Научно-обоснованные предложения по разработке и методам внедрения инновационных технологий утилизации выбросов, содержащих метан (стр. 5 )

Использование попутного газа осуществляется в основном по трем направлениям: поставка потребителям, в том числе на газоперерабатывающие заводы (ГПЗ), переработка на станциях компримирования (КС) и для собственных нужд. Уровень использования ПНГ по месторождениям некоторых газодобывающих дочерних обществ в 2013 г. достиг 100 %.

Определение компонентного состава природного и попутного газов производится на этапах добычи и подготовки газа к транспорту на базе специальных аккредитованных Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии лабораторий.

Учитывая, что Россия обладает огромными природными запасами метана – примерно 1/3 мировых запасов, освоение метана в качестве моторного топлива для автотранспортных средств имеет для нашей страны стратегическое значение.

3  ОЦЕНКА ВЫБРОСОВ МЕТАНА В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ И УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ

3.1  Оценка выбросов метана в нефтегазовой отрасли

В нефтегазовом секторе России разведка месторождений и добыча углеводородного сырья являются началом производственной цепочки. Принцип минимального воздействия на окружающую среду применяется и сегодня при добыче углеводородного сырья.

Несмотря на применение современных методов промышленные объекты добычи углеводородного сырья оказывают существенное воздействие на окружающую среду. Это происходит на всех этапах – от бурения поисковых скважин в процессе разведки до выброса загрязняющих веществ, в том числе метана, при использовании углеводородного топлива.

Сегодня нефте - и газодобывающие компании, осознавая свою ответственность, принимают собственные обязательства по охране окружающей среды, в том числе по оценке, учету выбросов метана и их сокращению. Технологически неизбежные потери метана (эмиссии) делятся на неорганизованные, образующиеся, в основном, в результате утечек природного газа через неплотности соединений технологического оборудования и организованные, образующиеся при проведении обязательных технологических операций по поддержанию требуемого режима эксплуатации объектов [23].

Основные направления расхода газа на собственные технологические нужды предприятий добычи, транспорта, переработки, хранения и распределения газа, так называемые технологические потери газа, состоят из расхода газа на технологические топливные нужды, расхода газа на прочие технологические нужды (организованные выбросы в атмосферу) и технологических потерь с утечками (неорганизованные выбросы в атмосферу). Структура затрат газа на собственные технологические нужды и источников выбросов в атмосферу природного газа схематично приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Структура затрат газа на собственные технологические нужды и источники выбросов в атмосферу природного газа [23]

Расход газа на технологические топливные нужды (топливный газ) – природный газ, расходуемый в качестве топлива (печи, ГПА, подогреватели, факелы, котлоагрегаты и др.). Расход газа на прочие технологические нужды – природный газ, необходимый для проведения прочих технологических операций по поддержанию требуемого режима эксплуатации объектов добычи, транспорта, переработки, хранения и распределения газа (скважины, шлейфы, пылеуловители, фильтры-сепараторы и т. д.). Технологические потери газа с утечками – неизбежные потери природного газа, связанные с принятой схемой и технологией добычи, переработки, транспортировки газа и обусловлены степенью совершенства технологии и качеством оборудования. Глубокая детализация технологических потерь газа на уровне ОАО «Газпром» возможна по данным материального баланса и при дифференциальной оценке по каждому источнику выделения.

Для предприятий нефтегазового сектора России снижение технологически неизбежных потерь (эмиссий) природного газа, образующихся в процессе добычи и транспортировки природного газа и связанных с особенностями технологического процесса, а также состоянием оборудования является актуальной задачей.

Основные причины возникновения утечек метана связаны с техническим состоянием и физическим износом технологического оборудования. Это разгерметизация оборудования в эксплуатационных условиях (сварные швы, фланцевые и резьбовые соединения, сальниковые уплотнения, краны, задвижки), неплотности запорно-регулирующей арматуры (штоки кранов и вентилей, резьбовые соединения импульсных трубок, устья свечей), повреждение оборудования, арматуры и трубопроводов (свищи, трещины, разрывы, сквозные повреждения из-за коррозии). Общие объемы утечек определяются давлением, диаметром трубопроводов и их длиной. По данным международных организаций величина неорганизованных утечек метана в различных газотранспортных системах составляет от 0,05 до 0,6% от объема транспорта газа. В азиатских газопроводах эта величина достигает 1,5%.

По последним данным Агентства по охране окружающей среды США утечки метана по всей производственной цепочке от добычи до потребителя составляют для традиционного газа 1,5-2,2%, в том числе для транспорта 0,1-0,3% (для сланцевого газа общие утечки 3,6-7,9%). Объемы утечек для ЕСГ России, определенные на основании широкомасштабных инструментальных исследований по обнаружению утечек метана и измерению их объемов, проводимый специалистами , ВНИИГАЗ» и иностранных компаний («E-on Ruhrgaz» (Германия), ГДФ-СЮЭЗ (Франция), Сумитомо Корпорейшн (Япония), Агентством охраны окружающей среды (США) составляют не более 0,1% от объема транспортируемого газа.

