Министерство  образования и  науки

Российский  Государственный Университет 

нефти и  газа имени И.М.Губкина 
 

Кафедра экологии 
 
 

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ: “ Экологические последствия сжигания на факелах попутного нефтяного газа» 
 
 
 

Москва, 2011 г.

Содержание:

1. Что такое попутный нефтяной газ
2. Добыча попутного нефтяного газа
3. Утилизация попутного нефтяного газа
4. Проблемы при утилизации попутного нефтяного газа
5. Экологические последствия сжигания попутного нефтяного газа
6. Состав при сжигании попутного нефтяного газа
7. Воздействия на:
1. На атмосмоферный воздух
2. На почвы и земли
3. На растительность
4. На здоровье человека
8. Выводы
9. Список литературы

Глава 1

Что такое попутный нефтяной газ?

    Попутный нефтяной газ (ПНГ) – это природный углеводородный газ, растворенный в нефти или находящийся в «шапках» нефтяных и газоконденсатных месторождений.

    В  отличие от известного всем  природного газа попутный нефтяной  газ содержит в своем составе  кроме метана и этана большую  долю пропанов, бутанов и паров  более тяжелых углеводородов.  Во многих попутных газах, в  зависимости от месторождения,  содержатся также неуглеводородные компоненты: сероводород и меркаптаны, углекислый газ, азот, гелий и аргон.

Попутный нефтяной газ представляет смесь газов. Основными  составляющими ПНГ являют ся предельные углеводороды - гомологи метана от СН4 до С6Н14 (табл. 1). Суммарное содержа ние гексана (СбН]4) и более тяжелых углеводоро дов в попутном газе, как правило, не превышает 1 %, содержание пентана ( CsH 12 ) находится в пределах 2 %.

    Кроме того, в ПНГ присутствуют инертные газы, в основном, азот и углекислый газ, содержание которых изменяется от 1 до 5 %. Учитывая, что суммарное содержание тя желых углеводородов начиная с пентана и инертных газов не превышает 8 %, для при ближенной оценки основных характеристик попутного газа нужно учитывать четыре первых гомолога метана.

Глава 2

Добыча  попутного нефтяного  газа.

В Российской Федерации  ситуация обстоит следующим образом. Только в одной Тюменской области  за годы эксплуатации нефтяных месторождений  было сожжено порядка 225 млрд. м³ попутных нефтяных газов (ПНГ), при этом более 20 млн. т загрязняющих веществ поступило  в окружающую среду. 

По данным на 1999 г., всего в Российской Федерации  извлечено из недр 34,2 млрд. м³ попутного  газа, из них использовано 28,2 млрд. м³. Таким образом, уровень использования  попутного нефтяного газа (ПНГ) составил 82,5%, сожжено на факелах около 6 млрд. м³ (17,5%). Основным районом добычи попутного  нефтяного газа (ПНГ) является Тюменская  область. В 1999 г. здесь было извлечено 27,3 млрд. м³, использовано 23,1 млрд. м³ (84,6%), сожжено соответственно 4,2 млрд. м³ (15,3%). Так же на графике проиллюстрирован пример-диаграмма соотношения объема добытого газа к сжигаемому 

На газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) в 1999 г. переработано 12,3 млрд. м³ (38%), из них непосредственно в  Тюменской области — 10,3 млрд. м³. На промысловые нужды с учётом технологических потерь израсходовано 4,8 млрд. м³, ещё 11,1 млрд. м³ (32,5%) использовано без переработки для выработки  электроэнергии на ГРЭС. Кстати, данные об объёмах сжигаемого на факелах  попутного газа, приводимые разными  источниками, варьируют в весьма широких пределах: разброс данных от 4–5 до 10–15 млрд. м³ в год.

 Так же  на графике проиллюстрирован  пример-диаграмма соотношения объема  добытого газа к сжигаемому  в Нижневаторском районе.

