Совершенствование технологии очистки газа от примесей с использованием жидких поглотителей и защитного слоя адсорбента тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат технических наук Шеин, Андрей Олегович

• Шеин, Андрей Олегович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шеин, Андрей Олегович

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор данных литературы.

1.1 Примеси в нефтяных и природных газах и их влияние на работу установок подготовки газа.

1.2 Технологии, применяемые для очистки газа от примесей.

Глава 2. Методики экспериментальных исследований.

2.1 Исследование влияния примесей на динамическую емкость адсорбентов.

2.1.1 Характеристика использованных адсорбентов и химреагентов.

2.1.2 Методика насыщения газа примесями (ПАВ и хлоридами).

2.2 Очистка газа от примесей методом промывки на лабораторной установке.

2.2.1 Характеристика применяемых веществ.

2.2.2 Конструкция лабораторной установки и методика проведения эксперимента.

Глава 3. Результаты исследований.

3.1 Влияние примесей на динамическую емкость адсорбентов.

3.1.1 Результаты опытов по насыщению газа примесями.

3.1.2 Влияние примесей (ОП-Ю и хлорида натрия) на динамическую емкость адсорбента (цеолита СаА).

3.1.3 Математическая модель снижения динамической емкости адсорбента осушки газа.

3.1.4 Проверка математической модели снижения динамической емкости адсорбента в промышленных условиях.

3.1.5 Влияние примесей (ОП-Ю и хлорида натрия) на динамическую емкость адсорбента (цеолита СаА) с защитным слоем (клиноптилолитом).

3.1.6 Математическая модель падения динамической емкости адсорбента осушки газа при использовании защитного слоя.

3.1.7 Экспериментальная проверка математической модели падения динамической емкости адсорбента осушки газа при использовании защитного слоя.

3.1.8 Выводы по результатам проведенных исследований защитного слоя адсорбента.

3.2 Технология очистки газа от агрессивных примесей водным поглотителем.

3.2.1 Математическая модель процесса промывки.

3.2.1.1 Поглощение жидкостью взвешенных частиц в газе при барботаже.

3.2.1.2 Движение пузырька в слое жидкости.

3.2.1.3 Движение взвешенных частиц (твердых и жидких) в пузырьке.

3.2.1.4 Влияние конструкции контактного устройства на поглощение примесей жидкостью.

3.2.2 Результаты экспериментальных исследований процесса промывки газа.

3.2.3 Проверка математической модели промывки в промышленных условиях.

3.2.4 Анализ технологических схем узла промывки газа.

3.2.5 Влияние технологических параметров узла промывки на степень очистки газа от примесей.

3.3 Технология очистки газа от агрессивных примесей путем промывки газа в комбинации с использованием защитного слоя адсорбента.

Глава 4. Экономическая эффективность инвестиций на проведение процессов промывки и применения защитного слоя адсорбента.

4.1 Экономическая эффективность инвестиций на проведение процесса промывки газа перед абсорбционной осушкой или очисткой.

4.2 Экономическая эффективность инвестиций на проведение процессов промывки перед адсорбционной осушкой газа и применения защитного слоя адсорбента.

4.3 Расчет экономической эффективности инвестиций на проведение промывки газа в комбинации с защитным слоем адсорбента.

Глава 5. Внедрение технологического процесса промывки в производство.

5.1 Проектирование узла промывки при разработке проекта установки переработки газа №1 Губкинского ГПК.

5.2 Проектирование узла промывки на Муравленковском ГПЗ.

5.2 Проектирование узла промывки на УКПГ Кошехабльского газоконденсатного месторождения.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии очистки газа от примесей с использованием жидких поглотителей и защитного слоя адсорбента»

Одной из проблем при подготовке и переработке попутного нефтяного газа является повышенный износ оборудования и старение сорбентов, обусловленные воздействием агрессивных примесей, поступающих с сырьем на газоперерабатывающие заводы (ГПЗ).

