Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние технологии адсорбционной осушки природного газа .
1.1. Современные представления о применяемых промышленных адсорбентах 8
1.2. Анализ зарубежной и отечественной литературы об осушке и очистке природного газа на цеолите 9
1.2.1.Закономерности адсорбции и десорбции компонентов природного газа на цеолите 17
1.2.2. Накопление «кокса» в гранулах цеолита 21
1.2.3. Регенерация цеолита 26
1.3. Одновременная адсорбционная осушка и очистка природного газа от углеводородов на силикагелях и других адсорбентах 27
1.3.1. Регенерация силикагелевого адсорбента 40
1.4. Отходы газового конденсата 43
1.5. Цель и задачи диссертационной работы 50
Глава 2. Объекты и методы исследования.
2.1. Объекты исследования 52
2.2. Стандартные методы исследования газа, нефти и конденсата 57
2.2.1. Лабораторная перегонка отходов газового конденсата 60
2.3. Инструментальные методы исследования 61
2.3.1. Хроматографический метод анализа газа 61
2.3.2. Технические требования на качество природного газа и приборы для измерения значения температуры точки росы газа по влаге 74
2.3.3. Метод хромато-масс-спектрометрии 77
2.4. Описание технологической схемы установки 84
2.5. Методика проведения экспериментов по оценке эффективности одновременной работы нескольких адсорбентов в производственных условиях 87
2.6. Метод определения воды в адсорбенте после адсорбции 92
Глава 3. Влияние свойств адсорбентов на выход и качество продуктов .
3.1. Анализ результатов мониторинга качества газа, поступающего в систему магистральных газопроводов ООО «Пермтрансгаз» и на выходе из нее 98
3.1.1. Заключение 106
3.2. Экспериментальная оценка поведения адсорбентов 107
3.2.1. Поведение индивидуальных адсорбентов 107
3.2.2. Поведение композиций адсорбентов 110
3.2.3. Поведение многослойных адсорбентов 113
3.2.4. Вывод 128
Глава 4. Разработка технологии осушки природного газа.
4.1. Промышленные испытания комбинированных адсорбентов 129
4.2. Причины низкой эффективности работы системы осушки импульсного газа 131
4.3. Предлагаемые пути решения проблемы 132
4.3. Материальный баланс циклов адсорбции и регенерации 136
4.4. Обоснование выбора технологической схемы регенерации адсорбента... 138
4.4.1. Выводы и рекомендации 148
4.5. Разработка технологического регламента 150
4.6. Пути использования отходов газового конденсата 152
4.7. Экономический эффект от внедрения предложенных разработок (регенерации адсорбента, применения комбинированных силикагелей и использования отходов газоконденсата 160
Общие выводы 163
Список литературы 164
Приложения 181
- Анализ зарубежной и отечественной литературы об осушке и очистке природного газа на цеолите
- Технические требования на качество природного газа и приборы для измерения значения температуры точки росы газа по влаге
- Экспериментальная оценка поведения адсорбентов
- Причины низкой эффективности работы системы осушки импульсного газа
Введение к работе
По мере истощения нефтяных ресурсов природный газ уверенно
выдвигается на передовые позиции в мировой экономике. Россия занимает
второе место по добыче природного газа и его ресурсам, владея около 30%
общемировых запасов газа и обеспечивая около 23% мировой добычи.
