Осушка газа охлаждением

ОСУШКА ГАЗА МОЛЕКУЛЯРНЫМИ СИТАМИ

Для глубокой осушки применяют молекулярные сита, обыч­но называемые цеолитами. Цеолиты представляют собой слож­ные неорганические полимеры с кристаллической решет­кой. Форма кристалла цеолита — куб. На каждой из его шести сторон выполнены щели, через которые влага прони­кает во внутреннее пространство. Каждый цеолит имеет свой размер щелей, образованных атомами кислорода (от 3 ∙10 ^-7 до 10∙10 ^-7 мкм). Благодаря этому цеолиты способны сорбировать в основном мелкие молекулы, т. е. при адсорбции происходит отсеивание более мелких молекул от более крупных. Мелкие молекулы проникают во внутреннее про­странство кристалла и застревают в нем, а крупные молеку­лы не проходят и, следовательно, не будут сорбироваться. Цеолиты, применяемые в виде порошка или гранул с разме­рами до 3 мм, обладают высокой пористостью (до 50 %) и огромной поверхностью пор. Их активная поглотительная способность достигает 14— 16 г воды на 100 г цеолита при парциальном давлении 50 Па и превышает активность силикагеля и оксида алюминия почти в 4 раза. Необходимо отметить высокую поглощающую способность цеолитов при низкой относительной влажности газа или при малом пар­циальном давлении водяных паров, что обеспечивает осуш­ку газа до очень низкой точки росы (до 173 К).

Преимуществом молекулярных сит является их хорошая поглотительная способность при высоких температурах (до 373 К она уменьшается весьма незначительно). В то же вре­мя поглотительная способность силикагеля и боксита уже при температуре 311 К снижается в несколько раз, а при температуре 373 К практически равна нулю.

Для регенерации молекулярных сит используется сухой газ, нагретый до 473 — 573 К, который пропускают через слой цеолита в направлении, обратном движению газа при осуш­ке. При глубокой осушке газа с большой начальной влажно­стью возможна двухступенчатая схема с применением обыч­ных осушителей (гликолей и бокситов) и молекулярных сит. Цеолиты выдерживают до 5000 циклов, теряя при этом около 30 % своей поглотительной способности.

Охлаждение широко применяется для осушки газа, выделе­ния конденсата из газа газоконденсатных месторождений на установках низкотемпературной сепарации, а также для полу­чения индивидуальных компонентов газа, выделения из при­родного газа редких газов, сжижения газов и т. д. Низкотем­пературный способ разделения газов позволяет в зависимости от глубины охлаждения извлекать от 80 до 100 % тяжелых углеводородов и осушать газ при транспортировке однофазно­го компонента до необходимой точки росы по влаге и углево­дородам. На практике применяют низкотемпературную сепа­рацию (НТС), при которой получают относительно невысокие температуры как за счет использования пластового давления, так и искусственного холода. Детандер (поршневой или тур­бинный) позволяет получить более глубокое охлаждение газа, а также продлить срок службы установок НТС. Применение искусственного холода (холодильных машин) в установках НТС позволяет обрабатывать газ до конца разработки месторожде­ния, но при этом капитальные вложения в обустройство про­мысла увеличиваются в 1,5 — 2,5 раза [39].

Принципиальная технологическая схема НТС приведена на рис. 4.18. Сырой газ из скважины поступает на установку комплексной подготовки, где после предварительного дроссе­лирования (или без него) направляется в сепаратор первой ступени 3 для отделения от капельной жидкости. Затем газ направляется в теплообменник 5 для охлаждения газом, по­ступающим в межтрубное пространство из низкотемператур­ного сепаратора 7. Из теплообменника газ поступает через эжектор 6 или штуцер в низкотемпературный сепаратор 7, в котором за счет понижения температуры в теплообменнике и на штуцере (эжекторе) выделяется жидкость. Осушенный газ поступает в теплообменник 5, охлаждает продукцию сква­жины и направляется в промысловый сборный коллектор. Нестабильный конденсат и водный раствор ингибитора (на­пример, диэтиленгликоля ДЭГ), предотвращающий образова­ние гидратов, из сепаратора первой ступени 3 поступают в конденсатосборник 4 и далее в емкость 10. Здесь происходит разделение конденсата и водного раствора ДЭГа. Затем кон­денсат через теплообменник 9 подается в поток газа перед низкотемпературным сепаратором, а водный раствор ДЭГа направляется через емкость 11 и фильтр 12 для очистки от механических примесей в регенерационную установку 13, после чего регенерированный гликоль из установки с помо­щью насоса 19 подается в шлейфы для предотвращения обра­зования гидратов в них. Поток нестабильного углеводородно­го конденсата и водного раствора ДЭГ направляется в разде­лительную емкость 15 через межтрубное пространство тепло­обменников, где охлаждает нестабильный конденсат, посту­пающий из емкости 10 для впрыскивания в газовый поток.

