Совершенствование процессов подготовки и переработки высокосернистого газа и конденсата: На примере Астраханского месторождения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат технических наук Васько, Юрий Павлович

• Васько, Юрий Павлович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Васько, Юрий Павлович

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Классификация сернистых газов; системы их сбора и обработки

1.2. Подготовка сернистых газоконденсатных смесей к транспорту

1.3. Промысловая обработка высокосернистых газов

1.4. Общая характеристика Астраханского газоконденсат-ного месторождения (АГКМ)

1.5. Состояние и основные направления развития АГКМ

1.6. Постановка основных задач исследования

Глава 2. ГИДРОДИНАМИКА ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА

ПРИ ТРАНСПОРТЕ ПРОДУКЦИИ СКВАЖИН НА АГПЗ

2.1. Основные понятия и характеристики

2.2. Гидравлическое сопротивление газожидкостного потока

2.3. Исследование температурного режима работы продук-

топровода в условиях АГКМ

2.4. Гидратообразование в условиях эксплуатации АГКМ

2.4.1. Исследование процессов гидратообразования системы "скважина - сепарационная установка" АГКМ

2.4.2. Методика расчета необходимого количества метанола для предотвращения гидратообразования в газокон-денсатопроводах

2.4.3. Расчет необходимого количества метанола для предотвращения гидратообразования в газокон-денсатопроводе для условий АГКМ

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ СЫРЬЯ В РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

ЭКСПЛУАТАЦИИ АГКМ

3.1. Исследование процесса сепарации пластовой смеси и разработка рекомендаций по усовершенствованию процесса

3.2. Изучение парообеспечения технологических процессов переработки сырья и его влияние на качественные показатели и надежность работы производства

3.3. Исследование работы отдельных аппаратов установок АГПЗ и разработка рекомендаций для повышения их эффективности

3.3.1. Повышение степени десорбции кислых компонентов из водных растворов диэтаноламина (ДЭА)

3.3.2. Натурное обследование аппаратов воздушного охлаждения (ABO)

Глава 4. РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ

ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ СЫРЬЯ АГКМ

4.1. Процесс сероочистки газов стабилизации конденсата

4.2. Процесс отбензинивания газов стабилизации

4.3. Процесс стабилизации конденсата по компонентам сероводород/пропан

4.4. Материальные и тепловые потоки в усовершенствованном процессе

4.5. Оценка экономических показателей разработанной

технологии

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование процессов подготовки и переработки высокосернистого газа и конденсата: На примере Астраханского месторождения»

ВВЕДЕНИЕ

Неуклонный рост потребности народного хозяйства в нефти и газе удовлетворяется в настоящее время в основном за счет ввода в эксплуатацию новых глубокозалегающих месторождений, одним из которых является Астраханское газоконденсатное месторождение. Перспективами развития АГКМ до 2001 года предусмотрено добывать 12 млрд. нм3 газа в год с таким расчетом, чтобы устранить дефицит в жидких углеводородных топливах в объеме 1,5 млн.т ежегодно. Для этих целей предусматривается перспективное развитие ресурсной базы, что обеспечивается значительными запасами сырья в отложениях осадочного чехла на технически доступных глубинах. За период освоения и практической эксплуатации АГКМ накоплен богатый опыт разработки уникального по составу флюида месторождения и переработки этого флюида в товарный газ, техническую серу, моторные и котельные топлива. Одновременно выявились и недостатки имеющейся в настоящее время теоретической и практической базы эксплуатации подобных месторождений, одним из которых является невозможность регулировать состав флюида в зависимости от конъюнктуры рынка. В связи с распадом СССР резко сократилась потребность в технической газовой сере и одновременно возрос спрос на моторные и котельные топлива, что понизило эффективность работы комплекса в целом.

Разработка Астраханского газоконденсатного месторождения, начатая в 1987 году, выявила множество проблем практически на всех стадиях добычи, транспорта и переработки компонентов сырья. Эти проблемы, существенно осложняющие работу комплекса, потребовали проведения специальных исследований для разработки научно-обоснованных технических решений и рекомендаций. К числу этих проблем относятся:

- жесткая связь промысел-завод и рассогласованность режима работы этой системы: скважины -» установки предварительной подготовки газа (УШИ) -» промысловые газопроводы —> технологические установки завода;

- неравномерность поступления пластовой смеси на установку сепарации, что приводит к периодическим нарушениям режима на последующих установках переработки газа и конденсата; поступление с сырьем шлама в количествах превышающих возможности проектных узлов фильтрации и распространение этого шлама по всей цепочке переработки газового конденсата и пластовой воды;

