Method of effective use of methane and nitrogen separated from natural gases

A mature concept of separation of natural gases, which usually contain methane and nitrogen, is the presented in the paper. As a result of ion-exchange with metal cations: Na, K, Mg followed by high-temperature roasting, clinoptilolite becomes a zeolite molecular sieve, that has kinetic diameter of 3.7 A. As a result high-methane gas can be obtained 95 vol% methane, that can be directly sent to the gas network. The methane recovery exceeds 95%, whereas the outlet methane in nitrided gas losses are below 3 vol%. An idea was put forward to use the obtained nitrogen in enhanced oil recovery technology.

W zaazotowanych złożach gazu ziemnego występują też takie, w których zawartość azotu nie przekracza 35% vol. Zatem przeważa w nich metan, który jednak nie może być wykorzystany jako gaz opałowy (handlowy), a tym bardziej jako gaz przesyłowy do sieci. Podniesienie koncentracji metanu w tych zaazotowanych gazach staje się możliwe wskutek opracowania odpowiednio efektywnej metody odseparowania metanu z mieszaniny gazów. W artykule prezentowana jest dojrzała koncepcja takiej technologii, która umożliwia zarówno wykorzystanie metanu, jaki i azotu pochodzących z odwiertów zaazotowanego gazu. Bazowym materiałem używanym w tej technologii jest klinoptylolit jako glinokrzemian wydobywany ze złóż naturalnych np. na Słowacji. Z materiału tego wskutek dokonania wymiany jonowej kationów metali: Na, K, Mg oraz wysokotemperaturowego spiekania, można wytworzyć specyficzne zeolitowe sito molekularne (ZMS). Cechuje się ono bardzo korzystną właściwością, a mianowicie wysoką kinetyczną selektywnością rozdziału mieszaniny gazów. Sito to dobrze adsorbuje azot, a wydajnie przepuszcza metan wraz z wyższymi węglowodorami, których molekuły mają średnicę większą od 3,7 angstrema. Proponuje się wykonanie na takim adsorberze względnie prostych cykli operacji próżniowej zmiennociśnieniowej adsorpcji (VPSA). Są to przede wszystkim operacje: wysokociśnieniowej adsorpcji, dwustopniowej desorpcji oraz wyrównywania ciśnień między adsorberami. Są one poprzedzone wykonaniem oczyszczania i przygotowania mieszaniny gazów we wstępnym segmencie instalacji. Taka kilkuadsorberowa instalacja VPSA jest korzystnie jednomodułowa. Może ona przerabiać od 1 tys. m3 na godzinę do 10 tys. m3 na godzinę gazu zaazotowanego (o zawartości azotu mniejszej od 35% vol). Produkt tej instalacji będzie się cechował dobrymi parametrami. Mianowicie będzie to gaz wysokometanowy o zawartości powyżej 95% vol CH4 pod wysokim ciśnieniem. Natomiast strata metanu w azocie (jako w gazie inertnym) będzie mała, bo niższa od 3% vol CH4. Produkt o takim stopniu czystości może być podawany bezpośrednio do sieci gazu. Ponadto sprawność uzysku metanu w tej instalacji będzie wyższa od 90%. Przedstawione okoliczności będą pozytywnie oddziaływać na aspekt ekonomiczny praktycznego zastosowania prezentowanej koncepcji. Co więcej w sytuacji, gdy taka instalacja będzie posadowiona na złożu ropno - gazowym o obniżającym się już wydobyciu ropy, może być wykorzystany również azot pochodzący z tej instalacji. Zaproponowano zatłaczanie tego azotu z powrotem do złoża celem wspomagania wydobycia ropy w technologii EOR.