close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Совершенствование технологии извлечения тяжелых углеводородов С5+ из газа регенерации адсорбционной установки подготовки углеводородного газа

код для вставкиСкачать
1
На правах рукописи
СЫРОВАТКА ВЛАДИМИР АНТОНОВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ
ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ С5+ ИЗ ГАЗА РЕГЕНЕРАЦИИ
АДСОРБЦИОННОЙ УСТАНОВКИ ПОДГОТОВКИ
УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА
05.17.07 – Химическая технология топлива
и высокоэнергетических веществ
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Астрахань – 2018
2
Работа выполнена на кафедре «Технологии нефти и газа» в ФГБОУ ВО
«Кубанский государственный технологический университет»
Научный руководитель:
Ясьян Юрий Павлович
доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО
КубГТУ, заведующий кафедрой Технологии
нефти и газа
Официальные оппоненты: Голубева Ирина Александровна
доктор химических наук, профессор кафедры
Газохимии ФГБОУ ВО РГУ нефти и газа (НИУ)
имени И.М. Губкина;
Колокольцев Сергей Николаевич
кандидат
технических
наук,
заместитель
генерального директора по производству
ООО «ЛУКОЙЛ-Приморьенефтегаз»
Ведущая организация:
Институт прикладных исследований газовой
промышленности, ООО «ИПИГАЗ» г. Тюмень
Защита диссертации состоится «29» июня 2018 года в 1400 на заседании
диссертационного совета Д 307.001.04 при ФГБОУ ВО «Астраханский
государственный технический университет» по адресу: 414056, г. Астрахань,
ул. Татищева, 16, учебный корпус №2, ауд. 201
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АГТУ (414056,
г. Астрахань, ул. Татищева, 16, главный учебный корпус АГТУ) и на сайте
http://astu.org/pages/show/
Автореферат разослан «___» _____________ 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор химических наук, доцент
Е.В. Шинкарь
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
Обеспечение в системе магистральных газопроводов требований к качеству углеводородного газа после подготовки на адсорбционных установках для
осуществления поставок топлива потребителям, коррелируется с задачей технологии рационального использования природных ресурсов. Направление «рациональное природопользование» входит в перечень восьми приоритетных
направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и
требует выполнение государственного стандарта ресурсосбережения.
Анализ работ в области газопереработки показал, что избирательная способность адсорбента по углеводородам C5+ в условиях одновременной адсорбционной осушки и отбензинивания природного газа ограничена, что влияет на
остаточное содержание углеводородов C5+ в природном газе после подготовки.
Выделение углеводородного конденсата методом ступенчатой сепарации не
происходит в полном объеме из газа регенерации, тем самым увеличивает содержание углеводородов C5+ в газе после предварительной сепарации (в отработанном газе регенерации) и создает потери углеводородов с газом стабилизации. Увеличение содержания углеводородов C5+ в отработанном газе регенерации, который подается на адсорбцию с исходным природным газом, создает
балласт и повышает нагрузку на адсорбент. Это в целом увеличивает остаточное содержание углеводородов C5+ в подготовленном газе, направляемого потребителю.
Таким образом, решение задачи увеличения степени извлечения углеводородов C5+ из газа регенерации на адсорбционной установке является актуальной и практически значимой для газовой отрасли. Используемый традиционный типовой способ извлечения углеводородов C5+ из газа регенерации и стабилизации углеводородного конденсата методом ступенчатой сепарации на адсорбционной установке является недостаточно рациональным. Для решения
этих проблем необходимо улучшение существующих и разработка новых технологий и схем извлечения углеводородов C5+ из газа регенерации на адсорбционных установках подготовки углеводородного газа.
Степень разработанности темы
В мировой практике закономерности низкотемпературной переработки
газа регенерации на адсорбционной установке подготовки углеводородного газа изучены недостаточно. До настоящего времени в полной мере не изучено извлечение углеводородов C5+ из газа регенерации методом низкотемпературной
переработки для повышения выхода углеводородного конденсата и снижения
потерь ценных компонентов C5+ на адсорбционных установках. И соответственно отсутствуют технические и технологические решения низкотемпературной переработки газа регенерации.
