Газолиновое производство

Нефтяной газ называли попутным лишь потому, что он добывался совместно с нефтью. Попутным нефтяным газом называют углеводородные газы, растворенные в нефти, свободные газы газовой шапки, располагающейся в купольной части над нефтяной залежью, а также газы, образующиеся при ее переработке. В начальный период добычи нефти выделяющиеся из нее газы легко терялись, улетучиваясь в атмосферу в процессе добычи, хранения и транспорта. На этапе колодезной добычи нефти попутные газы препятствовали чистке и углублению колодцев, чем сдерживали увеличение нефтедобычи. Но еще долгие десятилетия дешевый природный дар, каковым является естественный нефтяной газ, терялся совершенно. В Баку впервые в России в 1859 г. стали утилизировать попутный нефтяной газ в Сураханах при его свободных выходах как топливо при перегонке нефти на керосиноделательном заводе В. А. Кокорева (1817–1889). Первая скважина с целью добычи газа была заложена Бакинским нефтяным обществом в Сураханах в 1901 г. на бывшем участке Кокорева. 14 февраля 1902 г. из газовой шапки нефтяного месторождения «скважина № 1 диаметром 8 дюймов с глубины 97 саженей при статическом давлении 14 атм дала фонтан в сутки около 33000 м³ газа». Уже в то время было обнаружено выпадение бензинообразной белой жидкости (газовый конденсат) в газопроводящих трубах.

Однако несовершенные способы эксплуатации скважин, приводившие к смешению газа и воздуха и требовавшие громоздких приспособлений для улавливания, а также консерватизм нефтепромышленников стали причинами прекращения уже апробированного, явно экономически эффективного способа утилизации нефтяного газа. В 1912 г. в кочегарках снова стали сжигать сырую нефть. В Польше вопрос об извлечении газолина из газа был поднят и практически осуществлен ещe в 1905 г., однако лишь к 1920 г. незначительный процент добываемого газа подвергался переработке. В 1920 г. было получено 592 т газолина, а в 1923 г. — 2075 т.

Добыча газолина в 1911–1929 гг., тыс. т

Газолиновые заводы в СССР

Предложение И. Н. Стрижова «приготовлять из нашего естественного газа бензин» получило продолжение. «Летом 1923 г. впервые были сделаны анализы, показавшие, что грозненские газы необычайно богаты парами бензина, содержание которого для фонтанирующих скважин из ХШ пласта Нового района доходит до 16–17 галлонов на 1000 куб. футов». К примеру, опыты профессора М. М. Тихвинского, поставленные в 1914 г. в Баку, показали выход 30 г бензина из 1 м³ сураханского газа. В технической энциклопедии 1928 г. введен новый критерий отнесения газов к богатым или бедным:

Несколько позже И. Е. Ходановичем были названы другие нормы содержания газолина в сухом или богатом газе: «Нефтяные газы в зависимости от содержания в них газолина (газового бензина) разделяются на газы жирные (богатые) и газы сухие (бедные). Если в 1 м³ газа содержится меньше 100 г газолина, то такой газ называют бедным, а если в 1 м³ содержится больше 100 г газолина, то газ называется богатым. Наши грозненские газы являются самыми богатыми газами в мире: в 1 м³ грозненского газа содержится 750... 800 г газолина. Бакинские газы — сухие, бедные, содержат газолина от 20 до 80 г в 1 м³ газа. Майкопские газы богаче бакинских, но значительно беднее грозненских». Исключительное богатство газолином грозненского газа объясняется как большим содержанием бензина в самой нефти, так и высокой температурой в пласте, поэтому нефть выходит на дневную поверхность с температурой 80...85 °С. Газолин из природного газа состоит, главным образом, из находящихся в газе в парообразном состоянии изомеров пентана (С₅Н₁₂), гексана (С₆Н₁₄), гептана (С₇Н₁₆), октана (С₈Н₁₈), нонана (С₉Н₂₀) и содержит обычно еще некоторое количество растворенного в них газообразного бутана (С₄Н₁₀) и в редких случаях — пропана (С₃Н₈). Содержание бутана и особенно пропана понижает ценность газолина, так как делает его нестабильным. Извлечение газолина из нефтяного газа всегда должно предшествовать (и почти всегда предшествует) какой-либо иной форме использования природного газа. Сырой нефтяной газ может содержать все углеводороды, начиная с метана (СН₄) и кончая иногда октаном (С₈Н₁₈). Газовый бензин, т.е. бензин из нефтяного газа (газолин), содержит углеводороды начиная с бутана (С₄Н₁₀) и кончая октаном (С₈Н₁₈). Жидкий газ (блаугаз) содержит пропан (С₃Н₈) и бутан (С₄Н₁₀). Газ, получаемый после переработки сырого газа, содержит метан (СН₄) и этан (С₂Н₆); он обычно называется сухим газом. Отсюда видно, что октан (С₈Н₁₈) — граница газового бензина (газолина) и бензина из нефти, он входит и в газовый, и в обыкновенный бензин. Бутан — граница газового бензина и газа.