Глава 3

Варианты  утилизации попутного нефтяного газа

Попутный нефтяной газ (ПНГ) сжигается не потому, что  не может быть полезно использован  и ни для кого не представляет ценности. Возможны два направления его  использования (исключая бесполезное  сжигание на факелах):

 Примерный  компонентный состав попутного  нефтяного газа (ПНГ):

1. Энергетическое

 Это направление  доминирует, потому что энергетическое  производство имеет практически  неограниченный рынок. Попутный  нефтяной газ - топливо высококалорийное  и экологически чистое. Учитывая  высокую энергоемкость нефтедобычи,  во всём мире существует практика  его использования для выработки  электроэнергии для промысловых  нужд.Технологии для этого существуют и ими полностью владеет компания "Новая генерация". При постоянно растущих тарифах на электроэнергию и их доли в себестоимости продукции, использование ПНГ для выработки электроэнергии можно считать экономически вполне оправданным.

2. Нефтехимическое

 Попутный  нефтяной газ (ПНГ) может быть  переработан с получением сухого  газа, подаваемого в систему магистральных  трубопроводов, газового бензина,  широкой фракции лёгких углеводородов  (ШФЛУ) и сжиженного газа для  бытовых нужд. ШФЛУ является сырьём  для производства целого спектра  продуктов нефтехимии; каучуков, пластмасс,  компонентов высокооктановых бензинов.

* На профессиональном  языке попутный нефтяной газ  часто называют «попуткой».

Глава 4

Проблемы  при утилизации попутного  нефтяного газа

   Проблема  утилизации попутного нефтяного  газа была унаследована Россией  еще с советских времен, когда  упор в развитии зачастую делался  на экстенсивные методы развития. При развитии нефтеносных провинций  во главу угла ставился рост  объемов добычи сырой нефти,  основного источника доходов  национального бюджета. Расчет  делался на гигантские месторождения,  крупные производства и минимизацию  издержек. Переработка попутного  нефтяного газа, с одной стороны,  оказывалась на заднем плане  ввиду необходимости осуществления  существенных капитальных вложений  в относительно менее рентабельные  проекты, с другой стороны,  в крупнейших нефтяных провинциях  создавались разветвленные газосборные  системы и строились гигантские  ГПЗ под сырье с ближайших  месторождений. Последствия подобной  гигантомании мы наблюдаем в  настоящее время.

Традиционно принятая в России еще с советских времен схема утилизации попутного газа предполагает строительство крупных  газоперерабатывающих заводов совместно  с разветвленной сетью газопроводов для сбора и доставки попутного  газа. Реализация традиционных схем утилизации требует значительных капитальных  затрат и времени и, как показывает опыт, практически всегда на несколько  лет не успевает за освоением месторождений. Использование данных технологий экономически эффективно лишь на крупных производствах (миллиарды м.куб. исходного газа) и экономически необоснованно на средних и мелких месторождениях.

  Другим недостатком  этих схем является неспособность  по техническим и транспортным  причинам утилизировать попутный  газ концевых ступеней сепарирования  ввиду его обогащения тяжелыми  углеводородами – такой газ  не может перекачиваться по  трубопроводам и обычно сжигается  в факелах. Поэтому даже на  обустроенных газопроводами месторождениях  продолжают сжигать попутный  газ концевых ступеней сепарирования.

    Основные  потери нефтяного газа формируются  в основном за счет мелких, малых и средних удаленных  месторождений, доля которых в  нашей стране продолжает стремительно  увеличиваться. Организация сбора  газа с таких месторождений,  как это было показано выше, по схемам, предложенным для строительства  крупных газоперерабатывающих заводов, является весьма капиталоемким и неэффективным мероприятием.

  Даже в  регионах, где находятся ГПЗ, и  существует разветвленная газосборная  сеть, газоперерабатывающие предприятия  стоят загруженными на 40-50%, а вокруг  них горят десятки старых и  зажигаются новые факела. Обусловлено  это действующими нормами регулирования  в отрасли и недостатком внимания  к проблеме, как со стороны  нефтяников, так и со стороны  газопереработчиков.

