ИННОВАЦИОННАЯ 3Э ТЕХНОЛОГИЯ ОСУШКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Султанов Оразгельды Нурыевич

кандидат технических наук,

докторант, Институт « Гюн» Академии наук Туркменистана

Е-mail:

INNOVATIVE ‘3E’ TECHNOLOGY OF DEHYDRATION OF NATURAL GAS

Orazgeldy Sultanov

Candidate of Science,

Ph.D. student,

Institute “Gun” of the Turkmen Academy of Sciences

АННОТАЦИЯ

Целью данной работы является разработка инновационной 3Э (экономичной, экологичной и энергосберегающей) технологии осушки природного газа. Изобретена новый – теплофизический метод осушки газа. Приведены основные преимущества,предлагаемой технологии.

ANNOTATION

The aim of this work is the development of an innovative ‘3E’ technology of natural gas dehydration (economical, ecological and energy-saving). A new method was invented: thermophysical method of gas dehydration. Main advantages of the proposed technology are enumerated.

Ключевые слова: инновационная технология; экономичность; экологичность; энергосбережение; теплофизический.

Key words: innovative technology; economy; environmental sustainability; energy saving; thermophysical.

По своему классификационному признаку методы осушки газов подразделяются на три основные группы [1, c. 2]:

1. Физический.

В основе лежит искусственное охлаждение газов, компримирование их, а также сочетание компримирования с охлаждением. Осуществляются они следующими способами:

· вымораживанием влаги из газа с использованием низких температур атмосферы;

· охлаждением газа, с дополнительным компримированием и без него;

·инжекцией химических веществ в газовый поток промысловых газосборных трубопроводов с последующим улавливанием продуктов гидратации на сепарационных и центральных установках;

· низкотемпературной сепарацией (то есть охлаждением природного газа с последующим разделением газоконденсатной смеси в сепараторе на жидкую и газовую фазы).

2. Химический.

Химическая реакция между водой и химическими веществами может быть столь полной, что образующиеся при этом продукты гидратации будут иметь чрезвычайно низкую упругость водяных паров. Имеются химические реагенты, обеспечивающие практически полную осушку газа. Однако эти реагенты очень трудно или вообще невозможно регенерировать, что делает их непригодными для использования в качестве промышленных осушителей. Они широко применяются при лабораторном определении влажности газов.

3. Физико-химический.

Основаны на поглощении влаги различными поглотителями (сорбентами) и делятся на две основные группы: адсорбция (с применением твердых сорбентов) и абсорбция (с применением жидких сорбентов).

Добываемый природный газ, наряду с углеводородами, содержит углекислый газ, пары влаги, количество которой зависит от состава газа, давления и температуры, и другие примеси. От этих примесей газ (главным образом, метан) должен быть осушен и очищен при транспортировке перед подачей потребителю в качестве топлива или сырья для переработки в химические продукты. Адсорбционный способ подготовки газа в практике газодобычи как отечественной, так и зарубежной, нашел широкое применение и имеет ряд преимуществ перед другими, так же часто используемыми способами промышленной подготовки газа: низкотемпературной сепарацией, абсорбцией гликолями. Способы адсорбционной осушки газа силикагелем, с последующей регенерацией нагретым газом и охлаждением не нагретым газом при давлении равном, давлению адсорбции [2, c. 3].

При абсорбционной осушке природного газа, в качестве осушителя используются также дорогостоящие жидкие сорбенты: диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ) и др. При адсорбционной осушке природного газа в качестве осушителя используется твердые сорбенты: цеолит, алюминий и др.

Наряду с этим, установки адсорбционного типа имеют ряд недостатков, к которым следует отнести высокую металлоемкость, цикличность технологических процессов и сравнительно большое гидравлическое сопротивление в технологической линии осушки.

Недостатком выше перечисленных методов является высокая стоимость проводимого технологического процесса, а также эксплуатационные затраты при применении этого способа будут выше, чем при новом способе, научная новизна которой подтверждена патентом Туркменистана.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является физический способ низкотемпературной сепарацией (т. е. охлаждением природного газа с последующим разделением газоконденсатной смеси в сепараторе на жидкую и газовую фазы).

Поставленная задача заключается в том, что осушку природного газа производят теплофизическим методом, при этом, при нагреве газоконденсатной смеси, используют вторичное тепло масляного теплообменника, а выделяемый водород применяют в качестве топлива.

