Ученые из Центрального университета Эквадора в Кито нашли решение для одной из самых острых проблем нефтедобывающей отрасли – сжигания попутного нефтяного газа (ПНГ) на факелах. Они создали модульную энергетическую установку контейнерного типа, работающую по принципу кислородно-топливного сжигания с улавливанием углекислого газа. Эта система позволяет не просто отказаться от токсичного факельного горения, но и превратить попутный газ в источник электроэнергии, одновременно захоранивая практически весь объем образующегося CO₂. В результате удаленные нефтепромыслы могут получить собственную энергетику и существенно сократить выбросы парниковых газов и сажи.
Разработка создавалась с учетом реальных условий эквадорской Амазонии, где большинство скважин расположены вдали от трубопроводов, а сам газ часто содержит примеси – прежде всего сероводород и углекислоту. В таких условиях просто транспортировать ПНГ на переработку сложно и дорого, поэтому его обычно сжигают на месте.
Исследователи отобрали три наиболее подходящих нефтяных участка, содержащих достаточные объемы газа и высокую долю метана. Это принципиально важно, поскольку состав газа напрямую влияет на эффективность всей установки: чем больше метана, тем больше энергии можно получить.
После выбора подходящих участков исследователи выстроили технологическую цепочку переработки газа.
Выглядит она следующим образом. Сначала газ очищается от сероводорода с помощью раствора диэтаноламина, необходимого для защиты оборудования и повышения качества топлива. После этого газ сжигается, но не в воздухе, а в почти чистом кислороде (96,7%), который производится на месте в криогенной установке разделения воздуха. За счет этого из процесса исключается азот и на выходе получается поток, состоящий в основном из CO₂ и водяного пара. Это ключевое преимущество технологии, поскольку в таком виде углекислый газ легко улавливать. Часть CO₂ возвращается обратно в процесс для стабилизации температуры, а остальной объем сжимается и подготавливается к закачке в пласт. При этом вся установка выполнена в виде контейнерных модулей, которые можно доставить и быстро развернуть прямо на месторождении.
Проведенное моделирование подтвердило работоспособность этой схемы.
Установка мощностью 272 мегаватта показала тепловой КПД 33,1%, а общий уровень полезного использования энергии составил около 40%. Производство кислорода требует 0,385 кВт·ч на килограмм, а улавливание CO₂ достигает 99,99% при энергозатратах 0,41 кВт·ч на килограмм. При этом расчеты подтвердили, что эффективность напрямую зависит от состава газа. Чем выше доля метана, тем лучше результат: при 70% она составляет около 28%, а при 95% достигает 38%. Тяжелые углеводороды, наоборот, снижают эффективность, поскольку требуют большего расхода кислорода.
Значение этой технологии особенно заметно в глобальном масштабе.
Сегодня в мире ежегодно сжигается около 148 миллиардов кубометров ПНГ. По сути, это – огромный потерянный энергетический ресурс. Использование же установок, разработанных эквадорскими исследователями, позволит превратить этот объем в 520 тераватт-часов электроэнергии в год, что сопоставимо с энергопотреблением Испании.
Одновременно такие установки способны улавливать до 381 миллиона тонн CO₂. По оценкам ученых, для этого потребуется около 220 модулей мощностью по 272 мегаватта каждый.
Основная энергозатраты в системе связаны с работой криогенной установки разделения воздуха и сжатием CO₂ – именно они потребляют значительную часть выработанной энергии, снижая общий КПД до 33%. При этом за счет оптимизации рециркуляции CO₂ и работы парового цикла эффективность можно дополнительно повысить примерно на 2%. Кроме того, если содержание сероводорода в исходном газе минимально, этап очистки можно исключить, что упростит конструкцию и снизит стоимость установки.
