Осушка газа, применяемые методы

Зачем нужна вообще осушка газа. Наличие в газе избыточной влаги вызывает ряд серьезных проблем при трубопроводном транспорте газа. В процессе обработки и транспорте газа за счет снижения температуры в системе происходит конденсация водяных паров и образование водного конденсата. Взаимодействие водяного конденсата с компонентами природного газа приводит к образованию гидратов. Гидраты, отлагаясь в газопроводах, уменьшают их сечение, а иногда приводят к аварийным остановкам. Кроме того, наличие воды в системе вызывает коррозию оборудования, особенно при содержании в сырьевом газе кислых компонентов, таких как Н2S, CO2. В связи с этим природные и нефтяные газы перед подачей в магистральные газопроводы и в цикле переработки подвергаются осушке.

Общее.

Выбор способа осушки газа зависит от состава сырья и в первую очередь от содержания тяжелых углеводородов. По этому признаку газы условно делятся на тощие и жирные. Тощими принято называть газы, в которых содержание тяжелых углеводородов не препятствует их трубопроводному транспорту до потребителя.

Для осушки тощих газов применяются абсорбционные и адсорбционные процессы. При наличии в газе конденсата переработка газа осуществляется с применением низкотемпературных процессов. При этом на стадии охлаждения газа происходит конденсация водяных паров за счет снижения равновесной влагоемкости газа.

 

По лекциям.

Осушка газа:

1) Охлождение газа

2) Абсорбция

3) Адсорбция

1)Охлождение происходит в устье скважины при перепаде давления.

Понижение температуры в тех же емкостях или в самих же коллекторах, кот идущие в ЦСП.

2)Абсорбция-диэтиленкликоль,триэтиленгликоль, моноэтиленгликоль.

Удаление воды.

Газ контактирует с этилен-гликолем, растворяя вод. пары.

Вода остается внизу газ выходит на пов-ть.

Чем больше намочен, тем лучше больше взаимодействует с этиленгликолем.

«частичная потеря газа»

3)Адсорбция –тот же механизм, реагент-уголь.

Для удаления H₂S:

С₂H₅NH₄ –этаноламин-дешевый(90р-1м³ )по той же схеме (в жидком состоянии.)

CO_2- железные и керамические кольца, которые способствуют растворению CO2 в воде.

Из прошлых шпор.

Противоточные абсорбционные процессы, в основном, применяют для осушки тощих газов, а также для осушки кислых газов, газов после установок очистки газа от кислых компонентов с применением водных растворов разных реагентов, при подготовке газов к низкотемпературной переработке и т.д.

Прямоточные абсорбционные процессы используются в основном на нефтяных месторождениях. Осушка газа по этому спососу, производится, как правило, в горизонтальных абсорберах. На месторождениях России (Тюменская область, Томскнефть, Башнефть, Дагнефть и т.д.) применение нашли установки осушки производства бывшей ГДР. Производительность таких установок небольшая и составляет от 0,5 до 2,5 млн. м3/сут. Некоторые характеристики и область применения прямоточных процессов осушки газа приведены в работе. [9]

Адсорбционные процессы применяют как для подготовки тощих газов к транспорту, так и для глубокой осушки газа, т.е. перед подачей газа на низкотемпературную переработку газа, например, на установках получения гелия. Эти процессы нашли также широкое применение при осушке сжиженных газов, используемых в качестве моторного топлива или хладагента.

Проектирование установок осушки газа включает в себя: определение необходимой точки росы газа по воде, выбор концентрации исходного и отработанного растворов осушителя, обоснование выбора оборудования для блоков осушки и регенерации и т.д.

1. Осушка газов гликолями

Общие требования, предъявляемые к осушителям природного газа:

а) высокая поглотительная способность в широком интервале концентраций, давления и температур;

б) низкое давление насыщенных паров, чтобы потери, связанные с их испарением, были незначительными;

в) температуру кипения, отличающуюся от температуры кипения воды настолько, что отделение поглощенной воды от осушителя могло бы осуществляться простыми методами;

г) плотность, отличающаяся от плотности углеводородного конденсата для обеспечения четкого разделения простыми способами;

д) низкая вязкость в условиях эксплуатации, что обеспечивает хороший контакт с газом в абсорбере, теплообменниках и другом массообменном оборудовании;

е) высокая селективность в отношении компонентов газа, т.е. низкую взаиморастворимость с ними;

ж) нейтральные свойства, т.е. не вступать в химические реакции с ингибиторами, применяемыми в процессе добычи газа;

з) малая коррозионная активность;

и) низкая вспениваемость в условиях контакта с газовой смесью;

к) высокая устойчивость против окисления и термического разложения.