Мировые запасы (по состоянию на 01.01.2006 г.) и добыча природного газа в
2006 г. по регионам составляет, млрд. м (% общемировые запасы и добьгаа
газа):
запасы газа добыча газа
Россия 47 700 (27,9%) 632,7 (22,5%)
в том числе Газпром 28 920 (16,9%) 545,1 (19,4%)
Северная Америка 7 446 (4,3%) 756,0 (27,0%)
Южная Америка 7 090 (4,1%) 131,0 (4,7%)
Европа 6 635 (3,9%) 362,8 (12,9%)
Африка 13 487 (7,9%) 155,0 (5,5%)
Ближний и Средний Восток 71376 (41,7%) 278,6 (9,9%)
Азия-Океания 17 442 (10,2%) 491,0 (17,5%)
В свою очередь, ОАО «Газпром» - крупнейшая газодобывающая компания занимает первое место в мире по объему контролируемых запасов газа -28,0 трлн. м3 в 2004 г., в 2005 г. - 28,9 трлн. м3, в 2006 г. запасы природного газа выросли на 210,8 млрд. м3 до 29,1 трлн. м3, что составляет около 60 % российских и около 20% мировых запасов природного газа. На долю Газпрома приходится около 20% мировой добычи и 35 % мировой торговли газом. Главной целью геолого - разведочных работ, проводимых Газпромом, является восполнение объемов добычи углеводородов запасами промышленных категорий в районах газодобычи: Надым-Пур-Тазовский регион, включая акватории Обской и Тазовской губ и Прикаспийская нефтегазоносная провинция, а также подготовка сырьевой базы в перспективных регионах: полуостров Ямал, шельф арктических морей, Восточная Сибирь, Дальний Восток. В 2006 г. прирост запасов газа за счет геолого - разведочных работ, составившей 583,4 млрд. м , существенно
превысил объем его добычи - 547,9 млрд. м, что соответствует стратегическим целям России. В соответствии с намечаемой программой в ближайшие пять лет планируется сохранять паритет по приросту запасов и добычи и в дальнейшем обеспечивать расширенное воспроизводство запасов газа. Планируется также расширять участие в проектах по поиску и разработке запасов углеводородного сырья за рубежом. В 2005 г. к списку таких проектов во Вьетнаме, Индии и Узбекистане прибавился проект по разведке запасов углеводородов в Венесуэле.
Транспортировку природного газа осуществляют 17 дочерних обществ, обеспечивающих прокачку газа по магистральным газопроводам протяженностью 155 тыс. км через 268 компрессорных станций (КС) и его поставку в регионы от скважины до конечного потребителя. В 2006 г. поступление газа в газопроводы составило 700,7 млрд. м3, увеличившись по сравнению с 2001 г. на 10,6 %. В целях обеспечения поставок на внутренний рынок и выполнения контрактных обязательств по экспорту газа осуществляется реализация проектов по строительству магистральных газопроводов: строительство газопровода из северных районов Тюменской области до Торжка (СРТО-Торжок), Северо-Европейского газопровода через акваторию Балтийского моря, Ямал-Европа, проходящего по территории Беларуси и Польши, Починки-Изобильное, являющийся частью системы газопроводов Россия-Турция.
ООО «Пермтрансгаз» эксплуатирует 10 634, 56 км газопроводов в однониточном исчислении, в том числе газопроводов-отводов - 1 761,26 км на территории Пермской и Кировской областей, Удмуртской Республики, Республики Башкортостан. Объем транспорта газа, подготовленный ООО «Пермтрансгаз» в 2005г., составил 343 млрд м3. Общее количество обслуживаемых адсорберов составляет ПО штук, для которых затрачивается 21,23 тонны адсорбента.
Газ, подаваемый из ООО «Тюментрансгаз» и транспортируемый
ООО «Пермтрансгаз», в основном в осенне-зимний период не соответствует
требованиям OCT 51.40-93 по температуре точки росы газа по влаге (ТТРВ), то есть требуется доосушка газа при подаче от одного участка Трансгаза к другому. Для понижения температуры точки росы газа по влаге на объектах транспорта газа необходима замена существующего адсорбента на более эффективный.
Добываемый природный газ, наряду с углеводородами С і-С 12, содержит углекислый газ, пары влаги, количество которой зависит от состава газа, давления и температуры, и другие примеси. От этих примесей газ (главным образом, метан) должен быть осушен и очищен при транспортировке перед подачей потребителю в качестве топлива или сырья для переработки в химические продукты. Адсорбционный способ подготовки газа в практике газодобычи как отечественной, так и зарубежной, нашел широкое применение и имеет ряд преимуществ перед другими, так же часто используемыми способами промышленной подготовки газа: низкотемпературной сепарацией, абсорбцией гликолями. Это высокие экологические показатели, отсутствие жидкой фазы и коррозионно-активных флюидов в товарном газе, большая глубина осушки, низкий удельный расход адсорбента, а также хорошие эксплуатационные характеристики установок. Наряду с этим, установки адсорбционного типа имеют ряд недостатков, к которым следует отнести высокую металлоемкость, цикличность технологических процессов и сравнительно большое гидравлическое сопротивление в технологической линии осушки. Как справедливо заметил Кэмпбелл в работе [1]: «Многие адсорбционные установки гораздо труднее правильно запроектировать и эксплуатировать, чем подобрать для них пригодный адсорбент. Попытки применять «стандартные» установки для работы в нестандартных условиях приводят к появлению многих проблем в процессе эксплуатации таких установок».
