Исследование влияния технологических параметров на процессы низкотемпературной сепарации (стр. 2 из 9)
Уравнение имеет следующий вид:
, (17)где R= 1.987 - универсальная газовая постоянная кал/(моль*К); Tr=T/Tc, Tbr=Tb/Tc - приведенные температуры, где Тс, Ть- критическая температура и нормальная температура кипения компонента, К; αс - находится по формуле [] из условия, что PVPr =1/Рс и Тr= Тbr.
(18)h определяется уравнением:
, (19)где ∆Нνb - теплота парообразования при нормальной температуре кипения, кал/моль. ∆Нνb определялось по уравнению Джиакалоне [7]:
(20)где
принимается равным 1.2.2.Переработка газового конденсата.
Простейшая общая схема переработки газового конденсата выглядит следующим образом:
Рисунок 1 – Простейшая общая схема переработки газового конденсата.
Сепарация газоконденсатной смеси на газ сепарации и нестабильный конденсат осуществляется непосредственно на промысле (также может осуществляться деэтанизация, т.е. выделение этана из конденсата), после чего нестабильный конденсат можно транспортировать по конденсатопроводу на завод, где осуществится стабилизация конденсата и выделение продуктов первичной переработки - различные марки бензина и дизельного топлива, ШФЛУ, сжиженные газы, мазут, газ стабилизации.
Промысловая сепарация конденсата может осуществляться различными способами, например - низкотемпературной сепарацией (НТС). Высокое начальное давление природного газа используется в этом случае для получения холода и выделения вследствие этого водяного и углеводородного конденсата из газа. Холод при высоких давлениях газа получают на специальных установках, называемых установками низкотемпературной сепарации. В установках НТС отрицательные температуры создаются в результате дросселирования (понижения давления) газа высокого давления. Помимо выделения газового конденсата с помощью НТС также можно использовать винтовые и турбинные детандеры, адсорбционные установки, а также холодильные машины.
3.Литературный обзор.
3.1. Совершенствование технологии и оборудования подготовки газа. При добыче и подготовке газа к транспорту в местах с параметрами возможного гидратообразования (давление, температура, состав газа) предусматривают подачу метанола повышенной концентрации. Метанол может подаваться как в скважину, коллектор, шлейфы, т. е. до установок подготовки газа, так и перед теплообменниками или в теплообменники охлаждения газа, перед расширяющими устройствами. Вместе с газом на установки его подготовки поступает и углеводородный конденсат, который смешивается с водным раствором метанола, образуя эмульсии, которые необходимо разделять. Обычно эти эмульсии разделяют в гравитационных разделителях или в разделителях с применением тонкослойных модулей, в которых движущей силой является разность плотностей разделяемых жидкостей. При разнице плотностей менее 150 кг/м гравитационный метод разделения становится неэффективным. При наличии углеводородного газового конденсата повышенной плотности и значительного количества насыщенного водного раствора метанола повышенной концентрации плотности разделяемых жидкостей выравниваются и практически не разделяются гравитационным отстаиванием. Процесс разделения эмульсии (углеводородный конденсат - водные растворы метанола) усугубляется при наличии: механических примесей, продуктов коррозии, нерастворимых и растворимых солей. Указанные условия и примеси способствуют образованию стойких эмульсий. Эти явления наблюдаются при разделении углеводородного газового конденсата и водного раствора метанола на установках комплексной подготовки газа Заполярного месторождения (УКПГ-1), 000 «Ноябрь-скгаздобыча» и ПХГ.
Проведенные исследования различных эмульсий (жидкие углеводороды - водные растворы гликолей; жидкие углеводороды - водные растворы спиртов) в присутствии газовой фазы - диоксида углерода, примесей - продуктов коррозии углеродистых сталей показали, что указанные смеси при определенных условиях образуют стойкие эмульсии, которые не разделяются гравитационным способом по истечении 2 ч и более, а то и суток.
Стойкость эмульсии зависит от следующих условий:
· соотношения разделяемых жидких фаз (с выравниванием объемов фаз стойкость эмульсии повышается);
· вязкости разделяемых жидких фаз или их температуры (с повышением вязкости сплошной жидкой фазы или понижением температуры стойкость эмульсии повышается);количества растворенного в эмульсии газа (с возрастанием количества растворенного в эмульсии газа стойкость ее увеличивается);
· количества механических примесей и их дисперсности (с увеличением количества механических примесей и дисперсности, т. е. с уменьшением размера частиц, стойкость эмульсии повышается);
· состава механических примесей, их способности к адгезии к разделяемым жидким фазам.
