Лекция 12.    МЕТОДЫ ПОДГОТОВКИ ГАЗА И КОНДЕНСАТА К ТРАНСПОРТУ

                                 

12.1 Низкотемпературная сепарация газа

 

Этот метод основан на изменении влажности газа в зависимости от температуры. При охлаждении газа часть влаги, находящейся в нем в паровой фазе, а также тяжелые углеводороды сконденсируются. После отделения от жидкости газ будет иметь более низкую точку росы (температуру начала конденсации). В этом методе  применяется  холод, полученный при дросселировании природного газа (эффект Джоуля – Томсона).

         При дросселировании газа на 0,1 МПа его температура понижается в среднем на 0,3 ⁰С. При помощи штуцера можно достигнуть снижения температуры газа до 30⁰С, в результате чего из газа выделяется значительное количество водяного и углеводородного конденсата.

Рисунок 12.1 - Технологическая схема установки низкотемпературной сепарации газа для отдельной скважины с использованием эффекта Джоуля—Томсона: 1 — добывающая скважина; 2 — манифольд; 3 — шлейф; 4 — каплеотбойник; 5 — теплообменник типа «труба в трубе»; 6— редукционный аппарат (штуцер); 7 — низкотем­пературный сепаратор; 8 — конденсатосборник

 

Давление максимальной конденсации (р_мк) газоконденсатной смеси при рабочих температурах сепарации газа на промысле за­висит от молярного содержания С₅+ в пластовом газе и массового содержания метановых углеводородов во фракции конденсата, выкипающей в интервале температур 313–473 К.

Ориентировочно можно определить р_мк (в МПа) по формуле

р_мк                                                                             (12.1)

где С — молярное содержание С₅+ в пластовом газе, %; а  – молярное содержание метановых углеводородов, выкипающих в ин­тервале температур от 313 до 473 К, %.

УНТС размещают на групповом пункте сбора и промысловой подготовки (переработки) газа (ГП, УКПГ). При эксплуатации газоконденсатных залежей без поддержания пластового давления в условиях газового или упруговодонапорного режимов давление газа в залежи, на забое и устье скважины, перед редукционным аппаратом р₂ уменьшается. Давление в низко­температурном сепараторе поддер­живается постоянным. Следовательно, перепад давления Δр = р₂ — р_с, используемый для охлаждения газа при его расширении, уменьшается. При эксплуатации газоконденсатных залежей в рых­лых или слабосцементированных газосодержащих породах дебиты газовых скважин уменьшаются. Низкотемпературная сепарация — процесс однократной кон­денсации и разделения газа и жидкости. Даже при весьма низкой температуре 233К (— 40 °С) он не обеспечивает полного извлечения жидких углеводородов, но позволяет исполь­зовать пластовое давление для получения холода, совмещает про­цессы осушки и отбензинивания газа, может осуществляться на несложном оборудовании.

При эксплуатации установки НТС были выявлены следующие недостатки:

-         неэффективное использование давления в штуцере для получения низкой температуры;

-         уменьшение коэффициента теплопередачи от нагретого потока газа к холодному из-за уменьшения скорости потока газа в теплообменнике;

-         уве­личение площади теплообменника из-за уменьшения средней раз­ности температур и коэффициента теплопередачи;

-         неполное извлечение пропана и бутанов из перерабатываемого сырья;

-         недорекуперация холода из-за разности температур на теплом конце теплообменника Δt = t₁ – t₄;

-         потери холода в окружающую среду при наличии разности температур Δt = t_в –  на внешней поверхности теплообменника;

-         значительная потеря холода с жидкостью, отводимой из низкотемпературного сепаратора.

Для более эффективного использования природного газа и по­лучения низкой температуры в качестве редукционного органа используют:

-         сопло Лаваля;

-         вихревую трубу (труба Ранка);

-         расширительные машины — детандеры.

 

 12.2 Подготовка газа к транспорту методом абсорбции

 

Осушка газа производится с целью уменьшения в газе паров воды до такой степени, чтобы не происходило конденсации жидкой влаги в газопроводе. Абсорбцией называется поглощение целевого компонента при прохождении его через массу жидкого поглотителя.

Для осушки газа используют жидкие сорбенты – гликоли:  диэтиленгликоль (ДЭГ)  и триэтиленгликоль (ТЭГ), способные поглощать влагу. Гликоли представляют собой вязкие прозрачные   сиропообразные жидкости, плотность ДЭГ - 1 118,4 кг/м³, плотность ТЭГ – 1 125,4 кг/м³.  Гликоли смешиваются с водой в любых соотношениях и поглощают пары воды из газовых потоков.