Самым нерациональным способом добычи нефти с высоким газовым фактором, с точки зрения газового хозяйства, было желоночное тартание, требовавшее больших диаметров и открытого устья скважины. Улавливание газа в этом случае — задача сложная, не достигающая цели. Добыча нефти глубокими насосами позволяла улучшить герметизацию устьев скважин и организовать закрытую систему эксплуатации, при которой нефть и газ на всем пути от скважины до конечного нефтепромыслового пункта сбора не соприкасались с атмосферным воздухом и, следовательно, не было потерь. На фонтанных скважинах в качестве газоулавливающих приспособлений применялись трапы: «они в большинстве случаев представляли собой старые паровые котлы с выброшенными жаровыми трубами». Лишь небольшое количество фонтанов было оборудовано автоматическими трапами. Эти трапы являлись, по существу, первыми в Советском Союзе трапами, были сконструированы на грозненских промыслах и поэтому назывались трапами грозненского типа.

К постройке первого завода, вернее, к переоборудованию толуолового завода бывшего Морского ведомства, приступили в 1923 г. Руководил работами инженер И. Н. Аккерман. Газолиновый абсорбционный завод № 5 был пущен в эксплуатацию 11 августа 1924 г. в Заводском районе. Сейчас на территории этого завода расположен ГрозНИИ. Газ Соленой Балки от буровой скважины № 54/147 по 8-дюймовому газопроводу длиной 9 км под собственным давлением поступал в заводской газгольдер. «У буровой поставлен трап с автоматическим разделением газа и нефти и спускным приспособлением для грязи» (рис. 6).

В сутки завод перерабатывал 20 тыс. м³, из которого получали до 10 т газолина. Позже на завод стал поступать газ из Новогрозненского района по газопроводу длиною 6 км от скважин, располагавшихся на участках 18, 32 и 33. На заводе имелись газгольдер, 4 скруббера, 6 паровых компрессоров системы завода «Пневматик» производительностью по 200 куб. футов в минуту каждый и до давления в 100 фунтов на кв. дюйм, 2 погружных четырeхдюймовых холодильника для сжатого газа, насосы, емкость, кочегарка на 2 паровых котла по 150 м² на 10 атм давления и 2 перегонных куба с дефлегматорами, холодильниками и подогревателями.

«Так как все это оборудование, за исключением одного компрессора и паровых котлов, не работало уже в течение 5 лет, и было отчасти разобрано, отчасти нуждалось в капитальном ремонте, то переоборудование завода потребовало времени и труда почти столько же, как и постройка нового завода». По линии газопровода поставлены были в низких местах несколько бочков (дриппов) для отделения конденсата. Наибольшая конденсация наблюдалась в головном участке на протяжении примерно 150 саженей (≈ 320 м), причем конденсат наполовину состоял из тяжелого бензина, которого собиралось из бочков 10...15 пудов в сутки. В среднем в сутки на завод поступало от 400 до 500 тыс. куб. футов газа (11,3...14,2 тыс. м³). Измерение плотности газа, взятого на буровой № 54/147, давало величину около 1,30...1,33 по отношению к воздуху. Между тем плотность газа, поступавшего на завод, была равна только 1,13. «В компрессорах газ сжимался до 4 атмосфер и поступал в холодильники и далее в небольшой аккумулятор (сепаратор), где отделялся конденсат, а газ направлялся дальше на скрубберы (абсорберы имели диаметр 2 фута 4 дюйма, высоту около 33 футов, были загружены на высоту 14 футов сосновыми решетками). Газ последовательно проходил все 4 скруббера, которые орошались тяжелым бензином плотностью 0,763 г/см³, кипевшим в пределах от 100 до 200 °С. Бензин нацело поглощал все практически улавливаемые углеводороды, а газ поступал в аккумулятор eмкостью около 1600 куб. футов (≈ 45,3 м³) и далее в отопительную газовую линию» (рис. 7).

