Установка адсорбционной осушки природного газа

Осушка природных газов

При подаче природного газа без предварительной очистки в газотранспортной системе могут образовываться жидкости. Углеводороды в присутствии воды способны образовывать гидраты, которые могут забивать клапаны и трубопроводы, а иногда приводят к аварийным остановкам. Для стабильной транспортировки газа и бесперебойной работы трубопроводов необходимо устранить причины, приводящие к сбою работы трубопроводов.

Выбор технологии обработки газов определяется в первую очередь составом сырья, требуемой глубиной осушки, степенью извлечения целевых компонентов и обуславливает проведение в каждом конкретном случае всестороннего анализа и технологических проработок для определения подходящего способа очистки и осушки природного газа.

Существует много различных технологий подготовки газа к транспорту.

Анализ и обобщение накопленного опыта промысловой и заводской осушки и очистки природных газов позволяют выделить предпочтительные области применения различных технологических процессов. Этот тема рассматривается в статье С.Ю.Кондаурова и др. ( Ж. «Газовая промышленность» №10,2010г).

1.Низкотемпературная сепарация природного газа.

В статье подробно разбираются преимущества и недостатки каждого процесса и делается вывод, что наиболее оптимальным с экономической точки зрения способом подготовки природного газа высокого давления, когда требуется низкая температура точки росы, являются одновременные адсорбционная осушка и отбензинивание. Адсорбционная технология осушки является безотходным экологически чистым процессом, исключающим загрязнение окружающей среды. По мнению авторов, перспектива использования адсорбционных технологий заметно возрастет, поэтому рассмотрим этот процесс более подробно.

Адсорбцией называется любой процесс, в котором молекулы удерживаются на поверхности твердого тела, называемого адсорбентом, с помощью поверхностных сил. Извлекаемое из какой – либо смеси вещество до его поглощения называют адсорбтивом, а поглощенное адсорбатом. Различают два вида адсорбции: физическая адсорбция и хемосорбция, в которой адсорбенты реагируют химически. Хемосорбция практически не применяется в процессах переработки природного газа.

Физическая адсорбция-процесс, проходящий на поверхности твердого тела с помощью поверхностных сил и капиллярной конденсации.

Адсорбенты, применяемые для осушки и очистки природного газа должны обладать следующими свойствами:

1. Достаточной поглотительной способностью, зависящей от величины поверхности и объема пор;

2. Глубиной поглощения влаги, зависящей от размера пор;

3. Полнотой и простотой регенерации;

4. Механической прочностью — не разрушаться под действием массы слоя;

5. Прочностью от истираемости- не измельчаться от движения газа в слое адсорбента;

6. Стабильностью упомянутых показателей при многоцикловой работе.

Адсорбционную способность ( активность адсорбента) выражают количеством поглощенного адсорбата единицей массы или объема адсорбента (см 3 /г, или в процентном выражении). Различают активность адсорбентов равновесную и динамическую.

Равновесная статическая активность – это количество поглощенного адсорбтива при установлении в системе равновесного его содержания. Для каждого адсорбента равновесная статическая активность зависит от пористой структуры адсорбента, температуры и парциального давления паров адсорбтива.

Для промышленных целей более важной характеристикой адсорбентов является динамическая активность, которая выражается количеством поглощенной влаги при прохождении влажного газа через слой адсорбента до момента появления паров воды за слоем адсорбента в количестве, превышающем заданную величину.

В динамических условиях в начале процесса адсорбтив извлекается из потока во входной части слоя адсорбента до заданного уровня равновесия. Высота слоя адсорбента, соответствующая такому извлечению, называется адсорбционной зоной. Эта зона перемещается по высоте слоя с определенной скоростью, зависящей от рабочих условий. Когда адсорбционная зона достигнет конца слоя, происходит, так называемый, «проскок» влаги, после чего влажность осушаемого газа на выходе быстро повышается. На рис.1 показано изменение концентрации адсорбата в слоях адсорбента при движении газового потока.(2)

1.jpg

Рис.1 Движение фронта насыщения по слою адсорбента во времени: ОА-слой достигший предела сорбции; АВ- слой участвующий в процессе адсорбции; ВС –слой в котором адсорбент не вступил еще в работу.

Динамическая активность адсорбента определяется:

2. Временем контакта (следовательно, скоростью движения потока адсорбтива);

3. Температурой среды;

4. Влажностью осушаемого газа;

5. Размером и формой зерен адсорбента;

6. Равномерностью распределения потока по сечению слоя;

7. Степенью предыдущей регенерации.

Кривые( рис.2) иллюстрируют зависимость динамической активности адсорбента от перечисленных факторов.

image002.png image003.png

Динамическая активность снижается при уменьшении высоты слоя и влажности осушаемого газа, а малый размер гранул адсорбента улучшает кинетику процесса, но одновременно увеличивает сопротивление слоя.

Наиболее важный показатель, определяющий поглотительную способность слоя осушителя — относительная влажность газа. Чем больше относительная влажность, тем выше активность адсорбента.

При большем времени контакта «газ-адсорбент», а, следовательно, меньшей скорости газа, увеличиваются глубина осушки и продолжительность работы слоя до момента проскока.

