4. Способы осушки газа.

Природный газ и продукты его переработки, направляемые промышленным потребителям, должны отвечать стандартам или техническим условиям их транспортировки, хранения, поставки и использования. Стандарты или технические условия на природный газ должны отражать допустимые содержания сероводорода, воздуха или кислорода, углекислого газа, окиси углерода, допустимую влагонасыщенность, содержание твердых примесей и других компонентов, теплотворную способность и т.д. Различают требования, предъявляемые к природным газам, подаваемым в магистральные газопроводы и коммунально-бытовым потребителям.

На промысле газ с помощью установок обрабатывают до определенной кондиции для обеспечения его транспортирования и извлечения углеводородного конденсата и других компонентов.

Наличие в газе избыточной влаги ставит ряд серьезных проблем при транспортировании газа. В процессе обработки и транспортирования газа за счет снижения температуры в системе происходит конденсация водяных паров и, следовательно, образование в ней водного конденсата. Последний образует с компонентами природного газа гидраты. Отлагаясь в газопроводах, гидраты уменьшают их сечение, а иногда приводят к аварийным остановкам. Кроме того, наличие воды в системе усиливает коррозию оборудования, особенно при содержании в сырьевом газе кислых компонентов (сероводород, двуокись углерода).

В связи с изложенным природные и нефтяные газы перед подачей в магистральные газопроводы и в цикле переработки подвергаются осушке.

В практике распространены три способа обработки газа на промыслах:

1. низкотемпературный, предназначенный для извлечения жидких углеводородов и влаги охлаждением пластового сырья;

2. абсорбция – для извлечения жидких углеводородов и воды поглощающими жидкостями (маслами, гликолями);

3. адсорбция – для извлечения жидких углеводородов и воды твердыми поглотителями.

Выбор способа осушки газа зависит от состава сырья. Для осушки "тощих" газов (т. е. газов, не содержащих тяжелые компоненты выше пороговой концентрации) применяются абсорбционные и адсорбционные процессы. При наличии в газе конденсата переработка газа осуществляется с применением низкотемпературных процессов

Низкотемпературный способ разделения газов позволяет в зависимости от глубины охлаждения извлекать от 80 до 100 % тяжелых углеводородов и осушать газ при транспортировании однофазного компонента до необходимой точки росы по влаге и углеводородам.

Точка росы по влаге – это показатель (температура), который определяет условия безгидратного транспорта природного газа, обеспечивающий повышение надежности работы КИП и А, снижение коррозионного износа магистральных газопроводов, компрессорных станций и технологического оборудования.

Точка росы по углеводородам – это показатель (температура), характеризующий условия дальнего транспорта природного газа в однофазном состоянии, определяющий верхний предел извлечения газового конденсата в промысловых условиях.

На практике применяют одну из модификаций низкотемпературного способа – низкотемпературную сепарацию (НТС), при которой получают относительно невысокие перепады температур как за счет использования энергии избыточного пластового давления (путем дросселирования газа), так и за счет искусственного холода.

Высокое начальное пластовое давление природного газа используется для получения холода и выделения из газа влаги и углеводородного конденсата.

Холод при высоких давлениях природного газа получают на специальных установках, называемых установками низкотемпературной сепарации (НТС). Отрицательные температуры в этих установках создаются в результате дросселирования (понижения давления) газа высокого давления в штуцерах.

Установлено, что при дросселировании газа в штуцере на 0,1 МПа, температура газа в среднем понижается на 0,3 ^оС (коэффициент Джоуля-Томсона). Т.е. если снизить давление природного газа при помощи штуцера на 10 МПа, то температура этого газа понизится на 30 ^оС, в результате чего из газа выделится значительное количество влаги и углеводородного конденсата.

В то же время эффект дросселирования газа, как правило, не долговечен, так как давление по мере истощения залежи падает. Адиабатическое или политропическое расширение газа в детандерах (поршневых или турбинных) позволяет получить дополнительные источники холода и тем самым продлить срок службы установок НТС. Для этой же цели предназначены дополнительные сооружения газовоздушных, газоводяных и газоконденсатных теплообменников.