Функционирование надежной и точной системы мониторинга, оценки и учета утечек метана, а также их устранение является одним из обязательств компаний нефтегазового сектора России. В настоящее время для поиска возможных утечек метана используются авиационные системы для диагностики трубопроводов, автоматизированные лазерные системы мониторинга утечек метана на территориях компрессорных станций, тепловизоры и ручные переносные детекторы утечек метана.

В настоящее время объемы утечек при транспорте газа по ЕСГ не превышают уровень в американских и европейских газопроводах и значительно ниже, чем в азиатских.

В то же время, вторая часть неизбежных технологических потерь природного газа – организованные выбросы метана, образующиеся при проведении обязательных технологических операций по поддержанию требуемого режима эксплуатации объектов имеет более значительный объем воздействия на окружающую среду и гораздо больший объем затрат – как платежей за негативное воздействие на окружающую среду, так и недополученного дохода. С 2007 по 2013 годы технологические потери в ЕСГ снижены с 5,16 млрд. м3 до 3,08 млрд. м3 за счет организационных и технологических мероприятий Программ по энергосбережению, ресурсосбережению и комплексной экологической программы.

Транспорт природного газа является самым большим источником выбросов метана, добыча природного газа является вторым по величине источником выбросов метана (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Выбросы метана по секторам газовой отрасли России [1]

Суммарные выбросы метана при добыче, транспорте, хранении, в переработки природного газа в 2009 г. дочерними обществами составили более 1,83 млн. т, из которых около 1,7 млн. т (93 %) метана приходилось на транспорт и 0,77 млн. т (4,2 %) на добычу. С 2009 г. по 2014 г. видна тенденция снижения выбросов метана в атмосферу, и в 2014 г. суммарные выбросы метана от обществ снизились до 1,26 млн. т., из которых 1,17 млн. т (93 %) и 0,065 млн. т (5,2 %) – транспорт и добыча природного газа соответственно.

3.2  Оценка выбросов метана в угольной промышленности

Проведение подготовительных пластовых выработок и ведение очистных работ на угольных шахтах при современных глубинах разработки шахтопластов сопровождается интенсивным выделением CH4. Для обеспечения безопасности на угольных шахтах в целях снижения содержания взрывоопасных газов до установленных допустимых норм применяют проветривание горных выработок с выводом разбавленного воздухом метана на поверхность, дегазацию угольных пластов и отработанных пространств.

Угольный метан оказывает негативное воздействие на окружающую среду, и за выбросы метана угольные шахты осуществляют экологические платежи. Доля России в глобальных выбросах шахтного метана в атмосферу – 6%, что составляет около 2 млрд. м3/год [24]. Большая часть выбросов шахтного метана в России приходится на угольные шахты Кузбасса. Ежегодно шахты Кузбасса выбрасывают в атмосферу 1-2 млрд. м3 метана.

В настоящее время в структуре выбросов шахтного метана российских угольных шахт основную долю составляет вентиляционный метан по сравнению с дегазационным газом. В соответствии с общепринятой терминологией метан, который удаляется из угольных шахт через системы вентиляции, называется вентиляционным метаном. В извлекаемой системами вентиляции смеси на угольных шахтах концентрация метана составляет от 0 до 3,5 %. На практике концентрация варьируется в пределах 1-3 %, изменение концентрации имеет плавный характер. Проветривание угольных шахт осуществляется механическим вентиляционным оборудованием (вентиляторами). На шахтах, в зависимости от газообильности горных выработок, могут быть установлены как один, так и несколько вентиляторов. Вентиляторы должны подавать достаточное количество воздуха для полного проветривания шахты в соответствии с нормативными документами. Максимальный объем метана был каптирован в 1988 г. и составил 290 млн. м3 при средней эффективности дегазации по шахтам 51%. В последние годы шахтами бассейна каптируется около 200 млн. м3/год. В Российской Федерации из общего числа шахт наиболее метанообильными являются 48% шахт, 27% шахт работают с дегазацией угольных пластов и выработанных пространств.

По методологии измерения выбросов вентиляционной метановоздушной смеси производятся отдельные замеры концентрации метана в потоке воздуха в шахте и скорости воздушного потока. Эти данные затем могут быть использованы для расчета количества чистого метана. Для измерения метана, выбрасываемого газоотсасывающими установками, проводятся отдельные замеры концентрации метана в метано-воздушной смеси. По номограмме определяется вакуум в метано-воздушной смеси, который зависит от входящего вакуума в газотсасывающей установке, после чего пересчитывается чистый метан с учетом собранных данных.