Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Описание и анализ современного состояния технологии подготовки природного газа к магистральному транспорту 11
1.1. Общие сведения о процессе абсорбционной осушки природного газа гликолями 11
1.2.Характеристика показателей добываемого природного газа влияющих на технологические параметры эксплуатации установок абсорбционной осушки гликолями 14
1.3.Характеристика гликолей применяемых в качестве абсорбента и их влияние на степень осушки природного газа 17
1.4. Анализ влияния на качество абсорбционной осушки природного газа изменения технологических параметров эксплуатации абсорбера 21
1.4.1. Анализ влияния на эффективность осушки природного газа гликолями изменения давления в абсорбере 21
1.4.2. Анализ влияния на эффективность осушки природного газа гликолями изменения температуры контакта газ-гликоль в абсорбере 26
1.4.3. Анализ влияния на эффективность осушки природного газа гликолями изменения концентрации гликоля в регенерированном абсорбенте, поступающем в абсорбер 31
1.4.4. Анализ влияния на эффективность осушки природного газа гликолями изменения кратности циркуляции абсорбента в системе абсорбционной осушки 34
1.5. Анализ предлагаемого способа оценки эффективности работы абсорбера 36
1.6. Анализ влияния на процесс абсорбционной осушки природного газа гликолями применяемых схем регенерации насыщенного водой гликоля 40
Выводы раздела 1 47
Раздел 2. Анализ возможности повышения эффективности процесса абсорбционной осушки природного газа гликолями 49
2.1. Общий анализ эффективности процесса абсорбционной осушки природного газа гликолями по применяемой в настоящее время технологии и выбор путей совершенствования данного процесса 49
2.2. Описание зависимости массопередачи паров воды из природного газа в фазу гликоля на тарелках абсорбера от термобарических параметров процесса 53
2.3. Описание оценки к.п.д. тарелки абсорбера в зависимости от термобарических условий ее работы 60
2.4. Описание влияния поверхностных явлений на процесс абсорбционной осушки природного газа гликолями 63
2.5. Описание влияния поверхностных явлений на процесс регенерации насыщенного водой гликоля 66
2.6. Выбор поверхностно-активного вещества для использования при интенсифицировании процесса абсорбционной осушки природного газа гликолями 70
Выводы раздела 2 71
Задачи экспериментальных исследований 72
Раздел 3. Методика проведения экспериментальных исследований 73
3.1. Методика проведения исследований по изучению влияния изменения технологических параметров эксплуатации абсорбера на качество осушки природного газа гликолями 73
3.2. Методика проведения исследований по изучению влияния поверхностно-активных веществ на скорость выкипания воды из раствора гликоля 75
3.3. Методика проведения исследований по рассмотрению влияния присутствия в абсорбенте никелевой соли синтетических жирных кислот на его эксплуатационные свойства 83
3.3.1.Оценка влияния присутствия в абсорбенте никелевой соли синтетических
жирных кислот на его гигроскопичные свойства 84
3.3.2 Оценка влияния присутствия в абсорбенте никелевой соли синтетических жирных кислот на его склонность к вспениванию 86
3.3.3. Оценка влияния присутствия в абсорбенте никелевой соли синтетических жирных кислот на его склонность к испарению 88
3.3.4. Оценка влияния присутствия в абсорбенте никелевой соли синтетических жирных кислот на его склонность к окислению 89
3.3.5. Оценка влияния присутствия в абсорбенте никелевой соли синтетических жирных кислот на его коррозионную активность 90
3.4. Методика проведения опытно-промышленной апробации влияния присутствия в абсорбенте поверхностно-активного вещества на процесс абсорбционной осушки природного газа 91
Раздел 4. Результаты проведенных экспериментальных исследований и их обсуждение 93
4.1. Рассмотрение влияния на качество осушки природного газа гликолями основных технологических параметров эксплуатации абсорбера 93
4.2. Изучение влияния поверхностно-активных веществ на скорость выкипания воды из раствора гликоля
4.3. Рассмотрение влияния присутствия в абсорбенте никелевой соли синтетических жирных кислот на его эксплуатационные свойства 107
4.4. Результаты опытно-промышленной апробации влияния поверхностно-активного вещества на процесс абсорбционной осушки природного газа
гликолями 113
Выводы раздела 4 114
Общие выводы и результаты 128
Список использованной литературы
- Анализ влияния на качество абсорбционной осушки природного газа изменения технологических параметров эксплуатации абсорбера
