Низкотемпературная сепарация
Сущность процесса низкотемпературной сепарации (НТС) состоит в однократной конденсации углеводородов при понижении температуры газа до -25 – -30°С за счет его дросселирования. Вместо дросселирования через клапан может быть использовано расширение газа в турбодетандере, что позволяет более эффективно использовать перепад давления газа. Принципиальная схема НТС показана на рис. 3.4.1.
Газ I под большим (8 – 12 МПа) давлением поступает в сепаратор 1-й ступени, где от него отделяется тяжелый газовый конденсат. Затем газ через рекуперативные теплообменники 8, охлаждаемые газом и конденсатом 2-й ступени сепарации, поступает в дроссельное устройство 4. В дросселе давление газа снижается на 4 – 5 МПа, за счет чего его температура резко падает и высококипящие углеводороды конденсируются. Выпадающий конденсат отделяют в сепараторе 2-й ступени, а газ, очищенный от тяжелых углеводородов II, направляют потребителю.
Р
ис.
3.4.1. Принципиальная схема процесса
низкотемпературной сепарации (НТС):
1, 2 – сепараторы 1-й и 2-й ступеней; 3 – сепараторы сырого конденсата; 4 – дроссельные клапаны (детандеры); 5 – холодильная машина; 6 – блок стабилизации конденсата; 7 – блок регенерации ингибитора гидратообразования; 8 – теплообменники; I и II – исходный и отсепарированный газ; III – газовый бензин; IV – конденсат сырого газа; V – раствор ингибитора.
Таким образом, только при температуре –40°С достигается почти полная конденсация бутанов и пентанов. Этан и пропан при этом конденсируются лишь на 50 и 79%.
В связи с тем, что процесс НТС протекает при низких температурах, в поток газа вводят ингибитор гидратообразования, что позволяет предотвратить образование гидратов. В качестве ингибитора используют метанол или гликоли, которые связывают влагу из газа и после регенерации (дегидратации) в блоке 6 возвращаются в процесс.
Важнейший параметр НТС – исходное давление газа из скважины. Вначале это давление высоко за счет повышенного пластового давления, но с течением времени пластовое давление снижается (и одновременно снижается содержание в газе тяжелых углеводородов) и потенциал природной энергии для реализации процесса НТС существенно падает. В этом случае перед сепаратором первой ступени устанавливают дожимной компрессор, повышающий давление газа, или же в точке дросселирования газа помещают холодильную машину 5.
Извлечение углеводородов из газа процессом НТС в значительной мере определяется составом исходного газа. Следовательно, что для поддержания нужного уровня извлечения жидких углеводородов из все более облегчающегося по составу газа нужно понижать температуру сепарации, что сделать крайне трудно из-за одновременного снижения пластового давления. В этом заключается один из крупных недостатков процесса НТС.
Низкотемпературная конденсация.
Процесс начал развиваться в 1960-е годы, когда повысился спрос на этан – один из основных мономеров в ассортименте сырьевых ресурсов нефтехимии. Это потребовало перейти на низкие температуры охлаждения газа, с тем, чтобы увеличить степень извлечения из него этана (и соответственно – более тяжелых углеводородов). Это в свою очередь потребовало наряду с эффектом дросселирования применять искусственное охлаждение с использованием пропанового холода (для охлаждения до -70 °С) или каскадного холодильного пропан-этанового цикла, с помощью которого стало возможным извлечь из газа 85 – 87% этана, почти полностью (99%) – пропан и 100% всех остальных углеводородов.
Для производства искусственного холода используют обычно компрессорные холодильные машины, хладагентом в которых являются пропан, этан или фреон, а также турбодетандеры, в которых энергия расширяющегося газа рекуперируется для производства холода.
Р
ис.
3.4.2. Принципиальная схема процесса
низкотемпературной конденсации (НТК):
1,2 – сепараторы 1-й и 2-й ступеней; 3 – турбодетандер; 4 – ректификационная колонна; 5 – выветриватель конденсата; 6 – блок регенерации ингибитора гидратообраэования; 7 – ребойлер; 8 – теплообменники; I и II – исходный и отсепарированный газ; III – ШФЛУ; IV – ингибитор гидратообразования; V – конденсат сырого газа
Предварительно осушенный газ I захолаживается в рекуперативных теплообменниках 8 и после отделения от него в сепараторе 2 сконденсированных углеводородов через турбодетандер 3 поступает в разделительную колонну 4. В нее же после одного из теплообменников поступает смесь сконденсированных углеводородов из сепаратора 2. Снизу колонны отбирают смесь всех сконденсированных углеводородов от этана и выше, а деэтанизированный газ сверху колонны, пройдя теплообменники 8, сжимается в турбодетандере энергией расширяющегося газа из сепаратора 2 и затем подается потребителю. Смесь углеводородов III (ШФЛУ) направляется на газофракционирующую установку, где от нее отбираются этановая фракция и фракции остальных, более тяжелых углеводородов. Турбодетандер – машина, по устройству схожая с газотурбокомпрессором. В ней на общем валу расположена газовая турбина, на лопатках которой расширяющийся газ II вырабатывает энергию, используемую для вращения компрессора, лопатками которого сжимается газ из сепаратора 2.