Этот способ обезвоживания природного газа, поможет исключить использование дорогостоящих ненадежных в эксплуатации и требующих дополнительного оборудования для регенерации адсорбентов и абсорбентов, а также упростить конструкции и эксплуатацию установок.

Технический результат при использовании настоящего изобретения состоит в организации простой и надежной осушки природного газа, в стабилизации состава газа после осушки по содержанию паров воды, в удешевлении процесса на используемой лабораторной установке, расширении его функциональных возможностей, без применения ингибиторов гидратообразования и использовании, выделяемого из влаги, водорода в качестве топлива для печи-теплообменника, а также снижение эксплуатационных затрат.

Способ осуществляется на лабораторном стенде, при подаче природного газа в печь-теплообменник, в которой влага, имеющаяся в составе природного газа, испаряется при высокой температуре (110°С—150°С), а за счет теплообмена с техническим маслом, находящимся в печи - теплообменнике с более высокой температурой (290°С) из состава влаги выделяется водород, который используют как топливо для печи - теплообменника.

Реализацию осуществления предлагаемого способа можно проследить на принципиальной технологической схеме установки для лабораторных исследований осушки природного газа теплофизическим методом.

Рис.1 Принципиальная схема лабораторной установки осушки природного газа теплофизическим методом.

Установка для лабораторных исследований осушки природного газа теплофизическим методом состоит из 5-ти блоков:

I.Увлажнитель. Он предназначен для увлажнения сухого природного газа.

II.Печь-теплообменник - предназначена для нагревания до температуры 110^оС – 120^оС увлажнённого природного газа.

III.Дегидратор предназначен для разделения парогазовой смеси на два потока: сухой газ и парогазовую смесь.

IV.Комплекс задвижек предназначен для регулирования подачи газа с верхней и с нижней частей дегидратора поочерёдно в печь-теплообменник и конденсатор-теплообменник.

V.Конденсатор-теплообменник предназначен для конденсации нагретых паров, в входящих в состав природного газа, за счёт теплообмена с водой и получения осушенного природного газа с необходимой температурой.

На схеме приняты следующие обозначения: 1 - труба для подачи в установку природного газа; 2 –ёмкость, заполненная водой; 3 и 4 - задвижки (краны) установленные на линиях соответствующих трубопроводов 3 и 4; 5 – труба, служащая для подачи в печь увлажненного газа; 6 - змеевик (спираль); 7 – ёмкость печи-теплообменника, заполненная техническим маслом; 8 – труба, служащая для выброса продуктов сгорания из печи-теплообменника; 9 – труба, для подачи парогазовой смеси из печи в дегидратор; 10, 11 - верхняя и нижняя части дегидратора; 12 – дроссель; 13, 14 - трубы для подачи сухого газа и парогазовой смеси к комплексу задвижек; 15 – 18 – задвижки, входящие в комплекс задвижек; 19, 20 - трубы для подачи сухого газа и парогазовой смеси в печь-теплообменник и конденсатор- теплообменник; 21 - труба для подачи сухого газа в печь-теплообменник; 22 - кран для выпуска конденсата (воды).

Способ осушки природного газа осуществляется следующим образом [2, с. 6]:

Для создания экспериментальной парогазовой составляющей, природный исходный газ по трубопроводам 1 и 3 через задвижку 3 поступает в трубопровод 5. Одновременно, из ёмкости 2 через кран 4, дозировано, в трубу 5 подаётся вода, при этом образуется парогазовая смесь нужной концентрации, необходимой для лабораторной проверки. Патрубки трубы 5, соединяют выходы трубы 4, соединяющую его с ёмкостью 2, и трубы 3 со змеевиком 6, по которой далее газ поступает на осушку в печь – теплообменник (ПТ), состоящую из ёмкости 7 объёмом 50 литров, заполненную техническим маслом, внутри которой расположен змеевик 6. В змеевике 6, под воздействием температуры нагретого до 290^оС технического масла, образуется согретая до температуры 110—150^оС парогазовая смесь, которая по трубе 9 поступает в среднюю часть дегидратора (ДЭГ). В ДЭГ происходит разделение парогазовой смеси на два потока собираемых в верхней 10 и нижней 11 частях ДЭГ. Верхний поток, обладает меньшей плотностью, чем нижний, содержит водород и пары воды, в то время как нижний поток имеет только осушенную метановую фракцию. В результате, исходная парогазовая смесь в ДЭГ разделяется на два потока: верхняя парогазовая смесь содержит водород, используемый в качестве горючего для ПТ, нижняя осушенная фракция подвергается исследованию на предмет наличия в осушенном газе количества влаги. Регулирование дальнейшей подачи полученных в дегидраторе смесей производится с помощью комплекса задвижек (КЗ) по приведённым выше вариантам, при этом водород поступает в виде топлива в ПТ. В конденсаторе-теплообменнике (КТ) происходит конденсация нагретых паров в составе природного газа за счёт теплообмена с водой и при этом получают осушенный природный газ с необходимой температурой.