- Описание оценки к.п.д. тарелки абсорбера в зависимости от термобарических условий ее работы
- Методика проведения исследований по изучению влияния поверхностно-активных веществ на скорость выкипания воды из раствора гликоля
- Изучение влияния поверхностно-активных веществ на скорость выкипания воды из раствора гликоля
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время большая часть разрабатываемых газовых месторождений на территории Российской Федерации находится в периоде падающей добычи или на приближении к поздней стадии разработки. Добываемый на данных месторождениях природный газ имеет значительно сниженное давление и повышенное влагосодержание по сравнению с первоначальными (на ранних стадиях разработки) значениями. Вследствие этого для достижения требуемой степени осушки природного газа по точке росе по воде в эксплуатации установок его абсорбционной осушки гликолями наблюдается ряд проблем: повышается кратность циркуляции абсорбента в системе; постоянно увеличивается содержание продуктов термодеструкции и минерализация абсорбента; повышается капельный унос абсорбента с осушенным газом в систему магистрального транспорта; усиливается коррозия оборудования; повышаются потери абсорбента вследствие испарения при десорбции; сокращается время замены абсорбента; увеличивается энергопотребление на проведение процесса регенерации абсорбента.
Перечисленные проблемы при эксплуатации установок абсорбционной осушки природного газа гликолями связаны с ухудшающейся эффективностью массопередачи молекул воды из добываемого газа в фазу гликоля на тарелках абсорбера и снижающейся степенью регенерации насыщенного водой абсорбента в десорбере.
Улучшение технико-экономических показателей процесса осушки газа и сокращение перечисленных негативных факторов может быть достигнуто получением регенерированного абсорбента с остаточным содержанием воды на уровне не более 0.5 % и при эксплуатации десорбционной колонны с значением температуры низа, не приближающимся к температуре термодеструкции применяемого гликоля. Это может быть достигнуто переводом блоков регенерации абсорбента на схему работы с использованием азеотропной перегонки. Однако данный вопрос является слабо изученным в научно-технической литературе по рассматриваемому процессу и эксплуатируемые установки не имеют возможности перевода блоков регенерации абсорбента на работу с использованием азеотропной перегонки. Проработка данного вопроса требует значительных капитальных затрат. В связи с этим является актуальным проведение научных исследований, направленных на разработку альтернативных способов повышения эффективности процессов массопередачи молекул воды из добываемого пластового газа в фазу гликоля на тарелках абсорбера и выкипания воды из насыщенного объема абсорбента в блоке его регенерации.
Цель работы - совершенствование процесса абсорбционной осушки природного газа гликолями путем повышения эффективности процессов массопередачи молекул воды из природного газа в фазу гликоля на тарелках
абсорбера и выкипания воды из насыщенного объема абсорбента в блоке его регенерации.
Основные задачи исследований:
-
изучить влияние рабочих параметров эксплуатации абсорбера на эффективность массопередачи молекул воды из добываемого природного газа в фазу гликоля на его тарелках;
-
исследовать влияние поверхностно-активных веществ на эффективность массопередачи молекул воды из добываемого природного газа в фазу гликоля на тарелках абсорбера;
-
исследовать влияние поверхностно-активных веществ на динамику процесса выкипания воды из объема насыщенного абсорбента;
-
провести работу по выбору поверхностно-активного вещества, которое может использоваться в процессе абсорбционной осушки природного газа гликолями;
-
изучить влияние выбранного поверхностно-активного вещества для использования в процессе абсорбционной осушки природного газа на эксплуатационные свойства используемого гликоля.
Научная новизна работы.
1. доказано, что эффективность извлечения молекул воды из добываемого природного газа в абсорбере зависит от рабочего давления в аппарате и величины поверхности контакта газ-гликоль на его тарелках;
-
установлено, что при снижении рабочего давления в абсорбере эффективность извлечения воды из добываемого природного газа может быть улучшена увеличением поверхности раздела между фазами газ-гликоль на тарелках аппарата;
-
обосновано, что скорость выкипания воды из насыщенного объема гликоля в блоке регенерации зависит от значения поверхностного натяжения на границе раздела фаз газ-гликоль.