Цель работы
Цель работы _ повышение степени извлечения углеводородов С5+ из газа
регенерации для дополнительной выработки стабильного углеводородного
4
конденсата и уменьшения потерь углеводородов С5+ на адсорбционной установке подготовки углеводородного газа.
Для достижения поставленной цели предстояло решить следующие
задачи:
● анализ работы существующего технологического узла извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации и стабилизации углеводородного конденсата методом ступенчатой сепарации на адсорбционной установке подготовки
природного газа;
● расчетные исследования содержания углеводородов С5+ в природном
углеводородном газе после осушки и отбензинивания (в подготовленном газе),
в газе регенерации после предварительной сепарации (в отработанном газе регенерации) и потери углеводородов с газом стабилизации на факел при стабилизации углеводородного конденсата методом ступенчатой сепарации;
● расчетные исследования повышения степени извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации путем низкотемпературной сепарации с изоэнтальпийным расширением;
● расчетные исследования повышения степени извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации, сокращения содержания углеводородов С5+ в газе
регенерации после предварительной сепарации (в отработанном газе регенерации), снижения потерь углеводородов на факел с газом стабилизации и увеличения выработки стабильного углеводородного конденсата путем низкотемпературной ректификации с изоэнтальпийным расширением, в присутствии ингибитора гидратообразования;
● разработка и подбор режима работы технологической схемы низкотемпературного способа реализации усовершенствованной технологии извлечения
углеводородов С5+ из газа регенерации и стабилизации углеводородного конденсата, путем рациональной обвязки технологического оборудования, изменением технологических потоков с использованием современного технологического оборудования.
Научная новизна
● На основе выявленных зависимостей влияния изменения давления на
функциональное снижение температуры газа регенерации и на выход углеводородного конденсата определено, что изоэнтальпийное расширении газа регенерации с температурой 20 С и давлением 6,3 МПа, способствует дополнительной максимальной конденсации углеводородов С5+ при давлении 1,9–2,1 МПа;
● на основе расчетных исследований тепломассообмена многокомпонентной смеси газа регенерации после стадии десорбции, установлено, что совместная
переработка газа регенерации и углеводородного конденсата методом низкотемпературной ректификации при давлении 1,9–2,1 МПа позволяет увеличить степень извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации с 50 % до 78 %;
● на основе установленных зависимостей давления и температуры при
максимальной конденсации углеводородов С5+ после стадии десорбции и закономерностях совместной низкотемпературной переработки газа регенерации и
выделенного конденсата разработана усовершенствованная низкотемператур-
5
ная технология извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации в летний и
зимний период на адсорбционных установках.
Теоретическая значимость работы
Теоретическая значимость работы заключается в получении научных знаний о закономерностях низкотемпературной переработки газа регенерации насыщенного тяжелыми углеводородами и технической водой на адсорбционных
установках. Полученные научные данные расширят диапазон теоретической базы
низкотемпературного разделения углеводородных компонентов, при извлечении
углеводородов C5+ из газа регенерации на адсорбционных установках.
Практическая значимость
● Впервые предложена принципиальная технологическая схема узла извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации и стабилизации углеводородного конденсата, с низкотемпературной ректификацией газа регенерации и
полной утилизацией газа стабилизации, которая позволяет сократить потери
целевых компонентов С5+ на 42 % и 63 % в зимний и летний период соответственно (пат. № 2645105);
● подобран технологический режим работы для принципиальной схемы
узла, обоснованы и представлены рекомендации по установке нового оборудования, определены его технические и габаритно-геометрические характеристики, в результате чего дополнительная выработка стабильного углеводородного
конденсата увеличилась на 19 % и 27 % в зимний и летний период, соответственно (пат. № 2645105);
● исключена подача отработанного газа регенерации на адсорбцию с исходным потоком газа, что позволяет ликвидировать образование балласта при
адсорбции газа и тем самым уменьшить остаточное содержание углеводородов
С5+ в подготовленном газе (пат. № 2645105);
● результаты исследования диссертационной работы, направленные на
обеспечение выполнения стандарта ресурсосбережения, приняты к проектированию и применению на адсорбционной установке подготовки углеводородного газа «Турецкий поток»;
● срок окупаемости проекта оценен в 1 год с приростом прибыли
186 млн руб./год и 270 млн руб./год в зимний и летний период, соответственно.
