31,32,33. Способы осушки газа.
Природный газ и продукты его переработки, направляемые промышленным потребителям, должны отвечать стандартам или техническим условиям их транспортировки, хранения, поставки и использования. Стандарты или технические условия на природный газ должны отражать допустимые содержания сероводорода, воздуха или кислорода, углекислого газа, окиси углерода, допустимую влагонасыщенность, содержание твердых примесей и других компонентов, теплотворную способность и т.д. Различают требования, предъявляемые к природным газам, подаваемым в магистральные газопроводы и коммунально-бытовым потребителям.
На промысле газ с помощью установок обрабатывают до определенной кондиции для обеспечения его транспортирования и извлечения углеводородного конденсата и других компонентов.
Наличие в газе избыточной влаги ставит ряд серьезных проблем при транспортировании газа. В процессе обработки и транспортирования газа за счет снижения температуры в системе происходит конденсация водяных паров и, следовательно, образование в ней водного конденсата. Последний образует с компонентами природного газа гидраты. Отлагаясь в газопроводах, гидраты уменьшают их сечение, а иногда приводят к аварийным остановкам. Кроме того, наличие воды в системе усиливает коррозию оборудования, особенно при содержании в сырьевом газе кислых компонентов (сероводород, двуокись углерода).
В связи с изложенным природные и нефтяные газы перед подачей в магистральные газопроводы и в цикле переработки подвергаются осушке.
В практике распространены три способа обработки газа на промыслах:
- низкотемпературный, предназначенный для извлечения жидких углеводородов и влаги охлаждением пластового сырья;
- абсорбция – для извлечения жидких углеводородов и воды поглощающими жидкостями (маслами, гликолями);
- адсорбция – для извлечения жидких углеводородов и воды твердыми поглотителями.
Выбор способа осушки газа зависит от состава сырья. Для осушки «тощих» газов (т. е. газов, не содержащих тяжелые компоненты выше пороговой концентрации) применяются абсорбционные и адсорбционные процессы. При наличии в газе конденсата переработка газа осуществляется с применением низкотемпературных процессов
Низкотемпературный способ разделения газов позволяет в зависимости от глубины охлаждения извлекать от 80 до 100 % тяжелых углеводородов и осушать газ при транспортировании однофазного компонента до необходимой точки росы по влаге и углеводородам.
Точка росы по влаге – это показатель (температура), который определяет условия безгидратного транспорта природного газа, обеспечивающий повышение надежности работы КИП и А, снижение коррозионного износа магистральных газопроводов, компрессорных станций и технологического оборудования.
Точка росы по углеводородам – это показатель (температура), характеризующий условия дальнего транспорта природного газа в однофазном состоянии, определяющий верхний предел извлечения газового конденсата в промысловых условиях.
На практике применяют одну из модификаций низкотемпературного способа – низкотемпературную сепарацию (НТС), при которой получают относительно невысокие перепады температур как за счет использования энергии избыточного пластового давления (путем дросселирования газа), так и за счет искусственного холода.
Высокое начальное пластовое давление природного газа используется для получения холода и выделения из газа влаги и углеводородного конденсата.
Холод при высоких давлениях природного газа получают на специальных установках, называемых установками низкотемпературной сепарации (НТС). Отрицательные температуры в этих установках создаются в результате дросселирования (понижения давления) газа высокого давления в штуцерах.
Установлено, что при дросселировании газа в штуцере на 0,1 МПа, температура газа в среднем понижается на 0,3 о С (коэффициент Джоуля-Томсона). Т.е. если снизить давление природного газа при помощи штуцера на 10 МПа, то температура этого газа понизится на 30 о С, в результате чего из газа выделится значительное количество влаги и углеводородного конденсата.
В то же время эффект дросселирования газа, как правило, не долговечен, так как давление по мере истощения залежи падает. Адиабатическое или политропическое расширение газа в детандерах (поршневых или турбинных) позволяет получить дополнительные источники холода и тем самым продлить срок службы установок НТС. Для этой же цели предназначены дополнительные сооружения газовоздушных, газоводяных и газоконденсатных теплообменников.