Адсорбционная осушка и очистка природного газа от углеводородов
выше С4 является экономичным и простым способом его подготовки к
транспорту по трубопроводам и доосушки на установке подготовки
топливного, пускового и импульсного газа (УПТПиИГ) компрессорной станции (КС) для собственных нужд. В качестве адсорбента в адсорберах используется силикагель. После осушки и очистки на УПТПиИГ газ далее подается по трубопроводам другим участкам Трансгаза и частично к автомобильным газонаполнительным компрессорным станциям (АГНКС), которые предназначены для заправки автомобилей сжатым природным газом. Технологическая схема, эксплуатируемых на предприятии ООО «Пермтрансгаз» и других предприятий ОАО «Газпром» УПТПиИГ отечественного производства, не предусматривает регенерацию адсорбента. Ежегодно производится выгрузка отработанного и загрузка адсорберов свежим адсорбентом.
На долю топливно-энергетического комплекса приходятся 48% выбросов вредных веществ в атмосферу России [123]. Предприятия ТЭК сбросили в окружающую среду 2,15 млрд. м3 сточных вод и ответственны за загрязнение 190 тыс. га земли. Ежегодно сжигается в факелах до 15 млрд. м попутного газа и до 5млн. т конденсата [122]. На КС предприятий ОАО «Газпром» после очистки газа в циклонных пылеуловителях, где от газа также отделяются и собираются в специальные емкости механические примеси, органические вещества, вода и при пропуске очистного устройства, образуются отходы газового конденсата. На предприятии 000 «Пермтрансгаз» отходы утилизируются сторонней организацией согласно договора, т.е. довольно затратный способ для предприятия. Необходимо сохранять окружающую природную среду, организовать и внедрить рациональную систему обращения с отходами, в частности найти пути рационального использования отходов газового конденсата.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с «Переченем проблем 000 «Пермтрансгаз» для разработки проектов молодыми специалистами» по теме - «Предложения по регенерации силикагеля, используемого на установках осушки газа», утвержденным в 2000 году
заместителем генерального директора по производству А.В.Ермолаевым.
Анализ зарубежной и отечественной литературы об осушке и очистке природного газа на цеолите
Для очистки природного газа от сернистых соединений из всего ассортимента промышленных адсорбентов в настоящее время используются, главным образом, синтетические цеолиты, так как другие адсорбенты (активные угли, силикагели и алюмогели) имеют значительно более низкую адсорбционную емкость по сернистым соединениям. Это объясняется неселективной соадсорбцией других компонентов природного газа. Так, например, адсорбционная емкость активных углей по меркаптанам уменьшается в 5-6 раз при адсорбции их из природного газа по сравнению с их поглощением из потока газов не содержащих углеводородов, например, азота [4].
Из современных промышленных адсорбентов - активных углей, силикагелей, алюмогелей, цеолитов - последние проявляют наиболее высокую избирательную способность к поглощению полярных веществ (Н20, H2S, RSH и др.) даже при повышении температуры до 100С [5]. Это свойство цеолитов обусловлено наличием сильного электростатического поля в каналах их алюмосиликатных кристаллов [6]. Под действием указанного поля электронодонорные атомы полярных веществ прочно хемосорбируются на внутренней поверхности цеолитов, причем сорбция увеличивается в ряду Н20 » R2S RSH H2S COS С02 углеводороды.
Синтетические цеолиты обладают также уникальным свойством сопоставимости диаметра входных окон в полости цеолита с размером молекул извлекаемой примеси, что позволяет осуществлять селективную адсорбцию [7, 8].
Достоинствами молекулярных сит (цеолитов) при использовании их в промышленности являются снижение удельного объема адсорбента, более низкий перепад давления на слое адсорбента, исключение потерь газа из-за адсорбции ценных компонентов, большой срок службы молекулярных сит, более надежная и стабильная работа осушающих установок [9,10].