Методология работы
Проведение исследований основывалось на использовании метода математического моделирования процессов тепло- и массообмена на базе пакетов
прикладных программ для научных исследований. Моделирование технологических процессов в аппаратах химико-технологической системы опиралось на
индивидуальные свойства компонентов и условия парожидкостного равновесия. Моделирование процессов переработки газа регенерации и газового конденсата осуществлялось на основе иерархического подхода с описанием количественных и качественных закономерностей процессов.
Методы расчетного исследования
Моделирование процесса переработки газа регенерации и углеводородного конденсата основывалось на использовании законов Дж. Дальтона и
6
Ф.М. Рауля. Константы фазового равновесия рассчитывались на основе применения уравнения состояния Пенга-Робинсона для углеводородов. Теплопередача в моделируемых аппаратах рассчитывалась с использованием основного
уравнения теплопередачи.
Положения, выносимые на защиту
● Зависимость влияния изменения давления на функциональное снижение температуры газа регенерации и на выход углеводородного конденсата при
изоэнтальпийном расширении газа регенерации;
● повышение степени извлечении C5+ из газа регенерации путем создания
условий качественного процесса разделения углеводородов при низкотемпературной ректификации с изоэнтальпийным расширении газа регенерации;
● положение о усовершенствованной низкотемпературной технологии
извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации в летний и зимний период;
● увеличение выработки стабильного углеводородного конденсата на
19–27 % и сокращение потерь целевых компонентов С5+ на 42–63 %, путем новой обвязки технологического оборудования и изменения технологических потоков на основе использования современного технологического оборудования
на адсорбционной установке.
Степень достоверности результатов
В работе использованы современные методики сбора и обработки исходной информации с использованием пакета прикладных компьютерных программ. Квалифицированное использование современных физико-химических и
математических методов анализа обеспечивают высокую достоверность полученных результатов и выводов на их основе.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на международной научно-практической конференции «Инновационные технологии по
обезвреживанию и утилизации отходов нефтегазовой отрасли» (г. Краснодар,
16 октября 2015 г.), на IX международной научно-практической конференции
молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, 19 апреля –
14 мая 2016 г.), на IX Международной научно-практической конференции «Современный взгляд на будущее науки» (Казань, 20 марта 2017 г.), на Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии научного развития» (Казань, 20 мая 2017 г.). Тезисы докладов опубликованы в материалах соответствующих конференций.
Публикации
Основное содержание диссертации изложено в 11 работах, в том числе в
5 статьях, из них 4 статьи по списку ВАК, материалах и тезисах докладов 4
конференций; 1 патент на изобретение и 1 положительное решение на выдачу
патента на изобретение.
Структура и объем работы
Диссертация общим объемом 139 стр., включает введение, четыре главы,
выводы, в том числе 38 рисунков, 24 таблицы, 2 приложения и список литературы из 104 наименований.
7
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы данной диссертации, указан
объект исследования и обозначены основные недостатки при эксплуатации
объекта исследования.
