Экспертная система по выбору оптимального технологического процесса переработки природного газа

Аннотация

Разработана экспертная система, позволяющая получить информацию о полезности интересующего месторождения, сделать выбор оптимального способа переработки природного газа и утилизации попутного нефтяного газа непосредственно в местах добычи, что является весьма актуальным.

Полный текст

Как известно, Россия занимает первое место в мире по запасам углеводородного сырья и объемам его добычи. При этом следует отметить тот факт, что более 20 % от всего объема извлекаемых углеводородных газов сжигается сейчас на факеле, либо, что еще хуже, просто выбрасывается в атмосферу. Начисная с 2005 года правительство РФ приняло ряд законопроектов, обязывающих недропользователей довести степень использования добываемого природного газа до 95 % , т.е. сократить потери до 5%. Однако удаленность большинства месторождений от газоприемной системы «Газпрома» и несоответствие добываемого природного газа требованиям ряда ГОСТов на его качество не дают возможности непосредственно подавать этот газ в транспортную систему. Поэтому в газовой отрасли возникла задача переработки углеводородных газов на самом месторождении в полезные, а главное, легко транспортируемые продукты, что является наиболее экономически выгодным решением. В такой ситуации создание экспертной системы (ЭС), позволяющей быстро сделать выбор оптимального способа переработки природного газа (ПГ) и утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ) на месторождениях, непосредственно в местах добычи, является весьма актуальным. Такая экспертная система создавалась на основе обширной информационной системы, включающей ряд баз данных. Разработка ЭС состояла из следующих этапов: · сбор, анализ и систематизация информации о месторождениях России и СНГ; · сбор, анализ и систематизация информации о современных технологиях переработки ПГ и утилизации ПНГ; · создание необходимых для реализации экспертной системы баз данных (БД); · разработка адекватных алгоритмов расчета выхода конечной продукции при различных вариантах утилизации и переработки углеводородных газов; · создание модуля расчета штрафных выплат за загрязнение атмосферного воздуха при факельном сжигании ПНГ. Все они были выполнены, и в результате создана ЭС по переработке ПГ и утилизации ПНГ, позволяющая оценить рентабельность месторождения и выбрать наиболее экономически выгодную технологию. ЭС представляет собой пять блоков, каждый из которых выполняет свою функцию. Это – БД месторождений, БД технологических процессов, БД электроустановок, модуль расчёта выхода продукта (метанол, СЖУ, электроэнергия), модуль расчёта штрафных выплат за загрязнение атмосферного воздуха. Они объединены общим инструментом управления - интерфейсом. Графический интерфейс ЭС помогает пользователю, даже не знакомому с процессами газо-химической переработки, с процессами электрогенерации, рядом нормативных законов и др., получить экспертные оценки о полезности месторождения на основе небольшого количества исходных данных. Рассмотрим каждый из блоков ЭС более подробно. Начальные данные для расчета ЭС берет из БД по месторождениям, в которой собрана информация о составе газа на различных месторождениях, его расходе и ряде технических параметров [1]. Рисунок 1 – Структура модуля расчета выхода конечной продукции для процесса получения СЖУ Параметры добываемого газа проверяются на соответствие к использованию в конкретной технологии переработки в следующем блоке модуля (БД процессов). Например, для процесса получения синтетических жидких углеводородов путем газо-химической переработки природного или попутного нефтяного газа, так называемого процесса GTL (Gas to liquids), расход газа не может быть меньше 50 млн. м3 в год, иначе цена продуктов переработки будет неоправданно высокой, а пригодность углеводородного сырья для газо-химической переработки накладывает ряд требований на содержание в газе азота и диоксида углерода. В состав ЭС входит БД по процессам газо-химической переработки ПНГ, включающая также характеристики процессов в зависимости от использования катализаторов различных типов (производительность катализатора, объёмная скорость, размер гранул, температура, давление) [2-4]. Систематизация данной информации, а также экспертных оценок о процессах позволяют быстро вычислять количество получаемой продукции. Блок расчета электрогенерирующего оборудования состоит из БД по установкам и инструмента расчета количества требуемых устройств заданного типа. Блок включает в себя раздел, который рассчитывает некоторые свойства газа месторождения, такие как метановое число газа, удельная теплота сгорания газа, плотность газа и т.д. [5, 6]. Модуль расчета выхода продукта (метанол, СЖУ, электричество) позволяет количественно оценить варианты технологического использования добываемого углеводородного сырья данного месторождения. Рисунок 2 – Интерфейс экспертной системы: 1 - панель базы данных по месторождениям; 2 - панель базы данных по процессам химической переработки; 3 - панель базы данных по электроустановкам; 4,5 - области вывода результатов расчётов конечных продуктов для процессов химической переработки углеводородного сырья; 6 - область вывода результатов расчетов по электроустановкам; 7 - панель для расчетов штрафных выплат за загрязнение атмосферного воздуха На рисунке 2 в качестве примера представлена структура модуля расчета выхода конечной продукции для процесса синтеза Фишера-Тропша (получение СЖУ). Этот модуль позволяет рассчитать: · коэффициент СЖУ (характеризует состав газа); · общую массу получаемых СЖУ; · выход продукта по фракциям для конкретных режимов и переработки. Одним из процессов газо-химической переработки ПНГ, инструмент для расчета которого реализован в данном модуле ЭС, является синтез метанола. В ходе работы над ЭС был проведен дополнительный анализ и моделирование данного процесса. Результаты проверки удовлетворили требованиям предъявляемым к расчетам для программ данного уровня. Следующий блок ЭС служит для расчета штрафных выплат за загрязнение атмосферного воздуха. Он предоставляет возможность оценить финансовые потери за нанесённый экологический ущерб: рассчитать как общую сумму выплат, так и сумму штрафа за каждый загрязняющий атмосферу компонент отдельно. Данный инструмент составлялся на основе законодательных актов 2008-2009гг. Сейчас, при явном внимании со стороны правительства РФ, требования законов ужесточаются, поэтому учёт оценок сумм штрафов за факельное сжигание газа в балансе предприятия станет просто необходимым. Интуитивно понятный интерфейс ЭС выполнен в форме одного окна для облегчения работы с большим количеством связанных друг с другом настроек, что позволяет легко выбрать экономически эффективную технологию переработки углеводородного сырья, добываемого на данном месторождении. Таким образом, разработанная экспертная система позволяет получить информацию о полезности интересующего месторождения, а именно, об эффективности организации на нём того или иного способа переработки добываемого углеводородного сырья. Предлагаемая экспертная система была опробована в инжиниринговой компании, специализирующейся на процессах получения метанола и СЖУ, оценена как полезная и получила рекомендации по дальнейшему развитию и применению.