше температура, при которых образуются гидраты.
Т. е. для транспортировки сырого газа из скважины (потому что он всегда содержит водяной пар) необходимо соблюдать два условия: либо подогревать трубу, либо поддерживать низкое давление, только непонятно, как при таком давлении транспортировать газ на большие расстояния. Поэтому перед перекачкой газа всегда его максимально отделяют от водяного пара.
Кроме того, этан является очень ценным сырьем для химической промышленности, поэтому желательно проводить деэтанизацию газа, чем сжигать сырье для производства пластмасс.
Если взять более тяжелые углеводороды, то темпера конденсации их еще выше, например, пропан кипит уже при -42 градуса, т. е. на Севере, в местах его добычи зимой он уже будет превращаться в жидкость и подвергаться гидратации. Бутан же конденсируется при нормальном давлении уже всего при -0,5 С. А пентан и гексан в нормальных условиях вообще являются летучими жидкостями и их используют для производства легких нефтепродуктов.
В следующей части будет описан процесс подготовки природного газа