Сорбционные способы осушки газа осушка газа охлаждением

Осушка газа: определение, характеристика, способы и виды работы, применение установки и специального оборудования

На сегодняшний день известно множество разнообразных примесей. К примеру, это могут быть механические загрязнения. Они содержатся как в сжатом воздухе, так и в самом природном газе. После того как эти примеси попадают в установки, к примеру в магистрали по перекачке газа, то все приборы, работающие в этом месте, подвергаются воздействию данных частиц. Это приводит к тому, что сильно увеличивается их износ.

Влага в качестве примеси

Естественно, нужно понимать, что механические примеси — это не единственная проблема. Довольно большую опасность несет такое вещество, как обычная жидкость, вода. Как бы это ни звучало странно, но именно во время добычи природного газа проблема с водой стоит достаточно остро. Это выражается в том, что возможно образование водяных паров. Их возникновение, а также плотность зависит от расположения места добычи. Хотя здесь важно отметить, что пары такого типа присутствуют в любом случае, просто их концентрация может быть разной.

Чем опасна влага?

Причина достаточно очевидна — коррозия металлических труб, по которым перемещается газ. В основном все приборы, как и трубопроводы, состоят именно из сплавов железа. Наличие влаги внутри такой трубы приведет к тому, что образуются гидраты. Кроме этого, не исключено образование и обычного льда. Наличие любой из этих примесей приведет к следующему эффекту: внутри образуется пробка, которая будет препятствовать транспортировке природного газа. Кроме того, появление гидратов нарушает работу большинства регулирующих органов, отвечающих за поддержание должного давления.

Из всего этого следует, что осушка газа — процедура удаления такой примеси, как влага. Данная проблема стоит наиболее остро именно при транспортировке голубого топлива. Здесь также стоит добавить, что большинство установок по добыче летучего вещества находятся вдали от инфраструктуры, на Крайнем Севере. По этим причинам все установки должны соответствовать некоторым правилам. Первое и наиболее важное требование — это способность функционировать при достаточно широком диапазоне внешних температур, включая наиболее низкие. Второе важное требование — это надежность установок, а третье — доступность в эксплуатации и обслуживании.

Способы осушки

Осушка газа — это метод, который позволяет избавиться от образования гидратов или ледяных пробок. В настоящее время различают четыре основных метода проведения этой операции.

1. Охлаждение. В данном случае используется холод, как естественный, так и искусственно созданный.
2. Метод абсорбции предполагает использование жидких поглотителей.
3. Метод адсорбции проводится с использованием уже твердого поглотителя.
4. Еще один способ является комбинированным. К примеру, можно использовать абсорбцию и охлаждение.

Способ охлаждения газа

Первый способ осушки газа — это охлаждение. Метод основывается на том, что влажность газа изменяется в зависимости от окружающей температуры. К примеру, если охладить газ, который до этого был теплым, то часть влажного пара сконденсируется. Конденсат, который выпадет в данном случае, достаточно просто удалить, а сам газ будет иметь более низкую точку росы. Для того чтобы достичь необходимой осушки газа таким способом, нужно, чтобы он охладился до температуры, которая будет немного ниже, чем минимальный показатель в трубопроводе.

Что касается естественного охлаждения, то он возможен в течение зимнего периода и в том случае, если трубопровод был проложен над землей. Также температура воздуха должна быть ниже, чем показатели почвы. Есть еще один способ, который можно использовать. Для этого необходимо, чтобы месторождение обладало запасами природного и нефтяного газа. В таком случае появляется возможность охладить нефтяной газ холодом в теплообменнике. Холод берется в нем после процедуры дросселирования природного топлива. Проводить охлаждение можно и дросселированием нефтяного газа.

Есть еще один способ охлаждения, который часто применяется на разных заводах по переработке газа. Искусственный метод проводится с использованием аммиака или пропана. Для этого проводится испарение этих веществ. Так, стоит отметить, что осушка природного газа охлаждением в любом случае будет частично удалять такие вещества, как тяжелые углеводороды.

Жидкие поглотители

Абсорбционная осушка газа, а точнее ее суть, заключается в том, что некоторые жидкие вещества способны впитывать в себя влагу из воздуха. Для того чтобы вещество можно было использовать в качестве такого поглотителя, оно должно подходить по нескольким требованиям:

• влагоемкость вещества должна быть очень высокой;
• поглотитель не должен быть токсичным;
• стабильность;
• предмет не должен обладать корродирующими характеристиками;
• растворимость поглотителя в таком веществе, как газ или жидкий углеводород, должна быть минимальной;
• регенерация поглотителя — простая.

