Осушка газа абсорбционным методом

Аннотация
Добыча и переработка природного газа – процессы, благодаря которым эффективно развиваются важнейшие отрасли промышленности. Образование природного газа приходится на период формирования слоёв пористых пород, содержащих нефть, и угольных пластов. Помимо компонентов, важных для нужд промышленности, он содержит примеси, затрудняющие процесс транспортировки и использования конечными потребителями. В статье рассмотрена осушка газа абсорбционным методом.
Ключевые слова: газ, адсорбция, осушка.
Annotation
Extraction and processing of natural gas are the processes by which the most important industries are effectively developed. The formation of natural gas occurs during the formation of layers of porous rock containing oil and coal seams. In addition to components that are important for industry, it contains impurities that impede the process of transportation and use by end users. The article describes the drying of gas absorption method.
Keywords: gas, adsorption, drying..
Главная задача предприятия, занимающегося переработкой природного газа – максимально возможное извлечение всех компонентов ископаемого и доведение их до товарного состояния. При этом не должен наноситься вред окружающей среде и земным недрам, а финансовые затраты необходимо сводить к минимуму.
Добываемый газ можно разделить на две группы — это природный и попутный нефтяной газ (ПНГ). Они различаются по своему составу. Природный газ — это смесь газов, преимущественно состоящая из метана и углеводородов C2-C4, N2, CO2, H2S, He2 и другие инертные газы [1]. ПНГ — это смесь газов, растворенная в нефти, которая выделяется из нефти в процессе её добычи, подготовки, а также переработки. Эта смесь состоит прежде всего из метана — главный компонент природного газа, а также углеводородов C2-C10, N2, CO2, H2S. [1] Газ, который поступает из скважин — «влажный» — смесь сухого газа с водяным паром, его нужно подготовить к транспортировке до конечного пользователя. Не только химический состав и механические примеси могут вызвать проблемы и аварийные ситуации, так водяной пар может образовать гидраты при определенных условиях или сконденсироваться и накопиться в каком-либо месте и создать пробку, например, в обвязке до сепараторов, в самих сепараторах, в шлейфах газопроводов, изгибах трубопроводов [1].
Газовые гидраты — это твердые кристаллические соединения, которые образуются при определенном давлении и температуре, из воды и низкомолекулярных газов. внешне похожи на прессованный снег, который переходит в лёд. Осаждаясь в виде льда на стенках трубопровода и аппаратов, гидраты снижают поперечное сечение, уменьшая тем самым их пропускную способность.
Газ, который поступает из скважин — «влажный» — смесь сухого газа с водяным паром, его нужно подготовить к транспортировке до конечного пользователя. Не только химический состав и механические примеси могут вызвать проблемы и аварийные ситуации, так водяной пар может образовать гидраты при определенных условиях или сконденсироваться и накопиться в каком-либо месте и создать пробку, например, в обвязке до сепараторов, в самих сепараторах, в шлейфах газопроводов, изгибах трубопроводов [1].
Содержание водяного пара в газе негативно влияет на его переработку, изменяются в худшую сторону его технико-экономические показатели. В лабораторных условиях газ можно осушить методиками, которые основываются на химических принципах, но в индустриальных масштабах эти «одноразовые» процессы не рациональны. Можно осушить газ физическими методами, например, при низкой температуре окружающей среды, можно отсепарировать воду из газовой смеси, но есть сложности, по причине которых этот методом не выгоден. На практике широкое распространение получил следующий химико-физический метод подготовки газа к транспортировке — абсорбционный метод. Абсорбционный метод подготовки газа — основан на поглощении отдельных компонентов из газовой смеси всем объемом жидкого сорбента, например, диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ) и в меньшей степени моноэтиленгликоль (МЭГ). Этот процесс происходит в специальной установке — абсорбере (Рис.1).
Рисунок 1.- Абсорбер типа ГП-1467 применяемый на УКПГ «Ямбургского» НГКМ.
При абсорбции осушаемый газ, пройдя первую ступень очистки в сепараторе, поступает в нижнюю часть абсорбера, где, расширяясь из газовой смеси выпадает часть жидкости и уходит в дренажную систему, газовая смесь движется вверх, навстречу ей одновременно стекает жидкий сорбент — диэтиленгликоль. В процессе абсорбции ДЭГ забирает влагу из газовой смеси и уходит на регенерацию. Далее газ поступает в фильтр, где из него удаляются остатки ДЭГа и идет на ДКС или сразу в магистральный трубопровод. Насыщенный жидкостью ДЭГ поступает в выветриватель, где из него удаляется газ, поглощенный внутри абсорбера. Далее следует подогрев и регенерация ДЭГа, состоящая в выделении поглощенной ранее влаги. Затем цикл повторяется [1].
Преимущества данного метода:
глубокая осушка газа;
непрерывность процесса;
возможность осушки газа с веществами, разрушающие адсорбент;
малые перепады давления в системе осушки;
выгоднее адсорбционного метода.
