Разработка предложений по очистке природного газа и переработки кислых газов с получением товарной продукции (серы) (на примере Карачаганакского месторождения) (стр. 8 из 18)
Полученная жидкая сера дегазируется на установке производства серы и затем, чтобы обеспечить удобство при отгрузке и транспортировании, гранулируется на установке формирования серы.
2.3 Разработка технологии очистки природного газа КНГКМ
В последнее десятилетие, после приобретение Казахстаном суверенитета, нефтегазовая отрасль промышленности очень бурно развивается. Правительством Республики Казахстан ведется постоянная работа по привлечению в эту отрасль новых инвестиций. Привлечение инвестиций в разведку, добычу и транспортировку конденсата приведет к увеличению объема добычи нефти, газа и конденсата.
Известно, что все крупные залежи нефти, газа и конденсата (Тенгиз, Карачаганак и др.) наряду с основным компонентом содержат повышенное количество кислых компонентов, в частности, сероводород.
Наличие кислых компонентов в составе добываемой продукции создает определенные сложности в их транспортировании и переработке, вызывая коррозию трубопроводов и оборудования. Наряду с этим при транспортировке сырой продукции покупателям (перерабатывающим заводам за пределами Республики Казахстан) достается ценнейшее сырье для получения товарной серы.
Хотя Карачаганакское месторождение газа и конденсата находится на территории Бурлинского района Западно-Казахстанской области, потребители газа этого региона получают газ из Российской Федерации, что приводит к увеличению цены на газ. Карачаганак, при развитии собственной инфраструктуры и создании собственных очистных и перерабатывающих мощностей, может обеспечивать регион собственным газом.
Создание очистной установки газа от сероводорода позволило бы снизить объем вредных выбросов в локальном характере (выброс SO2 при сжигании Н2S на факеле) и уменьшить риск попадания Н2S в окружающую природную среду во время аварийных ситуаций при транспортировке газа и конденсата по трубопроводам.
Также при извлечении сероводорода казахстанские нефтяники и газовики получили бы еще одно ценное сырье для производства и получения готовых продукций для нужд промышленности (Н2SO4, элементарная сера и др.). Получение еще одной готовой продукции дало бы новый источник увеличения прибыли отечественных производителей.
2.3.1 Выбор метода очистки
При выборе метода очистки окончательным критерием является величина приведенных затрат, зависящих в основном от энергетических и капитальных затрат. Однако такой выбор во многих случаях труден, что объясняется влиянием на экономические показатели трех групп факторов:
1) внешние технологические параметры процесса /8/ - состав, давление и температура очищаемого газа, требуемая степень очистки, параметры энергоресурсов (давление пара, наличие отбросного тепла), возможность использования вторичных энергоресурсов и т.д., то есть факторы, независящие от аппаратурно-технологического оформления процесса очистки;
2) внутренние параметры процесса – расход тепла, электроэнергии, растворителя, отходы, тип и вес аппаратуры, а также их зависимость от параметров исходного газа и степени очистки, то есть параметры, на которые влияет аппаратурно-технологическое оформление процесса очистки.
3) экономические факторы – цены на энергоресурсы, сырье, отходы, аппаратуру, а также дефицитность каких-либо видов сырья (растворителей и др.) и энергии.
Таким образом, выбор процесса должен осуществляться только после детального технологического, термодинамического и технико-экономического анализа.
Особенности газоочистных и газоперерабатывающих установок выдвигают ряд требований к их проектированию:
большой диапазон устойчивой работы (отношение максимально и минимально допустимых нагрузок по газу и жидкости) оборудования;
получение кондиционной товарной продукции при изменении параметров сырья в широком интервале;
возможность использования оборудования в широком интервале давления и температуры. Это важно как ввиду влияния температуры окружающей среды на параметры процесса, так и из-за необходимости компенсации влияния изменения одного параметра (Р или t) на показатели процесса, за счет повышения или понижения значения другого параметра.
При определении области предположительного использования различных способов очистки для газов, в которых соотношение СО : Н2S более 3-3,5, следует использовать методы, основанные на физической абсорбции Н2S. При выборе того или иного поглотителя необходимо учитывать не только способность растворять углеводородные газы, летучесть, дефицитность, селективность по отношению к Н2S, емкость по нему, упругость паров сернистых соединений в конкретном поглотителе. При минимальных теплотах растворения можно достичь максимальных соотношений Н2S : СО2, при которых энергетически целесообразно проводить процесс очистки физическими поглотителями. Согласно физико-химической природе поглотителей, с уменьшением теплоты растворения увеличивается упругость паров увлекаемого компонента над раствором, что видно из следующей термодинамической зависимости:
(2.1)где К – константа Генри газа в растворителе;
А – коэффициент, зависящий от давления и температуры;
∆Н – теплота растворения газа;
R – универсальная газовая постоянная;
Т – температура растворения.
