МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Институт Геологии и Нефтегазодобычи

Реферат

на тему: «Фракционирование углеводородных газов. Принципиальные технологические схемы газофракционирующих установок. Подготовка газов к переработке»

Выполнил:

Ст.гр. БТП-08

Благодатных Ксения

Проверил:

Дрогалев В.В

Тюмень 2012г

ПОДГОТОВКА ГАЗА К ПЕРЕРАБОТКЕ

Природный газ выносит из скважин взвешенную капельную жидкость (газовый конденсат, воду) и мелкие частички горной породы, т. е. газ является дисперсной системой с дисперсной жидкой и твердой фазами.

В задачу подготовки газа к переработке входит отделение этих дисперсных фаз с помощью различных сепарационных устройств.

Особенностью при этом является то, что по мере сепарации изменяются размеры капель взвешенной влаги и твердых частиц (их дисперсность). Так, на входном участке диаметр капель в потоке газа колеблется от 100 до 1000 мкм (в среднем около 700 - 800 мкм), и может присутствовать пленочная жидкость. После первой ступени сепарации в потоке остаются капли диа­метром от 30 до 150 мкм, а после второй ступени в газе присут­ствуют самые мелкие капли - от 1 до 30-50 мкм (в зависимости от конструкции предыдущего сепарационного устройства).

На выходе из ступени предварительной очистки установок комплексной подготовки газа суммарное содержание дисперс­ной жидкой фазы не должно превышать 350 мг/м3 газа.

Соответственно меняющемуся дисперсному составу газа и требованиям на его очистку используются разные по конструк­ции и эффективности очистки сепарационные устройства, кото­рые по своему принципу действия делятся на гравитационные, инерционного типа (насадочные), центробежные и фильтрую­щие. В большинстве случаев конструкции объединяют в себе несколько из этих принципов.

Рис. 6.5. Гравитационные сепараторы:

1-3 - входная, осадительная (гравитационная) и улавливающая (инерционная) зоны се­парации соответственно; 4 - сборник конденсата; /, // - вход и выход газа; 111 - выход конденсата

Гравитационные сепараторы (рис. 6.5) бывают горизонталь­ными, вертикальными и шарообразными. Общим для них яв­ляется наличие отстойной (осадительной) зоны 2, где отделение дисперсных частиц происходит под действием сил тяжести и описывается уравнением (4.27). Кроме этой отстойной зоны на входе газа имеются обычно отбойные пластины 7, а перед выхо­дом газа из сепаратора - каплеулавливающий сетчатый пакет 3, сепарирующий мелкие капли от газа за счет инерционных сил (удар о препятствие, резкие повороты газа, трение о поверх­ность сетки и др.).

Внизу сепаратора имеется вынесенный отдельно или встро­енный сборник уловленной жидкости и пыли. Такой тип сепа­раторов обычно используется первым по ходу очистки газа, ко­торый несет наиболее крупные капли жидкости, а конкретная конструкция сепараторов выбирается с учетом таких факторов, как производительность по газу, давление, наличие в газе меха­нических примесей, требуемая степень очистки и др.

Инерционные сепараторы насадочного типа представляют со­бой аппараты, заполненные насадками с развитой удельной по­верхностью контакта (от 10 до 500 м2/м3). Улавливание капель происходит за счет их ударения о поверхность насадки и резких многократных поворотов потока газа в каналах самой насадки.

В качестве насадки применяют кольца Рашига, многослой­ные жалюзи из пластин или уголков, а также сетчатые пакеты из рукавной, вязанной чулочной вязкой сетки из проволоки диаметром 0,25 мм. Степень улавливания капель такими сепара­торами достигает 99%.

Чаще всего жалюзийная насадка таких сепараторов представ­ляет собой волнистые стальные листы (гофры перпендикулярны

оси аппарата) установленные вертикально с небольшим шагом друг относительно друга. Газ двигаясь вертикально снизу вверх, многократно огибает гофры, образующие извилистые каналы, и за счет инерционных сил и сил трения о стенки листов из него выделяются капли жидкости, стекающие по листам в низ аппа­рата (сборник жидкости). Такой жалюзийный сепаратор может улавливать капли жидкости размером более 20 мкм и обеспечи­вает (в зависимости от размеров) пропускную способность по газу до 6,0 млн м3/сут.