При требовании очень низкой точки росы осушаемого газа необходима более полная регенерация адсорбента, что достигается применением при десорбции сухого газа.

Если размер большей части пор адсорбента незначительно превышает размер молекул адсорбтива, последний извлекается более полно.

При выборе адсорбента (типа и марки) для конкретного процесса необходимо учитывать все перечисленные показатели.

Для осушки природных газов в промышленных установках применяют следующие адсорбенты: силикагели, оксид алюминия и цеолиты (молекулярные сита). Эти адсорбенты в зависимости от наличия в них пор преобладающего размера подразделяются на микропористые, макропористые и переходнопористые. Самые маленькие микропоры и имеют размеры эффективных радиусов до 1,5 нм; самые большие макропоры имеют эффективные радиусы от 100 до 200 нм и переходные поры, по которым адсорбтив поступает к микропорам, имеют эффективные радиусы от 1,5 до 100 нм. Таким образом, силикагели причисляют к переходнопористым, а цеолиты к микропористым сорбентам.

Целесообразность использования того или иного типа адсорбента находится в зависимости от условий проведения процесса, в первую очередь от влажности поступающего на адсорбционную установку газа и температурного режима осушки. Для выяснения этой зависимости в МХТИ им. Д.И.Менделеева были проведены испытания на стендовой установке. Испытания проводились на шариковом силикагеле КСМГ с диаметром сфер 2 мм и синтетическом цеолите NaA, гранулы которого имели высоту и диаметр также 2 мм. Скорость потока газа составляла 0,25 м/с. Осушали газ различного влагосодержания при трех различных температурах.

Равновесная адсорбционная способность силикагеля, как и следовало ожидать, только в одном случае превосходит соответствующий показатель для цеолита: при осушки газа с высоким влагосодержанием (10 0 С по точке росы) при относительно низких температурах (25 0 С).

Результаты расчета динамики процесса осушки газа силикагелем показали, что даже при бесконечно большом слое силикагеля степень использования его адсорбционной емкости при осушке газа с высокой относительной влажностью не может пвышать 75%. Вследствие этого во всех режимах показатели осушки газа слоем цеолита предпочтительней, чем при использовании слоя силикагеля равной высоты.

Сравнительная оценка эффективности применения оксида алюминия и цеолитов была проведена на польском природном газе. Для испытаний в схему были включены два адсорбера, емкостью по 10л каждый. В один адсорбер было загружено 8 кг оксида алюминия, а в другой -7кг цеолита NaA. Процесс осушки вели одновременно в параллельно включенных адсорберах при одинаковых скоростях, давлениях и температурах. Осушке были подвергнут отбензиненный на углеадсорбционной установке природный газ. Цеолит во всех случаях обеспечивал большую глубину осушки при более высокой влагоемкости. Объем осушенного до точки росы минус 5 0 С газа составлял 30 тыс.м 3 /т для оксида алюминия и 100 тыс м 3 /т для цеолита.

Проводились также исследования по осушке природного газа с помощью комбинированной шихты: мелкопористый силикагель-цеолит NaA. Эксперименты проводились при разном влагосодержании природного газа и различных температурах, а также при различных соотношениях : силикагель- цеолит .Эксперименты показали, что применение двухслойной шихты на адсорбционных установках с точки зрения времени защитного действия слоя, динамической активности и ряда других показателей целесообразно только в случае высокого содержания влаги в газе (10 0 С и выше по точке росы), если процесс проводится при относительно низких температурах ( приблизительно 25 0 С). Во все других условиях время защитного действия слоя понижается с уменьшением доли цеолита в шихте. Эти исследования подробно освещены в книге Н.В.Кельцева « Основы адсорбционной техники».

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что качественная осушка природных газов напрямую зависит от тщательного анализа требований по условиям осушки и правильном выборе необходимого для каждого конкретного случая адсорбента.

1. Кельцев Н.В. « Основы адсорбционной техники» 2 изд., М., 1984г.

2. Жданова Н.В., Халиф А.Л « Осушка углеводородных газов», М., «Химия», 1984г.

3. Кемпбел Д.М. « Очистка и переработка природных газов», М., «Недра», 1977г.

4. Страус В. « Промышленная очистка газов», М., «Химия», 1981г.

5. ГОСТ Р53521-2009 – Переработка природного газа., М., Стандартинорм, 2010г.

6. Кондауров С.Ю. и др. « Перспективы использования адсорбционных технологий для подготовки газа к транспорту», Ж. « Газовая промышленность», 2010г., №10,с.52.

Источник



Установки осушки газа и их эксплуатация

Кроме этого, в состав установки входят холодильник, трубопроводы ДЭГ, теплообменники, выветриватель, промежуточная ёмкость ДЭГ, насосы, десорбер, испаритель. Абсорбер – массообменная барботажная колонна, оборудованная тарелками с круглыми или желобчатыми колпачками, обеспечивающими постоянный уровень жидкости на тарелках. На рис. 2.2 – 2.5 представлены конструкции абсорбера, десорбера, испарителя и теплообменника «труба в трубе».