Практическая значимость работы. Эффективность массопередачи молекул воды из добываемого природного газа в фазу гликоля на тарелках абсорбера и глубина регенерации насыщенного водой абсорбента могут быть повышены в присутствие поверхностно-активного вещества Ni(RCOO)2 (где R = C9 – C15) в циркулирующем в системе абсорбенте при концентрации 25 ppm.
При этом обеспечивается снижение точки росы по воде осушенного газа на 10 оС при неизменном режиме эксплуатации блока абсорбционной осушки. Достигается степень регенерации насыщенного водой абсорбента до содержания гликоля не менее 99.5 % при температуре низа десорбционной колонны на уровне 145 оС.
Присутствие в циркулирующем абсорбенте Ni(RCOO)2 при концентрации 25 ppm обеспечивает полное подавление пенообразования, сокращает скорость коррозии в среднем в 8–10 раз, снижает склонность к испарению в 2–3 раза.
Достоверность полученных результатов подтверждена применением в проведенной работе научно обоснованных методов экспериментальных
исследований, использованием современного аналитического оборудования и стандартных проверенных приборов.
Личный вклад диссертанта состоит в проведении экспериментальных исследований, обработке, интерпретации и обобщении полученных результатов исследований, в формулировке выводов и оформлении полученных результатов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на: заседаниях ученого совета кафедры «Переработка нефти и газа» Тюменского государственного нефтегазового университета г. Тюмень в 2013 и 2014 годах; секции «Переработка нефти и газа» международной конференции «Energy Quest 2014», проводимой Вессекским технологическим институтом (Великобритания) в г. Екатеринбург, 2014г.; международной научно-практической конференции «Система управления экологической безопасностью» г. Екатеринбург, 2012г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных статей, из них 4 - в журналах, рекомендованных ВАК Минобразования РФ для публикаций, подана 1 заявка на получение патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, изложена на 137 страницах машинописного текста, включая 14 рисунков и 25 таблиц. Список использованной литературы насчитывает 93 наименования.
Анализ влияния на качество абсорбционной осушки природного газа изменения технологических параметров эксплуатации абсорбера
Данные таблицы 1.3 показывают, что основные физико-химические свойства диэтиленгликоля и триэтиленгликоля относительно сопоставимы между собой. Основные значимые различия для процесса абсорбционной осушки природного газа заключаются в различии значений для диэтиленгликоля и триэтиленгликоля вязкости, температуры разложения. Эти параметры существенно влияет на технологические параметры работы абсорбера и десорбера [20, 27, 31, 43, 48, 79, 81]. Вязкость гликолей определяет температурный режим работы абсорбера для обеспечения требуемой гигроскопичности гликоля [20, 31, 48, 82]. Температура деструкции гликолей вносит ограничения по температуре их нагрева в нижней части десорбционной колонны, следовательно, этот параметр влияет на степень регенерации абсорбента. Взаимосвязь показателей физико-химических свойств гликолей и технологических параметров эксплуатации соответствующего технологического оборудования будет рассмотрена позднее.
Анализ суммарных потерь гликолей в процессе абсорбционной осушки природного газа, приведенный в работе [27, 48, 67, 82], показал, что при сопоставимых технологических параметров эксплуатации установки потери триэтиленг-ликоля в 2.0–2.5 раза ниже чем диэтиленгликоля. Существенным недостатком триэтиленгликоля, как абсорбента в процессе абсорбционной осушки природного газа, является его склонность к поглощению в небольшом количестве тяжелых и ароматических углеводородов [48, 67].
В настоящее время осуществлены работы, описанные в [27, 48, 67], по рассмотрению возможности перевода установок абсорбционной осушки природного газа с применения в качестве абсорбента диэтиленгликоля на триэтиленгликоль, но широкого практического применения это не получило. Причиной является то, что установки абсорбционной осушки природного газа гликолями в основном находятся на территории крайнего севера [27, 48]. В таких условиях предпочтительнее является абсорбент, имеющий меньшую вязкость [27, 48].