Уравнение (2.1) показывает, что с увеличением теплоты растворения уменьшается константа Генри (растет растворимость), а это в конечном итоге приводит к повышению степени очистки или понижению расхода абсорбента. В связи с этим не во всех случаях целесообразно стремиться к выбору абсорбента с минимальной теплотой растворения сернистых соединений.
Необходимо учитывать селективность поглотителя. Это связано с тем, что соотношение СО2 : Н2S в исходном газе характеризует кислые газы регенерации. Поэтому чем выше селективность, тем большую область охватывают методы очистки физической абсорбцией. Следовательно, при выборе физического поглотителя необходимо решать оптимизационную задачу с учетом перечисленных показателей.
Результаты опытных работ показали, что такие нежелательные компоненты, как Н2S и СО2, органические соединения, присутствующие в составе природного газа Карачаганакского месторождения, хорошо поглощаются метанолом, особенно при низких температурах /8, 9, 10/.
Предлагаемая в данной работе технология очистки газа основана на процессе одновременного удаления кислых компонентов. Как сказано выше, эти вещества хорошо абсорбируются метанолом, особенно при низких температурах и повышенных давлениях, а при понижении давления легко удаляются из насыщенного раствора.
Зависимость растворения СО2 и Н2S в метаноле от температуры при различных давлениях приведена на рисунках 4 и 5, из которых видно, что растворимость Н2S в метаноле выше растворимости СО2 в нем. Это позволяет осуществлять селективное их разделение. Наличие в метаноле СО2 снижает растворимость Н2S на 10-15%. Растворимость органических сернистых соединений в метаноле также велика. Расход тепла на процесс весьма невелик, так как поглотительный растворитель охлаждается вследствие снижения давления на ступени регенерации, а поступающий газ охлаждается с широким использованием теплообмена с отходящими потоками очищенного газа и извлекаемых компонентов газа.
К основным преимуществами этого процесса следует отнести:
а) значительное снижение расхода энергии по сравнению с другими методами очистки (например, абсорбция этаноламинами);
б) высокая степень очистки от сернистых соединений в присутствии СО2;
1 – РН2S = 53 кПа; 2 - РН2S = 40 кПа; 3 - РН2S = 26,7 кПа
4 - РН2S = 17,3 кПа; 6 - РН2S = 6,67 кПа
Рисунок 4. Влияние температуры растворимость Н2S в метаноле
1 – при минус 26оС; 2 – при минус 36 оС;
3 – при минус 45 оС; 4 – при мину 60 оС.
Рисунок 5. Изотермы растворимости СО2 в метаноле
в) одновременная осушка от влаги и очистка от тяжелых углеводородов.
Наряду с положительными качествами предлагаемому процессу присущи недостатки:
а) сложность технологической схемы;
б) сравнительно большие потери метанола с очищаемым газом;
в) нежелательно высокая растворимость углеводородов в метаноле, особенно при низких температурах.
2.3.2 Предлагаемая технологическая схема очистки природных газов КНГКМ от кислых газов
Природный газ КНГКМ с высоким содержанием кислых газов после предварительной переработки на установке промысловой подготовки газа, в соответствии с рисунком 9, со скоростью 15,85 м3/сек и давлением 2,3-2,45 МПа и концентрацией 914 ∙ 10-3 кг/м3 направляется на первую стадию охлаждения, где газ охлаждается до температуры плюс 3оС. На этой стадии конденсируется основная часть тяжелых газов и водяных паров, далее газ проходит вторую стадию охлаждения, здесь газ охлаждается до минус 20оС, после чего газ направляется на первую ступень очистки. Очистку производят абсорбцией газа метанолом, охлажденным до температуры минус 70-75оС. При этом из газа удаляется основная часть Н2S и часть СО2, остаточная часть тяжелых углеводородов и основная часть органических соединений серы. Далее газ поступает на вторую ступень абсорбции. На этой ступени для абсорбции газа подают небольшой поток тщательно отрегенерированного метанола при температуре минус 60-65оС. На этой стадии из газа удаляется основная часть остаточного СО2 и практически все остаточное количество органических сернистых соединений. После второй ступени очистки очищенный газ отвечает требованиям ГОСТ и направляется потребителям.