- высокая энергоемкость технологических процессов переработки газа и существенный недостаток механической и тепловой энергии; производство работает в режиме крайней ненадежности, когда неполадки на одной из установок, производящих водяной пар, приводят к нарушению режима работы многих установок завода;

- недостатки в работе основного и вспомогательного оборудования (сепараторы пластовой смеси, абсорберы процессов аминовой очистки газа, котлы-утилизаторы производства серы, паровые котлы котельной завода, аппараты воздушного охлаждения, пароперегреватели пара среднего давления и др.); эти недостатки определяются как конструктивными недоработками, так и специфическими условиями эксплуатации оборудования на высокосернистом сырье АГКМ.

Выявленные в период освоения АГКМ проблемы требовали немедленного решения. Поэтому в первую очередь при освоении производства использовался опыт Оренбургского газоперерабатывающего завода (ОГПЗ). Однако проверенные и апробированные в производстве технические решения на ОГПЗ при переходе на условия работы АГКМ

требовали значительной доработки для получения необходимого положительного результата. Особые условия работы АГКМ требовали внесения существенных корректив в предложения и специалистов ведущих институтов газовой промышленности. Некоторые проблемы не могли быть решены известными технологическими приемами, требовали дополнительных лабораторных исследований и натурных испытаний. Технические решения, которые разработаны и внедрены в производство при непосредственном участии диссертанта, отражены в данной работе.

Заключение диссертации по теме «Химия и технология топлив и специальных продуктов», Васько, Юрий Павлович

ВЫВОДЫ

В диссертационной работе решены некоторые актуальные задачи совершенствования процессов подготовки и переработки высокосернистых газов и конденсатов Астраханского месторождения. Основные результаты работы использованы непосредственно в производстве и послужили базой новых перспективных исследований.

1. Впервые выполнен анализ работы системы скважина - газопровод -технологические установки завода и проведено обобщение научно-производственного опыта подготовки и переработки высокосернистого газа и конденсата Астраханского месторождения.

2. Выполнены аналитические и экспериментальные исследования гидродинамики газожидкостного потока флюида от скважин до завода с учетом гидратообразования при различных температурных условиях эксплуатации продуктопровода. Изучение гидродинамики и температурного режима работы продуктопровода, установок сепарации и выданные рекомендации позволили в значительной степени стабилизировать поток сырья, поступающего на установки переработки газа и конденсата, добиться стабильности режима на установках переработки, предотвратить образование газовых гидратов при одновременном снижении расхода ингибитора.

3. Проведены исследования состава сырья, поступающего на завод от различных скважин, а также распределение компонентов сырья между газовой и жидкой фазами. Показано, что экспериментально полученные результаты удовлетворительно согласуются с расчетами парожидкостного равновесия по известным программам. Это позволило разработать методику расчета количества и состава сырья по ограниченному числу исходных данных. Методика использована для контроля за потерями каждого компонента сырья на стадиях его переработки. Показано, что проектная схема сепарации не может обеспечить достаточно полное удаление из газа углеводородов С5+, механических и других примесей, ухудшающих работу последующих установок переработки газа. Проведен научно - технический анализ работы установки сепарации, установлены основные причины неудовлетворительной работы, предложены технические решения по усовершенствованию этого процесса.

4. Выполнено систематическое исследование влияния парообеспечения завода на работу всех технологических установок первой и второй очереди АГПЗ для различных производственных ситуаций. Постоянный дефицит греющего пара для обогрева серопроводов, технологических и других производственных нужд приводит к крайне нестабильной и ненадежной работе всех установок завода. Детально проанализированы основные ситуации (пуск завода после ремонта, аварийный останов отдельных установок и завода, продолжительная работа части установок). К крайне негативным последствиям приводит аварийный останов всего одной из установок Клауса. Дефицит пара резко возрастает. Давление пара в сети завода резко падает, десорбция кислых компонентов ухудшается, некондиционный товарный газ переводится на факел и завод вынужденно останавливается. Установлено, что при существующей мощности котельной и нормальной работе завода дефицит пара составляет 130-150 т/час, а в отдельных реальных ситуациях достигает 700 т/час. Разработаны рекомендации по работе завода в условиях дефицита греющего пара, а также рекомендации по сокращению расхода пара за счет технологической переобвязки рибойлеров, использования вторичного пара вскипания конденсата, интенсификации процесса парообразования с одновременным снижением потерь амина за счет деградации.