Применение искусственного холода (холодильных машин) в установках НТС позволяет обрабатывать газ до конца разработки месторождения, но при этом капитальные вложения в обустройство промысла увеличиваются примерно в 1,5-2,5 раза.

Абсорбционная осушка газов. Абсорбционный процесс осушки газа является наиболее распространенным при подготовке газа к транспорту. Более 70 % добываемого в РФ газа к транспорту подготавливается с применением этого процесса.

Абсорбцией называется процесс поглощения компонентов газа жидкими поглотителями-абсорбентами. Этот процесс основан на различии давлений насыщенных паров влаги в сырьевом газе и над раствором абсорбента, контактирующим с газом. При контактировании газа с осушителями абсорбция (извлечение) влаги протекает до тех пор, пока парциальное давление влаги в газе не достигнет величины ее же парциального давления над раствором осушителя (абсорбента).

Процесс абсорбции осуществляется в вертикальном цилиндрическом сосуде, называемом абсорбером. Природный газ и абсорбент, контактируя на тарелках, расположенных внутри аппарата, перемещаются противотоком: газ поднимается вверх, а абсорбент стекает вниз и по мере своего движения насыщается поглощаемыми им компонентами (или влагой) и через низ абсорбера подается на регенерацию. С верха абсорбера уходит осушенный природный газ. Эффективность процесса осушки природного газа абсорбционным методом зависит от температуры и давления, числа тарелок в аппарате, количества и качества абсорбента.

Основными требованиями к абсорбентам являются высокая поглотительная способность в широком интервале концентраций, давления и температур, низкое давление насыщенных паров, низкая взаиморастворимость с компонентами газа, нейтральность в отношении компонентов газов и ингибиторов, применяемых в процессе добычи газа, низкая коррозионная активность. Кроме того, осушители должны иметь низкую вспениваемость в условиях контакта с газовой смесью и незначительную вязкость в условиях эксплуатации, обеспечивающую хороший контакт с газом в абсорбере, теплообменниках и другом массообменном оборудовании, а также быть неядовитыми и способными к полному биологическому разрушению, быть дешевыми и нетоксичными.

Этим требованиям в той или иной степени отвечают гликоли – этиленгликоль (ЭГ), диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ) и пропиленгликоль (ПГ).

На практике в схемах установок абсорбционной осушки газа в качестве осушителей применяются только высококонцентрированные растворы ДЭГа и ТЭГа. Водные растворы других гликолей, в частности ЭГ и ПГ, нашли применение в качестве ингибитора гидратообразования.

Гликоли являются двухатомными спиртами жирного ряда и с водой смешиваются во всех соотношениях. Их водные растворы не вызывают коррозии оборудования.

Для повторного использования растворов гликолей на установках осушки газа необходимо подвергать их регенерации от поглощенных примесей (влаги, механических примесей, продуктов коррозии). Регенерация насыщенных растворов гликоля производится на специальных блоках УКПГ.

Адсорбционная осушка газа. Метод основан на избирательном свойстве твердых пористых веществ (адсорбентов) поглощать газы.

Адсорбенты-осушители должны обладать следующими свойствами: достаточной поглотительной способностью; обеспечивать низкое остаточное содержание влаги в газе, полнотой и простотой регенерации, механической прочностью и др.

Для осушки газа в промышленных установках чаще всего применяются силикагели и молекулярные сита.

Силикагелевые адсорбенты изготавливаются в виде зерен размерами 0,2 – 7,0 мм. Отечественная промышленность выпускает два сорта силикагеля: мелкопористый и крупнопористый.

Основные преимущества силикагелей: низкая температура, требуемая для регенерации (до 200 ⁰С) и, как следствие, более низкие энергозатраты, чем при регенерации других промышленных минеральных сорбентов (окись алюминия, цеолиты), а также относительно низкая себестоимость.

Синтетические цеолиты (молекулярные сита) – это адсорбенты, размеры пор которых соизмеримы с размерами молекул. Наиболее широко используются синтетические молекулярные сита, полученные на основе щелочно-земельных алюмосиликатов. Синтетические цеолиты – самый дорогой адсорбент.