На основании описанного выше в настоящее время в процессе абсорбционной осушки природного газа гликолями однозначно не отдано предпочтение ни диэтиленгликоля ни триэтиленгликолю [27, 48]. Также в существующей основной научно-технической литературе по данному процессу [15, 20, 27, 31, 32, 43, 44, 79, 81, 82] подробно рассмотрено изменение физико-химических свойств гликолей от температуры и концентрации воды в растворе абсорбента. Изучено изменение плотности, вязкости, давления насыщенных паров и гигроскопичности. Описание изменения этих свойств подробно изложено в работах [20, 27, 31, 43, 48, 79–83].
Однако, в существующей основной научно-технической литературе [15, 20, 27, 31, 32, 43, 44, 79, 81, 82] подробно не рассматривается изменение физико-химических свойств гликолей в зависимости от изменения давления в системе абсорбционной осушки. Также не уделено должного внимания рассмотрению изменения поверхностного натяжения от термобарических параметров (температуры и давления).
В настоящее время большая часть блоков регенерации гликолей эксплуатируется при температуре низа десорбционной колонны приближенной к температуре термодеструкции используемого гликоля поэтому является важным оценка изменения эксплуатационных свойств абсорбента в зависимости от накапливающегося в его объеме продуктов термодеструкции.
В основной научно-технической литературе по данному процессу [15, 20, 27, 31, 32, 43, 44, 79, 81, 82] не сформулирован перечень значимых эксплуатационных показателей гликоля как абсорбента. В последнее время приводятся данные по изменению гигроскопичности гликолей в зависимости от концентрации воды и ее минерализации. Также представлены данные по испаряемости гликолей при изменении температуры [15, 20, 27, 31, 43, 48, 79–83]. Нет данных по рассмотрению изменения склонности к вспениванию и коррозионной активности гликолей при изменении содержания в абсорбенте продуктов термодеструкции. Данные проблемы в настоящее время решаются введением в абсорбент пакета присадок, обладающего антипенными и антикоррозионными свойствами [20, 21, 26–28, 31, 48, 80]. Информация по применяемым пакетам присадок в научно-технической литературе подробно не освещается. 1.4 Анализ влияния на качество абсорбционной осушки природного газа изменения технологических параметров эксплуатации абсорбера Согласно информации приведенной в основной научно-технической литературе по процессу абсорбционной осушки природного газа гликолями [15, 20, 27, 31, 32, 43, 44, 79, 81, 82] эксплуатационные показатели данных установок зависят от первичных и вторичных факторов.
Первичные факторы – давление, температура, состав сырьевого газа, поступающего на установку, и концентрации осушителя в регенерированном абсорбенте [9, 15, 20, 26, 27, 31, 42, 48, 53, 67, 69]. Эти факторы определяют влагосодержа-ние природного газа до и после абсорбера [20, 26, 27, 31, 48, 67].
К вторичным факторам относится степень насыщения водой абсорбента, эффективность работы оборудования, наличие в газе загрязняющих примесей [15, 20, 26, 27,31, 42, 48, 53, 67, 69]. Далее в представленном разделе будет рассмотрено влияние первичных факторов на эффективность осушки добываемого природного газа на установках абсорбционной осушки газа гликолями.
Описание оценки к.п.д. тарелки абсорбера в зависимости от термобарических условий ее работы
При эксплуатации установок абсорбционной осушки природного газа гли-колями определяющее значение на точку росы осушенного газа по воде, технологические параметры работы абсорбера, эксплуатационные свойства циркулирующего в системе абсорбента, величину его технологических потерь при текущем значении давления добываемого пластового газа и его влагосодержание оказывает эффективность эксплуатации блока регенерации насыщенного водой абсорбента, который обеспечивает получение регенерированного абсорбента с определенной остаточной концентрацией воды [15, 20, 27, 31, 43, 48, 53].