Молекулярные сита, содержащие большую долю кремния, обычно применяют для осушки сернистых природных газов вследствие устойчивости этих адсорбентов к H2S. При этом наибольший интерес представляют два типа цеолитов: А и X [10, 11]. Наиболее распространенный цеолит типа А имеет устья пор примерно одинакового эффективного диаметра, равного 0,4 нм. У цеолитов типа X эффективный диаметр устьев пор лежит в пределах 0,9-1,0 нм. В том случае, если необходимо извлекать только воду, следует применять цеолит типа ЗА, так как молекулы H2S и С02 не могут пройти в поры адсорбента.
На установках сероочистки природного газа наиболее широко применяются синтетические цеолиты NaA (4А), СаА (5A), NaX (13 А). Наибольшее влияние на емкость цеолитов по сернистым соединениям оказывают пары Н20. В случае очистки влажных углеводородных газов Н20 сорбируется в лобовых слоях цеолита, практически полностью вытесняя сернистые соединения. Существенное влияние на емкость цеолитов по сернистым соединениям оказывает также присутствие в газе паров тяжелых углеводородов. Сорбируемость углеводородов возрастает по мере увеличения их молекулярного веса [4].
Впервые молекулярные сита (цеолиты) были применены в мировой промышленной практике для осушки природного газа [11-15]. Молекулярные сита обладают также способностью удалять из воды некоторые примеси. Ценным свойством молекулярных сит является удаление воды из природных газов, обогащенных кислыми газами (Н 2S и С02).
На многих зарубежных установках, подготавливающих газ для перекачки по трубопроводам, ранее использовавшиеся в качестве адсорбента оксид алюминия или силикагель заменили молекулярными ситами с целью увеличения производительности существующего оборудования и срока службы адсорбента, сокращения потерь жидких углеводородов и понижения точки росы осушенного газа [10].
В зарубежной научно-технической литературе описано значительное количество промышленных установок очистки природных газов от сернистых соединений с применением в качестве адсорбентов синтетических цеолитов [4]. Широкое распространение такие установки нашли в США, Франции, Японии, Саудовской Аравии [10]. Тип применяемых в установках сероочистки цеолитов зависит от природы сернистых соединений. Для очистки от сероводорода и серооксида углерода используются цеолиты 4А и 5A (NaA и СаА), для очистки от меркаптанов - цеолиты 13A (NaX). Срок службы цеолитов составляет 1000-2000 циклов.
В нашей стране цеолиты использовались со 60-х годов для глубокой осушки природного газа перед его транспортировкой в северные районы, а также перед низкотемпературным разделением [4].
Впервые в 1969 г. на Урицком промысле Саратовского месторождения природного газа была внедрена адсорбционная установка по очистке природного газа от сероводорода, диоксида углерода и осушке от влаги с использованием цеолитов СаА. Производительность установки 200 тыс. м3/сут., давление газа на стадии очистки 5,5 МПа, содержание сероводорода в Jгазе до очистки 1 г /нм , после очистки - 20 мг/нм .
В связи с разработкой и освоением Оренбургского газоконденсатного месторождения с высоким содержанием кислых компонентов: 2% об. Н 2S и 0,5% об. СОг и повышенным - до 600 мг /нм3 содержанием меркаптанов, перед отечественной газовой промышленностью встала проблема очистки природного газа от меркаптанов. После обработки этого газа на Оренбургском ГПЗ водным раствором диэтаноламина, а также последующей пропановой осушки (с добавлением моноэтиленгликоля (МЭГ) для предотвращения образования газгидратов) концентрация сероводорода и углекислоты снизилась до 5-7 мг/нм3 и 0,03 % об., содержание меркаптанов в газе при этом уменьшилось незначительно (до 400 мг /нм ), газ после очистки содержит в качестве нежелательных примесей пары воды (до 0,7 мг /м ), ДЭА и МЭГ (более 100 мг /м ) [4,16,17]. Предложены различные способы очистки газа от RSH химическими или физическими поглотителями [18,19, 20], которые вследствие тех или иных недостатков не получили широкого применения в газовой промышленности.