Одной из особенностей таких сепараторов является то, что пленка уловленной жидкости стекает по пластинам навстречу потоку газа, и при определенной скорости газа может наступить момент, когда газ за счет сил трения приостановит течение этой пленки. Наступает "зависание" жидкости и захлебывание насадки. Скорость газа, при которой наступает это явление, называется критической и может быть определена по формуле

И'кр = *tflO*o(px-Pr)/p?. (6-1)

где рж, рг - плотности жидкости и газа, кг/м3; ст - поверхностное натяжение, Н/м; g- ускорение свободного падения, м/с2; К- коэффициент, учитывающий конструктивный признак сепаратора: К = 0,45 - для жалюзийного вертикально­го сепаратора, К = 0,60 - для горизонтального сетчатого сепаратора, К = 0,90 -для вертикального сетчатого сепаратора.

Обычно рабочую скорость газа в сепараторе принимают (или допускают) равной (0,8 - 0,85) wKp, а оптимальным диапазоном скоростей считают (0,5 - 0,85)wKp.

Устройство сетчатых сепараторов в принципе аналогично устройству жалюзийных, но вместо жалюзи установлен пакет сетчатого каплеуловителя толщиной 150 мм (см. рис. 12.15).

Пакетом сетчатого каплеуловителя задерживаются капли жидкости от 5 - 10 мкм и выше, и поэтому его эффективность выше жалюзийного. Критическая скорость газа для сетчатых сепараторов в 1,5 - 2,0 раза выше, чем для жалюзийных (А"= 0,6 или 0,9). Их используют обычно для окончательной очистки газа и устанавливают поэтому на концевых участках ступени очистки газа.

Центробежные сепараторы для отделения жидкости от газа используют центробежные силы, возникающие в предваритель­но закрученном потоке газа. При этом чем больше скорость закрутки и меньше радиус закрученного потока, тем выше эф­фективность сепарации.

Существует два типа центробежных сепараторов, разли­чающихся устройством, закручивающим поток,. - циклонные и прямоточные (рис. 6.6, а и б). В первом случае поток газа вхо-

Рис. 6.6. Центробежные сепараторы газа (а и б) и нефтегазовой смеси (в):

/ - корпус; 2 - внутренняя гаэоотводящая труба; 3 - завихритель; 4 - сборник газокон­денсата; 5, 6- сборники нефти и воды; 7- отбойная тарелка; 8- регулирующее устройство; /-/Я- см. рис. 6.5; IV, V- выход нефти и воды

дит в корпус сепаратора тангенциально, под направляющую пластину (завихритель) 3 и завихряется вокруг центральной тру­бы 2, снизу которой отводится очищенный газ. Капли жид­кости, отброшенные центробежной силой к корпусу сепаратора, стекают по нему вниз и через нижний патрубок собираются в сборнике газоконденсата 4.

На рис. 6.6, в схематично показан центробежный сепаратор циклонного типа для отделения попутного газа от нефти и во­ды, т. е. в случае, когда дисперсной фазой является не жид­кость, а газ. Верхняя его секция представляет собой циклонный сепаратор газа, а нижняя - отстойник для отделения остатков газа от нефти и расслоения основной массы воды и нефти.

Центробежные сепараторы имеют эффективность до 90 -95% и используются поэтому на входных участках для предвари­тельной очистки газа, особенно если газ содержит много меха­нических примесей.

Фильтрующие сепараторы используют для окончательной тонкой очистки газа от частиц жидкости диаметром от 0,5 до 10 мкм, не улавливаемых другими типами сепараторов.

Одна из разновидностей такого сепаратора показана на рис. 6.7. Он включает три зоны сепарации - входную /, фильтрую­щие элементы 2 и каплеуловитель 3.

Фильтрующие элементы представляют собой перфорирован­ный патрубок-каркас 3, на котором уложен фильтрующий слой - тонкое стекловолокно, при прохождении через слой ко­торого капли коалесцируют (сливаются), укрупняются и стекают в сборник.

ОЧИСТКА ГАЗА ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ

К вредным примесям газа относятся ядовитые и коррозионно-активные серосодержащие соединения и негорючие инертные газы, снижающие теплоту сгорания углеводородного газа.