Основным назначением блока регенерации насыщенного водой гликоля является получение регенерированного абсорбента с оптимальным остаточным содержанием воды, которое обеспечит эффективную работу блока абсорбционной осушки на определенной стадии эксплуатации газового месторождения [20, 31]. Оптимальная концентрация гликоля в регенерированном абсорбенте, которую требуется получить в блоке регенерации, определяется потенциальным влагосодержанием добываемого природного газа, рабочим давлением абсорбера и рабочей температурой контакта газ-гликоль на тарелках абсорбера [15, 20, 26, 27, 42, 48]. Традиционно значение требуемой концентрации гликоля в регенерированном абсорбенте определяется на основании приведенных в литературе монограмм, по которым данный параметр определяется из условий термобарических параметров добываемого флюида, используемой температуры контакта газ-гликоль на тарелках абсорбера и требуемой точки росы по воде осушенного газа [20, 27, 31, 48]. В качестве примера ряд используемых монограмм приведен на рисунках 1.3 – 1.6 и сведен в таблице 1.6.
Основным технологическим аппаратом блока регенерации насыщенного водой гликоля является десорбционная колонна, которая представляет собой массообменный аппарат тарельчатого типа с числом контактных устройств порядка 15 [27, 31, 48]. От его эффективности работы зависит остаточное содержание воды в регенерированном абсорбенте.
Основным лимитирующим параметром работы десорбционной колонны является температура кубовой части. Это связано с особенностями физико-химических свойств используемого в процессе абсорбционной осушки природного газа абсорбента – гликолей [20, 27, 31, 48, 53, 79–93]. Гликоли характеризуются температурой термодеструкции, которая имеет значение ниже температуры кипения соответствующего вещества [29]. Диэтиленгликоль имеет температуру термодеструкции на уровне 164 ОС, а триэтиленгликоль – на уровне 206 ОС [15, 20, 27, 29, 31, 43, 48, 53]. Данными температурами ограничивается значение рабочей температуры низа десорбционной колонны [20, 27, 31, 48, 53, 67, 79, 83]. При приближении температуры низа к температуре термодеструкции соответствующего гликоля происходит его окисление и накопление в объеме циркулирующего в системе осушки абсорбента продуктов его окисления, которые снижают эксплуатационные свойства абсорбента, сокращая его гигроскопичность и усиливая коррозионную активность [27, 31, 48, 53, 67].
В основной научно-технической литературе по процессу абсорбционной осушки природного газа гликолями [15, 20, 26, 27, 31, 42–45, 48, 53, 67, 79–83] подробно не освещается физический механизм процесса десорбции воды из насыщенного раствора гликоля, который протекает в блоке регенерации. Вся приведенная информация базируется на данных экспериментальных исследований и накопленном опыте эксплуатации установок абсорбционной осушки природного газа гликолями.
В настоящее время регенерация насыщенного водой гликоля может осуществляться по следующим схемам работы блока регенерации, согласно информации представленной в основной научно-технической литературе по данному процессу [9, 15-20, 27, 31, 41, 43 - 45, 48, 49, 53-57, 67, 79-83]: - атмосферная перегонка насыщенного водой гликоля; - вакуумная перегонка насыщенного водой гликоля; - атмосферная или вакуумная перегонка насыщенного водой гликоля с использованием отдувочного газа (осушенного газа); - азеотропная перегонка насыщенного водой гликоля.
Подробно перечисленные технологические схемы реализации блоков регенерации насыщенного водой абсорбента описаны и рассмотрены в широком объеме научно-технической литературы по процессу абсорбционной осушки природного газа гликолями [15, 20, 26, 27, 31, 42-45, 48, 53, 67, 79-83]. Физическая сущность каждого из перечисленных процессов подробно описана в основной научно-технической литературе по массообменным процессам [10-13, 32, 38, 41, 51, 52, 58, 59]. Поэтому в данном разделе автором не будут рассмотрены технологическая и аппаратурная реализация каждого из перечисленных процессов.
Реализация каждой из перечисленных выше технологических схем работы блока регенерации насыщенного водой гликоля направлена на повышение эффективности работы десорбционной колонны [27, 31, 48]. А именно, сокращение остаточного содержания воды в регенерированном абсорбенте и обеспечение проведения процесса при температуре низа десорбционной колонны не приближающейся к температуре термодеструкции используемого гликоля.