Пример лабораторного исследования.

Работа опытной установки осуществлялась при следующих исходных параметрах:

·     давление природного газа на входе Рвх=1,5 МПа;

·     начальная температура на входе Т=+12°С;

·     показатель влажности на входе с точкой росы +8оС;

·     расход газа на входе q=160 м3/чac.

Газ поступает в вертикальный сепаратор (увлажнитель), где происходит его увлажнение. После чего, увлажненный природный газ подают в печь-теплообменник (ПТ), заполненную техническим маслом в объёме 50 литров, которое находится в статическом состоянии, где его нагревают до температуры 110°С—115^оС. В результате теплообмена с техническим маслом (температура Т=290^оС), влага, содержащаяся в составе природного газа, испаряется с выделением водорода и кислорода. Далее природный газ из печи - теплообменника поступает в дегидратор (ДЭГ).

На выходе из дегидратора газ имел следующие параметры:

·     давление газа в верхней части ДЭГ: Р_верх =1,35 МПа;

·     температура в верхней части ДЭГ: Т_верх =120°С;

·     давление газа в нижней части ДЭГ: Р_низ =1,2 МПа;

·     температура в нижней части ДЭГ: Т_низ =110°С.

При этом, при поступлении газа в дегидратор, в верхней его части, образуется парогазовая смесь, а в нижней части находится осушенный газ с точкой росы: -4^оС. Измерение производили прибором «Харьков – 1». Расход газа определяли расчётным путём [2, с. 6].

Технологический режим работы сушильной установки новой конструкции работающей по предлагаемой инновационной технологии характеризуется определенным набором параметров основными из которых являются: количество подогреваемого газа, его входные и выходные характеристики (давление, температура, влажность) [1, с. 150].

Ниже в таблице 1. представлен действующий, модернизированный по [1] и предлагаемый к внедрению технологический регламент.

Таблица 1.

Технологический регламент сушильной установки осушки природного газа теплофизическим методом.

По решению созданной комиссии управления “Лебапгаздобыча” ГК ”Туркменгаз” , в составе 9 человек, рассмотрен и одобрен для внедрения на производство. Внедрение «Технологического регламента сушильной установки осушки природного газа теплофизическим методом» позволяет управлять эффективно процессом осушки и очистки газа, снизить энергетические и капитальные затраты, позволит улучшить экологическую обстановку окружающей среды не нарушая требования Государственного стандарта.

B работе предлагается осуществить глубокую очистку природного газа комплексно, т.е. осушку производить теплофизическим методом, а очистку от серосодержащих и углекислых газов производить физико-теплофизическим методом. Также мы предлагаем не сжигать ''углекислые газы'' в печи, а закачивать их в освободившиеся пласты. Это даст следующие преимущества по сравнению с традиционными методами [3, с. 328]:

·     простота конструкции установки;

·     отказ от дорогостоящих сорбентов (ДЭГ, ТЭГ, амин, и др.);

·     надежность и широкие возможности очистительного процесса;

·     обеспечение экономичной и энергосберегающей технологии;

·     обеспечение экологической чистоты окружающей среды.

Cписок литературы:

1.Скосарь Ю.Г. Совершенствование технологии глубокой осушки природного газа.// Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М.: Российский Государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина, 2007.- 228 c.

2.Султанов О.Н., Рахманов М.А. Способ осушки природного газа теплофизическим методом. (Патент № 500, 11. 11. 2011). Ашхабад, 2011. – 7 с.

3.Cултанов О.Н. Один из путей решения экологической задачи на установке получения сжиженного газа. // Материалы Международной научной конференции. Ашхабад, 2012. – С. 328.