Способ осушки газа предназначенный для извлечения жидких углеводородов

Абсорбционная осушка газа

Авторы: Телишева К.С., Стародуб М.В.
Источник: X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум – 2018 Кубанский государственный технологичнский университет. Краснодар, Россия. https://scienceforum.ru…

Вода, в тех или иных количествах, присутствует в любом газе. Большинство сырых газов, не прошедших газоподготовку являются влагонасыщенными – т.е. содержат максимум воды при каких–то фиксированных давлениях и температуре. При этом речь идет не о воде в свободной форме, которая может каплями лететь с газом и удаляется с помощью сепараторов, а о парах воды, для удаления которой требуются другие технологии и соответствующее оборудование.

Пары воды способны образовывать с углеводородами комплексные соединения, называемые гидратами. Гидраты углеводородных газов представляют собой белые кристаллы, похожие на спрессованный снег или лед. Они могут закупоривать газопроводы и сильно осложнять их эксплуатацию, а также работу компрессоров. Поэтому, степень осушки газа определяется не только возможностью конденсации воды, но и образованием гидратов газа. Гидраты нестабильны и при изменении температуры или давления легко разлагаются на газ и воду.

Характерно, что гидраты способны образовываться только при повышенных давлениях и при температурах выше нуля, причем более тяжелые углеводороды образуют гидраты легче, чем низкомолекулярные. Так, например, метан способен образовывать гидрат при температуре 12,5°С и давлении 100 атм. Этан при этой же температуре образует гидрат под давлением всего около 25 атм. Гидраты могут существовать только при наличии избыточной влаги в газе. То есть, когда парциальное давление паров воды в газовой фазе больше давления паров гидрата. Таким образом, содержание в газе влаги, должно соответствовать такой точке росы, при которой давление насыщенного водяного пара меньше давления паров гидрата при температуре среды.

Существуют различные способы борьбы с гидратами. Это осушка газа жидкими или твердыми поглотителями. Также на газовых промыслах распространен способ подачи метанола в струю газа. При этом он образует с парообразной и жидкой влагой спиртоводные смеси, температура замерзания которых значительно ниже нуля. Пары воды поглощаются из газа, что значительно снижает точку росы, и, следовательно, создаются условия для разложения гидратов или для предупреждения их образования.

Основным условием эффективного действия метанола является взаимодействие паров воды с парами метанола и дальнейшая конденсация их, что приводит к значительному понижению влагосодержания газа. Наибольшая эффективность метанола может быть достигнута с применением его в качестве средства, предупреждающего гидратообразование, а не для разрушения уже образовавшихся гидратов. При этом метанол необходимо впрыскивать в газовый поток, обеспечив хорошее распыление и смешение с общим газовым потоком.

Для борьбы с гидратообразованием все большее применение находят электролиты и, в частности, водные растворы хлористого кальция. Это недорогой, безопасный и достаточно эффективный антигидратный ингибитор. Водные растворы хлористого лития также относятся к сильным электролитам, а свойства гигроскопичности их гораздо выше, чем у хлористого кальция. При сопоставлении величины понижения равновесной температуры гидратообразования, в присутствии растворов хлористого лития в зависимости от его концентрации с аналогичными характеристиками других антигидратных ингибиторов установлено, что исследованные растворы наиболее эффективны.

Для осушки газа в качестве абсорбента используются гликоли, а для извлечения тяжелых углеводородов – углеводородные жидкости. Абсорбенты, применяемые для осушки газа, должны обладать высокой взаиморастворимостью с водой, простотой и стабильностью при регенерации, низкой вязкостью при температуре контанта, низкой коррозионной способностью, не образовывать пен или эмульсий. На современных промыслах чаще применяют диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ). Реже, при осушке впрыском в теплообменники в качестве ингибитора гидратообразования используется этиленгликоль (ЭГ). Ряд производных ди– и триэтиленгликоля или побочные продукты, получаемые при их производстве (этилкарбинол, тетраэтиленгликоль, пропиленгликоль и др.), хотя и обладают высокой гигроскопичностью, широкого применения в качестве осушающих агентов не нашли.

ДЭГ – это бесцветная жидкость с температурой кипения 244,5°С. Плотность 1,117 г/см 3 и температурой замерзания 6,5°С. ДЭГ полностью растворим в воде. В основном ДЭГ в качестве обезвоживающего агента применяют при осушке природных газов. Иногда проводят совместную осушку и очистку газов от сероводорода смешанными растворами этаноламинами и ДЭГ.