В 1978 г. на Оренбургском ГПЗ по проекту Южниигипрогаза введена в эксплуатацию одна из крупнейших в мире установок по очистке природного газа от меркаптанов с использованием в качестве адсорбента цеолитов NaX (13Х) [4, 21, 22]. В период пуска установки и при дальнейшей их эксплуатации цеолит 13Х с диаметром гранул 1,6 мм закупался по импорту у фирм «Сеса», «Union Carbide», «Rhone Poulenc» и др. С 1996 г. на ГПЗ импортный цеолит заменен на отечественный NaX (г.Салават) с диаметром гранул от 2 до 6 мм [23]. Установка включает два идентичных блока, работающих параллельно, проектная производительность по газу каждого блока составляет 9 млрд м /год (1120 тыс. нм /час).Очищенный газ отвечает требованиям потребителя и , кроме того, производится осушение газа до точки росы по влаге порядка -70 С.
Технические требования на качество природного газа и приборы для измерения значения температуры точки росы газа по влаге
Технические требования на качество природного газа в настоящее время нормируются тремя стандартами: 1. Отраслевым стандартом на газы горючие природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным газопроводам ОСТ 51.40-93 от 01.10.93 г. Основные требования этого нормативного документа представлены в таблице 2.9. 2. Государственным стандартом ГОСТ 5542-87 на газы природные для промышленного и коммунально-бытового назначения (таблица 2.10). 3. Государственным стандартом ГОСТ 27577-2000 на газ природный топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания. Целесообразность нормирования показателей качества природного газа несколькими нормативно-техническими документами определяется различием требований к качеству газа, транспортируемого по магистральным газопроводам и используемого в промышленности, в быту. Так, целью установления показателей и норм качества газа, транспортируемого по магистральным газопроводам, является повышение надежности и эффективности работы газотранспортных систем, а также повышение коэффициента извлечения углеводородного конденсата на газодобывающих предприятиях (ГДП) и, следовательно, снижение потерь конденсата. В то же время определение показателей качества газа, поступающего на промышленное и коммунальное потребление, имеет целью повышение безопасности в использовании газа и улучшение санитарно-гигиенических условий при сжигании газа (например, в бытовых горелочных устройствах). Показатели ОСТ 51.40-93 и ГОСТ 5542-87, приведенные в таблицах 2.6, 2.7 условно можно разделить на две группы: 1) влияющие на гидравлическую характеристику ГТС; 2) характеризующие потребительские свойства газа. Показатели первой группы. Основными качественными показателями, обеспечивающими бесперебойную подачу газа потребителям при высокой гидравлической эффективности работы магистральных газопроводов, являются температуры точки росы газа по влаге и углеводородам, а также содержание механических примесей и труднолетучих жидкостей в газе. Показатели второй группы. Эти показатели характеризуют потребительские свойства газа. К ним можно отнести теплоту сгорания газа и содержание сернистых соединений в нем, число Воббе, объемную долю кислорода в газе. Измерения значений температуры точки росы газа по влаге (ТТРВ) выполнялись прибором конденсационного типа «КОНГ-ПРИМА-2» [136]. В нем используется принцип конденсации влаги на чувствительном элементе (зеркале) при циклическом изменении температуры поверхности зеркала. Температура конденсации зеркала фиксируется и в дальнейшем преобразуется в цифровой сигнал, позволяющий выводить его в виде цифровой индикации или передавать эти данные на компьютер. В ООО «Тюментрансгаз» кроме прибора конденсационного типа «КОНГ-ПРИМА-2» применяются и другие приборы для измерения ТТРВ газа («КОНГ-ПРИМА-4», «Система 280», «Энгресхаузер»). Анализатор «КОНГ-ПРИМА-4» применяется для измерения температуры точки росы газа по влаге и углеводородам в природном газе [136]. При измерении температуры точки росы используется конденсационный метод.