В первой главе проведен анализ информационных источников, отражающих представление о действующих адсорбционных установках подготовки
углеводородного газа для надежных поставок качественного топлива потребителям, рассмотрены существующие принципиальные схемы адсорбционных
установок, приведена общая блок-схема существующих адсорбционных установок подготовки углеводородного газа в газовой отрасли (рисунок 1). Рассмотрена эффективность работы современных адсорбционных установок. Основными критериями при этом были: остаточное содержание углеводородов
С5+ в подготовленном газе, степень извлечения тяжелых углеводородов С5+ из
газа регенерации и потери углеводородов с газом стабилизации. Были рассмотрены существующие альтернативные способы отбора целевых компонентов С 5+
и стабилизации углеводородного конденсата. Обозначены основные критерии и
факторы, влияющие на выбор схемы отбора целевых компонентов. Анализ технологий по извлечению тяжелых углеводородов С5+ и стабилизации углеводородного конденсата показал, что самыми современными, эффективными и доступными на сегодняшний день являются способы и установки низкотемпературного извлечения тяжелых углеводородов С5+, применяемых при подготовке
углеводородного газа для обеспечения поставок. Установки низкотемпературной сепарации и низкотемпературной ректификации с изоэнтальпийным расширением газа успешно эксплуатируются и справляются с задачами обеспечения надежности поставки газового топлива и по сокращению потерь углеводородов при подготовке углеводородного газа. Из анализа работ низкотемпературных процессов следует отметить, что одной из проблем использования при
подготовке влажного газа является образование гидратов, но обеспечение присутствия метанола в газе регенерации позволяет дополнительно сконденсировать тяжелые углеводороды в интервале отрицательных температур и при этом
повысить степень извлечения тяжелых углеводородов С5+ без гидратообразований (полож. решение о выдачи патента на изобретение № 2017133884).
Поскольку эффективность работы адсорбционной установки зависит не
только от выбранной технологии извлечения тяжелых углеводородов С 5+ и получения стабильного углеводородного конденсата, но и от применяемого технологического оборудования (теплообменного, массообменного, сепарационного), выполнен анализ современного высокоэффективного оборудования, использование которого позволяет снизить габаритно-массовые характеристики
установок, уменьшить эксплуатационные затраты на получение товарной продукции, увеличить степень извлечения целевых углеводородов С5+.
В конце главы сформулированы цель работы и задачи, направленные на
достижение поставленной цели.
Во второй главе даны сведения о существующей принципиальной технологической схеме узла извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации и получения стабильного углеводородного конденсата методом ступенчатой сепарации на адсорбционной установке подготовки углеводородного газа.
8
9
Для изучения работы существующей принципиальной технологической
схемы узла извлечения тяжелых углеводородов С5+ из газа регенерации и стабилизации углеводородного конденсата методом ступенчатой сепарации на адсорбционной установке был использован проектный технологический режим с
усредненными параметрами работы оборудования адсорбционной установки
«Турецкий поток», с прогнозируемым составом исходного сырого углеводородного газа средней производительности 1352909 кг/ч и выработкой углеводородного конденсата до 8000 кг/ч.
На основании проведенного обследования существующего узла была построена математическая модель (рисунок 2) и выполнен поверочный технологический расчет на моделирующей программе «HYSYS Process» по проектным
усредненным показателям режима работы узла «Турецкий поток», с выработкой углеводородного конденсата до 8000 кг/ч в летний и зимний периоды.
Результаты расчетов материальных и тепловых потоков узла извлечения
тяжелых углеводородов С5+ из газа регенерации и процесса стабилизации углеводородного конденсата показали близкую сходимость с проектными данными
по отбору целевых компонентов С5+, качеству и количеству получаемой продукции. Построеная математическая модель легла в основу расчетного исследования материальных и тепловых технологических потоков узла.
Для извлечение тяжелых углеводородов С5+ из газа регенерации и стабилизации углеводородного конденсата согласно схемы (рисунок 2) поток 1.а газа
регенерации с расходом 44902 кг/ч и – 1.b с расходом 44902 кг/ч, давлением
6,37 МПа и температурой 260 °С блока осушки и отбензинивания природного
газа адсорбционной установки линии А и В охлаждают в АВО-1 и 2 до 20 °С
(в летний период до 40 °С). В процессе охлаждения газа регенерации,
происходит конденсация углеводородов и техводы, образуя смешанный
трехфазный поток. Смешанный поток 2.a, 2.b из АВО 1 и 2 газа регенерации с
давлением 6,34 МПа подается на трехфазный сепаратор высокого давления 1 и
2 для отделения конденсированных углеводородов потоками 4.a, 4.b в
количестве 3350 кг/ч в зимний период (2967 кг/ч в летний период) и техводы
потоками 5.a, 5.b с расходом 465 кг/ч в зимний период (443 кг/ч в летний
период) от газа регенерации. Из сепаратора высокого давления освобожденный
от жидкости газ регенерации (отработанный газ регенерации) потоком 3.a и 3.b
с расходом 41090 кг/ч в зимний период (42270 кг/ч в летний период)
отправляется обратно на впускной коллектор работающих адсорберов в блок
осушки и отбензинивания адсорбционной установки линии А и В, где он смешивается со свежим исходным газом и проходит осушку и отбензинивание.