    В  советские времена развитие газосборной  инфраструктуры и поставки ПНГ  на газоперерабатывающие заводы  осуществлялись в рамках плановой  системы и финансировались в  соответствии с единой программой  развития месторождений. После  развала Союза и формирования  независимых нефтяных компаний  инфраструктура сбора и доставки  ПНГ до заводов осталась в  руках газопереработчиков, а источники газа, естественно, контролировались нефтяниками. Возникла ситуация монополизма покупателя, когда у нефтяных компаний, фактически, не осталось альтернатив утилизации попутного нефтяного газа, кроме как его сдача в трубу для транспортировки на ГПЗ. Более того, государством были законодательно установлены на заведомо низком уровне цены сдачи попутного газа на ГПЗ. С одной стороны это позволило газоперерабатывающим заводам выжить и даже хорошо себя чувствовать в бурные 90-е, с другой, лишило нефтяные компании стимула инвестировать в строительство газосборной инфраструктуры на новых месторождениях и поставлять попутный газ на существующие предприятия. В результате Россия имеет сейчас одновременно простаивающие мощности по переработке газа и десятки факелов отапливающего воздух сырья.

Глава 5

Экологические последствия сжигания попутного нефтяного  газа

 Сжигание попутного нефтяного газа – серьезная экологическая проблема как для самих нефтедобывающих регионов, так и для глобальной окружающей среды.

    Ежегодно  в России и Казахстане в  результате сжигания попутных  нефтяных газов в атмосферу  попадает более миллиона тонн  загрязняющих веществ, включая  углекислый газ, диоксид серы  и сажевые частицы. Выбросы,  образующиеся при сжигании попутных  нефтяных газов составляют 30% от  всех выбросов в атмосферу  в Западной Сибири, 2% от выбросов  от стационарных источников в  России и до 10% суммарных атмосферных  выбросов Республики Казахстан.

    Необходимо  также принять во внимание  негативное влияние теплового  загрязнения, источником которого  являются нефтяные факела. Западная  Сибирь России – один из  немногих малонаселенных регионов  мира, огни которого можно видеть  ночью из космоса наряду с  ночным освещением крупнейших  городов Европы, Азии и Америки.

   Особенно  актуальной при этом проблема  утилизации ПНГ видится на  фоне ратификации Россией Киотского  протокола. Привлечение средств  европейских углеродных фондов  под проекты тушения факелов  позволило бы профинансировать  до 50% требуемых капитальных затрат  и существенно повысить экономическую  привлекательность данного направления  для частных инвесторов. Уже по  итогам 2006-го года объем углеродных  инвестиций, привлеченных компаниями  Китая в рамках Киотского протокола,  превысил $6 млрд., притом, что такие  страны как Китай, Сингапур  или Бразилия не брали на  себя обязательств по сокращению  выбросов. Дело в том, что только  для них существует возможность  продавать сокращенные выбросы  по так называемому "механизму  чистого развития", когда оценивается  сокращение потенциальных, а не  реальных выбросов. Отставание России  в вопросах законодательного  оформления механизмов оформления  и передачи углеродных квот  будет стоить отечественным компаниям  миллиардов долларов недополученных  инвестиций.

Глава 6

Состав  при сжигании попутного  нефтяного газа

Глава 7

7.1. Воздействия на атмосферный воздух

на промысловых  газотурбинных и газопоршневых электростанциях сжигается не сухой отбензиненный газ - преимущественно состоящий из метана, а газы второй и третьей ступени сепарации (С2+В) - которые, в отличие от метана, после сжигания дают значительные выбросы вредных веществ в атмосферу. Вредные вещества, попадая в атмосферу, подвергаются физико-химическим превращениям, рассеиваются или вымываются из атмосферы. Степень загрязнения атмосферы зависит от того, будут ли эти вещества переноситься на большие расстояния от источника или скапливаться в районе их выброса.