Сущность метода заключается в измерении температуры, до которой необходимо охладить прилегающий к охлаждаемой поверхности слой влажного газа, для того, чтобы довести его до состояния насыщения при рабочем давлении. Метод определения точки росы, используемый в анализаторе, соответствует ГОСТ 20060-83 и ГОСТ 20061-84. Анализатор «КОНГ-ПРИМА-4» более усовершенствованный прибор по сравнению с прибором «КОНГ-ПРИМА-2». Анализатор «КОНГ-ПРИМА-4» обеспечивает пересчет измеренных значений температуры точки росы (С) в другие единицы влажности (г/м ) и пересчет измеренных значений точки росы с реального давления на контрактное давление по ГОСТ 20060-83, регистрацию измеренных значений (архив данных) точки росы, значений избыточного давления и температуры контролируемой среды (при подключении к анализатору дополнительных датчиков давления и температуры) и запись этих значений в энергонезависимую память анализатора. Анализ выделенных проб, как правило, осуществляется инструментальными методами, среди которых одним из наиболее важных и, несомненно, перспективных является масс-спектрометрия, особенно в сочетании с хроматографией. Такие достоинства масс-спектрометрии, как высокая чувствительность, селективность, возможность анализа проб в разных агрегатных состояниях, быстрота анализа, возможность структурных определений, делают ее незаменимым методом при анализе объектов окружающей среды на различных стадиях исследования: определение структуры неизвестных соединений, качественный и количественный анализ смесей, мониторинг и скрининг. Масс-спектрометрия незаменима и на первом исследовательском этапе проведения работ по мониторингу, когда требуется детальный анализ сложных смесей с подтверждением структуры их компонентов, и в дальнейшем, когда рутинный анализ можно выполнять с помощью более простых методов, но необходим контрольный и арбитражный анализ. Все вновь разрабатываемые масс-спектральиые аналитические методы немедленно находят применение в анализе объектов окружающей среды и обязательно проходят апробацию в этой области. Вместе с тем требования именно этого вида анализа стимулируют развитие новых методов масс-спектрометрии. Среди перспективных масс-спектральных методов, которые могут найти в ближайшем будущем применение в анализе окружающей среды, можно отметить резонансную многофотонную ионизацию, масс-спектрометрию с преобразованием Фурье, сочетание масс-спектрометрии со сверхкритической флюидной хроматографией, а также сочетание газовой хроматографии, масс-спектрометрии и инфракрасной спектрометрии с преобразованием Фурье [147].
Экспериментальная оценка поведения адсорбентов
В работе приведена сравнительная оценка поведения различных адсорбентов в идентичных условиях. Подбор адсорбентов осуществлялся с учетом требований по глубине осушки газа, достаточно высокой механической прочности и приемлемой стоимости.
Первая серия экспериментов проводилась в летний период на газе, поступающем по газопроводу Прогресс, физико-химические показатели которого представлены в таблице 2.1. главы 2. Испытывались 6 типов адсорбентов: цеолиты NaA, NaX, СаА и силикагели КСКГ, КСМГ, ШСМГ (характеристика которых приведена в таблице 2.2. главы 2.) при следующих условиях: давление 24,0 кгс/см , температура адсорбции 35 С, расход газа 4356 кг/час или 6406 м /час (1,78 м /сек) и линейная скорость газа 0,439 м/с.
Результаты испытаний индивидуальных адсорбентов в идентичных условиях с течением времени представлены на рис. 3.6. Силикагели марок КСМГ, ШСМГ, КСКГ обладают высокой глубиной осушки газа, по сравнению с цеолитами NaA, NaX, СаА. Максимальной глубиной осушки по воде обладает силикагель КСМГ 12,7 % мае, среди цеолитов - это NaA 2,92 % мас. Физическая природа снижения влагоемкости адсорбентов заключается в уменьшении активности сорбционных центров в результате поглощения все больших количеств влаги. Удельная поверхность испытуемых силикагелей и цеолитов одинаковая 750-800 м /г, отличается только силикагель КСКГ 300-350 м /г. Максимальное накопление влаги силикагелями, вероятно, связано так же с насыпной плотностью сорбентов, у силикагелей КСМГ, ШСМГ она выше 809,2, 780кг/м по сравнению с цеолитами 650 кг/м и общим объемом пор почти в два раза выше у силикагелей (см. табл. 2.2. гл.2).