Читайте также:  Допустимый зазор при установке дверей

Абсорбционная осушка газа с помощью диэтиленгликоля (ДЭГ) заключается в следующем:

Газ, требующий осушки, поступает в абсорбер. В нижней скрубберционной секции он очищается от взвешенных капель жидкости и поднимается вверх, проходя через систему тарелок. Навстречу газу по тарелкам стекает концентрированный раствор ДЭГ, закачиваемый в абсорбер насосом из ёмкости хранения ДЭГ. Раствор ДЭГ поглощает пары воды. Далее газ проходит через верхнюю скрубберную секцию, где освобождается от захваченных капель раствора и выходит из аппарата. Использованный раствор ДЭГ, содержащий 2-2,5% воды, отбирается с нижней глухой тарелки абсорбера, подогревается в теплообменнике встречным потоком регенерированного раствора и направляется в выветриватель, где освобождается от неконденсирующихся газов. Выветриватели обеспечивают нормальный переток жидкости из контактора (абсорбера) через теплообменники в десорбер. Выветриватель способствует ликвидации газовых пробок. Обычно выветриватели устанавливают между первым и вторым теплообменником. Далее раствор снова подогревается в теплообменнике и поступает в десорбер (выпарную колонну), в которой из раствора ДЭГ, стекающего вниз выпаривается влага встречным потоком острого водяного пара и паров ДЭГ. Десорбер – массообменная колонна насадочного или тарельчатого типа. При диаметре колонны до 600мм десорбер засыпают насадкой свыше 600мм и оборудуют 14-18 колпачковыми тарелками. Жидкость вводят в среднюю часть колонны. В нижнюю часть колонны тепло подводят выносным испарителем (рибойлером), где носитель нагревается нагретым керосином или водяным паром до температуры 150-160ºС. Испарение воды происходит в нижней части колонны. Водяной пар из десорбера поступает в конденсатор-холодильник, где он конденсируется и собирается в ёмкость. Часть полученной воды насосом закачивается в верхнюю часть колонны (десорбера), чтобы несколько снизить там температуру и уменьшить испарение, а соответственно, и унос ДЭГ. Десорберы рассчитывают графически или аналитически по методу Кремсера. Регенерированный горячий раствор ДЭГ прокачивается через теплообменники и холодильник и сливается в ёмкость для хранения ДЭГ. Теплообменники на установках осушки газа предназначены для нагревания насыщенного раствора концентрированным раствором и для охлаждения концентрированного раствора водой. На установках сравнительно небольшой производительности (до 1,5млн.м3/сут.) применяются теплообменники «труба в трубе». На установках большой производительности, как правило, применяются кожухотрубчатые теплообменники.

Диэтиленгликоль (ДЭГ) и триэтиленгликоль (ТЭГ) обладают малой вязкостью, неагрессивны в коррозионном отношении, очень слабо растворяют природные газы и имеют низкую упругость паров, что облегчает их регенерацию.

Недостатком этого метода осушки являются унос абсорбента и относительная сложность его регенерации.

Рис. 2.2. Абсорбер

Рис. 2.3. Десорбер

Рис. 2.4. Испаритель

Рис. 2.5. Теплообменник «труба в трубе»

Метод низкотемпературной сепарации широко применяется для: осушки газа; выделения конденсата из газа газоконденсатных месторождений на установках НТС; получения индивидуальных компонентов газа; выделения из природного газа редких газов; сжижения газов и т.д. Низкотемпературный способ разделения газов позволяет в зависимости от глубины охлаждения извлекать от 80 до 100% тяжёлых углеводородов и осушать газ при транспортировке однофазного компонента до необходимой точки росы по влаге и углеводородам. На практике применяют низкотемпературную сепарацию (НТС), при которой получают относительно невысокие перепады температур как за счёт использования пластового давления (путём дросселирования газа), так и искусственного холода (холодильных машин).

