Технологии подготовки газов и газовых конденсатов

Разделение углеводородных газов
Извлечение жидких углеводородных
компонентов из природных газов.
Низкотемпературная сепарация (НТС)
Составитель: к.х.н., доцент каф. ХТТ Бешагина Е.В.
2013г.
1
Природный газ выносит из скважин взвешенную
капельную жидкость (газовый конденсат, воду) и
мелкие
частицы
горной
породы,
т.е.
газ
представляет собой дисперсную систему с
дисперсной жидкой и твердой фазами.
2
На
начальных
этапах
эксплуатации
газоконденсатных месторождений Pвх в установки
НТС значительно превышает P, необходимое для
подачи
в
магистральные
трубопроводы.
Избыточное давление газа используется для
получения низких температур, необходимых для
отделения
конденсата
методом
низкотемпературной сепарации.
3
Низкотемпературной
сепарацией
называют
процесс извлечения жидких углеводородов из газов
путем однократной конденсации при пониженных
температурах
от
–10
до
–25оС
с
газогидромеханическим
разделением
равновесных газовой и жидкой фаз.
4
Промышленная реализация процесса НТС
• Метод НТС для извлечения жидких углеводородов
из продукции скважин газоконденсатных
месторождений был впервые применен в США в
1951 году.
• Первая промышленная установка НТС состояла
из низкотемпературного сепаратора со
змеевиком в нижней части, предназаначенным
для расплава гидратов. Теплый газ из скважины
проходил через змеевик, затем по выходе из
змеевика сепаратора дросселировался и
поступал в сепаратор. Отсепарированный газ
направлялся в газопровод.
5
Дальнейшее развитие установок НТС шло по пути
усложнения установок. В схему сначала включили
рекуперационный теплообменник, затем системы
впрыска
и
регенерации
ингибитора
гидратообразования, далее – холодильные машины
и систему стабилизации конденсата.
6
Рис.1. Принципиальная технологическая схема установки
низкотемпературной сепарации газа: 1, 5, 6 – сепараторы;
2,3 – рекуперативные теплообменники; 4 – дроссель.
7
Основные факторы, влияющие на процесс НТС
• Состав сырьевого газа.
Чем тяжелее состав исходной смеси (чем больше
средняя молекулярная масса газа), тем выше
степень извлечения жидких углеводородов.
• Влияние температуры.
Температуру на установках НТС выбирают, исходя
из необходимой точки росы, обеспечивающей
транспортировку
газа
по
трубопроводу
в
однофазном состоянии, а в ряде случаев и, исходя
из необходимости увеличения степени конденсации
пропана и бутанов. Для легких газов снижение
температуры сепарации от 0 до минус 40 ОС
обеспечивает
существенный
рост
степени
извлечения конденсатообразующих компонентов.
8
• Влияние давления.
Давление сепарации определяется давлением в
магистральном трубопроводе и в пределах
обычно используемых давлений (5-7,5 МПа) мало
влияет на степень извлечения компонентов С3 и
выше. Более важен свободный перепад
давления, позволяющий достигать низких
температур сепарации. В период снижения
пластового давления эффективность работы
установок НТС поддерживается на прежнем
уровне путем ввода дожимного компрессора и
внешнего холодильного цикла.
9
• Эффективность оборудования.
На эффективность работы установок НТС влияет
используемый источник холода. В процессе
длительной эксплуатации скважин и при снижении
пластового давления замена изоэнтальпийного
расширения (дросселирование) на
изоэнтропийное (расширение в детандерах)
позволяет эффективнее использовать свободный
перепад давления и при одном и том же перепаде
давления при детандировании потока достигать
более низких температур сепарации.
10
• Число ступеней сепарации.
При одинаковых параметрах (P и T последней
ступени охлаждения) – чем меньше число ступеней
сепарации, тем больше выход жидкой фазы и тем
меньше содержание углеводородов С5 и выше в
товарном газе. Но при одноступенчатой сепарации
чрезмерно высоки потери компонентов газа с
углеводородным конденсатом. Увеличение
ступеней сепарации повышает четкость разделения
газовой и жидкой фаз.
11
• Гидратообразование.
Гидраты забивают трубки теплообменников и
коммуникации установок НТС, что может
привести к нарушению нормальной работы
установки и даже к ее аварийной остановке.
Для предотвращения гидратообразования в поток
газа подают ингибиторы, в качестве которых
используются водные растворы гликолей и
метанола.
12
По мере длительной эксплуатации скважин
эффективность работы установок НТС снижается
по двум причинам:
-уменьшение свободного перепада давления
вследствие снижения пластового давления;
-облегчение состава газа.
13
•
•
•
•
•
Недостатки установок НТС:
зависимость извлечения целевых компонентов при
дросселированных давлении и температуре от состава
исходной смеси, и, вследствие этого, снижение
эффективности процесса по мере облегчения состава
газа и повышения температуры НТС;
необходимость реконструкции установки с заменой
источника холода после исчерпания свободного
перепада давления;
необходимость применения ингибитора
гидратообразования, что усложняет и удорожает схему
процесса по причине введения в схему блока отделения
и регенерации ингибитора;
высокие потери целевых компонентов с товарным газом;
относительно низкие степени извлечения газового
конденсата, особенно для тощих газов.
14
Достоинства установок НТС :
• низкие капитальные вложения и
эксплуатационные расходы при наличии
свободного перепада давления;
• одновременно с сепарацией имеет место
осушка газа до точек росы, необходимых для
транспортировки газа по магистральным
газопроводам.
15
Низкотемпературная сепарация (НТК)
Низкотемпературная конденсация (НТК) – это
процесс изобарного охлаждения газа (P=const) до
температур, при которых при примененном давлении
появляется жидкая фаза с последующим
разделением в сепараторах газовой и жидкой фаз.
Одной и той же степени конденсации исходного газа
можно достигать различными комбинациями
значений температуры и давления.
Степень конденсации углеводородов можно
увеличивать двумя способами: повышением давления
при постоянной температуре или понижением
температуры при постоянном давлении.
16
•
•
•
•
Современные схемы установок НТК включают
следующие узлы:
компримирование газа (при необходимости) до
заданного давления;
осушка газа; охлаждение газа для образования
двухфазной системы;
сепарация двухфазной системы;
деэтанизация (деметанизация) образовавшейся
жидкой фазы.
Рис. Принципиальная схема процесса низкотемпературной конденсации
(НТК):1,2- сепараторы 1-й и 2-й ступеней; 3- турбодетандер; 4- ректификационная
колонна; 5 -выветриватель конденсата; 6 - блок регенерации ингибитора
гидратообразования; 7 -ребойлср; 8 - теплообменники; I и II - исходный и
отсепарированный газ; III - ШФЛУ; IV- ингибитор гидратообразования; V- конденсат
сырого газа.
Низкотемпературная ректификация (НТР)
основана на охлаждении газового сырья до
температуры, при которой система переходит в
двухфазное состояние, с последующим
разделением образовавшейся газожидкостной
смеси без предварительной сепарации в
тарельчатых или насадочных ректификационных
колоннах.
Ректификационные колонны подразделяют на
ректификационно-отпарные и конденсационноотпарные.
Рис.
Схема
конденсационно-отпарной
колонны
установки
НТР:
1 - холодильник-конденсатор; 2 - сепаратор; 3 - насос; 4 - ректификационная
колонна; 5 –ребойлер