К агрессивным примесям, присутствующим в нефтяном газе, относятся нефть, мех-примеси, поверхностно-активные вещества (ПАВ), ингибиторы коррозии, соли щелочных и щелочноземельных металлов (в основном хлориды), содержащиеся в пластовой воде. Перечисленные примеси поступают на ГПЗ в виде капельных взвесей и аэрозолей. В том или ином количестве в газе на входе ГПЗ содержатся все виды аэрозольных примесей, поступающих из скважин или образующихся в результате коррозии трубопроводов. Поэтому проблема защиты оборудования и реагентов от агрессивных примесей является для газоперерабатывающей подотрасли важной и актуальной.

В данной работе рассматриваются вопросы защиты от агрессивных примесей технологического оборудования компрессорных станций, сорбентов установок очистки и осушки нефтяных газов:

- методом промывки газа;

- применением защитного слоя для адсорбентов осушки.

Целью исследований является разработка технологий по защите оборудования и сорбентов от агрессивных примесей, присутствующих во взвешенных частицах (твердых и жидких), содержащихся в нефтяном газе, и изучение влияния данных технологий на эффективность работы установок подготовки нефтяного газа к транспорту и переработке.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- провести экспериментальные исследования влияния защитного слоя на динамику снижения емкости основного слоя адсорбентов осушки газа;

- провести экспериментальные исследования процесса промывки газа от агрессивных примесей;

- разработать математическую модель процесса промывки газа, насыщенного примесями (хлориды, ПАВ, тяжелые углеводороды);

- разработать математическую модель изменения динамической емкости адсорбента при осушке газа, насыщенного примесями;

Решение поставленных задач привело к следующим результатам:

1. Исследована динамика падения адсорбционной емкости цеолита СаА под воздействием капельной влаги, содержащей хлорид натрия, и ПАВ (ОП-Ю). Данное исследование проводилось с двумя вариантами загрузки адсорбера: только цеолит СаА или цеолит СаА с защитным слоем (клиноптилолитом). Результаты эксперимента показали, что при загрузке цеолита с защитным слоем скорость падения его адсорбционной емкости значительно меньше, чем без защитного слоя. Исходя из полученных результатов, сделан вывод о более высокой эффективности осушки газа адсорбентом с защитным слоем.

2. Разработана математическая модель падения динамической емкости адсорбента (с защитным слоем - клиноптилолитом и без него) под воздействием примесей газа (ПАВ - ОП-Ю и капельной влаги, содержащей хлорид-ионы).

3. Исследован способ очистки газа от агрессивных примесей - промывка газа. Рассмотрены возможные поглотители для промывки газа. Сделан вывод о том, что в большинстве случаев оптимальным поглотителем будет подготовленная техническая вода.

4. Разработана и запатентована технологическая схема промывки газа с перегонкой (для очистки) части циркулирующего поглотителя. Данная технологическая схема потребляет меньше свежего поглотителя на подпитку, чем другие рассмотренные схемы, так как содержит узел частичной регенерации циркулирующей воды.

5. Разработана математическая модель очистки газа методом промывки в тарельчатом скруббере. Приведены зависимости содержания примесей в очищенном газе от различных параметров. Описан принцип выбора оптимальных параметров работы узла промывки газа и конструкции скруббера.

6. Результаты работы использованы в проектах реконструкции Губкинского и Юж-но-Балыкского ГПК и в исходных данных для проектирования узла промывки на Муравленковском ГПЗ, в проекте строительства УКПГ Кошехабльского газокон-денсатного месторождения.

Заключение диссертации по теме «Химия и технология топлив и специальных продуктов», Шеин, Андрей Олегович

выводы

1. Проведены экспериментальные исследования по определению влияния вредных примесей, имеющихся в углеводородных газах, на снижение динамической емкости адсорбента в процессе осушки газа:

- без использования защитного слоя;

- с защитным слоем (природным цеолитом).

2. Разработана математическая модель изменения динамической емкости адсорбента при осушке газа, насыщенного примесями (хлориды, ПАВ, тяжелые углеводороды). Использование математической модели позволяет спрогнозировать требуемое количество защитного слоя при заданном сроке службы адсорбента, при проектировании новых объектов.

3. Внедрение защитного слоя на действующих объектах позволит увеличить срок службы цеолитов, как минимум, на 1 год.