Особенностью адсорбционной осушки природного газа является совместная адсорбция паров воды и углеводородов. Газ содержит незначительное количество тяжелых углеводородов: С 4+в (0,064 и 0,142 % об. см. табл. 2.1.), которые в процессе накопления при адсорбции оказывают влияние на емкость силикагелей. Визуальный осмотр испытуемых образцов адсорбентов после проведения эксперимента, при выгрузке из адсорберов показывал заметное изменение их окраски. Цвет цеолитов приобрел темно-розовую окраску, местами гранулы имели серый цвет. Силикагели так же изменили окраску, цвет их стал желтым, что свидетельствует о накоплении тяжелых углеводородов. Отдельные гранулы силикагеля имели темно-коричневый цвет, что свидетельствовало о значительном накоплении углеводородов в этих гранулах вследствие их особой микропористой структуры, которая отличалась от пор общей массы силикагеля.
Анализ текстурных, прочностных (см. табл. 2.2.) и адсорбционных характеристик по воде позволил прогнозировать эффективную работу силикагелей в процессе осушки природного газа и продолжить изучение этих сорбентов в процессе одновременной осушки и отбензинивания природного газа в последующих экспериментах см. разделы 3.2.2., 3.2.3..
Сравнение экспериментальных данных показало, что наиболее приемлемыми для адсорбционной осушки газа являются силикагели: КСМГ, ШСМГ, КСКГ. Силикагель обладает хорошо развитой пористостью, высокой механической прочностью при истирании и раздавливании, средним сроком службы до 3 лет (в зависимости от параметров работы системы адсорбционной осушки) [97], невысокими температурами регенерации 180-220С (по сравнению с цеолитами, температура регенерации которых практически в 2 раза выше и составляет 350С). Однако гранулы силикагеля в присутствии воды подвергаются разрушению, поэтому так важно наличие защитного лобового слоя. В качестве лобового слоя целесообразно использование дешевого адсорбента или даже слоя любого инертного гранулированного материала [1]. Для работы адсорберов установки подготовки топливного, пускового и импульсного газа можно использовать в качестве защитного лобового слоя крупнопористый силикагель КСКГ, а в качестве основного осушающего слоя - мелкопористый КСМГ или ШСМГ. Слой крупнопористого силикагеля КСКГ предназначен для защиты основного слоя от капельно-жидкой фазы, выносимой потоком газа из входного горизонтального сепаратора. Такая схема комбинированной загрузки используется на установке комплексной подготовки газа месторождения Медвежье [98].
Для возможности использования комбинированных слоев адсорбентов были посвящены дальнейшие исследования.
Причины низкой эффективности работы системы осушки импульсного газа
Система осушки импульсного газа должна обеспечивать надежную работу и управление технологическими кранами обвязки газоперекачивающих агрегатов (ГПА) при всех режимах работы оборудования КС. Исходя из опыта эксплуатации КС, имеется ряд существенных замечаний по нарушению работы кранов наружной газовой обвязки (гитары) в период низких температур, при пусках турбоагрегата ГПА в зимнее время, при переключениях и выводах ГПА в планово-профилактический ремонт. Это связано с рядом причин:
— недостаточная глубина осушки импульсного газа (до -30, -35 С осушающая способность силикагеля КСМГ); — отсутствие регенерации адсорбента во время эксплуатации. При более детальном изучении причин неудовлетворительной работы системы подготовки импульсного газа было выявлено несовершенство заводской конструкции адсорбера импульсного газа. Проектная конструкция внутренней начинки адсорберов и схемы циркуляции осушаемого газа обеспечивает полноценную работу только нижней части загрузки адсорбента и, следовательно, не эффективную эксплуатацию всей массы силикагеля. Фактическое положение дел на примере КС показало, что поступающий в систему импульсного газа товарный газ имеет недостаточную глубину осушки.