Управляющим газолиновым заводом № 5 был назначен инженер С. Х. Ханбеков. Почти все работы научноисследовательского характера производились в центральной лаборатории «Грознефти» под руководством инженера В. С. Тверцына. Параллельно с постройкой первого абсорбционного завода (№ 5) велись работы по постройке второго (№ 6) — компрессионного — на Новых промыслах, который был принят в эксплуатацию в январе 1925 г. Заведующим был назначен инженер А. М. Лебедев. Получение газолина методом сжатия (компрессии) основано на законе Дальтона, согласно которому давление смеси газов равно сумме давлений еe составных частей. «Грозненский газолин из газа представляет собой продукт очень легкий (удельный вес 0,695, начало кипения 23 °С) вследствие содержания в нем в растворенном состоянии лeгких углеводородов С₂Н₆, С₃Н₈ и С₄Н₁₀, а потому весьма нестабильный и опасный в применении. Стабилизация газолина — один из серьезных вопросов, на который должно быть обращено должное внимание». В Грозном чисто лабораторным путем было установлено, что если лeгкий газолин, полученный из газа, «в смеси с лигроином подвергнуть нагреванию в колбе с обратно поставленным холодильником, то наиболее летучие части удаляются в виде газа, а остающийся продукт становится вполне стабильным и не отличается от нефтяных бензинов». Опыты привели к конструированию стабилизатора (рис. 8), состоящего из цилиндра с тарельчатыми перегородками, ректификационной колонны Савалля и трубчатого холодильника. Процесс выпаривания давал стабильный газолин плотностью 0,735 г/см³ . «Без сомнения, при стабилизации путем подогрева вместе с газами механически уносятся и более тяжелые углеводороды, входящие в состав бензина. Кроме того, при подогреве до 50...60 °С из газолина испаряются углеводороды, кипящие ниже 50...60 °С. В результате около 38 % полученного газолина снова переходит в газ с удельным весом 1,5...1,6». Наиболее рациональным был признан способ стабилизации путем смешения.