4. Разработана математическая модель очистки газа методом промывки в тарельчатом скруббере. Установлены основные технологические параметры, влияющие на эффективность очистки газа. Использование математической модели позволяет проводить проектный и поверочный расчеты узла промывки газа.

5. Проведены экспериментальные исследования очистки углеводородных газов от вредных примесей методом водной промывки. Результаты экспериментальных исследований и промышленных испытаний узла промывки газа подтверждают адекватность математической модели процесса промывки газа.

6. Разработаны и приняты к проектированию технические решения по созданию узлов промывки газа на двух действующих ГПЗ Западной Сибири.

7. Проведена оценка экономической эффективности использования процесса промывки газа и защитного слоя адсорбента. Установлено, что совместное использование промывки газа и защитного слоя адсорбента позволяют получить наибольший эффект, по защите оборудования, адсорбентов и абсорбентов при высокой экономической эффективности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шеин, Андрей Олегович, 2009 год

1. Карелин И.Н. Повышение эксплуатационной стойкости запорно-регулирующей трубопроводной арматуры // Химическое и нефтехимическое машиностроение. 1999. №4. с 28 29.

2. Дубина Н.И., Ефимов Ю.Н. Очистка абсорбента на УКПГ Уренгойского ГНКМ. // Обз. инф. сер.: Подготовка и переработка газа и газового конденсата. - М: ИРЦ Газпром, 2003. 40 с.

3. Монахов Н.В. Исследование и разработка технологии получения полисульфидных ингибиторов коррозии и адсорбционной очистки этаноламиновых растворов в процессах сероочистки газов: Дис. Канд. техн. наук. Краснодар, 2004. - 168 с.

4. Бекиров Т.М. Первичная переработка природных газов. М: Химия, 1987. - 253 с.

5. Кочергина Д.Г., Горелик A.A. // Коррозия и защита. М: ВНИИОЭНГ. 1972. №6. с. 1214.

6. Гильмутдинов Б.Р., Антипин Ю.В., Шакрисламов А.Г. Применение вспененных инги-бирующих композиций при борьбе с осложнениями в скважинах Арланского месторождения // Нефтяное хозяйство. 2009. №1. с. 66-68.

7. Перейма A.A., Суковицын В.А., Черкасова В.Е., и др. Пеноэмульсии с наполнителями растительного происхождения для ремонтно-востановительных работ в скважинах с АНПД // Газовая промышленность. 2008. №4. с. 66-68.

8. Солнышкин Д.Г., Башмакова А.Н., Сыров Л.Г. и др. Цеолитсодержащий трепел Хо-тынецкого месторождения как облегчающая добавка при креплении обсадных колонн // Газовая промышленность. 2008. №4. с. 68 -88.

9. Bolding J.L., Szymczak S.J., Hartman L.E. и др. Новая система подачи пенообразователя восстанавливает добычу в морских газовых скважинах // Нефтегазовые технологии. 2008. №9. с. 25-31.

10. Collins P.M., Dusseault М.В., Dorscher. D. и др. Оптимизация процесса "Холодной" добычи тяжелой нефти вместе с песком // Нефтегазовые технологии. 2009. №1. с. 3645.

11. Саркаров P.A. Использование попутных пластовых вод Оренбургского НГКМ в качестве гидроминерального сырья // Газовая промышленность. 2007. №6. с. 21-23.

12. Болотов A.A., Лазарев Г.А., Студнев В.П. Импульсно-волновая технология предупреждения солеотложений в теплообменных аппаратах // Газовая промышленность. 2006. №12. с. 83-85.

13. Голицына M.Г. Изменение давления при закупорке газопровода // Газовая промышленность. 1998. №4. с. 48.

14. Набоков C.B., Шкляр P.J1. Фильтрация на установках аминовой сероочистки // Газовая промышленность. 1998. №12. с. 24 25.

15. Кэслер. X. Осушка природного газа // Газовая промышленность. 2001. №7. с 48-50.

16. Толстов В.А. Улучшение эксплуатационных показателей установок абсорбционной осушки газа // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2000. №11. с. 20-21.

17. Кемпбелл Д.М. Очистка и переработка природных газов, пер. с англ. под ред. С.Ф. Гудкова. М: Недра, 1977, 229 с.