Структура и матрица разделяемых стойких эмульсий (рис. 1) наглядно демонстрируют некоторые варианты состояния дисперсных фаз - это обычно газовый пузырек, вокруг которого расположены оболочки из разделяемых жидкостей, на которых за счет сил адгезии располагаются мелкодисперсные частицы механических примесей.
Известны способы разделения стойких эмульсий с помощью подогрева, в поле центробежных сил, с применением деэмульгаторов, коагуляторов, с помощью электрических полей, которые направлены на решение частных задач, например на снижение вязкости основного слоя смеси или на увеличение движущей силы, т.е. разности плотностей, на увеличение диаметра капель и т. д. Известен также микроволновый способ разрушения нефтяных эмульсий, продемонстрированный на НПЗ Exxonmobil, г. Тор-ране, шт. Калифорния. В данном способе эмульсии разрушаются микроволнами с помощью преобразователя с компьютерным управлением, при этом вырабатывается радиочастотная энергия, которая вводится в промежуточный слой, рециркулируемый через волновод. Способ основан на том, что микроволны, поглощаемые водой, возбуждают молекулы воды, усиливают их вращение и нагревают воду, заключенную в эмульсионной матрице. Предлагается комплексный способ разделения стойких эмульсий с применением термогенераторов, основанный на следующих принципах:
· уменьшении вязкости разделяемых сред;
· механическом разрушении матриц эмульсии с выделением из них газовой фазы;
· предварительном разделении жидких фаз в центробежном поле;
· тонкой фильтрации жидкости от механических примесей;
· увеличении разности плотностей разделяемых сред путем отпарки одной из легких фаз водного раствора;
· использовании энергии давления жидкости для ее нагрева.
Для эффективного разделения стойких эмульсий не решить комплекс вопросов:
· увеличить разность плотностей разделяемых сред;
· уменьшить вязкость по крайней мере основной фазы, в которой находится дисперсная фаза;
· дегазировать путем нагрева смеси газ из матриц эмульсии;
· разрушить стойкую оболочку из механических примесей в углеводородах (разрушить силы адгезии);
· разделить гравитационным способом оставшиеся углеводороды и водный раствор (воду);
· утилизировать газ дегазации и пары легких углеводородов;
· утилизировать энергию давления смеси;
· отделить механические (твердые) примеси от жидких фаз.
Для решения этой задачи ДОАО «ЦКБН» и 000 «Ямбург-газдобыча» предложена многофункциональная технология и оборудование нагрева, разрушения, разделения стойкой эмульсии с одновременной ее фильтрацией от примесей. Эта технология разделения основана на гидродинамическом нагреве смеси жидкости, предварительном разделении жидкостей, в том числе в центробежном поле, разрушении стойкой эмульсии ударным методом с одновременной ее фильтрацией (рис. 2).
Процесс осуществляется следующим образом. Сырой газ из скважин по шлейфам в присутствии жидких углеводородов, водометанольного раствора, солей и примесей подают на первичную сепарацию в сепаратор 1. Отсепарированную жидкость после дросселирования подают в дегазатор 2, из которого газ выветривания отводят на собственные нужды, а жидкую эмульсию (углеводородный конденсат и водный раствор метанола) подают в фазный разделитель 3. В разделителе смесь нагревают через стенку или прямым смешением до температуры испарения метанола теплоносителем, рециркулирующим по линиям 4 и 5 через теплогенератор 6 и (или) по линиям 7, 8, при этом наиболее эффективным является метод нагрева эмульсии с использованием тепла, снимаемого теплоносителем с верха регенератора метанола 10. При нагреве отпаривают метанол и производят процесс разрушения стойкой эмульсии, при этом выделяют из глобул смеси жидкости газ, отделяют механические примеси и увеличивают движущую силу разделения углеводородного конденсата и водного раствора метанола, так как плотность последнего с увеличением количества отпариваемого метанола увеличивается и фактически происходит разделение фаз: углеводородный конденсат - вода, углеводородный конденсат - механические примеси. Разделенный конденсат отводится в качестве продукта, вода с примесями метанола подается в качестве сырья в регенератор метанола 10, механические примеси выводятся из разделителя 3. На схеме (см. рис. 2) также показаны линия метанола 9, линия углеводородного абсорбента 11 и блок осушки газа/2.