Рис. 2.6. Технологическая схема НТС на газосборном пункте

Принципиальная технологическая схема НТС изображена на рис. 2.6. Сырой газ из скважины поступает на установку комплексной подготовки, где после предварительного дросселирования (или без него) направляется в сепаратор первой ступени 3 для отделения от капельной жидкости. Затем газ направляется в теплообменник 5 для охлаждения газом, поступающим в межтрубное пространство из низкотемпературного сепаратора 7. Из теплообменника газ поступает через эжектор 6 или штуцер в низкотемпературный сепаратор 7, в котором за счёт понижения температуры в теплообменнике и на штуцере (эжекторе) выделяется жидкость. Осушенный газ поступает в теплообменник 5, охлаждает продукцию скважины и направляется в промысловый газосборный коллектор. Нестабильный конденсат и водный раствор ингибитора (например, диэтиленгликоля ДЭГ), предотвращающий гидратообразование, из сепаратора первой ступени 3 поступают в конденсатосборник 4 и далее в ёмкость 10. Здесь происходит разделение конденсата и водного раствора ДЭГа. Затем конденсат через теплообменник 9 подаётся в поток газа перед низкотемпературным сепаратором, а водный раствор ДЭГа направляется через ёмкость 11 и фильтр 12 для очистки от механических примесей в регенерационную установку 13, после чего регенерированный гликогель из установки с помощью насоса 19 подаётся в шлейфы для предотвращения образования гидратов в них. Поток нестабильного углеводородного конденсата и водного раствора ДЭГа направляется в разделительную ёмкость 15 через межтрубное пространство теплообменника, где охлаждает нестабильный конденсат, поступающий из ёмкости 10 для впрыскивания в газовый поток. Водный раствор гликоля через фильтр поступает в установку регенерации 14, после чего насосом 19 подаётся в газовый поток перед теплообменником 5. Конденсат из разделительной ёмкости 15 направляется через межтрубное пространство теплообменника 18 в деэтанизатор.Установка деэтанизации состоит из тарельчатой колонны, печи 17 и теплообменника 18. Заданная температура в нижней части деэтанизатора поддерживается с помощью теплообменника 18, в котором стабильный конденсат (нижний продукт деэтанизатора), подогретый в печи 17 до температуры 433°К, отдаёт тепло насыщенному конденсату, поступающему из ёмкости 15. Охлаждённый стабильный конденсат подаётся в конденсатопровод. По схеме предусматривается также ввод части холодного нестабильного конденсата на верхнюю тарелку стабилизатора. В этом случае деэтанизатор работает в режиме абсорбционно-отпарной колонны.

Если предусматривается транспортировка конденсата в железнодорожных цистернах, то стабилизация его производится в ректификационной колонне, работающей в режиме либо частичной, либо полной дебутанизации. Газ выветривания (дегазации) из ёмкости 15 и газ деэтанизатора 16 через штуцер поступает в общий поток. Если давление недостаточно, то предусматривается компрессор 8. Газ дегазации из ёмкости 10 также возвращается в общий поток. Периодический контроль за дебитами газа и жидкости осуществляется с помощью сепаратора 1, на выкидной линии которого установлены замерная диаграмма и конденсатосборник-разделитель 2 со счётчиками. Если на устье скважины температура газа достаточно велика и на его пути до газосборного пункта гидраты не образуются, то схема подготовки газа упрощается. В случае, если требуются дополнительные источники холода, на установке НТС для обеспечения требуемой точки росы, в схеме вместо штуцера устанавливают турбодетандер, использование которого даёт эффект по снижению температуры, большей в 3-4 раза, чем при обычном дросселировании. В этом случае технологическая схема предусматривает сепаратор второй ступени для отделения жидкости от газа, поступающего в турбодетандер.

Возможны модификации данной технологической схемы. В частности, дополнительно к теплообменнику 5 устанавливают воздушный или водяной холодильник, что позволяет последовательно увеличивать поверхность теплообменника по мере снижения пластового давления и поддерживать постоянную температуру сепарации в установках НТС.

Эффективность работы НТС любого типа существенно зависит от технологического режима эксплуатации скважины. Оптимальным давлением сепарации на газоконденсатном месторождении принимается давление максимальной конденсации, которое для каждого состава газа определяется экспериментально. Для обеспечения однофазного движения газа по магистральным трубопроводам температура сепарации выбирается с учётом теплового режима работы магистрального газопровода.

На установках НТС возможна осушка газа с применением ингибиторов гидратообразования. В этом случае, газ с промыслов подаётся в поршневой компрессор и сжимается до давления 4,5МПа. В межступенчатых холодильниках газ охлаждается до температуры 308÷313°К с выделением воды. Для предупреждения гидратообразования в теплообменники и охладитель форсунками впрыскивается 75÷80%-ный раствор ДЭГ.

На установках НТС в качестве источника холода применяют турбодетандеры. Мощность, развиваемую на выходе турбодетандера, используют в компрессоре турбодетандерного агрегата (ТДА) для дожатия очищенного и подогретого в теплообменнике газа. Газ при выходе из установки комплексной подготовки газа (УКПГ) должен быть охлаждённым, что целесообразно делать совмещением процессов подготовки и охлаждения газа в одной установке.

Адсорбционный способ осушки газа заключается в применении веществ (адсорбентов), способных поглощать вещества из объёмной фазы (адсорбаты). Скоростью адсорбции называют число молекул, адсорбирующихся или десорбирующихся за единицу времени. Время, в течение которого молекула адсорбента находится на поверхности адсорбента, называют временем адсорбции. Способность адсорбента поглощать вещество тем больше, чем больше его поверхность. Установки адсорбционной осушки имеют обычно два-четыре адсорбера. Влажный газ поступает в сепаратор для удаления механических примесей, капельной влаги, жидких углеводородов и направляется в адсорбер. Осушенный газ из адсорбера поступает в магистраль. Часть сырого отсепарированного газа подаётся впечь для подогрева, а затем в адсорбер с увлажнённым осушителем для регенерации последнего.

Горячий газ после регенерации осушителя охлаждается в холодильнике и направляется в сепаратор для отделения влаги, удалённой из осушителя.