Самыми значительными  факторами, влияющими на распространение  загрязняющих веществ, являются метеорологические  условия: направление движения воздуха  и скорость ветра, количество и продолжительность  штилей, влажность воздуха и осадки, интенсивность солнечной радиации

Большую роль играют инверсии температуры. При инверсиях  содержание примесей в атмосфере  на 10-60% выше, чем при их отсутствии (Гурьянова О.А., 1997).

7.2. Воздействия на  почвы и земли

 
В воздухе  бенз(а)пирен преимущественно связан с твердыми частицами атмосферной пыли. Твердые частицы, содержащие бенз(а)пирен, довольно быстро выпадают из воздуха вследствие седиментации (разрушение коллоида и выпадение осадка), а также с атмосферными осадками и переходят в почву, растения, почвенные воды и водоемы. Это обуславливает довольно большую изменчивость концентрации бенз(а)пирена в атмосферном воздухе, которая зависит не только от интенсивности выброса его из источника загрязнения, но и от метеорологических условий. Будучи химически сравнительно устойчивым, бенз(а)пирен может долго мигрировать из одних объектов в другие. В результате многие объекты и процессы окружающей среды, сами, не обладающие способностью синтезировать бенз(а)пирен, становятся его вторичными источниками

В выбросах факельных  установок содержатся тяжелые металлы  – ванадий и никель. Никель относится  ко II классу опасности – токсичные  вещества, ванадий – к III классу опасности  – слаботоксичные вещества.

Поступая на поверхность почвы, тяжелые металлы  накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых  горизонтах, и медленно удаляются  при выщелачивании, потреблении  растениями, эрозии и дефляции.

Тяжелые металлы  большей частью концентрируются  в поверхностном горизонте почв 0—10—20 см, где они присутствуют в  составе твердых частиц, гумусового вещества, в почвенном растворе .

Тяжелые металлы  могут блокировать реакции с  участием фермента, что приводит к  уменьшению или прекращению его  каталитического действия. Никель может  полностью прекращать действие декарбоксилазы и уменьшать эффективность Энолазы, АТФ-азы, Аргинилазы, Карбоксилазы, Дегидрогеназы.

Тяжелые металлы  существенно влияют на численность, видовой состав и жизнедеятельность  почвенной микробиоты. Они вызывают микробостатический эффект, способствуют проявлению мутагенных свойств (Орлов Д.С., 2002).

Тяжелые металлы  претерпевают в почве химические превращения, в ходе которых их подвижность  изменяется в очень широких пределах. Наибольшую опасность представляют подвижные формы, наиболее доступные  для растений. Подвижность тяжелых  металлов существенно зависит от почвенно-экологических факторов, основные среди которых – содержание органического  вещества, кислотность почвы, окислительно-восстановительные  условия, плотность почвы и т.д.

7.3. Воздействие на  растительность

Загрязняющие  вещества поступают в растения через  устьица и корни. Величина отверстия  устьиц и интенсивность света  влияют на процесс повреждения растений малыми газовыми примесями. Они могут  вызывать «видимые» повреждения (некроз тканей), которые подразделяются на острые и хронические. В противоположность  «видимым» повреждениям возникло понятие  «невидимый ущерб, наносимый токсическими газами». «Невидимые повреждения» проявляются  в снижении фотосинтезной активности, в преждевременном старении, снижении роста и более сильной подверженности к вторичным повреждениям. Такого рода растения могут накапливать токсины, и они опасны для животных. Токсические газы – причина серьезных физиолого-биологических нарушений в ассимиляционных органах: окислительное разрушение клеточных мембран и в связи с этим потеря водоудерживающей способности; нарушение строения хлоропластов и структур клетки; активизация дыхания и окислительных ферментов (но дыхание быстро сменяется угнетением); разрушение пигментов (преимущественно хлорофилла)

Поглотительная  способность насаждений зависит  от состава пород, полноты, бонитета, возраста, ассимиляционной поверхности  крон деревьев, длительности вегетации. Наибольшей поглотительной способностью обладают древесные растения, за ними по мере снижения идут местные сорные травы, цветочные растения и газонные травы.

