Низкотемпературные процессы подготовки газов и газовых конденсатов Составитель: к.х.н., доцент каф. ХТТ Бешагина Е.В. 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 Требования к подготовленному к газу ОСТ 51.40-93 Норма для климата умеренного Параметр холодного с 01.05 по 30.09 с 01.10 по 30.04 с 01.05 по 30.09 с 01.10 по 30.04 1. Точка росы по влаге, не выше оС -3 -5 -10 -20 2. Точка росы по углеводородам, не выше, оС 0 0 -5 -10 3. Масса сероводорода (г/м3) не более 0,007 0,007 0,007 0,007 4. Масса меркаптановой серы ( г/м3) не более 0,016 0,016 0,016 0,016 5. Объемная доля кислорода (%) не более 0,5 0,5 1,0 1,0 6. Теплота сгорания низшая МДж/м3 при 20 °С и 101,25 кПа, не менее 32,5 32,5 32,5 32,5 7. Температура газа, оС Температура газа в самом газопроводе устанавливается проектом 8. Масса механических примесей и труднолетучих жидкостей Условия оговариваются в соглашениях на поставку газа с ПХГ, ГПЗ и промыслов 3 Простейшая общая схема переработки газового конденсата 4 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. 5 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. 6 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. 7 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. 8 Рис.1. Принципиальная технологическая схема установки низкотемпературной сепарации газа: 1, 5, 6 – сепараторы; 2,3 – рекуперативные теплообменники; 4 – дроссель. 9 Технологическая схема Мыльджинского ГКМ Товарный газ Т1 Пластовый газ С1 РЖ 1 Т1 Т2 С2 Т2 С3 1 РЖ 2 2 Метанольная вода Нестабильный конденсат метан-этановая фракция с УДСК 10 10 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. 11 • 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. 12 • 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. 13 • 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. 14 • 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. 15 По мере длительной эксплуатации скважин эффективность работы установок НТС снижается по двум причинам: -уменьшение свободного перепада давления вследствие снижения пластового давления; -облегчение состава газа. 16 • • • • • 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. 17 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. 18 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. 19 • • • • 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. 20 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. 21 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. 22 Рис. Схема конденсационно-отпарной колонны установки НТР: 1 - холодильник-конденсатор; 2 - сепаратор; 3 - насос; 4 - ректификационная колонна; 5 –ребойлер 23