Для осушки газа в промышленных условиях применяют силикагель, алюмогель, флорит, природные цеолиты (шабазит, морденит и др.). Цеолиты обладают большими преимуществами перед другими осушителями: глубокой степенью осушки, высокой влагоёмкостью при низкой относительной влажности и повышенной температуре газа, прочностью при наличии капельной влаги, избирательной адсорбционной способностью.

Читайте также:  Доборные элементы кровли установка

Источник

Осушка газа

Компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH на рынке инжиниринговых услуг с 1997 года, официальный дистрибьютор различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию различные установки осушки газа.

Общие сведения об осушке природного газа

В недрах земных пластов углеводородные газы (природный, попутный) насыщены водяными парами до равновесного состояния. Количество паров воды зависит от условий в пласте, а также от состава газа. Присутствие паров воды в газе негативно сказывается на аппаратах и коммуникациях установок переработки и транспорта газа вследствие образования в них гидратов, во избежание этого явления, обязательным условием подготовки газа к транспортировке по магистральным газопроводам служит процесс осушки газа.

Важным требованием к топливу на сжатом природном газе является низкая точка росы по воде. Если точка росы по воде при условиях подачи превышает минимальную температуру окружающей среды, то необходимо установить оборудование для осушки газа. Выбор оборудования определяется исходя из требований заказчика и рабочих условий. Для достижения очень низкой точки росы по воде для широкого диапазона рабочего давления, рекомендуется использование установки по осушки природного газа c регенерацией тепла.

Предлагаемые установки состоят из сборных элементов и оборудованы всем необходимыми системами для контроля и управления.

Особенности установок для осушки газа:

  • Регенерация в закрытом контуре без потребления газа
  • Автоматические логические схемы управления и контроль системы
  • Отдельно стоящая рама-основание
  • Простая эксплуатация и техническое обслуживание
  • Высокая надежность и гибкость
  • Специальное исполнение для очень низких температур окружающей среды
  • Готова к эксплуатации

Типовые установки

Технические параметры:

Точка росы природного газа: -60…-80°C
Поток природного газа: до 10 000Нм3/ч
Мин./макс. рабочее давление: 2-200 бар изб.
Потребляемая мощность: 1-40кВт (в зависимости от рабочих условий)

Специальное исполнение по запросу:

  • Индикация точки росы: специальный анализатор для установки во взрывоопасной зоне
  • Микропроцессорное управление с дистанционным управлением
  • КИП: передатчики с LCD индикаторами
  • Пневматические соединения и трубы: из нержавеющей стали
  • Входной сепаратор (по требованию)
  • Сливной бак для природного газа: для гашения пульсации

Специальное исполнение для низкой температуры окружающей среды (минус 60°C)

Применяемые технологии в установках по осушке природного газа:

  • осушка газа на основе процесса абсорбции
  • осушка газа на основе процесса охлаждения
  • осушка газа на основе процесса адсорбции
  • осушки газа на основе комбинирования различных процессов

Осушка газа методом абсорбции

В основе способа лежит применение специальных реагентов поглощающих влагу из газа при непосредственном контакте внутри установки.

В качестве влагопоглощающих агентов используются растворы диэтиленгликоля (ДЭГ), триэтиленгликоля (ТЭГ).

В ходе процесса осушаемый газ на тарелках абсорбера контактирует в противотоке с подаваемым сверху гликолем. Давление в абсорбере не превышает 120 атм., а температура гликоля порядка 40°C.

Осушенный газ отводится сверху абсорбера и направляется в магистральный газопровод, а гликоль, насыщенный влагой, отводится снизу абсорбера и направляется в выветриватель – для отдува поглощенных углеводородов. После выветривателя насыщеный влагой гликоль нагревается в подогревателе и поступает на регенерацию в десорбер, в котором из-за меньшего давления и подвода тепла происходит испарение и отвод поглощенной гликолем в абсорбере влаги из газа.

Из десорбера регенерированный гликоль с концентрацией 95-97% поступает вновь на абсорбцию и цикл повторяется.

Глубина осушки газа

Глубина осушки газа очень сильно зависит от концентрации гликоля, с которым газ контактирует в абсорбере. Максимально возможная концентрация гликоля, которой можно достичь, равна 97%.

Абсорбция гликолем с концентрацией гликоля 96-97% позволяет достичь депрессии точки росы осушаемого газа равную 30°C.

Увеличение концентрации гликоля до 99% позволяет, значению депрессии точки росы вырасти до 40°C.

В тех случаях, когда стандартных настроек процесса осушки недостаточно для получения необходимого качества осушки газа, возможно аппаратурное оформление установки для осуществления процесса осушки в двух ступенчатом исполнении.

На первом этапе осушка происходит по стандартному циклу, газ осушается в абсорбере, контактируя с гликолем концентрацией 96 %, после чего поступает в абсорбер вторичной осушки, где уже осушеный на первом этапе газ повторно осушается гликолем концентрации 99,5 %. В десорбере этапа первичной осушки, процесс регенерации гликоля происходит под давлением 1-2 атм, а в десорбере вторичной осушки под вакуумом.

Применение процесса двух стадийной осушки газа, позволяет получить на выходе с установки депрессию точки росы около 90°C.