Недостатки: Вспенивание гликолей при наличии в газе легких углеводородов.
Абсорбционные установки подготовки пластового газа, в котором происходят массообменые процессы между абсорбентом и подготавливаемым газом происходят при отрицательных по Цельсию температурах, получили название установок НТА (низкотемпературной абсорбции).
Наиболее простейшим абсорбционным процессом, по эффективности абсорбции не превышающий одной теоретической ступени контакта, – инжект абсорбента в трубопровод перед НС (низкотемпературным сепаратором).
Инжекторное устройство в подобных, установках, как правило, расположены перед редуцирующим элементом – турбодетандером эжектом, дросселем, [2] и др. – или теплообменником [3]. В качестве абсорбента используется конденсат с углеводородной жидкости на вход в НС ее дополнительно подвергают охлаждению. Данное решение приводит к уменьшению влияния теплогоабсорбента на повышение температуры сепарации.
На Щебелинском промысле в качестве абсорбента использовали продукты от переработки конденсата: УВ-фракция и стабильный конденсат с температурой начала кипения 170–185 °С (УФ-170) [4]. Результаты промысловых экспериментов продемонстрировали, что УФ-170 имеет наилучшие абсорбционные свойства. Абсорбент подавался перед теплообменником и дросселем за 35–45 м до НС.
В российском отрасли низкотемпературные абсорбционные технологии (ПНТА) подготовки газа были применены на УКПГ-1В (установка комплексная подготовки газа) Ямбургского (рис. 2) и на отдельной линии УПГ-8В Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения. Жидкой товарной продукцией УКПГ является нестабильный конденсат. Близкое расположение месторождений от завода по подготовке конденсата к транспорту в г. Новом Уренгое делает практичным использование жидкой продукции в качестве сырья для газохимических комплексов.
Рисунок 2.- Технологическая схема УКПГ-1В Ямбургского НГКМ
При адаптации и разработке абсорбционных технологий применительно к УКПГ решалась задача упрощения подготовки абсорбента и повышения извлечения компонентов С3+В в сравнении с низкотемпературной сепарацией (НТС). В качестве абсорбента применялся частично охлажденный и дегазированный конденсат.
В зимний период работа технологической схемы УКПГ-1В (см. рис. 2) осуществляется по технологии НТС с эжектором. Поддержание температуры абсорбции на требуемой отметке в летнее время осуществляется благодаря применению турбодетандеров, которые распологают параллельно эжекторам. Входным потоком компрессора ТДА служит газ из А-1. Сжатый газ охлаждается в автоматическом воздушном охладителе и Т-1, подвергается сепарации в С-3 и поступает на вход в турбодетандер. Расширение газа в детандере происходит до давления, немногим превышающим давление в магистральном газопроводе. Далее газ поступает на вход в абсорбер А-2 [5].
Опытно-экспериментальная технологическая линия подготовки газа по технологии ПНТА была реализована на УКПГ-8В Уренгойского НГКМ [5] (рис. 3). Производительность линии составляла 5 млн м3/сут. Схема ПНТА на УКПГ-8В имеет ряд конструктивных отличий от УКПГ-1В Ямбургского НГКМ:
в схему добавлен многофункциональный абсорбер-сепаратор (А-201), состоящий из фильтрующей, массообменной и сепарационной секций;
газ выветривания конденсата первой ступени используется в качестве газа отдувки в абсорбер-сепараторе (А-201).
Существующие технологические схемы имеют возможности для дальнейшего повышения степени извлечения углеводородов С5+В. Перспективным направлением в данном вопросе видится разработка модифицированных абсорбционных технологий с подбором селективного абсорбента. Важным моментом при разработке новых способов подготовки газа является использование накопленного опыта эксплуатации установок ПНТА на УКПГ-1В Ямбургского НГКМ и УКПГ-8В Уренгойского НГКМ.
Список литературы:
1. Латошкин Г. С. Подготовка и сбор нефти, воды и газа к транспорту. -М.: Недра, 1972.-324 с.
2. Авторское свидетельство СССР № 593720. Способ подготовки природного газа к транспорту / В.П. Максимков, А.П. Агешев, М.Ф. Ткачев и др. – 1978.
3. Авторское свидетельство СССР № 274089. Способ подготовки газа газовых и газоконденсатных месторождений к дальнему транспорту / В.А. Коноваленко, А.В. Хромин, В.Ф. Совельев и др. – 1970.
4. Грищенко А.И. Научные основы промысловой обработки углеводородного сырья / А.И. Гриценко. – М.: Недра, 1977. – 239 с.
5. Беспрованный А.В. Перспективы подготовки валанжинского газа Ен-Яхинского месторождения / А.В. Беспрованный, О.П. Казанов, В.А. Стовицкий и др. // Проблемы освоения месторождений Уренгойского комплекса: сб. науч. тр. ООО «Уренгойгазпром». – М.: Недра-Бизнес центр, 2003. – С. 143–149.