Применение искусственного холода (холодильных машин) в установках НТС позволяет обрабатывать газ до конца разработки месторождения, но при этом капитальные вложения в обустройство промысла увеличиваются примерно в 1,5-2,5 раза.
Абсорбционная осушка газов. Абсорбционный процесс осушки газа является наиболее распространенным при подготовке газа к транспорту. Более 70 % добываемого в РФ газа к транспорту подготавливается с применением этого процесса.
Абсорбцией называется процесс поглощения компонентов газа жидкими поглотителями-абсорбентами. Этот процесс основан на различии давлений насыщенных паров влаги в сырьевом газе и над раствором абсорбента, контактирующим с газом. При контактировании газа с осушителями абсорбция (извлечение) влаги протекает до тех пор, пока парциальное давление влаги в газе не достигнет величины ее же парциального давления над раствором осушителя (абсорбента).
Процесс абсорбции осуществляется в вертикальном цилиндрическом сосуде, называемом абсорбером. Природный газ и абсорбент, контактируя на тарелках, расположенных внутри аппарата, перемещаются противотоком: газ поднимается вверх, а абсорбент стекает вниз и по мере своего движения насыщается поглощаемыми им компонентами (или влагой) и через низ абсорбера подается на регенерацию. С верха абсорбера уходит осушенный природный газ. Эффективность процесса осушки природного газа абсорбционным методом зависит от температуры и давления, числа тарелок в аппарате, количества и качества абсорбента.
Основными требованиями к абсорбентам являются высокая поглотительная способность в широком интервале концентраций, давления и температур, низкое давление насыщенных паров, низкая взаиморастворимость с компонентами газа, нейтральность в отношении компонентов газов и ингибиторов, применяемых в процессе добычи газа, низкая коррозионная активность. Кроме того, осушители должны иметь низкую вспениваемость в условиях контакта с газовой смесью и незначительную вязкость в условиях эксплуатации, обеспечивающую хороший контакт с газом в абсорбере, теплообменниках и другом массообменном оборудовании, а также быть неядовитыми и способными к полному биологическому разрушению, быть дешевыми и нетоксичными.
Этим требованиям в той или иной степени отвечают гликоли – этиленгликоль (ЭГ), диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ) и пропиленгликоль (ПГ).
На практике в схемах установок абсорбционной осушки газа в качестве осушителей применяются только высококонцентрированные растворы ДЭГа и ТЭГа. Водные растворы других гликолей, в частности ЭГ и ПГ, нашли применение в качестве ингибитора гидратообразования.
Гликоли являются двухатомными спиртами жирного ряда и с водой смешиваются во всех соотношениях. Их водные растворы не вызывают коррозии оборудования.
Для повторного использования растворов гликолей на установках осушки газа необходимо подвергать их регенерации от поглощенных примесей (влаги, механических примесей, продуктов коррозии). Регенерация насыщенных растворов гликоля производится на специальных блоках УКПГ.
Адсорбционная осушка газа. Метод основан на избирательном свойстве твердых пористых веществ (адсорбентов) поглощать газы.
Адсорбенты-осушители должны обладать следующими свойствами: достаточной поглотительной способностью; обеспечивать низкое остаточное содержание влаги в газе, полнотой и простотой регенерации, механической прочностью и др.
Для осушки газа в промышленных установках чаще всего применяются силикагели и молекулярные сита.
Силикагелевые адсорбенты изготавливаются в виде зерен размерами 0,2 – 7,0 мм. Отечественная промышленность выпускает два сорта силикагеля: мелкопористый и крупнопористый.
Основные преимущества силикагелей: низкая температура, требуемая для регенерации (до 200 0 С) и, как следствие, более низкие энергозатраты, чем при регенерации других промышленных минеральных сорбентов (окись алюминия, цеолиты), а также относительно низкая себестоимость.
Синтетические цеолиты (молекулярные сита) – это адсорбенты, размеры пор которых соизмеримы с размерами молекул. Наиболее широко используются синтетические молекулярные сита, полученные на основе щелочно-земельных алюмосиликатов. Синтетические цеолиты – самый дорогой адсорбент.