Преимущество ДЭГа перед ТЭГом – меньшая склонность к ценообразованию при содержании в газе конденсата. Кроме того, ДЭГ обеспечивает лучшее разделение системы вода – углеводороды. Однако ТЭГ обеспечивает высокую степень осушки, что приводит к большому снижению точки росы . ТЭГ имеет более высокую температуру разложения. Следовательно, ТЭГ можно нагревать до более высокой температуры и регенерацию (восстановление) его проводить без вакуума.

Чем выше концентрация подаваемого гликоля, тем глубже степень осушки. Концентрация гликоля зависит от эффективности его регенерации. При атмосферном давлении ДЭГ можно регенерировать до 96,7%, а ТЭГ-до 98,1%. Гликоли в чистом виде не вызывают коррозии углеродистых сталей. Регенерация гликолей проводится до получения свежего раствора. Потери гликолей при использовании их в качестве ингибиторов гидратов складываются из потерь при регенерации (термическое разложение и унос), потерь в результате неполного отделения от газа в сепараторах, растворения гликолей в конденсате и газе, всевозможных утечек и др.

На практике о влагосодержании углеводородного газа судят по его точке росы, пони- мая под этим температуру ниже которой водяной пар конденсируются, то есть выпадает из газа в виде росы.

Технологическая схема установки осушки газа с помощью ДЭГ представлена на рис.1 Она состоит из абсорбера 1, десорбера (выпарной колонны) 5 и вспомогательного оборудования (теплообменники, насосы, фильтры, емкости и др.).

Сущность процесса осушки газа жидкими поглотителями заключается в следующем: при контакте абсорбента с газом в цилиндрическом аппарате, называемом абсорбером, в который снизу подается газ, а сверху – жидкость, абсорбент. При взаимодействии газа и жидкости пары воды поглощаются абсорбентом. Внутри абсорбера помещены перегородки (тарелки) для улучшения контакта между абсорбентом и газом. Процесс ведется при температуре около 20°С и давлении от 2 до 4 МПа. Сверху абсорбера выходит осушенный газ, а снизу обводненный абсорбент. Обводненный (насыщенный влагой) абсорбент поступает в другой аппарат – десорбер – для отборки воды. Процесс десорбции воды проводится при повышенных температурах, но не выше 170°С для ДЭГ и 191°С для ТЭГ, так как выше этих температур гликоли разлагаются. Десорбер, как и абсорбер представляет собой цилиндрический тарельчатый аппарат. Насыщенный гликоль, предварительно подогретый в теплообменнике, подается в середину десорбера. Сверху его выходят пары воды, которые конденсируются в конденсаторе-холодильнике и конденсат частично возвращается наверх десорбера в качестве орошения. Вниз десорбера подводится тепло путем подогрева части гликоля в паровом подогревателе. Регенерируемый гликоль, как правило, может содержать не более 5% массовых воды. Далее он охлаждается в теплообменнике–холодильнике и возвращается в абсорбер.

Рисунок 1 – Технологическая схема абсорбционной осушки газа

Основные преимущества абсорбционного метода осушки газа:

• не высокие перепады давления;
• низкие эксплуатационные расходы;
• возможность осушки газов с высоким содержанием веществ, разрушающих твёрдые сорбенты.

К недостаткам данного способа относят:

• необходимость повышения температуры газа выше 40° С;
• средний уровень осушки;
• Возможность вспенивания поглотителей.

Иногда применяется комбинированная осушка газа вначале жидким поглотителем, а затем доосушка твердым адсорбентом. Для более полного удаления влаги используются адсорбционные методы осушки углеводородного газа.

Список использованной литературы

1. Мановян А.К., Технология первичной переработки нефти и природного газа/А.К. Мановян-М.:Химия,2001.-568с.
2. Мановян А.К., Технология переработки энергоносителей/А.К. Мановян-М.:КолосС,2004.-456с.
3. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа / Ахметов С.А., Баязитов М.И., Кузеев И.Р., Сериков Т.П. // ред. Ахметова С.А. – Санкт-Петербург: Недра, 2006 г. – 868 стр.

Источник

АБСОРБЦИЯ ГАЗА

А что это такое?

Абсорбция газа — это один из способов осушки газа с применением жидкого реагента ( диэтиленгликоля ). Эта операция позволяет перед транспортировкой удалить из голубого топлива влагу.

Справка:

Диэтиленгликоль — химическое соединение, представитель двухатомных спиртов. Прозрачная светлая вязкая жидкость. Имеет способность к поглощению водяных паров, обладает сладковатым вкусом.

А для чего это нужно?