5. Разработана новая технологическая схема низкотемпературной сепарации, которая включает сепарацию сырья при давлении Р=10 МПа, расширение газа и конденсата до давления 4 МПа с использованием полученных низкотемпературных потоков для практически полного извлечения углеводородов С5+ из газа в ректификационной колонне с последующим сжатием отбензиненного газа с помощью тормозного компрессора до давления последующей сероочистки газа. Приведены основные преимущества новой схемы по сравнению с проектом фирмы ТЕКМР.

6. Разработан процесс стабилизации конденсата в режиме разделения азеотропной смеси Н28-пропан. При этом концентрация Н28 в отбензиненном газе стабилизации достигает 80%; газ стабилизации не содержит тяжелых углеводородов; для сероочистки такого газа предложены растворители физического действия и показаны основные преимущества их использования по сравнению с аминовой очисткой. Предложенный комплекс технических решений позволяет сократить потребность в паре и электроэнергии на нужды производства до уровня, при котором завод становится поставщиком избыточной энергии. Показаны пути дальнейшего совершенствования процессов подготовки и переработки высокосернистого газа Астраханского месторождения и перспективных исследований, направленных на снижение вредных выбросов в атмосферу, утилизацию полезных компонентов природного газа, дальнейшее снижение потребности в тепловой и механической энергии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Васько, Юрий Павлович, 1999 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Бекиров Т. М. Промысловая и заводская обработка природных и нефтяных газов. - М: Недра, 1980. - 293 с.

2. Николаев В.В. Нетрадиционный процесс очистки высокосернистого природ-ного газа // Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа. - 1996. - Вып. 9 - 11. -С.61-68.

3. Мамаев В. А., Одишария Г. Э., Семенов Н. И., Точигин А. А. Гидродинамика газожидкостных смесей в трубах. - М.: Недра, 1969.270 с.

4. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. - М.: Мир, 1972. - 440 с.

5. Хъюитт Дж., Холл-Тэйлор Н. Кольцевые двухфазные течения. Пер. с англ. - М.: Энергия, 1974. - 407 с.

6. Кутателадзе С. С, Стырикович М. А. Гидродинамика газожидкостных сис-тем. М.: Энергия, 1976. - 296 с.

7. Соколов В. H., Доманский И. В. Газожидкостные реакторы. - JL: Машиностроение, 1976. - 216 с.

8. Козлов Б. К Формы течения газожидкостных смесей и границы их устойчи-вости в вертикальных трубах // Журнал технической физики. -1954.-Т. 24, вып. 12. - С.

9. Козлов Б. К. Режимы и формы движения воздуховодяной смеси в вертикаль-ной трубе // Гидродинамика и теплообмен при кипении в котлах высокого давления / АН СССР. - М.: 1955. - С.

10. Baker О. Simultaneous Flow of Oil and Gas//Oil and Gas Journal.-1954. Vol. 53.-No. 12.-P. 185- 190.

11. Арманд А. А. Сопротивление при движении двухфазной смеси по горизон-тальным трубам // Известия ВТИ. - 1946. - № 1 . - с.

12. Корнилов Г. Г., Черникин В. И. О гидравлическом расчете трубопроводов для газожидкостных смесей // Нефтяное хозяйство.-1964-№8-С.51 -53.

13. Федоткин И. М., Фирисюк В. Р. Интенсификация теплообмена в аппаратах химических производств. - Киев: Техника, 1971.- 215 с.

14. Васильев Ю. Н., Аузбаев Д. В. Экспериментальное изучение движения газонефтяной смеси по горизонтальным трубам // Нефтяное хозяйство. - 1963. - №8. - с.

15. Накоряков В. Е. и др. Исследование турбулентных течений двухфазных сред / Под ред. С.С. Кутателаадзе. - Новосибирск: Изд. ИТФ АН СССР, 1973.- с.

16. Блазнин Ю. П. Экспериментальное исследование истинного газосодержания в адиабатных двухфазных потоках: Автореф. дис...канд. техн. наук / МИХМ.-М., 1974.-28 с.

17. Кутепов А. М. и др. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании / А. М. Кутепов, Л. С.Стерман, Н. Г.Стюшин. - М.: Высш. Школа, 1986447 с.

18. Lockart R., Martinelly R. Proposed Correlation of Date for Isothermal Two-Phase Two-Component Flow in Pipes // Chem. End. Progr. - 1949. - Vol.45. -No.l. - P.39 -48.