Примеры установок для осушки газа методом абсорбции

Установка осушки газа

Общие сведения

Осушка газа является необходимым технологическим процессом, применяемым как в циклах переработки, так и перед подачей природных и нефтяных газов в магистральный газопровод. Это связано с тем, что в сырье присутствует избыточная влага, способная стать причиной серьезных повреждений трубопровода. Снижение температуры при обработке и транспортировке газа приводит к выделению конденсата, из которого затем образуются гидраты.

Наличие гидратов в газопроводе может уменьшить сечение труб и, соответственно, их пропускную способность, а также привести к коррозии оборудования

Компания ENCE GmbH предлагает установку осушки газа, основанную на процессе поглощения содержащихся в газе водяных паров жидким осушителем (гликолем).

Исходные данные

Рабочая среда:

Попутный нефтяной газ и газ, выделившийся из нефти в процессе ее первичной обработки на месторождении. Ожидаемая (в течение первых 2-3 лет эксплуатации) обводненность газоводонефтяной смеси, поступающей на обработку на месторождении: 0,2 – 0,5%.

Объем газа на подготовку: 205 000 000,00 м³/год (пик) (при Т=+20°C, Р=1 бар (абс.))
23 402 м³/час ± 10%;
Запас по производительности: 10%
Давление газа на входе: Рвх = 15,7 … 16,7 бар (изб.);
Температура газа на входе: Твх = +10°C … +15°C;

Компонентный состав выделившегося газа, разгазированной и пластовой нефти

Компоненты Выделившийся газ, % мол. Разгазированная нефть, % мол. Пластовая нефть, % мол.
Сероводород 3,9 0,03 3,05
Углекислый газ 2,22 0,00 1,70
Азот 1,20 0,00 0,95
Метан 71,09 0,00 54,84
Этан 8,16 0,00 6,13
Пропан 6,06 0,15 4,53
Изобутан 1,47 0,13 1,11
Нормальный Бутан 2,95 0,54 2,29
Изопентан 1,09 0,57 0,96
Нормальный Пентан 1,07 1,09 1,06
Гексаны 0,54 4,26 1,42
Гептаны 0,20 9,83 2,44
Октаны 9,94 2,23
Нонаны 9,77 2,21
Деканы 8,92 2,07
Ундеканы 6,29 1,47
Додеканы 5,68 1,32
Тридеканы 4,90 1,12
Тетрадеканы 4,67 1,10
Пентадеканы 3,93 0,92
Гексадеканы 3,43 0,79
Гептадеканы 2,99 0,72
Октадеканы 2,55 0,59
Нонадеканы 2,58 0,58
Эйкозаны 2,20 0,51
Остаток (С21+) 15,57 3,90
Всего: 100 100 100

Описание технологического процесса

Насыщенный влагой газ подаётся в нижнюю часть колонны-контактора.

Далее газ поднимается в контактную секцию колонны-контактора, где раствор гликоля абсорбирует воду из потока газа. Контактная секция образована структурированной насадкой.

Осушенный поток газа, выходящий с верха колонны-контактора, поступает в теплообменник «газ – регенерированный гликоль» для охлаждения регенерированного гликоля и, далее, выводится с установки.

Насыщенный влагой гликоль отводится из нижней части колонны-контактора и поступает в конденсатор флегмы колонны-регенератора для обеспечения орошения колонны. Из конденсатора флегмы насыщенный гликоль поступает в теплообменник для подогрева и затем направляется в сепаратор. В сепараторе насыщенного гликоля производится удаление углеводородных примесей, содержащихся в гликоле. Дальнейшая утилизация газа, выделившегося в сепараторе, входит в зону ответственности Заказчика.

После сепаратора насыщенный гликоль проходит механическую очистку в последовательно расположенных фильтре твердых частиц и угольном фильтре (на угольный фильтр направляется 15% потока гликоля) и, далее, поступает в теплообменник «насыщенный гликоль – регенерированный гликоль», где происходит его нагрев за счет теплообмена с потоком регенерированного гликоля, поступающего из ребойлера колонны-регенератора.

Из теплообменника «насыщенный гликоль – регенерированный гликоль», раствор насыщенного гликоля подается в колонну-регенератор. Подвод тепла, необходимого для процесса регенерации, производится из ребойлера. В состав предлагаемой установки включен газовый ребойлер. Однако по согласованию с Заказчиком (например, при отсутствии источника топливного газа) в состав установки может быть включен ребойлер, работающий на другом источнике тепла (масляный теплоноситель, электрический нагрев).

Регенерированный гликоль отводится из ребойлера и поступает в теплообменник «насыщенный гликоль – регенерированный гликоль» для нагрева потока насыщенного гликоля, после чего циркуляционными насосами подается в теплообменник «газ – регенерированный гликоль» и оттуда поступает в колонну-контактор.

Основные технические характеристики

Размещение и условия эксплуатации

Предлагаемая установка осушки газа состоит из двух основных секций (секция осушки и секция регенерации), расположенных на рамах основания (SKID). Установка предназначена для эксплуатации при температуре окружающей среды от -600С до +400С.