Применение двухкомпоненого осушителя, когда смесь готовят непосредственно на газообрабатывающем объекте, требует дополнительных емкостей и насосов для его хранения и закачки. Если из-за необходимости изменения качественных показателей (температуры застывания, вязкости и т.д.) применяют двухкомпонентный осушитель, то второй компонент должен отвечать тем же требованиям, что и все осушители. Желательно, чтобы разница между температурой кипения компонентов абсорбента и воды была как можно больше.

На установках комплексной подготовки газа некоторая часть осушителя попадает в водоемы и на почву, поэтому он должен быть неядовитым и способным к полному биологическому разрушению. Кроме того, осушители должны быть дешевыми и нетоксичными.

Этим требованиям в той или иной степени отвечают гликоли - этиленгликоль (ЭГ), диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ), пропиленгликоль (ПГ), смеси гликолей с их эфирами и т.д.

На практике в схемах установок абсорбционной осушки газа в качестве осушителей применяются высококонцентрированные растворы ДЭГа и ТЭГа.

Водные растворы других гликолей, а в частности этиленгликоля и пропиленгликоля, нашли применение в качестве ингибитора гидратообразования.

Гликоли являются двухатомными спиртами жирного ряда и с водой смешиваются во всех отношениях. Их водные растворы не вызывают коррозию оборудования. Это обстоятельство, по сравнению с другими абсорбентами, дает им дополнительное преимущество, так как позволяет изготовить оборудование из дешевых марок стали.

2. Осушка газов с использованием твердых сорбентов.

Основные промышленные сорбенты, используемые для осушки углеводородных газов это силикагели и молекулярные сита.

2.1. Силикагели

Преимущества силикагелей: низкая температура регенерации, то есть низкие энергозатраты, по сравнению с другими минеральными сорбентами (окись алюминия, цеолиты), относительно низкая себестоимость.

Для осушки газа на промышленных установках наиболее эффективно применение мелкопористого силикагеля марки КСМ. Он обладает наибольшей адсорбционной емкостью по сравнению с другими марками силикагеля, дает более низкую степень осушки, имеет более высокую механическую прочность как от истирания, так и от раздавливания. Однако при наличии в газе капельной влаги он быстро измельчается. Поэтому обычно предусматривают защиту слоя мелкопористого силикагеля слоем инертного к капельной влаге адсорбента.

Наличие в газе углеводородов тяжелее бутана следует учитывать при выборе сорбента и режима его регенерации. Тяжелые углеводороды С₅ и выше прочно удерживаются силикагелем и при регенерации удаляются не полностью. При этом необходимо иметь в виду, что нагрев силикагеля выше 220°С ведет к деструктивным изменениям поверхности силикагеля, и приводит к снижению его адсорбционной емкости. Нагрев выше 250°С ведет к резкому падению активности силикагеля.

В начальный период загрузки силикагель имеет высокую активность порядка 15-20% мас., которая в процессе эксплуатации снижается до 7% мас.

2.2. Цеолиты

Синтетические цеолиты - наиболее дорогие адсорбенты, но их использование на установке осушки существенно снижает эксплуатационные расходы. Цеолиты обеспечивают очень низкую точку росы при высокой адсорбционной способности, прочны при контакте с капельной влагой.

Уникальная структура синтетических цеолитов наряду с осушкой газа позволяет извлечь тяжелые углеводороды. Цеолиты более устойчивы к воздействию низких температур, чем силикагель. Опыт эксплуатации адсорбентов в условиях северных месторождений, а также лабораторные исследования показывают, что при многократных воздействиях низких температур силикагель растрескивается: обводненный силикагель разрушается на 15-20%, а регенерированный - на 5-7%; цеолит же в этих условиях визуально не изменяется и не снижает своих эксплуатационных свойств.

В зависимости от удельного количества извлекаемых компонентов, глубины осушки газа, характеристики применяемого оборудования и свойства адсорбентов на практике могут реализоваться схемы 3-х и 2-х адсорберных установок осушки газа.