Жидкие углеводороды и остаточная техническая вода потоками 6.a и 6.b с
расходом 3350 кг/ч в зимний период (2967 кг/ч в летний период), выходящие из
сепаратора высокого давления 1 и 2 подаются на трехфазный сепаратор 1 и 2
для последующего отделения остаточной технологической воды потоками 9.a,
9.b от жидких углеводородов (техвода отсутствует). В трехфазном сепараторе
низкого давления 1 и 2 происходит снижение давления до 0,74 МПа, где легкие
углеводороды испаряются. Образующийся газ стабилизации потоками 7.a и 7.b
10
11
с расходом 217 кг/ч в зимний период (179 кг/ч в летний период) подается на
факел. Конденсат потоками 8.a и 8.b – 3133 кг/ч в зимний период (2788 кг/ч
в летний период) объединяется в поток 11 – 6266 кг/ч (5577 кг/ч в летний
период) и подается далее в трехфазный сепаратор 3 на стабилизацию конденсата при давлении 0,64 МПа, где происходит его частичная дегазация через поток
12 – 6,8 кг/ч в зимний период (5,6 кг/ч в летний период) и разделение на нестабильный углеводородный конденсат – поток 13 – 6259 кг/ч в зимний период
(5571 кг/ч в летний период) и технологическую воду, поток – 14 – (техвода отсутствует). При наличии, техвода собирается в отстойнике под сепаратором и
присоединяется к общему потоку технической воды и направляется на утилизацию.
Жидкие углеводороды из трехфазного сепаратора 3 потоком 13 подаются
в электрический нагреватель стабильного конденсата. Рабочая температура на
линии от электрического нагревателя стабильного конденсата регулируется с
помощью панелей управления нагревателями в интервале 50–70 °С.
Углеводороды из электрического нагревателя стабильного конденсата потоком 15 направляются, после расслоения при давлении 0,14 МПа в сепаратор
конденсата низкого давления 4, где газ стабилизации потоком 17 с расходом
145 кг/ч в зимний период (82 кг/ч в летний период) направляется на факел, а
стабильный конденсат потоком 18 в количестве 6114 кг/ч в зимний период
(5489 кг/ч в летний период) подается насосом на охлаждение в АВО-3 до 20 °С
и на хранение в резервуарный парк, поток 20. Таким образом, выработка стабильного конденсата в зимний период составила 6114 кг/ч, а в летний период _
5489 кг/ч.
Поверочные расчеты при расчетно-технологическом моделировании существующей технологической схемы узла извлечения тяжелых углеводородов
С5+ из газа регенерации и стабилизации углеводородного конденсата методом
ступенчатой сепарации показали низкий отбор углеводородов С5+ (степень извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации в зимний период составила
65 % и 50 % в летний), что не позволяет без нового технологического и технического решения прекратить сбросы газа стабилизации на факел, сократить содержание углеводородов С5+ в отработанном газе регенерации, увеличить выработку стабильного конденсата и тем самым снизить остаточное содержание
углеводородов С5+ в подготовленном газе.
Для повышения степени извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации в зимний и летний период предлагается поток газа регенерации и выделенного углеводородного конденсата, после проведения процесса регенерации адсорбента и предварительной сепарации, вовлечь в низкотемпературную переработку, используя низкотемпературную сепарацию и ректификацию с изоэнтальпийным расширением.
В третьей главе представлены (с учетом результатов расчетного исследования работы существующего узла) задачи снижения содержания углеводородов
С5+ в отработанном газе регенерации, снижения потерь углеводородов на факел с
газом стабилизации и увеличения выработки углеводородного конденсата.