Источник
Билеты физика. термодинамика и т.д (16-23) / Билет 23 / 3 / 11. Методы осушки природных газов. Осушка охл-ем. Абс-я осушка
Осушка газа может быть осуществлена различными методами: прямым охлаждением, абсорбцией, адсорбцией или комбинированием этих способов.
Осушка охлаждением
При охлаждении газа при постоянном давлении избыточная влага конденсируется, а точка его росы соответственно снижается. На этом основана осушка газа охлаждением, причем нижний предел охлаждения газа ограничивается условиями образования гидратов.
Самостоятельного значения для осушки газа такой метод не нашел и применяется обычно как элемент в комбинации с другими методами (для предварительного удаления основного количества влаги).
Абсорбционная осушка
Такая осушка основана на селективном поглощении (растворении) паров воды жидкими абсорбентами, в качестве которых применяют ди- и триэтиленгликоли. Частичная осушка газа происходит в ряде процессов очистки его от соединений серы (например, в процессе «Селексол» или при очистке газа от сернистых соединений растворами гликолей). В качестве абсорбента первоначально использовали этиленгликоль и глицерин, в дальнейшем перешли на использование менее летучих — диэтиленгликоля и триэтиленгликоля. В настоящее время для абсорбционной осушки применяются, в основном, диэтиленгликоль (ДЭГ) и триэтиленгликоль (ТЭГ). Реже, при осушке впрыском в теплообменники в качестве ингибитора гидратообразования используется этиленгликоль (ЭГ). Ряд производных ди- и триэтиленгликоля или побочные продукты, получаемые при их производстве (этилкарбинол, тетраэтиленгликоль, пропиленгликоль и др.), хотя и обладают высокой гигроскопичностью, широкого применения в качестве осушающих агентов не нашли .
Установки осушки газа с использованием жидких поглотителей (гликолей) бывают двух типов: с барботажными аппаратами и с впрыском гликоля в поток газа. В абсорбционных установках осушки первого типа влажный газ, очищенный в пылеуловителе от мехпримесей, поступает вниз абсорбера 3 (рис. 15). Сверху в колонну подается осушенный поглотитель. После выхода с глухой тарелки низа колонны насыщенный абсорбент проходит последовательно теплообменник 5, выветриватель 7, теплообменник 6 и поступает в отпарную колонну (десорбер) 10. Десорбер обычно имеет 10-16 тарелок колпачкового или клапанного типа и одну глухую тарелку внизу колонны. Стекающий на глухую тарелку абсорбент самотеком поступает в низ выносного кипятильника 11. Вышедший через верх кипятильника абсорбент сливается вниз колонны 10 и через систему
теплообменников 5 и 6 и холодильников 4 поступает в промежуточную емкость 8, откуда насосом направляется на орошение абсорбера 3.
Пары воды и газы сверху колонны проходят холодильник-конденсатор 13. Часть сконденсировавшейся влаги используется для орошения колонны, а избыток сбрасывается в канализацию. Несконденсировавшиеся пары и газы стравливаются в атмосферу. Абсорбер работает при давлении, до которого сжат газ, а десорбер — обычно при атмосферном давлении или чуть выше. Для уменьшения уноса гликоля с осушенным газом часто в верхнюю часть абсорбера добавляют секцию отмывки газа пентаном, устанавливают отбойники, для коагуляции пены добавляют в гликоль ингибиторы пенообразования.
Рис. 15. Технологическая схема промышленной установки осушки газа:
1 — пылеуловитель; 2 — замерный пункт; 3 — абсорбер; 4 — холодильник; 5, 6 — соответственно первая и вторая секции теплообменников; 7 — выветриватель; 8 — промежуточная емкость ДЭГ; 9, 12 и 15 — насосы; 10 — десорбер; 11 — кипятильник; 13 — конденсатор; 14 — емкость конденсата; 16 — вакуум-насос РМК-3. Потоки: I — сырой газ с промысла; II — осушенный газ; III — газы выветривания; IV — регенерированный ДЭГ; V — водяной пар; VI — охлаждающая вода; VII — выброс паров в атмосферу; VIII — выброс конденсата в канализацию.
Источник