Наилучшие вещества, которые подходят под это описание, — ДЭГ и ТЭГ. Расшифровываются они как диэтиленгликоль и триэтиленгликоль. Если рассматривать в основном только российские места и способы добычи, то чаще всего используется именно ДЭГ. В качестве вещества применяют такой химический реагент, как хлористый кальций.

Поглотители твердого типа

Адсорбционная осушка газа построена примерно на том же принципе, что и предыдущий метод, однако вместо жидкого вещества здесь используются твердые материалы. В данном случае эти предметы называют адсорбентами. Они отличаются тем, что их площадь достаточно большая, к тому же вся она покрыта множеством капиллярных пор. В качестве таких материалов можно успешно применять такое сырье, как активированная окись алюминия, боксит, флорит и несколько других веществ.

Здесь очень важно отметить, что если газ предварительно не пройдет очистку от некоторых других примесей, таких как тяжелые углеводороды или сероводород, то способность адсорбентов впитывать влагу будет значительно снижена. Это говорит о том, что схема осушки газа не может использоваться как самостоятельная система. Чтобы осуществить регенерацию твердых поглотителей, нужно использовать либо сухой горячий газ, либо воздух.

Конструкция установок для осушки

Оборудование для осушки состоит из нескольких сборных элементов, они оборудованы всеми средствами контроля, а также управления для выполнения операции. Все это оборудование отличается следующими особенностями:

• процесс регенерации осуществляется в полностью закрытом контуре, к тому же без потребления природного топлива;
• в состав входят логические схемы автоматического типа, отвечающие за управление и контроль всей системы;
• рама-основание для этого приспособления стоит отдельно;
• обслуживание и использование таких установок максимально простое;
• гибкость станций и их надежность достаточно высоки;
• при сборке они изготавливаются таким образом, чтобы оборудование могло функционировать на 100 % при условии очень низких температур.

Устройства с жидкими поглотителями

Если в качестве метода осушки газа был выбран абсорбционный, то в таком случае основным аппаратом будет абсорбер. Это вполне объяснимо. Установка осушки газа имеет и другие элементы, однако этот является наиболее важным. Абсорбер представляет собой барботажную колонну, использующуюся в качестве массообмена. Также здесь имеются специальные тарелки, у которых есть колпаки круглой или конусной формы. Они будут отвечать за то, чтобы на тарелках всегда поддерживался необходимый уровень жидкости.

Использование методов осушки

Как можно заметить, существует некоторое количество разнообразных методов осушки газа, однако стоит добавить, что их не всегда удается использовать. При выборе метода очень важно учитывать местность, где проводится добыча и, естественно, экономические затраты и выгоду.

Таким образом, в лабораториях чаще всего применяется лишь один — химический способ осушки. Здесь важно понимать, что на самом деле существует очень много веществ, которые могут выступать в роли абсорбентов или адсорбентов.

Хотя проблема заключается в том, что использование химических веществ — это одноразовый процесс, подобный факт означает, что его применение полностью не рентабельно в индустриальном масштабе. Учитывая достаточно большие объемы газовой индустрии в России, можно сделать вывод, что это будет весьма затратно. Все это подтолкнуло индустрию к развитию полностью физических методов осушки. В конце стоит лишь добавить, что метод абсорбции с точки зрения экономических затрат, а также сложности технического исполнения намного проще и дешевле, чем адсорбция, что и обусловило распространение жидких поглотителей.

Источник

ОСУШКА ГАЗА ОХЛАЖДЕНИЕМ

Охлаждение широко применяется для осушки газа, выделе­ния конденсата из газа газоконденсатных месторождений на установках низкотемпературной сепарации, а также для 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 % тяжелых 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 температуры как за счет использования пластового давления, так и искусственного холода. Детандер (поршневой или тур­бинный) позволяет получить более глубокое охлаждение газа, а также продлить срок службы установок НТС. Применение искусственного холода (холодильных машин) в установках НТС позволяет обрабатывать газ до конца разработки месторожде­ния, но при этом капитальные вложения в обустройство про­мысла увеличиваются в 1,5 — 2,5 раза [39].