На основании информации приведенной в основной научно-технической литературе по рассматриваемому процессу [15, 20, 26, 27, 31, 42-45, 48, 53, 67, 79–83] в таблице 1.7 представлены данные по потенциально получаемой концентрации гликоля в регенерированном абсорбенте при эксплуатации блока регенерации по каждой из перечисленных ранее технологических схем [31].
Как уже было сказано ранее, требуемая оптимальная концентрация гликоля в регенерированном абсорбенте зависит от стадии разработки газового месторождения [9, 20, 27, 31, 48, 53]. На начальной стадии эксплуатации газового месторождения, когда пластовое давление добываемого газа высокое и низкое его влагосодержание, для получения требуемой точки росы по воде осушенного газа является достаточным использование регенерированного абсорбента с концентрацией гликоля на уровне 95.0–97.0 % масс. При этом используется схема атмосферной регенерации насыщенного водой гликоля. Когда газовое месторождение входит в период падающей добычи, а именно, начинает плавно снижаться пластовое давление добываемого флюида и повышается его влагосодержание, для обеспечения требуемой точки росы по воде осушенного газа в блоке абсорбции возникает необходимость повышения концентрации гликоля в регенерированном абсорбенте до значений 97.5–99.0 % масс. В это время в начальный период осуществляется повышение температуры низа десорбционной колонны до значений приближенных к температуре термодеструкции используемого гликоля в схеме атмосферной перегонки и далее осуществляется перевод блоков регенерации на работу по схеме вакуумной перегонки. Со временем в схеме вакуумной регенерации насыщенного водой гликоля также осуществляется плавное повышение температуры низа десорбционной колонны до значений приближенных к температуре термодеструкции используемого гликоля. Использование схемы регенерации насыщенного водой гликоля с использованием отдувочного газа не имеет широкого применения.
Методика проведения исследований по изучению влияния поверхностно-активных веществ на скорость выкипания воды из раствора гликоля
В составе лабораторной установки, принципиальная схема которой приведена на рисунке 3,2, использован ультратермостат, позволяющий поддерживать постоянную температуру рабочей среды в диапазоне до 250 ОС. В качестве рабочей среды в ультратермостате при проведении исследований использовалось трансформаторное масло. В качестве хладоагента в холодильнике для охлаждения и конденсации выкипающей воды из раствора с гликолем использовалась вода с начальной температурой 20 ОС.
Для перегонки использовались растворы воды с гликолями (диэтиленглико-лем и триэтиленгликолем) с различной концентрацией поверхностно-активного вещества Ni(RCOO)2. Для приготовления растворов воды с гликолями использованы химически чистые диэтиленгликоль, триэтиленгликоль и дистиллированная вода. Концентрация воды в растворе с гликолями для проведения исследований принята равной 5.0 % об. Данное значение концентрации воды взято на основании анализа накопленной информации по показателям работы газовых промыслов севера Тюменской области. Среднее содержание воды в насыщенном абсорбенте, который поступает в блок регенерации, находится на уровне 5.0 % об. Рассмотрено влияние на процесс выкипания воды из раствора с гликолями ввода поверхностно-активного вещества Ni(RCOO)2 при изменении концентрации в выбранном рабочем диапазоне на основании ранее проведенных исследований. Ввод поверхностно-активного вещества Ni(RCOO)2 в водный раствор гликолей осуществлялся на потенциальное содержание гликоля.
Исследования по влиянию поверхностно-активного вещества на скорость выкипания воды из объема гликоля проведен в диапазоне температур 120–150 ОС. Данные диапазон температур выбран на основании данных по изменению диапазона рабочей температуры низа десорбционной колонны блока регенерации насыщенного водой абсорбента, приведенный в научно-технической литературе по процессу абсорбционной осушки природного газа гликолями [27, 48]. Верхнее значение диапазона температур нагрева водных растворов гликолей в ультратермостате выбран на уровне 150 ОС с целью не приближения к температуре термодеструкции диэтиленгликоля. Нижнее значение рассмотренного диапазона температур выбрано с целью обеспечения стабильного устойчивого режима кипения воды.