За 1924/1925 операционный год заводы «Грознефти» дали 6500 т газолина, из которых: конденсата — 450 т, при компримировании — 2400 т, при абсорбции — 3650 т. Средний выход газолина на 1 м³ газа составил около 770 г. 25 ноября 1925 г. в Старопромысловом районе Грозного в Соленой Балке вступил в строй действующий газолиновый завод № 9. Отбор бензина от газа в 1926/1927 операционном году составил на заводах: № 5 — 41,1 %; № 6 — 49,6 %; № 9 — 27,5 %. Компрессионный и абсорбционный газовый бензин стали смешивать с лигроином и в виде бензина второго сорта сдавать товарной части нефтеперегонных заводов. Лишенный бензиновых частей сухой газ использовался как топливо на промыслах, в топках паровых котлов кочегарок, для газомоторов, в кузнечных горнах мастерских и для бытовых очагов. Обследование скважин, проведенное в 1926 г., показало, что утилизация газа осуществляется неудовлетворительно. Для улучшения дела с отбором и утилизацией газа в Грозном 1 июля 1927 г. была организована газовая контора «Грознефти». Дальнейшее развитие газового и газолинового дела зависело от степени обеспечения «Грознефти» компрессорами, трубами, арматурой, сепараторами и прочим оборудованием. К середине 1920-х гг. преобладающее значение приобретает Новый район «Грознефти», первенствующий по добыче как нефти, так и газа Состав газов по пластам резко не отличается друг от друга, и поэтому средние значения химического состава новогрозненских газов (по объему) представляются в следующем виде, %: метан — 40,7; этан — 21,7; пропан — 12,4; бутан — 8,8; пентан — 12,9; гексан — 3,0; гептан — 0,5, удельный вес — 1,4 кг/м³. Газовый фактор XVI пласта Новогрозненского месторождения ограничен пределами 6...34 м³ на тонну нефти. Газ XVI пласта имеет удельный вес 1,423...1,777 кг/м³, больше чем в вышележащих свитах, где таковой принят как среднее — 1,4 кг/м³. «Повышенная температура XVI пласта до 90 °С способствует обогащению газа более тяжелыми углеводородами. Давление в XVI пласте составляет 89...90 атм. Газ Новогрозненского района представляет продукт более ценный, чем сама нефть, поэтому рациональная эксплуатация его, максимальная отборка и полная утилизация, казалось бы, не должны терпеть никакого промедления». В 1928–1929 гг. в Грозном для переработки натурального газа проведено значительное строительство, были построены новые газолиновые заводы — № 1 и 2, расширены старые № 4 (бывший № 6) и № 3 (бывший № 9), переоборудован и расширен газолиновый абсорбционный завод № 5 в Заводском районе. Переработка газа производилась на пяти газолиновых заводах. В нефтяной промышленности долгое время осуществлялся учет потребляемого газа в весовых единицах эквивалентной нефти. Он был основан на так называемом расходном принципе, т.е. по числу паровых котлов, очагов и других газопотребляющих объектов. В зависимости от норм расхода нефти на эти цели (котельная, газовые плиты и др.) число действующих объектов умножалось на норму, и таким образом определялся расход газа. Этот несовершенный способ учета газа практиковался в СССР до начала 1940-х гг., так как нефтетресты не располагали достаточным количеством счетчиков. Анализ данных табл. 8 показывает, что из года в год на переработку поступает все больше газа, но, к сожалению, сырой неотбензиненный газ продолжает сжигаться. Если в 1924/1925 г. на переработку шло 31,6 % газа, то в 1929/30 г. — уже 93,5 %. Выход нестабильного бензина составлял по годам соответственно 15,2 и 31,0 % от добытого газа. По подсчeтам И. Н. Стрижова, за 31 год эксплуатации промыслов (с 06.10.1893 до 01.01.1924) в Грозном было вместе с нефтью извлечено на поверхность более 9,8 млрд м³ газа. Из этого количества газа можно бы получить 4,2 млн т бензина, который был фактически потерян. В 1930–1940-е гг. в «Грознефти» была создана и стала быстро развиваться газоперерабатывающая промышленность, которая добилась особенно больших успехов после того, как на территории ЧИ АССР были открыты богатые залежи нефти в меловых отложениях.

В послевоенные годы была окончательно решена проблема обеспечения республики ресурсами и продуктами попутного газа. Позже часть топливного газа стала поставляться в соседние республики и промышленные районы. Для решения столь грандиозной задачи грозненцы создали мощную газоперерабатывающую промышленность.

В 1926–1930 гг. были построены газолиновые заводы в тресте «Азнефть» (Биби-Эйбат, Сураханы и Раманы). Первая опытная масляно-абсорбционная установка для извлечения газолина из карбюрированного компрессорного воздуха была сооружена в Сураханах на V промысле. В качестве поглотителя применялась вначале красная сураханская нефть, а впоследствии — соляровое масло. Суточная производительность составляла около 0,3 т газолина. В отличие от грозненского, бакинский газ очень бедный (средний выход газолина около 30...50 г на 1 м³ газа), и поэтому идея постройки в Баку газолиновых заводов не пользовалась популярностью среди местных специалистов. Анализ грозненских и бакинских газов в достаточной степени подтверждает скептицизм в этом вопросе. Таким образом, газы, отработанные на Старогрозненском комбинированном газолиновом заводе, после двухкратного извлечения газолина путем компрессии и абсорбции выходят значительно более богатыми, чем самые жирные газы Бакинского района. Содержание газолина в отработанном грозненском газе 6...8 %, в то время как в газах из скважин Биби-Эйбатского района, считающихся самыми жирными в Баку, содержание газолина едва доходит до 4 %. Грозненские газы относятся к жирным, бакинские — к сухим, майкопские — к полусухим. Совершенно сухой газ имеется в Дагестанских Огнях. В табл. 10 приведен анализ состава газов Кавказских месторождений. Газ Новогрозненского района представляет собой продукт более ценный, чем сама нефть, поэтому его рациональная эксплуатация, максимальная отборка и полная утилизация должны начаться немедленно.

