Перед каждым нефтяным и газовым месторождением, помимо рентабельной добычи углеводородов, особо остро стоит вопрос подготовки нефти и газа для их последующей подачи в магистральный газо- и нефтепровод. Добываемые углеводороды содержат различные твердые частицы, различные агрессивные компоненты, такие как сероводород и углекислый газ, воду или ее пары, а также различные компоненты углеводородного ряда. Так, например, из газа необходимо извлечь конденсат тяжелых углеводородов С5+, а из нефти — компоненты парафинового ряда С18+. Товарная продукция нефти и газа жестко регламентируется. Газ должен соответствовать требованиям СТО Газпром 089–2010 «Газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным газопроводам. Технические условия», нефть — ГОСТ Р 51858–2002 «Нефть. Общие технические условия».
В данной статье будут рассмотрены различные методы подготовки природного газа до товарного качества, а также представлены различные рекомендации по выбору метода очистки и подготовки газа.
Ключевые слова: подготовка газа, абсорбция, адсорбция, низкотемпературная сепарация.
Each oil and gas field, in addition to profitable production of hydrocarbons, is particularly faced with the issue of preparing oil and gas for their subsequent supply to the main gas and oil pipeline. Produced hydrocarbons contain various solid particles, various aggressive components such as hydrogen sulfide and carbon dioxide, water or its vapors, as well as various components of the hydrocarbon series. For example, the condensate of heavy hydrocarbons C5+ must be extracted from gas, and the components of the paraffin series C18+ must be extracted from oil. Commercial production of oil and gas is strictly regulated. The gas must meet the requirements of STO Gazprom 089–2010 «Natural gas supplied and transported via main gas pipelines. Technical conditions», oil — GOST R 51858–2002 «Oil. General specifications».
This article will discuss various methods of preparing natural gas to marketable quality, as well as provide various recommendations for choosing a method for cleaning and preparing gas.
Keywords: gas preparation, absorption, adsorption, low-temperature separation.
Подготовка газа осуществляется на установках комплексной подготовки газа (УКПГ). Это комплекс технологического оборудования, а также вспомогательных систем, обеспечивающих сбор и подготовку природного газа и газового конденсата в соответствии с требованиями отраслевых (ОСТ) и государственных (ГОСТ) стандартов. Товарной продукцией УКПГ является сухой газ и газовый конденсат.
В состав УКПГ, как правило, входят: блок предварительной очистки (сепарации); технологические установки очистки, осушки и охлаждения газа; дожимные компрессорные станции (ДКС), а также различные вспомогательные системы.
Выбор способа осушки газа зависит от концентрации в нем конденсата и необходимой температуры «точки росы» (рисунок 1, 2).
На промыслах в основном применяются следующие способы осушки газа [1, с. 73]:
- Низкотемпературная сепарация (НТС). Обеспечивает подготовку газа за счет создания низких температур и последующей очистки в сепараторах. Применяется на газоконденсатных месторождениях с содержанием конденсата в газе более 1,0 г/м3.
- Абсорбция. Используется, как правило, при низких пластовых давлениях и основывается на поглощении влаги и конденсата жидкими абсорбентами. Применяется при осушке больших потоков газа с незначительным содержанием конденсата не более 1,0 г/м3.
- Адсорбция. Используется практически при любых давлениях и основывается на поглощении паров воды из природного газа твердыми поглотителями.
Рис. 1. Область применения способов осушки газа по требуемой температуре «точке росы»: I — адсорбция; II — абсорбция; III — охлаждение; 1 — цеолиты; 2 — силикагель и оксид алюминия; 3 — гликоли; 4 — раствор хлористого лития; 5 — раствор хлористого кальция; 6 — дросселирование; 7 — холодильные машины; 8 — охлаждение водой; 9 — охлаждение воздухом; 10 — детандер
Рис. 2. Диаграмма для предварительного выбора процесса охлаждения газа фирмы «Текнип»
В системе абсорбционной осушки газа в качестве абсорбентов широко применяются высококонцентрированные растворы гликолей, такие как этиленгликоль (ЭГ), диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ). Этиленгликоль имеет самую низкую температуру кипения, что приводит к уносу его осушенным газом и соответственно большим потерям. Поэтому этиленгликоль не так широко распространён в процессах осушки газа. ДЭГ в сравнении с ТЭГ имеет меньшую склонность к пенообразованию и меньшую температуру кипения, при этом ТЭГ значительнее снижает температуру «точки росы». При осушке природного газа рекомендуется поддерживать температуру не менее 10 оС, так как при ее понижении растет вязкость абсорбентов и ухудшается массообмен. В свою очередь повышение температуры ведет к потерям гликолей, поэтому на большинстве предприятиях поддерживают температуру не выше 38 оС [2, с. 107].