При проведении исследований по влиянию поверхностно-активных веществ на скорость выкипания воды из объема гликоля температура нагрева водного раствора гликоля в ультратермостате в диапазоне 120–150 ОС изменялась с шагом в 10 ОС. В ходе проведения данного исследования осуществлялся контроль времени выкипания воды из объема гликоля с использованием секундомера. В разделе 4 (4.2) не представлены зависимости скорости выкипания воды из объема гликоля по причине того, что они имеют линейную зависимость во всем временном промежутке.
Отгонка воды из объема гликоля в каждом конкретном случае осуществлялась до остаточного содержания воды перегоняемом растворе на уровне 0.5 % об.
Контроль объема отогнанной воды из объема гликоля осуществлялся по шкале мерного цилиндра, который использовался в качестве приемника.
При постановке методики проведения эксперимента осуществлен ряд исследований по сведению материального баланса по воде на основании сопоставления первоначального объема воды, который смешивался с гликолем, и объемов уловленной воды в приемнике и оставшейся в объеме гликоля. Оставшийся объем воды в гликоле определялся с использованием стандартной хроматографической методики, которая описана в ГОСТ 14870-77 [19]. Эти исследования показали, что потери воды при проведении перегонки находятся на уровне следовых количеств. Поэтому принято было решение контроля отогнанной воды из объема гликоля по уровню в мерном цилиндре, который использовался как приемник.
При проведении исследования по влиянию поверхностно-активных веществ на скорость выкипания воды из объема гликолей при каждой температуре в рассматриваемом диапазоне проводились следующие серии разгонок: - отгонка воды из объема гликоля без ввода в гликоль поверхностно-активного вещества; - отгонка воды из объема гликоля при вводе поверхностно-активного вещества в определенной концентрации, рассчитанной на потенциальное содержание гликоля.
На основании полученных значений определялось различие в скорости выкипания воды из объема гликоля в зависимости от концентрации поверхностно-активного вещества относительно результатов отгонки воды из объема гликоля без присутствия поверхностно-активного вещества. На основании данных проведенного эксперимента построена зависимость скорости выкипания воды из объема гликоля от концентрации, вводимого поверхностно-активного вещества.
По результатам проведенного эксперимента сделаны заключение о влиянии поверхностно-активного вещества, присутствующего гликоле, на скорость выкипания из его объема воды и определена оптимальная концентрация поверхностно-активного вещества, которая обеспечивает максимальный эффект.
При окончании исследований по влиянию поверхностно-активных веществ на скорость выкипания воды из объема гликоля проведена серия исследований на лабораторном стенде, эмитирующим эксплуатацию блока регенерации насыщенного водой абсорбента, работающего по схеме атмосферной перегонки. Принципиальная технологическая схема, использованного стенда приведена на рисунке 3.3.
Изучение влияния поверхностно-активных веществ на скорость выкипания воды из раствора гликоля
На основании данных лабораторных исследований приведенных в таблицах 4.5–4.9 по рассмотрению влияния поверхностно-активного вещества Ni(RCOO)2 на эксплуатационные свойства регенерированного абсорбента, которые выделены автором как важные для работы блока десорбции, можно сказать следующее. В присутствие Ni(RCOO)2 в концентрации 25 ppm в объеме гликоля при длительной эксплуатации блоков регенерации при температурах приближенных к температуре термодеструкции соответствующего гликоля увеличивается его стойкость к окислению на 5 – 10 % отн. При температурах верха десорбции приближенных к верхнему допустимому значению склонность абсорбента к испарению сокращается в среднем в два раза относительно результатов при использовании абсорбента без введения Ni(RCOO)2. Коррозионная активность абсорбента при присутствие в нем Ni(RCOO)2 в концентрации 25 ppm должна сокращаться в среднем в восемь раз.
На основании данных лабораторных исследований приведенных в таблицах 4.10 и 4.11 по рассмотрению влияния поверхностно-активного вещества Ni(RCOO)2 на эксплуатационные свойства регенерированного абсорбента, которые выделены автором как важные для работы блока абсорбции, можно сказать следующее. Присутствие в циркулирующем в системе абсорбенте поверхностно-активного вещест 113 ва Ni(RCOO)2 в концентрации 25 ppm должно обеспечивать повышение его гигроскопичный свойств в среднем в два раза. Также должно обеспечиваться полное подавление пенообразования абсорбента на тарелках абсорбера.