В зонах интенсивного загрязнения факельных установок  у хвойных пород деревьев отмечается усыхание ветвей нижнего порядка  и суховершинность. По мере приближения к факелу сомкнутость крон древесной растительности уменьшается. Так, по исследованиям Т.Е.Старковой и М.Т.Васбиевой, на расстоянии 2000 м от факела сомкнутость крон в среднем составила 47%, а в зоне интенсивного загрязнения – около 33 %.

Хвойные породы острее реагируют на близость к факелу. Так, по направлению господствующих ветров вблизи факельной установки  подрост ели сибирской и пихты  сибирской отсутствует. Состояние  подроста лиственных пород по мере приближения к факелу ухудшается (признак – прирост по высоте) (Старкова Т.Е., Васбиева М.Т., 2006).

Сосна обыкновенная - умеренно чувствительное к действию SO2 растение. Сосна не типична для  зон с повышенной концентрацией SO2 в воздухе, сернистый ангидрид лимитирует ее распространение.

Синдром хлоротической карликовости (СХК) вызывается двумя газами – озоном и сернистым ангидридом. Эта болезнь характеризуется светло-зеленым цветом новых иголок, которые затем становятся пятнистыми и желтыми, а позднее закрученными с обожженными кончиками. Старые иглы опадают раньше, чем появляются новые. Деревья сильно угнетены и обычно погибают.

Кроме этих растений, к воздействию атмосферной двуокиси серы чувствительны: тополь гибридный, люцерна, ячмень, гречиха, тыквы, сосна  Банкса, ель европейская и другие.

7.4. Воздействие на  здоровье человека

 
Сероводород, присоединяясь к непредельным соединениям, образует меркаптаны, которые являются агрессивной и токсичной частью сернистых соединений — химическими  ядами.

 
Меркаптаны - сильные нервные яды, обладают наркотическим  эффектом, вызывают паралич мышечных тканей. В организм человека могут  проникнуть через дыхательные пути, кожу, слизистые оболочки.

 
Предельно допустимая концентрация метилмеркаптана - 0,8 мг/м3, этилмеркаптана-1мг/м3

 
Ароматические углеводороды - наиболее токсичные  компоненты нефти, их содержание колеблется в пределах 5-35%.Если нефть содержит большое количество ароматических  углеводородов – то и при работе факельной установки ароматические  углеводороды будут входить в  состав выбросов.

 
Нефтяной  бензол относится к числу токсичных  продуктов 2-го класса опасности. Пары бензола при высоких концентрациях  действуют наркотически, вредно влияют на нервную систему, оказывают раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки глаз.

 
Предельно допустимая концентрация паров бензола  в воздухе рабочей зоны составляет 15/5 мг/м3 (максимальная/среднесменная). Бензол обладает резорбтивным действием, проникает в организм через неповрежденную кожу. Аллергенными и кумулятивными свойствами не обладает (ГОСТ 9572-93).

 
Ксилол (диметилбензол) относится к третьему классу опасности, его пары при высоких концентрациях отрицательно воздействуют на нервную систему, кожные покровы и слизистые оболочки человека.

 
Нефтяной  толуол (метилбензол) также относится  к числу токсичных продуктов  третьего класса опасности. Пары толуола  при высоких концентрациях действуют  наркотически, вредно влияют на нервную  систему, оказывают раздражающее действие на кожу и слизистую оболочку глаз. Предельно допустимая концентрация паров толуола в воздухе рабочей  зоны составляет 50 мг/м3 (ГОСТ 14710-78).

 
Бенз(а)пирен, образующийся в процессе горения углеводородов, является наиболее типичным химическим канцерогеном окружающей среды, он опасен для человека даже при малой концентрации, поскольку обладает свойством биоаккумуляции.