19. Чисхолм Д. Двухфазные течения в трубопроводах и теплообменниках. Пер. с англ. - М.: Недра, 1986. - 203 с.

20. Кафаров В. В. Основы массопередачи.- М.: Высшая школа, 1979. - 439с.

21. Волошко А. А., Васько Ю. П. Гидравлическое сопротивление газо (паро) жидкостного адиабатного потока // Вестник Астраханского государственного технического университета. Сер. Механика. Астрахань, 1998. - С. 135 - 137.

22. Гужов А. И. и др. Сбор, транспорт и хранение природных углеводородных газов / А. И. Гужов, В. Г. Титов, В. А. Медведев, В. А. Васильев.-М.: Недра, 1978.-405 с.

23. Robinson D.B., Hutton J.M. Hydrate Formation in Systems Containing Methane, Hydrogen Sylphide and Carbon Dioxide // Journal Canad. Pets. Technol. - 1967. - Vol. 19. - P. 6-9.

24. Степанова Г. С. и др. Разработка сероводородсодержащих месторождений углеводородов / Г.С.Степанов, И.Ю.Зайцев, А.Г.Бурмистров. -М.: Недра,- 1986.- 163 с.

25. Гриценко А. И., Алиев 3. С., Ермилов О. М., Ремизов В. В., Зотов Г. А. Руководство по исследованию скважин. - М.: Наука, 1995. - 523 с.

26. Абдулгасаков А. 3., Расулов А. М. Новые ингибиторы гидратообразова-ния // Газовая промышленность - 1994 - №6 - С.30- 31.

27. Гилязетдинов Л. П., Смирнова Л. А., Настека В. К, Биенко А. А. Очистка газа от аэрозольных примесей поверхностно-активных веществ // Газовая промышленность. - 1993. - №4. - С. 19 - 20.

28. Страус В. Промышленная очистка газов - М.: Химия, 1981.-237 с.

29. Синайский Э. Г. Методика расчета эффективности процесса разделения газоконденсатных смесей в сепараторах. -М.: ГАЗПРОМ. - 1987. - 66 с.

30.Толстое В. А. Сепарационные устройства с коагуляторами 7/ Газовая промышленность.- 1988.- №12. - С.38.

31 .Провести обследование и разработать рекомендации и технические решения по обеспечению надежной работы установок сепарации и промывки газа АГПЗ: Отчет о НИР / Астраханский научно-исследовательский и проектный институт (АСТРАХАНЬНИПИГАЗ); Руководитель Семенякин В. С. - Астрахань, 1989. - 24 с.

32. Толстое В. А., Гафаров Н. А., Борисов Е. Л. и др. Повышение качества подготовки газа на ОГКМ // Газовая промышленность.- 1989.- №4. -С.40-42.

33. А.с. № 1066299 РФ. Способ подготовки природного газа к транспорту/ Туревский Е. Н., Винокур А. Е., Гореченков В. Г. и др.- Опубл. 1984, Бюл. №48.

34. А.с. № 1245826 РВ. Способ подготовки природного газа к транспорту/ Бекиров Т. М., Берго Б. Г., Мелков А. С. - Опубл. 1986, Бюл. № 27.

35. Пат. № 1096790 РФ, В01 Д 45/12. Многоканальный центробежный сепаратор. - Опубл. 23.08.85, Бюл. № 31.

36. Пат. № 331302 РФ С 10 3 5/06. Низкотемпературный сепаратор. -Опубл. 05.04.78, Бюл. № 13.

37. Пат. № 827528 РФ С 10 / 5/06. Способ сепарации смеси углеводородных газов и устройство для его осуществления. - 0публ.23.08.85, Бюл. №17.

38. Пат. № 1072865 РФ В01 Д 3/26. Контактно-сепарационная тарелка. -Опубл. 15.02.84, Бюл. №6.

39. Пат. № 1353455 РФ В01Д 3/26. Контактно-сепарирующее устройство. -Опубл. 23.11.87, Бюл. № 43.

40. Пат. № 1458375 РФ С103 5-04. Способ разделения газоконденсатной углеводородной смеси. - Опубл. 15.02.89, Бюл. № 6.

41. Пат. № 1464329 РФ В01 Д 19/00. Нефтегазовый сепаратор. -0публ.15.01.94, Бюл. №01.

42. Пат. № 1073925 РФ В01 Д 17/025. Трехфазный сепаратор,-Опубл. 15.01.94, Бюл. № 01.