Рисунок 12.2 -  Принципиальная схема осушки природного и нефтяного газа жидкими сорбентами. 1 – сепаратор; 2 – абсорбер; 3 – линия слива уловленного гликоля; 4 – жалюзийный каплеуловитель; 5 – регулятор уровня; 6 – теплообменник; 7 – выветриватель; 8 – фильтр; 9 – десорбер; 10 – кольцо; 11 – кипятильник (испаритель); 12,16, - холодильники; 13 – сепаратор для улавливания гликоля; 14 – насос; 15 – эжектор. I – линия сырого газа; II – линия сухого газа; III – линия топливного газа; IV – линия холодной воды; V- дымоход.

 

Преимущества жидких сорбентов:

хорошо растворяются в воде; легко регенерируются (восстанавливаются);незначительные потери;практически не образуют пены и эмульсий с углеводородным конденсатом;легко отделяются в отстойниках в результате значительной разности плотностей;непрерывность процесса, простота управления;незначительный перепад давлений на установке.

Основным недостатком сорбентов является  их сравнительно высокая стоимость.

В верхней части выпарной колонны температура поддерживается в пределах 105 ⁰С. Регенерированный раствор гликоля забирается насосом 14 и через теплообменник 6 и холодильник 16 (с температурой около 30 ⁰ С) снова поступает на верхнюю тарелку абсорбера. Цикл повторяется.

Практикой установлено, что для успешной осушки газа должно циркулировать не менее 25 л гликоля на 1 кг абсорбируемой воды, а также большое количество тарелок в абсорбере (10 штук).

 

12.3 Подготовка газа к транспорту методом адсорбции

 

Процесс адсорбции это извлечение из газа водяных паров и конденсата твердыми поглотителями (адсорбентами), имеющими исключительно большую поверхность пор.  В качестве адсорбентов применяются силикагель, алюмогель, бокситы, цеолиты, активированный уголь.

Осушка газа твердыми сорбентами имеет следующие преимущества:

-         возможность получения точки росы до минус  50⁰ С;

-         незначительное влияние давления и температуры на процесс извлечения;

-         относительная простота оборудования и малые эксплуатационные расходы.

 К недостаткам  можно отнести  большие, чем в абсорбционном процессе перепады давления, относительно высокие затраты тепла и истирание адсорбента.

 

Рисунок 12.3 - Принципиальная схема адсорбционной установки для      осушки и  выделения конденсата из газа. 1 и 7 – сепараторы; 2 и 3 – адсорберы; 4 – регулируемый штуцер; 5 – печь; 6 –холодильник.

Сырой газ высокого давления поступает в сепаратор 1, где очищается от капельной жидкости и механических примесей и направляется в адсорбер 2 для осушки и отбензинивания. В это время адсорбер 3 находится в цикле регенерации и охлаждения. Осушенный газ из адсорбера 2 поступает в магистральный газопровод. Газ для регенерации адсорбента отбирается после сепаратора 1 до регулируемого штуцера 4 и направляется в печь5, где его температура повышается до 200 - 300 ⁰С. Конденсат, выделившийся в холодильнике 6 за счет охлаждения, поступает в сепаратор 7. Потребное количество адсорбента определяют в зависимости от расхода газа и количества влаги в нем по формуле

                          G = QWt  / 2,4 ^. 10⁷ a ,                                                          (12.3)

где Q - расход газа, м³/ сут; W - содержание влаги в газе, г/ м³; t - продолжительность цикла поглощения, час; a - рабочая активность адсорбента, %.

 

12.4 Подготовка газа при наличии в его составе сероводорода

 

Газ очищают от сероводорода и углекислого газа при помощи сорбционных методов, отличительной особенностью которых является высокое давление в абсорбере (до 6 МПа) и отсутствие кислорода в газе. В качестве абсорбентов применяют водные растворы этаноламина: моноэтаноламин (МЭА),  диэтаноламин (ДЭА) и триэтаноламин (ТЭА).

 

Рисунок 12.4 - Принципиальная технологическая схема очистки газа от    сероводорода и углекислого газа

1 - сепаратор; 2 – абсорбер; 3 – тарелки; 4- насадки для улавливания капель (жалюзи);  5 и 9 – холодильники; 6 – теплообменник; 7 – рибойлер; 8 – десорбер; 10 – подача холодной воды; 11 – сепаратор для кислых газов; 12 – котельная; 13  и 14 – насосы для подачи МЭА; 15 – насос для насыщенного раствора МЭА.

 

Осн: 1[212-216. 236-243], 2[303-341]

Доп: 9[651-657, 707-712, 759-766], 16[147-148, 232-244]

 

Контрольные вопросы:

1.     С какой целью производят подготовку газа?

2.     Какие существуют методы подготовки  газа, их преимущества и недостатки?

3.     Объясните принцип работы установки низкотемпературной сепарации.

4.     Как производят осушку газа  с помощью жидких абсорбентов?

5.     Объясните принцип работы адсорбционной установки.

6.     Как производят очистку газа от сероводорода и углекислого газа?