 
Бенз(а)пирен хорошо растворяется в маслах, жирах, сыворотке человеческой крови. Накапливаясь в организме человека до опасных концентраций, бенз(а)пирен стимулирует образование злокачественных опухолей.

 
Кроме того, он оказывает мутагенное действие на организм. Среднесменная предельно  допустимая концентрация (ПДК) бенз(а)пирена в воздухе рабочей зоны - не более 0,00015 мг / куб.м.

 
В воздухе  бенз(а)пирен преимущественно связан с твердыми частицами атмосферной пыли. Твердые частицы, содержащие бенз(а)пирен, довольно быстро выпадают из воздуха вследствие седиментации (разрушение коллоида и выпадение осадка), а также с атмосферными осадками и переходят в почву, растения, почвенные воды и водоемы. Это обуславливает довольно большую изменчивость концентрации бенз(а)пирена в атмосферном воздухе, которая зависит не только от интенсивности выброса его из источника загрязнения, но и от метеорологических условий. Будучи химически сравнительно устойчивым, бенз(а)пирен может долго мигрировать из одних объектов в другие. В результате многие объекты и процессы окружающей среды, сами, не обладающие способностью синтезировать бенз(а)пирен, становятся его вторичными источниками

 
Фенол по степени воздействия на организм относится к высокоопасным веществам.

 
Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе  рабочей зоны - 0,3 мг/м3. При превышении ПДК возможны отравление, раздражение  слизистых оболочек и ожог кожи. При хроническом отравлении возникает  раздражение дыхательных путей, расстройство пищеварения, тошнота, слабость, кожный зуд, конъюнктивит. Фенол кумулятивными  свойствами не обладает

К тяжелым металлам, присутствующим в выбросах факельных  установок, относятся никель и ванадий.

Вдыхание пыли, содержащей ванадий, даже в небольших  количествах приводит к раздражению  и хрипам в легких, кашлю, болям  в груди, насморку и першению в горле. Иногда наблюдается удушье, зеленоватый налет на языке и побледнение кожных покровов. Правда, эти признаки исчезают уже вскоре после прекращения вдыхания загрязненного воздуха.

Статистические  данные по Тюменской  области, основному  нефтегазодобывающему региону России, свидетельствуют, что заболеваемость населения по многим классам болезней выше общероссийских показателей и  данных по Западно-Сибирскому району в целом (очень высоки показатели по болезням органов дыхания). По ряду заболеваний (новообразования, болезни нервной системы и органов чувств и пр.) наблюдается тенденция к росту. Очень опасны воздействия, последствия которых выявляются не сразу. Таковыми являются влияние загрязняющих веществ на способность людей к зачатию и вынашиванию детей, развитие наследственных патологий, ослабление иммунной системы, рост числа онкологических заболеваний

80,4 81,2 82,4

Глава 8.

Выводы

   Утилизация НПГ— капиталоемкий и сложный процесс, для успеха которого требуется согласования противоречащих друг другу позиций заинтересованных сторон. Ситуация усугубляется трудностями с выходом продукции утилизации НПГ на рынок. Кроме того, проблема обостряется из-за того, что масштабное сжигание НПГ одновременно имеет

экологические аспекты, затрагивает сферу изменения  климата, представляет собой бесцельное уничтожение ценных

природных ресурсов, а также является политическим вопросом, поскольку связана с отношениями  нефтяных компаний и Газпрома.

  Правда определенный оптимизм внушает деятельность ряда нефтяных компаний в этой сфере, которые, скорее не благодаря, а вопреки правительственной политике, реализуют собственные программы использования НПГ, либо через создания СП с СИБУРом, либо используя НПГ для генерирования электроэнергии, тем самым одновременно решая задачу преодоления возможного дефицита электроэнергии в России.

   Формирование условий, ориентированных на решение проблемы использования НПГ в России, должно быть ориентировано на скорейшую реализацию новых инвестиционных проектов в данной сфере — оснащение промыслов не-