43. Пат. № 1398146 РФ В01 Д 45/12. Центробежный сепаратор. -Опубл. 15.01.94, Бюл. № 01.

44. Пат. № 1492522 РФ В01 Д 45/12. Центробежный двухступенчатый газожидкостной сепаратор. - Опубл. 15.01.94, Бюл. № 1.

45. Пат. № 1274172 РФ В01 Д 3/26. Контактно-сепарационная тарелка. -Опубл. 15.01.94, Бюл. №1.

46. Пат. № 2006263 РФ В01 Д 45/08. Устройство для сепарации капель жидкости из системы газ - жидкость. - Опубл. 30.01.94, Бюл. № 02.

47. Пат. № 2013108 РФ В01 Д 45/00. Способ сепарации жидкости из газожидкостного потока и устройство для его осуществления. -Опубл.30.05.94, Бюл. № 10.

48. Пат. № 4948382/26 РФ В01 Д 45/12. Сепарационное устройство. -0публ.30.05.94, Бюл. № 10.

49. Пат. № 2014871 РФ В01Д 35/06. Сепаратор. - Опубл. 30.06.91, Бюл.№12.

50. Пат. № 5023971/26 РФ В01 Д 45/42. Сепаратор. - Опубл. 15.06.94, Бюл. № 11.

51. Пат. № 2033235 РФ В01 Д 3/30. Сепарационное устройство для массообменных аппаратов. - Опубл. 20.04.95, Бюл. №11.

52. Пат. № 2033237 РФ В01 Д 17/00. Трехфазный сепаратор. -Опубл.20.04.95, Бюл. №11.

53. Технические предложения по ГПЗ-2 Астраханского газового комплекса,-Минтопэнерго.- НИПИгаз переработка.- Краснодар.- 1993.- 42 с.

54. Разработать рекомендации по совершенствованию системы сбора и сепарациии газа на АГКМ: Отчет о НИР / Астраханский научно-исследовательский и проектный институт (АСТРАХАНЪНИПИГАЗ ); Руководитель Семенякин В.С. - Астрахань, 1992. - 107 с.

55. Васько Ю. П., Виноградов М. К. Влияние диоксида углерода на компо-нентоотдачу АГКМ. - Газовая промышленность. - 1994. - №6. - С.24-25.

56. Васько Ю. П., Виноградов М. К. Фазовые превращения газоконденсатной смеси Астраханского ГКМ. - Газовая промышленность. - 1994. - №12. -С.31-32.

51.Васько Ю. П., Виноградов М. К, Тараканов Г. В. и др. Влияние состава сероводородсодержащей системы на фазовые процессы при сепарации. -Газовая промышленность. - 1997. - №2. - С.26.

58. Лыкова Л.Ф., Попадин Н.В., Тараканов Г.В., Васько Ю.П., Виноградов М.К., Крупина С.Н. Исследование фракционного и углеводородного составов газоконденсатных продуктов. - Газовая промышленность. -1997.-№8.-с. 55 -56.

59.Прохоров Е.М., Алексеев С.З., Литвинова Г.И., Лыкова Л.Ф., Тараканов Г.В.,Васько Ю.П., Крупина С.Н. Испытания смешанного абсорбента на

установке сероочистки Астраханского ГПЗ. - -Газовая промышленность. - 1997. - №10. - с.63 - 65.

60.Берго Б.Г., Васько Ю.П., Никитина И., Андреев И.Л. Нетрадиционный способ получения гелия.- Газовая промышленность. - 1985.-№1. - с.

61.Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты.- М.: Энергоатомиздат,-1989.-352с.

62 .Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.-М. :Физматгиз.-1963 .-708с.

63 .Волошко А.А., Васько Ю.П. Механизм кипения бинарных смесей хладагентов.-Тезисы докладов международной научно - технической конференции "Холод и пищевые производства".- Санкт-Петербург. -1996.-с. 361.

64 .Ballard D. Проблемы снижения энергетических, материальных затрат и повышение коррозионной стойкости аминовых установок в США. - Gut Energy (Chemical). - Corrosion Costs in Aminé Units. - 65th Annual GPA Convention, March. - 1986.

65.Васько Ю.П., Баженов Т.Г., Исмаилов Ф.Р. Исследование очистки аминовых растворов буроугольным коксом. Сб. научн. трудов "Совершенствование процессов переработки природного газа".- Баку,-ВНИПИГАЗ.-1986г.-с. 107-113.