12
C целью возможного повышения отбора целевых углеводородов С5+ из
газа регенерации была предложена технология вовлечения газа регенерации и
выделенного углеводородного конденсата после проведения процесса регенерации адсорбента и предварительной сепарации в низкотемпературную переработку, с использованием низкотемпературной сепарации с изоэнтальпийным
расширением газа регенерации, и – низкотемпературной ректификации газа регенерации и углеводородного конденсата с изоэнтальпийным расширением.
Избыточное давление 6,34 МПа газа регенерации позволяет за счет расширения получить низкие температуры, т. е. охлаждать газ регенерации.
Согласно расчетной схемы (рисунок 3) низкотемпературной сепарации с
изоэнтальпийным расширением отработанного газа регенерации предлагается
общий поток 6.а отработанного газа регенерации в количестве 82170 кг/ч с
температурой 20 °С при давлении 6,34 МПа с сепараторов высокого давления
линии А и В направить на низкотемпературную сепарацию для снижения температуры и дополнительной конденсации углеводородов С5+ в трехфазном сепараторе при резком снижении давления до 1,9 МПа (дросселировании), сопровождающимся его изоэнтальпийным расширением. Для определения возможного повышения отбора целевых углеводородов С5+ были выполнены расчетные исследования низкотемпературной сепарации с изоэнтальпийным расширением отработанного газа регенерации на моделирующей программе «HYSYS
Process» в зимний и летний периоды.
Согласно расчетных исследований на рисунке 4 представлены графики,
отражающие дополнительное количество сконденсированных тяжелых углеводородов С5+ газа регенерации в зависимости от изменения давления и функционального снижения температуры при низкотемпературной сепарации в зимний
период.
Представленные графики зависимости являются определяющими, для
выбора рационального режима процесса конденсации максимального количества углеводородов С5+, при низкотемпературной сепарации отработанного газа
регенерации в зимний период. Согласно графикам на рисунке 4, максимальной
конденсации углеводородов С5+ в количестве 984 кг/ч соответствует давление
1,9–2,1 МПа и функциональное снижение температуры до 0–(–1) С.
Результаты расчетных исследований низкотемпературной сепарации отработанного газа регенерации при рациональном режиме в зимний период показали возможность повышения степени извлечения (74,8 %) целевых компонентов С5+ на 9,8 % и выработки 16 % дополнительного количества углеводородного конденсата (рисунок 3).
В летний период, результаты расчетов низкотемпературной сепарации с
изоэнтальпийным расширением отработанного газа регенерации с температурой 40 С при режиме максимальной конденсации углеводородов С5+ показали,
что процесс дросселяции отработанного газа регенерации соответствует давлению 1,9–2,1 МПа и высокой функциональной температуре 21–22 С.
Это создает условия некачественного разделения углеводородных компонентов и делает процесс конденсации неэффективным.
13
14
Рисунок 4 – Общая зависимость количества полученного углеводородного конденсата
от изменения давления и функционального снижения температуры при низкотемпературной
сепарации в зимний период
Поэтому в таких условиях летнего периода предложено перед низкотемпературной сепарацией с изоэнтальпийным расширением газ регенерации с температурой 40 С после АВО 1,2 дополнительно охлаждать до 20 С (рисунок 5) рекуперативным потоком подготовленного газа. Согласно рисунку 5 расчет на моделирующей программе «HYSYS Process» показал, что рекуперация тепла потока
подготовленного газа позволит снизить в летний период и стабилизировать в течение года температуру газа регенерации после процесса регенерации адсорбента
до 20 С, что делает возможным эффективно вовлекать отработанный газ регенерации и углеводородный конденсат в низкотемпературную переработку.
Для окончательной стабилизации целевых компонентов С5+ при низкотемпературной сепарации требуется дополнительная дегазация полученного
конденсата для улучшения четкости разделения углеводородов, так как в жидкую фазу вместе с тяжелыми компонентами переходит значительное количество легких компонентов.
