Obr. Systém MAGS pri jednom z vrtov v Severnej Dakote
Pridružený ropný plyn, ako je nazývaný surový zemný plyn, obsahuje širokú škálu uhľovodíkov, ktoré nie sú použiteľné, pokiaľ sa neoddelia. Surový plyn nemôže byť pre vysoký tlak pár prepravovaný v kamiónových cisternách z miesta ťažby a nemôže sa použiť ako energetické palivo v dôsledku jeho nekonzistentnej kvality. Pri preprave potrubím sa musí mokrý plyn z týchto dôvodov čo najrýchlejšie spracovať v miestnom spracovateľskom závode.
Rozvinuté ropné polia majú často potrubia a zariadenia na spracovanie plynu priamo na mieste ťažby, ale inštalácia tejto infraštruktúry pre nový ropný vrt, obzvlášť taký, ktorý sa na nachádza na vzdialenom mieste, je drahé a málokedy efektívne z hľadiska nákladov. Rozšírené riešenie je v súčasnej praxi je jednoducho nechať surový zemný plyn spáliť priamo na mieste. To je bežná prax na mnohých ropných vrtoch, pričom len v Severnej Amerike sú tisícky miest, kde tento plyn horí 24 hodín denne.
Voľné spaľovanie zemného plynu je však problematické. Proti sú zvýšené obavy verejnosti a aj regulačné úrady nariaďujú čoraz väčšiu redukciu spaľovania. Eliminácia potreby spaľovania surové zemného plynu je čoraz dôležitejšia.
Spaľovaním mokrého plynu sa majitelia ropného vrtu oberajú o možnosť dodatočných príjmov. Extrahovaný metán by mohol byť palivom pre lokálne generátory elektrickej energie alebo by sa mohol spracovať a predávať ako stlačený zemný plyn (CNG) resp. kvapalný zemný plyn (LNG). Spaľovanie plynu tiež eliminuje potenciálne príjmy z extrahovaného propánu, butánu a ďalších speňažiteľných uhľovodíkových produktov.
Inžinierska firma Pioneer Energy so sídlom v Colorade rieši špecifiká zemného plynu s ich špeciálnym zariadením Mobile Alkane Gas Separator (MAGS), prenosným systémom, ktorý sa dopraví k ropnému vrtu a spracováva surový zemný plynu na mieste. MAGS systém sa nasadzuje ešte pred výstavbou prepravného plynového potrubia alebo rafinérskej infraštruktúry. Ak sa ukáže, že vrt je výdatný, je možné postaviť permanentné prepravné potrubia a infraštruktúru na spracovanie plynu.
Plány Pioneer Energy so systémom MAGS boli zamerané na dodávku vysoko kvalitného metánu a zmesi uhľovodíkov z vlhkého toku zemného plynu. Spomínaný metán sa skladá na 80 až 90% z čistého metánu a môže byť použitý priamo v generátoroch a iných pohonoch na zemný plyn. Zmes uhľovodíkov má pomerne nízky tlak pár a môže sa prepravovať v bežných cisternových kamiónoch na propán.
Pioneer Energy v prvom momente čelila veľkej inžinierskej výzve – ako skopírovať a ešte viac rozšíriť výkonnosť celého spracovateľského závodu do jedného mobilného systému, ktorý sa zmestí na náves kamióna?
Riešenie
Závod na spracovanie vlhkého plynu používa procesy kompresie, dehydratácie, chladenia a separácie, aby mohol oddeliť pôvodný tok plynu do jednotlivých menších tokov metánu, etánu, propánu a butánu. Surový zemný plyn sa najskôr stlačí a potom dehydratuje. Suchý stlačený plyn sa následne ochladzuje na veľmi nízku teplotu, čo spôsobí skvapalnenie molekúl plynu. Miniatúrny destilačný systém potom oddeľuje zmes v zemnom plyne do troch osobitných tokov.
Pionner Energy zdokonalila tento proces zameraním sa na fázu chladenia. Znížením teploty plynu na optimálnu hodnotu okolo -80 °C (v závislosti od zloženia plynu) sa oddeľujú metán a ostatné uhľovodíky, ktoré už v tejto forme spĺňajú komerčné štandardy na transport a použitie. Získaný metán môže byť palivom pre miestny generátor, čím sa nahradia nákladné naftové generátory.
Uhľovodíky ako propán, bután, pentán a hexán, ktoré produkuje zariadenie MAGS, je možné okamžite uskladniť v zásobníkoch a transportovať na priamy predaj. Získaný etán, bežne vnímaný ako odpadový produkt, sa používa ako palivo pre samotné MAGS zariadenie. Využitím všetkých zložiek vlhkého zemného plynu sa generujú dodatočné príjmy a takmer úplne sa eliminuje spaľovanie prebytočného plynu.
Riadiaci systém
MAGS je komplexný systém a inžinier Andrew Young potreboval riadiaci systém, aby jednotlivé komponenty kooperovali. Young chcel kompaktný a spoľahlivý hardvér s nízkymi energetickými nárokmi a podporou širokej škály vstupno/výstupných signálov a komunikačných protokolov. Tieto požiadavky vedel splniť za rozumnú cenu hardvér a softvér od spoločnosti Opto22. „Na komunikáciu s komponentmi MAGS používame skoro všetky V/V moduly od Opto 22 a tiež zabudovanú podporu Modbusu v riadiacom systéme SNAP PAC,” hovorí Andrew Young. SNAP PAC ovláda a riadi celý systém MAGS, monitoruje signály zo senzorov teploty, prietokomerov, snímačov tlaku, regulačných ventilov, generátora, chladiacich kompresorov, plynového chromatografu, procesných ohrievačov a ďalších zariadení.
Systém MAGS nachádza svoje uplatnenie najmä na vzdialených miestach bez obsluhy, kde sú neplánované zásahy údržby pomerne nákladné. Stabilná a spoľahlivá bezobslužná prevádzka je konkurenčná výhoda Pioneer Energy a Young tvrdí, že spoľahlivá prevádzka a zabudovaná podpora niekoľkých komunikačných protokolov v systéme Opto 22 je kľúčom k autonómnej činnosti systému.
Na uvedenie do prevádzky alebo riešenie problémov s jednotkou MAGS v prevádzke používa Pioneer Energy rozhranie pre prístup do mobilných sietí od Opto 22. Prostredníctvom neho sa operátor alebo technik môže bezpečne pripojiť k riadiacemu systému MAGS pomocou tabletu alebo iného mobilného zariadenia a upraviť nastavenia v reálnom čase. V operačnom centre Pioneer Energy v Lakewoode v Colorade je inštalovaný softvér Opto 22 PAC Display HMI, kde operátori diaľkovo monitorujú a spravujú jednotky MAGS rozmiestnené po celej Severnej Amerike.
„Technológia Pioneer Energy je založená vo veľkej miere na pridávaní hodnoty nepotrebným odpadovým tokom. V spaľovaní plynu vidíme ďalšiu potenciálnu oblasť uplatnenia. Vzdialená komunikácia a spoľahlivá riadiaca platforma nám pomáhajú tento „odpad“ pretvárať na hodnotný zdroj,“ zakončuje Andrew Young.
-bb-