Результаты лабораторных исследований по влиянию присутствия поверхностно-активного вещества Ni(RCOO)2 в концентрации 25 ppm в циркулирующем в системе абсорбенте показывают, что при этом повышаются его эксплуатационные свойства, которые выделены автором как важные для работы блоков абсорбции и регенерации.
Изучение автором влияния присутствия в абсорбенте никелевой соли синтетических жирных кислот на его эксплуатационные свойства приведено в опубликованных работах [7, 77, 78].
Результаты лабораторных исследований, приведенные в данном разделе в совокупности с данными раздела 4.2, показывают целесообразность проведения опытно-промышленной эксплуатации установки абсорбционной осушки природного газа гликолями с вводом в используемый абсорбент поверхностно-активного вещества Ni(RCOO)2 в концентрации 25 ppm. Результаты проведения опытно-промышленной эксплуатации будут рассмотрены в следующем разделе.
В качестве объекта для промышленной апробации по влиянию поверхностно-активного вещества, присутствующего в циркулирующем в системе абсорбенте, на эксплуатационные показатели работы установки абсорбционной осушки природного газа гликолями использована типовая установка севера Тюменской области. В качестве абсорбента на данной установке используется диэтиленгли-коль.
Опытно-промышленная эксплуатация проводилась в течение 60 календарных дней на летнем режиме работы установки.
В это время в циркулирующий в системе абсорбент было введено поверхностно-активное вещество Ni(RCOO)2 в концентрации 25 ppm в расчете на потенциальное содержание гликоля.
Во время проведения опытно-промышленной апробации отсутствовала возможность изменения рабочего давления в абсорбере. Его значение находилось на значении 6.6 МПа. Также не изменялась температура поступающего на осушку пластового природного газа. Значение температуры поддерживалось на уровне, который может быть достигнут в летний период при эффективной работе блока аппаратов воздушного охлаждения потока пластового природного газа поступающего в абсорбер. Значение температуры входного потока пластового газа поддерживалось на уровне 21ОС.
Исходя из выше сказанного и с учетом данных приведенных в 4.1, при проведении опытно-промышленной апробации уделено внимание влиянию на качество подготовки природного газа изменения эффективности работы блока регенерации и кратности циркуляции абсорбента. Подробно рассмотрено влияния на эффективность осушки природного газа гликолями изменения остаточного содержания воды в регенерированном абсорбенте. При этом рассмотрены варианты работы установки осушки природного газа гликолями при регенерации абсорбента по схеме атмосферной и вакуумной перегонки, как с вводом поверхностно-активного вещества, так и без его присутствия. На каждом режиме работы блока регенерации гликолей осуществлялось изменение температуры низа десорбера в диапазоне 120 ОС – 160 ОС. При снижении температуры низа десорбера происходило ожидаемое повышение остаточного содержания воды в регенерированном абсорбенте. Кратность циркуляции абсорбента при этом не изменялось до момента приближения точки росы осушенного газа по воде до значения минус 10 ОС. Далее осуществлялось повышение кратности циркуляции абсорбента для обеспечения требуемого значения точки росы по воде осушенного газа.
Отдельно рассмотрен случай эксплуатации установки абсорбционной осушки природного газа при работе блока регенерации по схеме атмосферной перегонки с присутствием в абсорбенте поверхностно-активного вещества и температуре низа десорбера равной 145 ОС. При этом особое внимание было уделено влиянию на качество осушки природного газа изменения кратности циркуляции абсорбента.
В каждом из рассмотренных случае для оценки эффективности эксплуатации установки определены значения следующих показателей: точки росы осушенного газа по воде, капельного уноса абсорбента с осушенным газом, потерь абсорбента при испарении в блоке регенерации, получаемой концентрации гликоля в регенерированном абсорбенте, светопропускной способности абсорбента и скорости коррозии оборудования.
Для оценки скорости коррозии оборудования в наиболее подверженные к данному явлению места была осуществлена установка в технологические линии пластин-свидетелей из стали марки 09Г2С. Установка пластин осуществлена в следующие технологические линии: выхода паров из десорбера, выхода гликоля из печи огневого нагрева, выхода гликоля из встроенного теплообменника десорбера.