Вода, в тех или иных количествах, присутствует в любом газе. И абсорбция — как один из способов осушки газа — имеет важное значение для целого ряда технологических процессов. Ведь они, как правило, крайне чувствительны к наличию в голубом топливе влаги. Чем же опасна вода? Самая очевидная причина — коррозия . Ведь трубы газовых магистралей и технологическое оборудование — это сплавы металла. В газопроводах наличие воды может привести к образованию гидратов — кристаллов, похожих на снегообразную массу. Из-за них в трубах могут возникнуть пробки, препятствующие газовому потоку. Также гидраты нарушают нормальную работу регулирующих клапанов, предназначенных для поддержания необходимого давления. Осушка же голубого топлива обеспечивает непрерывную эксплуатацию оборудования и газопроводов и предотвращает гидратообразование и возникновение ледяных заторов в системах. Основным показателем технологического процесса осушки газа является температура точки росы . Это температура, при которой из газа начинает выделяться конденсат.

Вертикальные абсорберы ЦОГ ДКС-2

А где это происходит?

Процесс абсорбции газа происходит в вертикальных и горизонтальных цилиндрических сосудах — абсорберах, установленных на дожимных компрессорных станциях. В качестве реагента применяют раствор диэтиленгликоля (ДЭГ). Газ и абсорбент контактируют внутри аппарата, перемещаясь противотоком. Газ поднимается снизу вверх, а абсорбент по тарелкам стекает сверху вниз. Последний насыщается влагой и отправляется вниз на регенерацию. А в верх колонны уходит уже осушенный газ.

А как у нас?

В ООО «Газпром трансгаз Ставрополь» абсорберы используются на ДКС-1, ДКС-2 Ставропольского ЛПУМГ и в цехе осушки газа (ЦОГ) Изобильненского ЛПУМГ. При отборе из Северо-Ставропольского подземного хранилища газа в аппаратах производится осушка голубого топлива с помощью жидкого абсорбента — диэтиленгликоля . Также на предприятии используют и другую технологию осушки газа — адсорбцию. При этом способе поглощение влаги осуществляется твердым гранулированным веществом — цеолитом . Адсорбция применяется в ЦОГ г. Алагира, а также на блоках подготовки импульсного газа на компрессорных станциях.

Источник

Методы осушки газа: основные способы

Выбор способа осушки газа – важный шаг, что обусловлено различной практической значимостью каждого отдельно взятого подхода и его применимостью на практике. Давайте же разберемся какие существуют методы осушки газа.

Химические методы

В лабораториях обычно используются химические методы. Существует множество веществ, способных воздействовать на газ и обеспечить его полную осушку. Но проблема состоит в том, что в промышленных масштабах реализовать их восстановление достаточно сложно, а зачастую и просто невозможно. Одноразовое использование восстановителей нерационально, поскольку обходится очень дорого.

Физические методы осушки газа

Альтернативой химической осушки газов являются методы, основанные на физических принципах. Но все же лучше брать лучшее от каждого подхода.

Осушка газа абсорбционным методом

Природные и попутные газы, добываемые под повышенным давлением и при пониженных температурах нефтедобычи, содержат капельную и парообразную влагу, которая вызывает создание гидратов – затвердевших углеводных компонентов газовой смеси с включением в них молекул воды.

Осаждаясь в виде льда на стенках трубопроводов и аппаратов, гидраты сужают их внутреннее сечение, уменьшают пропускную способность трубопроводов и часто приводят к полной их укупорке. Присутствие в углеводородных газах кислых компонентов (СО2, Н2S и др.) приводит к сильной коррозии трубопроводов и аппаратов. Обычно содержание паров воды, СО2, Н2S в очищенном природном газе регламентируется.

При осушке газа методом абсорбции используются специальные жидкие реагенты, способные поглощать из газов воду. Для реализации такого способа необходима специальная установка, которая в состоянии обеспечить непосредственный контакт реагента с газом. В качестве поглотителей при данном подходе чаще всего применяется раствор диэтиленгликоля или триэтиленгликоля.

Абсорбция предусматривает поступление обрабатываемого газа в нижнюю часть установки. В это же время с верхней части навстречу движется раствор поглотителя. Далее насыщенный влагой осушитель поступает в сепаратор, где из него сначала удаляется газ, поглощенный внутри установки. Далее следует подогрев и регенерация этиленгликоля, состоящая в выделении поглощенной ранее влаги. Затем цикл повторяется.

Основное преимущество абсорбционного способа – это возможность его автоматизации и проведения осушки до значения «точки росы» (-70ºС), приемлемого в большинстве практических случаев.

