Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Процессы подготовки газа и газового конденсата.

С каждым годом роль газа в мировом топливно-энергетическом балансе становится все существеннее. Это вызвано достаточно малой стоимостью газа и его потребительскими свойствами: высокой стабильностью и однородностью состава, калорийностью, технологичностью использования и транспортировки, высокой экологичностью.

Добываемый из скважин пластовый газ содержит в своем составе различные количества воды, углеводородного конденсата, активных и инертных примесей. Поэтому, продукцию скважин подвергают обработке на установках комплексной подготовки газа (УКПГ). Совместно с УКПГ, как правило, используются установки стабилизации конденсата (УСК). В результате всегда получают три целевых продукта: «сухой газ», стабильный конденсат и пропан-бутановую фракцию (ПБФ). В зависимости от удаленности от удаленности промысла, развития инфраструктуры и промышленности ПБФ может подаваться потребителям как отдельный продукт, совместно с «сухим» газом по газопроводу или по продуктопроводу с конденсатом. Но независимо от вариантов транспортировки товарная продукция (газ) должен удовлетворять определенным критериям качества (Таблица 1).

Таблица 1.– ГОСТ на сухой газ.

Подготовка газа может осуществляться методами низкотемпературной сепарации, низкотемпературной конденсации, абсорбции и ректификации. На промыслах подготовка газа практически всегда ведется методом низкотемпературной сепарации (НТС), которая заключается в конденсации влаги углеводородного конденсата путем охлаждения поступающего на установку пластового газа и последующим выделением капель жидкости. Осушенный таким образом газ подается в газопровод, а отделившийся конденсат на дальнейшую подготовку на УСК. Все установки НТС условно можно разделить на две группы: с применением ингибиторов гидратообразования и без применения ингибиторов.

Кристаллические соединения, схожие со снегом или льдом, образуемые ассоциированными молекулами углеводородов и воды, называются кристаллогидратами (или просто гидратами).

По экспериментальным данным, гидраты образуются с момента появления центров кристаллизации, которые обычно формируются на поверхностях раздела:

при контакте вода – газ, вода – сжиженный газ, сжиженный газ – влажный газ;

при конденсации воды из объема газа и на пузырьках газа при его барботировании через воду;

при контакте вода – металл за счет сорбции газа, растворенного в воде.

Появляясь в смеси, гидраты образуют наросты внутри аппаратуры, а зачастую и гидратные пробки, чем вызывают повышение гидравлического сопротивления, уменьшают эффективность теплообменных процессов и т.д. Поэтому существует объективная необходимость уменьшать скорость гидратообразования или, по возможности, избегать их появления.

Известно, что скорость образования гидратов при контакте природного газа с водой увеличивается с понижением температуры и повышением давления. Однако при низких температурах повышение давления мало влияет на процесс гидратообразования. Повышение же температуры при высоких давлениях замедляет процесс образования гидратов.

Гидраты, образующиеся в скважинах, шлейфах, газопроводах, или аппаратах, разрушаются при снижении давления в системе, при разогреве аппарата или участка трубопровода, где произошло образование гидрата. Однако существующая технология и технологические режимы подготовки газа и газового конденсата не позволяют варьировать давлением и температурой в произвольных диапазонах с целью снижения скорости гидратообразования.

Практический интерес представляют исследования, показавшие влияние незначительной добавки (0,5 – 2,0 % молн.) некоторых органических соединений, таких как этиленгликоль, метанол, этанол, и пропанол на ускорение процесса образования гидратов. При повышении содержания таких веществ в смеси повышается содержание несвязанных в кристаллические решетки молекул углеводородов и в общем условия образования гидратов ужесточаются (ингибируют процесс гидратообразования), и образование начинает происходить при более высоких давлениях и более низких температурах, что положительно сказывается на процессе подготовки газа.

Широкое применение в газовой промышленности для борьбы с гидратами природных газов в скважинах, газопроводах и технологических установках нашел метанол. При низких температурах метанол хорошо растворяет сероводород и диоксид углерода.

Таким образом, добавление метанола в нужных местах в нужных количествах позволяет решить проблему гидратообразования, а термобарические условия подбирать таким образом, чтобы они были оптимальными не для ингибирования процесса гидратообразования, а для успешной подготовки газа к транспортированию.

Необходимым условием работы установок подготовки газа является его охлаждение. Получение низких температур основано на эффекте Джоуля-Томсона и может быть реализовано по двум механизмам: изоэнтальпийному и изоэнтропийному.

Изоэнтальпийный механизм получения низких температур заключается в необратимом адиабатическом расширении газ высокого давления без совершения полезной работы и обычно осуществляется с использованием простого дроссельного устройства. При расширении газа происходит падение давления, т.е. газом совершается работа, что приводит к уменьшению внутренней энергии, которая при таком механизме безвозвратно теряется, и уменьшению температуры. Примем, что до дроссельного устройства газ имел следующие термодинамические свойства – T ₁, P ₁, V ₁, а после – T ₂, P ₂, V ₂. Обратимся к первому закону термодинамики

(1)

(2)

Где Q_1,2 – теплота смеси до и после дросселирующего устройства, Дж;

U_1,2 – внутренняя энергия смеси до и после дросселирующего устройства, Дж;

– работа до и после дросселирующего устройства, Дж;

Учитывая, что процесс адиабатический запишем

(3)

По определению энтальпии

(4)

Тогда

(5)

Таким образом, необратимый адиабатический процесс расширения газа является изоэнтальпийным.

Изоэнтропийный механизм получения низких температур заключается в обратимом адиабатическом расширении газ высокого давления c совершения полезной работы (производство механической работы), например, для привода электрогенератора.