В общем случае в углеводородном газе могут содержаться та­кие серосодержащие соединения, как сероводород (H2S), серооксид углерода (COS), сероуглерод (CSj), меркаптаны (C_nH2n-iSH), а в газовом конденсате-также сульфиды (R-S-R') и дисульфиды (R-S-S-R')-

В состав инертных газов входят диоксид углерода, азот и гелий.

Выбор поглотителей и технологических схем процессов очистки газов от сернистых соединений.

Выбор поглотителя является основной задачей технологии очи­стки газа от сероводорода, диоксида углерода, серооксида уг­лерода, сероуглерода, тиолов и т. д. От правильного выбора поглотителя зависят не только качество товарного газа, но и металло- и энергоемкость установок, а также вопросы охраны окружающей среды на объектах газовой промышленности. В ряде случаев от наличия остатков поглотителя в товарном газе зависит также эффективность дальнейшего использования газа в других отраслях промышленности.

Поэтому большое значение имеет выбор поглотителя для установок очистки газов от кислых компонентов.

Независимо от способов очистки газа поглотители должны отвечать ряду общих требований, в частности, иметь:

высокую поглотительную емкость по кислым компонентам в широком интервале их парциального давления в газе;

низкие давления насыщенных паров, чтобы обеспечить их минимальные потери с очищенным газом;

низкую вязкость при режимах эксплуатации абсорбера, чтобы обеспечить хороший контакт с газом;

низкую взаиморастворимость с углеводородами;

нейтральные свойства по отношению к углеводородам и ин­гибиторам, применяемым при добыче и промысловой обработке газов;

низкую коррозионную активность;

высокую устойчивость против окисления и термического раз­ложения (низкие скорости старения);

высокую устойчивость к побочным реакциям с различными примесями;

устойчивость к пенообразованию;

их температура кипения должна быть ниже температуры кипения всех компонентов газа, поглощаемых раствором, с тем, чтобы исключить их накопление в поглотителе.

Следует отметить, что на установках переработки газа по­падание поглотителей в водоемы и почвы в том или ином ко­личестве неизбежно. Поэтому они должны быть как можно ме­нее ядовитыми и подвергаться полному биологическому разру­шению. Кроме того, поглотители кислых компонентов должны быть дешевыми и не опасными для организма человека.

На практике трудно найти химические реагенты, полностью отвечающие всем указанным требованиям. В той или иной сте­пени указанным требованиям отвечают алканоламины, из кото­рых для очистки газов от сероводорода и диоксида углерода наиболее широкое применение нашли моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), дигликольамин (ДГА), диизопропанола-мин (ДИПА), а также триэтаноламин (ТЭА) и метилдиэтано-ламин (МДЭА)

Процессы очистки газов физическими поглотителями

Для очистки газов от сернистых соединений и диоксида углеро­да применяют также физические процессы, механизм действия которых основан на избирательной растворимости кислых ком­понентов в различных жидких поглотителях.

В интервале давлений и температур, при которых произво­дят очистку газов, с повышением давления и снижением тем­пературы растворимость компонентов природных газов в физи­ческих поглотителях увеличивается. Поэтому очистку газов от кислых компонентов желательно вести при их высоких пар­циальных давлениях в газовой смеси. Этого можно достичь путем повышения давления газа перед входом в абсорбер, од­нако повышение давления газов приводит также к пропорцио­нальному увеличению парциального давления углеводородов в смеси и способствует таким образом повышению их раствори­мости в физических поглотителях. Поэтому при низких кон­центрациях кислых компонентов в смеси увеличение давления газа хотя и способствует уменьшению удельного расхода по­глотителя, но недостаточно для повышения эффективности процессов очистки газа, так как вследствие повышения раст­воримости углеводородов избирательность процесса остается на низком уровне. Кроме того, увеличивается выход газов низ­кого давления на установке. Для обеспечения получения кис­лого газа, отвечающего требованиям установок получения газо­вой серы, потребуется перед десорбером произвести многосту­пенчатую дегазацию насыщенного раствора, что приводит к

увеличению металлоемкости установки. Газы, получаемые на различных ступенях сепарации, содержат определенное количе­ство сернистых соединений. Утилизация этих потоков является серьезной проблемой, так как связана с дополнительной очи­сткой, а в ряде случаев компрпмированием и подачей в поток сырьевого газа. Поэтому применение физических поглотителей.