Водный раствор гликоля через фильтр поступает в уста­новку регенерации 14, после чего насосом 19 подается в газовый поток перед теплообменником 5. Конденсат из раз­делительной емкости 15 направляется через межтрубное про­странство теплообменника 18 в деэтанизатор 16. Установка деэтанизации состоит из тарельчатой колонны, печи 17 и теплообменника 18. Заданная температура в нижней части деэтанизатора поддерживается с помощью теплообменника 18, в котором стабильный конденсат (нижний продукт деэтанизатора), подогретый в печи 17 до температуры 433 К, отдает тепло насыщенному конденсату, поступающему из емкости 15. Охлажденный стабильный конденсат подается в конденсатопровод. По схеме предусматривается также ввод части холодного нестабильного конденсата на верхнюю та­релку стабилизатора. В этом случае деэтанизатор работает в режиме абсорбционноотпарной колонны.

Рис. 4.18. Технологическая схема НТС на газосборном пункте

Если предусматривается транспортировка конденсата в же­лезнодорожных цистернах, то стабилизация конденсата про­водится в ректификационной колонне, работающей в режи­ме либо частичной, либо полной дебутанизации. Газ выветри­вания (дегазации) из емкости 15 и газ деэтанизатора 16 через штуцер поступает в общий поток.

Если давление невысокое, то предусматривают компрес­сор 8. Газ дегазации из емкости 10 также возвращается в общий поток. Периодический контроль за дебитами газа и жидкости осуществляется с помощью сепаратора 1, на вы­кидной линии которого установлены замерная диафрагма и конденсатосборник-разделитель 2 со счетчиками.

Если на устье скважины температура газа достаточно вы­сокая и на его пути до газосборного пункта гидраты не образуются, то схема подготовки газа упрощается. На период добычи, когда требуются дополнительные источники холода на установке НТС для обеспечения требуемой точки росы газа, в схеме вместо штуцера устанавливают турбодетандер. При использовании турбодетандера эффект по снижению температуры в 3 — 4 раза больше, чем при обычном дроссели­ровании. В этом случае в схеме предусматривается сепаратор второй ступени, предназначенный для отделения жидкости от газа, поступающего в турбодетандер. Осушенный газ из межтрубного пространства теплообменника 5 поступает на прием компрессора, установленного на одном валу с турбодетандером, и далее в промысловый коллектор.

Возможны модификации описанной схемы в соответствии с конкретными условиями. В частности, дополнительно к теп­лообменнику 5 устанавливают воздушный или водяной холо­дильник. По мере снижения пластового давления для поддер­жания постоянной температуры сепарации газа на установках НТС требуется последовательное увеличение поверхности теп­лообменников, что приводит к необходимости перестройки установки. Однако наступает такой период, когда это становится нерациональным. В таком случае производится охлажде­ние либо применяют другие способы подготовки газа.

Эффективность работы НТС любого типа существенно зависит от технологического режима эксплуатации скважи­ны. В проектах разработки за оптимальное давление сепара­ции на газоконденсатных месторождениях принимается дав­ление максимальной конденсации, которое для каждого со­става газа определяется экспериментальным путем. Для обес­печения однофазного движения газа по магистральному газо­проводу температура сепарации выбирается с учетом тепло­вого режима работы газопровода.

Дата добавления: 2014-11-06