«Грознефть» учла большие возможности развития у себя газолиновой промышленности, что нашло отражение в быстром росте добычи газолина (табл. 8, 11). За 6 лет производство газолина возросло в 8 раз, для этого грозненцы до 1930 г. построили пять газолиновых заводов, а к 1940 г. их было уже восемь. Однако следует отметить, что грозненские инженеры еще в 1910 г. пришли к убеждению о необходимости развертывания на базе жирных грозненских газов добычи газолина. Данные табл. 9 и 10 показывают, что «Грознефть» должна ориентироваться на переработку газа на газовый бензин, а «Азнефть» — на рациональное и выгоднейшее использование сухого газа на сажу, газлифты и др. Цикловый процесс, применявшийся ранее в Сураханах, Раманах и на Биби-Эйбате (г. Баку), несмотря на все положительные стороны не давал полного извлечения газолина, поэтому при проектировании новых газолиновых заводов было решено два из них — сураханский и раманинский — построить комбинированного типа: цикловомасляно-абсорбционный в Раманах с пропускной способностью 140 тыс. м³ газа/сут и цикловоугольноадсорбционный в Сураханах с такой же производительностью. Оба эти завода, а также третий — масляно-абсорбционный на Биби-Эйбате с пропускной способностью 85 тыс. м³ газа/сут строились по указаниям американских специалистов Конли и Девиса. Цикловоугольноадсорбционный газолиновый завод в Сураханах (рис. 9) включал следующие объекты: а — мерники, b — газоочистители, с — трапы, d — газоосушители, А — аккумулятор; B — компрессорную станцию; С — первый холодильник; D — сепараторы, E — угольные адсорберы, F — скважины, 1 — холодильносепарационный пункт, 2 — сборный коллектор и другие коммуникации, 3, 4 — трубопроводы. Активированный древесный уголь обладает высокой адсорбционной способностью по отношению к газолину, поглощая его, в зависимости от сорта угля, в количестве от 10 до 20 % своего веса. При этом уголь обладает селективной адсорбционной способностью и при длительном действии поглощенные им легкие углеводороды постепенно вытесняются более тяжелыми. Таким образом, чем дольше ведется процесс адсорбции, тем стабильнее получается адсорбированный газолин. Применение угля в качестве адсорбента дает почти полное отбензинивание газа и особенно применимо к бедным газолинами газам.

Интересен метод центрифугирования в получении газолина, впервые указанный И. Н. Стрижовым в 1923 г. К сожалению, как это часто бывает с нашими российскими техниками, ничего не было предпринято для укрепления за автором этого нового способа. В 1925 г. американский инженер Таблер получил патент на аппарат для отделения паров из газа методом центрифугирования. И. Н. Стрижов, анализируя физические свойства углеводородов и исходя из того, что в Европе добиваются отделения кислорода (уд. вес 1,1052) от азота (уд. вес 0,9701) путeм центрифугирования, пришел к заключению, что этот способ, примененный к углеводородным газам, должен дать не менее благоприятные результаты. Отделение газов с большой разностью удельных весов тем более возможно: пентан (2,491), гексан (2,975), гептан (3,459), с одной стороны, и метан (0,554), этан (1,030), пропан (1,5204) — с другой. И. Н. Стрижов писал: «Надо полагать, что практичные и предприимчивые американцы не заставят нас долго ждать с практическим разрешением этой весьма интересной проблемы. Работы в этом направлении ведутся, в частности, фирмой „Филипс Петролеум и Ко“ и держатся в секрете. Попытки получить хотя бы поверхностную информацию по этому вопросу не увенчались успехом».

Библиография