Очистки базируется на использовании твердых поглотителей. Это может быть цеолит, оксид алюминия или силикагель. Поглощенная влага извлекается из пор при помощи внешних воздействий. При адсорбции газов можно достичь более низкой «точки росы» (-90ºС), но выбор конкретного адсорбента зависит от химического состава осушаемого газа.

В целях борьбы с гидратообразованиями и для очистки газов от кислых примесей на газоперерабатывающих заводах эксплуатируют абсорбционные установки, в которых осушают и очищают газ, используя абсорбенты и специальные вещества (ингибиторы), снижающих температуру гидратообразования.

Известные способы сушки и очистки газа предусматривают подачу абсорбента в абсорбер, массообменное взаимодействие абсорбента с осушаемых газом и очистку в многофункциональном аппарате. Абсорбционные установки отличаются тем, что в них осуществляют непрерывное подведение абсорбента и отвод на регенерацию насыщенного влагой или продуктами окисления абсорбента в регенератор, а также рециркуляцию регенерированного поглотителя. Абсорбцию проводят в абсорберах поверхностного типа или используют смешение абсорбента и газа с одновременным охлаждением и сепарацией капель влаги.

Процесс сушки газа абсорбционным способом рассчитывают или графоаналитическим методом с использованием графиков для определения равновесного влагосодержания углеводородных газов, либо на основе уравнения Кремсера для расчетов числа контактных тарелок. Применение триэтиленгликоля для сушки и очистки газа в промышленности не получило широкого распространения из-за его дороговизны, поэтому оно оправдано при больших объемах перерабатываемого газа.

Гликолевая осушка газа

Гликолевая осушка газа представляет собой селективное поглощение паров воды специальным жидким абсорбентом. Сейчас на практике для решения такой задачи используются преимущественно диэтиленгликоли или триэтиленгликоли.

Обычно природный газ, поступающий из скважины, содержит много воды. Это нежелательно, поскольку влага может создать дополнительные проблемы при последующей транспортировке и переработке. Например, в случае низких температур произойдет замерзание воды в трубопроводе или образуются твердые гидраты с другими компонентами газа.

Такие соединения могут появляться и при высокой температуре. Их главная опасность состоит в возможной закупорке трубопроводов и технологического оборудования. Гликолевая осушка газа позволяет удалять воду и снижать температуру гидратообразования.

Суть процесса гликолевой осушки cводится к следующему. Сначала обезвоженный и концентрированный гликоль подают в верхнюю часть абсорбционной колонны. Там он взаимодействует с увлажненным газом. Поглощение воды гликолем обеспечивается за счет физической абсорбции. Разбавленный гликоль выходит с низа колонны. В свою очередь, осушенный газ выводится с верха абсорбера и дальше идет или в газопровод, или же на дальнейшую переработку.

Остается вопрос: что делать с разбавленным гликолем? Данное вещество из абсорбера дросселируется до низкого давления и подается в емкость выветривания. Это нужно для того, чтобы отделить растворенные углеводороды. Далее гликоль подогревают в рекуперативном теплообменнике и подают в регенератор. Последний состоит из насадочной колонны, ребойлера и конденсатора. Там происходит концентрация гликоля до исходной чистоты, что достигается благодаря испарению поглощенной ранее воды.

При сушке газа гликолем используется разница парциальных давлений водяных паров, имеющих место в абсорбенте и газе. Только от гигроскопичных свойств осушителя, температуры и давления, а также эффективной площади контакта зависит, какое количество влаги можно будет извлечь из газа при помощи абсорбента.

Осушка газа абсорбционным методом использует преимущественно гликоли, диэтиленгликоли и триэтиленгликоли, которые способны поглощать влагу до 40 г/л, а также кислые газы до 99% от их первоначального содержания.

Установка для осушки газа от GlobeCore

Рассмотрим процесс осушки атмосферного воздуха, который, как известно, является смесью различных газов (азота, кислорода, аргона, углекислого газа, водорода и др.). Для решения данной задачи компания GlobeCore разработала и производит установки типа «Суховей». Принцип их действия основан на осушке воздуха в двух адсорберах, работающих независимо друг от друга. Адсорберы заполнены синтетическим сорбентом. За счет наличия фильтра пыли установка обеспечивает также очистку уже осушенного воздуха от механических примесей.

Конструкция «Суховея» позволяет проводить регенерацию сорбента без привлечения стороннего оборудования. Восстановление поглотителя осуществляется за счет его прогрева горячим воздухом с температурой 390-430ºС.

Источник