Оборудование КИПиА

Оборудование КИПиА, входящее в объем поставки, имеет обогреваемые кожухи и будет подключено к клеммным коробкам, расположенным на границе рамы основания (SKID).

Ориентировочный расход гликоля

Ориентировочный расход гликоля по предварительному расчету составит 2100 кг/час (уточняется при детальном проектировании).

Читайте также:  Sololift с насосной установкой

Комплектация

В комплект поставки предлагаемой установки осушки газа входит следующее основное технологическое оборудование и оборудование КИПиА:

Источник

Осушка природных газов

При подаче природного газа без предварительной очистки в газотранспортной системе могут образовываться жидкости. Углеводороды в присутствии воды способны образовывать гидраты, которые могут забивать клапаны и трубопроводы, а иногда приводят к аварийным остановкам. Для стабильной транспортировки газа и бесперебойной работы трубопроводов необходимо устранить причины, приводящие к сбою работы трубопроводов.

Выбор технологии обработки газов определяется в первую очередь составом сырья, требуемой глубиной осушки, степенью извлечения целевых компонентов и обуславливает проведение в каждом конкретном случае всестороннего анализа и технологических проработок для определения подходящего способа очистки и осушки природного газа.

Существует много различных технологий подготовки газа к транспорту.

Анализ и обобщение накопленного опыта промысловой и заводской осушки и очистки природных газов позволяют выделить предпочтительные области применения различных технологических процессов. Этот тема рассматривается в статье С.Ю.Кондаурова и др. ( Ж. «Газовая промышленность» №10,2010г).

1.Низкотемпературная сепарация природного газа.

В статье подробно разбираются преимущества и недостатки каждого процесса и делается вывод, что наиболее оптимальным с экономической точки зрения способом подготовки природного газа высокого давления, когда требуется низкая температура точки росы, являются одновременные адсорбционная осушка и отбензинивание. Адсорбционная технология осушки является безотходным экологически чистым процессом, исключающим загрязнение окружающей среды. По мнению авторов, перспектива использования адсорбционных технологий заметно возрастет, поэтому рассмотрим этот процесс более подробно.

Адсорбцией называется любой процесс, в котором молекулы удерживаются на поверхности твердого тела, называемого адсорбентом, с помощью поверхностных сил. Извлекаемое из какой – либо смеси вещество до его поглощения называют адсорбтивом, а поглощенное адсорбатом. Различают два вида адсорбции: физическая адсорбция и хемосорбция, в которой адсорбенты реагируют химически. Хемосорбция практически не применяется в процессах переработки природного газа.

Физическая адсорбция-процесс, проходящий на поверхности твердого тела с помощью поверхностных сил и капиллярной конденсации.

Адсорбенты, применяемые для осушки и очистки природного газа должны обладать следующими свойствами:

1. Достаточной поглотительной способностью, зависящей от величины поверхности и объема пор;

2. Глубиной поглощения влаги, зависящей от размера пор;

3. Полнотой и простотой регенерации;

4. Механической прочностью — не разрушаться под действием массы слоя;

5. Прочностью от истираемости- не измельчаться от движения газа в слое адсорбента;

6. Стабильностью упомянутых показателей при многоцикловой работе.

Адсорбционную способность ( активность адсорбента) выражают количеством поглощенного адсорбата единицей массы или объема адсорбента (см 3 /г, или в процентном выражении). Различают активность адсорбентов равновесную и динамическую.

Равновесная статическая активность – это количество поглощенного адсорбтива при установлении в системе равновесного его содержания. Для каждого адсорбента равновесная статическая активность зависит от пористой структуры адсорбента, температуры и парциального давления паров адсорбтива.

Для промышленных целей более важной характеристикой адсорбентов является динамическая активность, которая выражается количеством поглощенной влаги при прохождении влажного газа через слой адсорбента до момента появления паров воды за слоем адсорбента в количестве, превышающем заданную величину.

В динамических условиях в начале процесса адсорбтив извлекается из потока во входной части слоя адсорбента до заданного уровня равновесия. Высота слоя адсорбента, соответствующая такому извлечению, называется адсорбционной зоной. Эта зона перемещается по высоте слоя с определенной скоростью, зависящей от рабочих условий. Когда адсорбционная зона достигнет конца слоя, происходит, так называемый, «проскок» влаги, после чего влажность осушаемого газа на выходе быстро повышается. На рис.1 показано изменение концентрации адсорбата в слоях адсорбента при движении газового потока.(2)

1.jpg

Рис.1 Движение фронта насыщения по слою адсорбента во времени: ОА-слой достигший предела сорбции; АВ- слой участвующий в процессе адсорбции; ВС –слой в котором адсорбент не вступил еще в работу.

Динамическая активность адсорбента определяется:

2. Временем контакта (следовательно, скоростью движения потока адсорбтива);

3. Температурой среды;

4. Влажностью осушаемого газа;

5. Размером и формой зерен адсорбента;

6. Равномерностью распределения потока по сечению слоя;

7. Степенью предыдущей регенерации.