Абсорбционный метод осушки природных газов используется в основном для чисто газовых месторождений, в которых содержание метана составляет более 97 %, а углеводородного конденсата С5+ до 0,2 %.
Данный метод подготовки газа имеет ряд преимуществ:
– непрерывность процесса;
– простота автоматизации процесса.
При адсорбционном методе осушки газа в качестве адсорбентов используют силикагели, оксид алюминия, синтетические цеолиты и др. Адсорбция является одним из эффективных методов разделения газообразных и жидких смесей компонентов, различающихся структурой молекул. По сравнению с другими массобменными процессами наиболее эффективно ее использование в случае малого содержания извлекаемых компонентов смеси. [3, с. 329].
Процесс адсорбционного разделения прекращается, когда активная поверхность или объем пор адсорбента оказывается заполненной молекулами адсорбата.
При выборе данного метода необходимо учитывать ряд недостатков, таких как [2, с. 88]:
– низкая эффективность при высоких мощностях подготовки газа;
– отсутствие гибкости работы установки;
– высокие гидравлические потери;
– неравномерность сроков отработки осушителей.
Адсорбционные методы обеспечивают достаточно глубокое извлечение тяжелых углеводородов, но, в то же время, имеют более высокую стоимость, так как периодически требуется замена адсорбента. Расчетный срок службы адсорбента при работе на проектных параметрах составляет два года.
На данный момент на газоконденсатных месторождениях Западной Сибири в качестве метода осушки газа рекомендуется использование низкотемпературной сепарации.
Сущность процесса НТС состоит в однократной конденсации углеводородов за счет понижения температуры газа до минус 10-минус 30 оС, и последующем разделении жидкой и газовой фаз. Снижение температуры достигается за счет перепада давления, при котором возникает дроссель-эффект [2, с. 129].
Среди достоинств данного метода выделяют следующее:
– низкие капитальные затраты и эксплуатационные расходы;
– одновременный процесс извлечения жидких углеводородов и осушки газа;
– простота в эксплуатации и техническом обслуживании;
– возможность постепенной модернизации схемы НТС.
Недостатками данного метода являются уменьшение степени извлечения целевых компонентов при понижении пластового давления, а также несовершенство изоэнтальпийного расширения газа как холодопроизводящего процесса.
Большинство предприятий для улучшения качества осушки природного газа используют различные модификации НТС. Например, использование турбодетандера или внешних холодильных установок в схеме НТС позволяют достичь более низких температур газа и, следовательно, повысить степень извлечения целевых компонентов.
Таким образом можно сделать вывод о том, что ключевым аспектом в выборе метода осушки газа является состав добываемого газа, а также степень извлечения необходимых углеводородных и не углеводородных компонентов с целью достижения температуры «точки росы», соответствующей требованиям ОСТ. На газоконденсатных месторождениях Западной Сибири наибольшее распространение получили установки низкотемпературной сепарации в связи с их большей эффективностью. Методы абсорбционной осушки также нашли применение, в частности данный метод используют на Уренгойком и Медвежьем месторождениях, так как данные месторождения относятся к чисто газовым.
Литература:
- Ивановский В. Н., Мерициди А. И. Газопромысловое оборудование и машины. Конспект лекций — Москва: РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2005. — 195 с.
- Ивановский В. Н., Мерициди И. А., Куликова И. С. Оборудование для сбора и подготовки газа на промыслах: Учебное пособие. — Москва: Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина, 2014. — 421 с.
- Скобло А. И., Молоканов Ю. К., Владимиров А. И., Щелкунов В. А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии: Учебник для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. — 677 с.