Принципиальная технологическая схема НТС приведена на рис. 4.18. 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 счет понижения температуры в теплообменнике и на штуцере (эжекторе) выделяется жидкость. Осушенный газ поступает в теплообменник 5, охлаждает продукцию сква­жины и направляется в промысловый сборный коллектор. Нестабильный конденсат и водный раствор ингибитора (на­пример, диэтиленгликоля ДЭГ), предотвращающий образова­ние гидратов, из сепаратора первой ступени 3 поступают в конденсатосборник 4 и далее в емкость 10. Здесь происходит разделение конденсата и водного раствора ДЭГа. Затем кон­денсат через теплообменник 9 подается в поток газа перед низкотемпературным сепаратором, а водный раствор ДЭГа направляется через емкость 11 и фильтр 12 для очистки от механических примесей в регенерационную установку 13, после чего регенерированный гликоль из установки с помо­щью насоса 19 подается в шлейфы для предотвращения обра­зования гидратов в них. Поток нестабильного углеводородно­го конденсата и водного раствора ДЭГ направляется в разде­лительную емкость 15 через межтрубное пространство тепло­обменников, где охлаждает нестабильный конденсат, посту­пающий из емкости 10 для впрыскивания в газовый поток.

Водный раствор гликоля через фильтр поступает в уста­новку регенерации 14, после чего насосом 19 подается в газовый поток перед теплообменником 5. Конденсат из раз­делительной емкости 15 направляется через межтрубное про­странство теплообменника 18 в деэтанизатор 16. Установка деэтанизации состоит из тарельчатой колонны, печи 17 и теплообменника 18. Заданная температура в нижней части деэтанизатора поддерживается с помощью теплообменника18, в котором стабильный конденсат (нижний продукт деэтанизатора), подогретый в печи 17 до температуры 433 К, отдает тепло насыщенному конденсату, поступающему из емкости 15. Охлажденный стабильный конденсат подается в конденсатопровод. По схеме предусматривается также ввод части холодного нестабильного конденсата на верхнюю та­релку стабилизатора. В этом случае деэтанизатор работает в режиме абсорбционноотпарной колонны.

Рис. 4.18. Технологическая схема НТС на газосборном пункте

Если предусматривается транспортировка конденсата в же­лезнодорожных цистернах, то стабилизация конденсата про­водится в ректификационной колонне, работающей в режи­ме либо частичной, либо полной дебутанизации. Газ выветри­вания (дегазации) из емкости 15 и газ деэтанизатора 16 через штуцер поступает в общий поток.

Если давление невысокое, то предусматривают компрес­сор 8. Газ дегазации из емкости 10 также возвращается в общий поток. Периодический контроль за дебитами газа и жидкости осуществляется с помощью сепаратора 1, на вы­кидной линии которого установлены замерная диафрагма и конденсатосборник-разделитель 2 со счетчиками.

Если на устье скважины температура газа достаточно вы­сокая и на его пути до газосборного пункта гидраты не образуются, то схема подготовки газа упрощается. На период добычи, когда требуются дополнительные источники холода на установке НТС для обеспечения требуемой точки росы газа, в схеме вместо штуцера устанавливают турбодетандер. При использовании турбодетандера эффект по снижению температуры в 3 — 4 раза больше, чем при обычном дроссели­ровании. В этом случае в схеме предусматривается сепаратор второй ступени, предназначенный для отделения жидкости от газа, поступающего в турбодетандер. Осушенный газ из межтрубного пространства теплообменника 5 поступает на прием компрессора, установленного на одном валу с турбодетандером, и далее в промысловый коллектор.

Возможны модификации описанной схемы в соответствии с конкретными условиями. В частности, дополнительно к теп­лообменнику 5 устанавливают воздушный или водяной холо­дильник. По мере снижения пластового давления для поддер­жания постоянной температуры сепарации газа на установках НТС требуется последовательное увеличение поверхности теп­лообменников, что приводит к необходимости перестройки установки. Однако наступает такой период, когда это становится нерациональным. В таком случае производится охлажде­ние либо применяют другие способы подготовки газа.

Эффективность работы НТС любого типа существенно зависит от технологического режима эксплуатации скважи­ны. В проектах разработки за оптимальное давление сепара­ции на газоконденсатных месторождениях принимается дав­ление максимальной конденсации, которое для каждого со­става газа определяется экспериментальным путем. Для обес­печения однофазного движения газа по магистральному газо­проводу температура сепарации выбирается с учетом тепло­вого режима работы газопровода.

Источник