Отклонения температуры точки росы по воде осушенного газа показаны на рис. 3.5. по замерам прибором конденсационного типа «КОНГ-ПРИМА-2». Сравнение показателей природного газа ООО «Пермтрансгаз» за 2005 г. свидетельствует о том, что по ТТРВ за 2005 г. 40 % объема транспортируемого газа не соответствует ОСТ 51.40-93. Максимальное отклонение ТТРВ от допустимого значения ОСТ составляет 5 С (допустимое -10С) газопровода Ямбург-Елец I по данным за август 2005 г. и 6,0 С (допустимое -20С) за ноябрь 2005 г. газопроводов Н.Тура-Пермь1,2 (2 нитки) и Н.Тура-Н.Новгород (рис. 3.5.). 1. Замена существующего силикагеля КСМГ на новые комбинированные адсорбенты КСМГ+МСМК (50:50), ШСМГ+КСКГ (40:60) и (80:20), ШСМГ+КСКГ+NaA (55:30:15) % мае. для получения низкой температуры точки росы получаемого осушенного импульсного газа. 2. Изменение схемы засыпки адсорбента в адсорберах (преобразование адсорбера кольцевого типа во фронтальный с одновременным увеличением массы засыпаемого адсорбента в два раза) [142]. 3. Регенерация адсорбентов с использованием товарного газа, нагретого в утилизационных теплообменниках. 4. Регенерация адсорбентов простым нагревом внутренностей адсорбера до 200 - 220С, затем продувка его газом в объеме 2-3 объема адсорбера (0,72-1,08 м3) [142]. 5. Изменение конструкции адсорбера. Надежность работы схемы осушки импульсного газа в основном обусловлена эффективностью работы адсорбера. Изменение конструкции адсорбера позволит увеличить массу загружаемого адсорбента, тем самым увеличить время адсорбции и устранить недостатки заводской конструкции (рисунок 4.1.). Адсорбер А-1 (А-2), изготовитель Бугульминский механический завод, представляет собой вертикальный аппарат цилиндрической формы 0630x22 мм, высотой 2658 мм. Внутри корпуса аппарата 1 установлен сетчатый патрон 2 диаметром 480мм и высотой 1400мм, смонтированный из стальных стоек и обтянутый металлической сеткой. Внутри патрона проходит перфорированная труба 3 0159x6мм, покрытая также металлической сеткой. Адсорбент 4 загружается в пространство между трубой 3 и сеткой патрона 2. В качестве адсорбента для осушки импульсного газа используется гранулированный силикагель, марки КСМГ. Газ в адсорбер поступает через штуцер входа газа 5 0159x12мм. Перфорированная труба 3 соединяется со штуцером выхода газа 6 0159x12мм. Адсорбер имеет штуцер выхода конденсата 7 057x6 мм, люк-крышку 8 с пробкой-воздушником 9 Ду20мм. Люк-крышка адсорбера служит для загрузки и выгрузки адсорбента. Адсорбер работает следующим образом: импульсный газ из точки отбора через штуцер входа 5 поступает в нижнюю часть адсорбера, распределяется по диаметру аппарата и через сетку 2 попадает в слой адсорбента 4, находящийся в патроне 2. При прохождении сырого газа через слой адсорбента происходит поглощение (адсорбирование) водяных паров и частично газового конденсата. Осушенный газ через сетку, отверстия в трубе 10 (окна) поступает в трубу и через штуцер выхода из адсорбера направляется в коллектор импульсного газа. Конденсат из нижней части адсорбера периодически удаляется по дренажной линии через штуцер выхода конденсата. В модернизированном варианте адсорбера импульсного газа изменена только внутренняя конструкция аппарата (рисунок 4.2.). В конструкции адсорбера практически полностью исключен проскок неосушенного газа за счет изменения конструкции уплотнения и изменения направления потока осушаемого газа через слой адсорбента. Импульсный газ поступает в адсорбер через штуцер входа А. Циркулируя через отверстия в тарелке 3 с защитной сеткой газ, проходя слой насыпного адсорбента 2 внутри адсорбера, осушается и далее через трубу 1, присоединенную к отводу выходного штуцера Б, поступает в цеховой коллектор импульсного газа. Верхний конец трубы снабжен фильтром 7 с защитной сеткой и имеет отверстие для извлечения (кранбуксу). Нижний конец трубы 1 прикреплен к уплотнительному конусу 5 при помощи сварки. Для предотвращения прикипання конусное уплотнение смазывается при помощи графитовой смазки. Труба адсорбера 1 фиксируется во втулке 4 при помощи уплотнительного конуса 5. Сама же втулка 4 закреплена на выходном отводе патрубка 6 при помощи эпоксидного клеевого соединения. Сверху прижимной тарелки 8 с защитной сеткой установлено кольцо 9 с уплотнением.