Поэтому экономичнее применять низкотемпературную ректификацию с
использованием ректификационно-отпарной колонны без предварительной
низкотемпературной сепарации (рисунок 6), когда энергия газа регенерации и
нестабильного конденсата используется рационально, полученный стабильный
конденсат отличается низким давлением насыщенных паров, а газы стабилизации без энергетических затрат направляются на собственные нужды.
Результат расчетного исследования низкотемпературной ректификации
газа регенерации и углеводородного конденсата с изоэнтальпийным расширением согласно рисунку 6 показал, что данная технология вовлечения газа реге-
15
16
17
нерации и выделенного углеводородного конденсата после проведения процесса регенерации адсорбента и предварительной сепарации в низкотемпературную переработку позволяет повысить степень извлечение углеводородов С5+ на
13 % в зимний период и 28 % в летний период, и достичь полной утилизации
газов стабилизации на собственные нужды на адсорбционной установке.
В четвертой главе с учетом результатов расчета исследования низкотемпературных процессов на моделирующей программе «HYSYS Process» представлены разработанная технология и принципиальная технологическая схема
узла извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации и стабилизации углеводородного конденсата по усовершенствованной технологии в зимний
(рисунок 7) и летний (рисунок 8) периоды с рациональными технологическими
режимами работы. На основе научных данных произведен расчет и подбор дополнительного технологического оборудования. Проведена оценка экономической эффективности проекта.
Согласно расчетной схемы узла, которая представлена на рисунке 7 (8) в
зимний (летний) периоды, поток 1.а газа регенерации с расходом 44900 кг/ч и –
1.b с расходом 44900 кг/ч, давлением 6,37 МПа и температурой 260 С блока
осушки и отбензинивания природного газа адсорбционной установки линии А
и В охлаждают в АВО-1 и 2 до 20 С (в летний период до 40 С и дополнительно в рекуперативных теплообменниках ТР-1 и 2 подготовленным газом до
20 С) и направляют, поток 2а. и 2b (2.1а и 2.1b), в сепаратор высокого давления для отделения углеводородного конденсата в количестве 3350 кг/ч (3351
кг/ч), поток 4а. и 4b, и технической воды, поток 5а. и 5b, в количестве 465 кг/ч
(464 кг/ч) при давлении 6,34 МПа. Потоки 3.а и 3.b отработанного газа объединяются в общий отсепарированный поток 4 с расходом 82170 кг/ч (82200 кг/ч),
который подвергают охлаждению до температуры 0–(–1) С путем дросселирования при давлении 1,9–2,1 МПа в дросселе-1 для конденсации углеводородов
С5+, которые затем отбирают путем ректификации в ректификационноотпарной колонне.
Поток 5 охлажденного отработанного газа регенерации после рекуперации в теплообменнике ТР-3, через линию подачи потока 6 охлажденного отработанного газа регенерации, подают в середину ректификационно-отпарной колонны в виде газожидкостной фазы, охлажденная жидкая фаза стекает в нижнюю часть колонны, а газовая фаза поднимается и контактируют со стекающей
ей навстречу охлажденной жидкой фазой. Общий поток 8 углеводородного
конденсата после предварительной сепарации, подается в трехфазный сепаратор, где накапливается и отделяется от остаточной газовой фазы и техводы, далее охлаждается, поток 11, в рекуперативном теплообменнике ТР-3, посредством потока 5 отработанного газа регенерации. Далее поток 12 углеводородного конденсата подвергают окончательному охлаждению до температуры 2–4 С
путем дросселирования при давлении 1,9–2,1 МПа в дросселе-2 и подают в
верхнюю часть ректификационно-отпарной колонны через линию подачи потока 13 в количестве 6695 кг/ч (6673 кг/ч) на стабилизацию.
18
19
20
В нижней части ректификационно-отпарной колонны ребойлером происходит выпаривание из жидкой фазы остаточных легких углеводородов и получение стабильного конденсата при температуре 219–220 С, поток 16. Вместе с
легкими углеводородами выпариваются и более тяжелые углеводороды, которые в верхней части ректификационно-отпарной колонны конденсируются при
температуре 0–2 С и переходят в жидкую фазу, стекающую в нижнюю часть
ректификационно-отпарной колонны, и контактирующую с поступающей снизу
газовой фазой. В результате многократного контактирования газовой и жидкой
фазы в верху ректификационно-отпарной колонны при температуре 0–2 С
происходит выделение легких углеводородов-газов стабилизации, с наименьшими потерями тяжелых углеводородов С5+ в количестве 81290 кг/ч
(81330 кг/ч), поток 14.