Кривые( рис.2) иллюстрируют зависимость динамической активности адсорбента от перечисленных факторов.

image002.png image003.png

Динамическая активность снижается при уменьшении высоты слоя и влажности осушаемого газа, а малый размер гранул адсорбента улучшает кинетику процесса, но одновременно увеличивает сопротивление слоя.

Наиболее важный показатель, определяющий поглотительную способность слоя осушителя — относительная влажность газа. Чем больше относительная влажность, тем выше активность адсорбента.

При большем времени контакта «газ-адсорбент», а, следовательно, меньшей скорости газа, увеличиваются глубина осушки и продолжительность работы слоя до момента проскока.

При требовании очень низкой точки росы осушаемого газа необходима более полная регенерация адсорбента, что достигается применением при десорбции сухого газа.

Если размер большей части пор адсорбента незначительно превышает размер молекул адсорбтива, последний извлекается более полно.

При выборе адсорбента (типа и марки) для конкретного процесса необходимо учитывать все перечисленные показатели.

Для осушки природных газов в промышленных установках применяют следующие адсорбенты: силикагели, оксид алюминия и цеолиты (молекулярные сита). Эти адсорбенты в зависимости от наличия в них пор преобладающего размера подразделяются на микропористые, макропористые и переходнопористые. Самые маленькие микропоры и имеют размеры эффективных радиусов до 1,5 нм; самые большие макропоры имеют эффективные радиусы от 100 до 200 нм и переходные поры, по которым адсорбтив поступает к микропорам, имеют эффективные радиусы от 1,5 до 100 нм. Таким образом, силикагели причисляют к переходнопористым, а цеолиты к микропористым сорбентам.

Целесообразность использования того или иного типа адсорбента находится в зависимости от условий проведения процесса, в первую очередь от влажности поступающего на адсорбционную установку газа и температурного режима осушки. Для выяснения этой зависимости в МХТИ им. Д.И.Менделеева были проведены испытания на стендовой установке. Испытания проводились на шариковом силикагеле КСМГ с диаметром сфер 2 мм и синтетическом цеолите NaA, гранулы которого имели высоту и диаметр также 2 мм. Скорость потока газа составляла 0,25 м/с. Осушали газ различного влагосодержания при трех различных температурах.

Равновесная адсорбционная способность силикагеля, как и следовало ожидать, только в одном случае превосходит соответствующий показатель для цеолита: при осушки газа с высоким влагосодержанием (10 0 С по точке росы) при относительно низких температурах (25 0 С).

Результаты расчета динамики процесса осушки газа силикагелем показали, что даже при бесконечно большом слое силикагеля степень использования его адсорбционной емкости при осушке газа с высокой относительной влажностью не может пвышать 75%. Вследствие этого во всех режимах показатели осушки газа слоем цеолита предпочтительней, чем при использовании слоя силикагеля равной высоты.

Сравнительная оценка эффективности применения оксида алюминия и цеолитов была проведена на польском природном газе. Для испытаний в схему были включены два адсорбера, емкостью по 10л каждый. В один адсорбер было загружено 8 кг оксида алюминия, а в другой -7кг цеолита NaA. Процесс осушки вели одновременно в параллельно включенных адсорберах при одинаковых скоростях, давлениях и температурах. Осушке были подвергнут отбензиненный на углеадсорбционной установке природный газ. Цеолит во всех случаях обеспечивал большую глубину осушки при более высокой влагоемкости. Объем осушенного до точки росы минус 5 0 С газа составлял 30 тыс.м 3 /т для оксида алюминия и 100 тыс м 3 /т для цеолита.

Проводились также исследования по осушке природного газа с помощью комбинированной шихты: мелкопористый силикагель-цеолит NaA. Эксперименты проводились при разном влагосодержании природного газа и различных температурах, а также при различных соотношениях : силикагель- цеолит .Эксперименты показали, что применение двухслойной шихты на адсорбционных установках с точки зрения времени защитного действия слоя, динамической активности и ряда других показателей целесообразно только в случае высокого содержания влаги в газе (10 0 С и выше по точке росы), если процесс проводится при относительно низких температурах ( приблизительно 25 0 С). Во все других условиях время защитного действия слоя понижается с уменьшением доли цеолита в шихте. Эти исследования подробно освещены в книге Н.В.Кельцева « Основы адсорбционной техники».

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что качественная осушка природных газов напрямую зависит от тщательного анализа требований по условиям осушки и правильном выборе необходимого для каждого конкретного случая адсорбента.

1. Кельцев Н.В. « Основы адсорбционной техники» 2 изд., М., 1984г.

2. Жданова Н.В., Халиф А.Л « Осушка углеводородных газов», М., «Химия», 1984г.

3. Кемпбел Д.М. « Очистка и переработка природных газов», М., «Недра», 1977г.

4. Страус В. « Промышленная очистка газов», М., «Химия», 1981г.

5. ГОСТ Р53521-2009 – Переработка природного газа., М., Стандартинорм, 2010г.

6. Кондауров С.Ю. и др. « Перспективы использования адсорбционных технологий для подготовки газа к транспорту», Ж. « Газовая промышленность», 2010г., №10,с.52.

Источник

Adblock
detector