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

19. Гухман Л.М. Подготовка газа северных газовых месторождений к дальнему транспорту. М: Недра, 1980, 161 с.

20. Барков И.И., Шаронов К.Г., Рожков A.M. и др. Влияние примесей на смолообразование и термическую стабильность диэтеленгликоля. // Химия и технология топлив и масел. 1976, № 9. с. 35.

21. Барков И.И., Шаронов К.Г., Рожков A.M. и др. К вопросу о смолообразовании и ухудшении массообмена в экстракторе при извлечении ароматических углеводородов диэтеленгликолем. //Химия и технология топлив и масел. 1975, № 12. с. 23.

22. Бекиров И.И., Брагин В.В., Тюрина В.В., Цыбулькина B.C., Кузьмина A.C. Современное состояние проблемы очистки гликолей от примесей. М. ИРЦ Газпром, 1997. 57 с.

23. Экологически чистый газоперерабатывающий комплекс по транспорту и переработке нефтяных газов Западной Сибири при повышенных давлениях с применением мембранной технологии НИПИгазпереработка, А.Ю. Аджиев, А.И. Цинман, Е.М. Бре-щенко. НИР 1991. 33 с.

24. Ланчаков Г.А., Кульков А.Н., Зиберт Г.К. Технологические процессы подготовки природного газа и методы расчета оборудования. М.: Недра, 2000 227 с.

25. Истомин В.А. Предупреждение образования газовых гидратов // Газовая промышленность. 1998. №8. с. 52 54.

26. Настека В.И. Новые технологии очистки высокосернистых природных газов и газовых конденсатов. М: Недра, 1996. с. 36.

27. Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М: Недра, 1999. 596 с.

28. Арешидзе Х.М., Гаджиев М.К. Каталитические превращения сероорганических соединений на алюмосиликатах. Тбилиси: Мецниереба, 1974. - 124 с.

29. Овчинников И.И., Феоктистов A.B. Накопление повреждений в армированной плите проезжей части мостов в условиях хлоридной агрессии // Вестник Саратовского государственного технического университета. Саратов. СГТУ 2006. №4, выпуск 1., с. 86-90.

30. Наумова Г.А., Овчинников И.И., Феоктистов A.B. Оценка долговечности железобетонных пластин в условиях хлоридной коррозии // Информационный научно-технический журнал Технологии бетонов, №1.

31. Овчинников И.И., Согоцьян Л.С. Модель деформирования и разрушения армированной изгибаемой балки в условиях хлоридной коррозии // Актуальные вопросы строительства: материалы Всерос. науч. техн. конф.

32. Овчинников И.И. Длительная прочность прямоугольной армированной пластины в условиях хлоридной агрессии // Проблемы прочности элементов конструкций под действием нагрузок и рабочих сред. Межвуз. науч. сб. 2007. Саратов. СГТУ, с. 89-93.

33. Овчинников И.И. Влияние хлоридной коррозии на кинетику образования и развития коррозионных трещин в армированных конструкциях // Проблемы прочности элементов конструкций под действием нагрузок и рабочих сред. Саратов. Изд-во СГТУ. 2008. с.57-64.

34. Кершоу С.Ф. Очистительные устройства с усиленным воздействием на внутренние стенки трубопроводов // Нефтегазовые технологии. 1998. №3. с 76-78.

35. Макаренко В.Д., Лебедев П.А., Палий Р.В., Берман A.B., Галиченко E.H. Повышение коррозионной стойкости промысловых трубопроводов Самотлорского месторождения //Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2002. №6. с. 46-49.

36. Кулиев Л.М., Багиров P.A., Апи-Заде Э.М. Исследование физико-химических свойств природных адсорбентов. Клиноптилолит. «Труды симпозиума по вопросам исследования клиноптилолита». Тбилиси. 1974. 2 4 ноября, издательство «Мецниереба» 1977.

37. Ефимов A.A., Гусев Б.А., Пыхтеев О.Ю., Мартынов В.В., Орленков И.С., Мирошно-ченко И.В. Локальная коррозия нефтепромыслового оборудования // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2002. №6. с. 44 45.

38. Павлов H.H. Неорганическая химия. М: Высшая школа, 1986. 336 с.51.