Охлаждение газа регенерации до температуры 0–(–1) С при давлении
1,9–2,1 МПа и углеводородного конденсата до температуры 2–4 С при давлении 1,9–2,1 МПа на адсорбционной установке в присутствии установленного
содержания метанола и остаточной влаги допускает охлаждение газа и конденсата до указанных температур без гидратообразований с запасом (полож. решение о выдачи патента на изобретение № 2017133884). Так как установленное
содержание метанола согласно исследуемого состава исходного газа и проведенного расчета составляет 212 кг/ч (0,02 % масс.), а в составе газа регенерации
и углеводородного конденсата – 48,6 кг/ч (0,06 % масс.) и 24,9 кг/ч (0,37 %) соответственно. При указанных выше технологических параметрах и концентрации метанола температура гидратообразования газа регенерации с остаточной
влагой 0,04 % масс. составляет минус 24 С и углеводородного конденсата с
остаточной влагой 0,01 % масс. минус 20 С.
Таким образом, продукцией узла извлечения тяжелых углеводородов С5+
из газа регенерации с расходом 82170 кг/ч (82200 кг/ч) (поток 6) и стабилизации углеводородного конденсата в количестве 6700 кг/ч (6676 кг/ч) (поток 13)
согласно схем (рисунок 7 и 8) являются стабильный конденсат в количестве
7582 кг/ч (7547 кг/ч) (поток 17) и газы стабилизации в количестве 81290 кг/ч
(81330 кг/ч) (поток 15). Степень извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации составила 78 % в зимний и летний период. Полученный поток 15 газов
стабилизации направляют на собственные нужды. По физико-химическим
свойствам поток 15 газа стабилизации соответствует требованиям ГОСТа
5542-2014 и ГОСТа 28775-90 и может использоваться в качестве топлива для
промышленного назначения и газотурбинных установок.
Результаты расчета технико-экономической составляющей при использовании усовершенствованной технологии на адсорбционной установке показали, что
при сравнительно небольших капитальных затратах 185600 тыс. руб. работа узла
по предложенной схеме позволит увеличить объем производства и реализации
стабильного конденсата на 19 % и 27 % с приростом прибыли 186 млн руб./год и
270 млн руб./год в зимний и летний периоды соответственно.
21
ВЫВОДЫ
● Установлено, что при использовании низкотемпературной ректифика-
ции газа регенерации и углеводородного конденсата степень извлечения углеводородов C5+ из газа регенерации увеличивается на 13 % и 28 % в зимний и
летний период соответственно;
● определено что, рост выпуска стабильного конденсата, за счет использования ректификационно-отпарной колонны для качественного разделения углеводородных компонентов, составил 19 % и 27 %, а экономическая эффективность – 149 и 233 млн руб. в зимний и летний период соответственно.
● исключена циркуляция потока отработанного газа регенерации на адсорбцию с исходным потоком газа, что обеспечит снижение нагрузки на адсорбент по поглощению углеводородов С5+ и тем самым уменьшит остаточное содержание углеводородов С5+ в подготовленном газе;
● разработана принципиальная технологическая схема узла извлечения
углеводородов С5+ из газа регенерации и стабилизации углеводородного конденсата, которая позволяет сократить содержание (потери) целевых компонентов С5+ в составе отработанного газа регенерации и газа стабилизации на 42 % и
63 % в зимний и летний период соответственно и достичь полной утилизации
газов стабилизации на собственные нужды;
● определены технические, геометрические характеристики дополнительного технологического оборудования, оценка стоимости разработки и
строительства узла новой усовершенствованной технологической схемы извлечения углеводородов C5+ из газа регенерации и получения стабильного углеводородного конденсата со сроком окупаемости проекта в 1 год и приростом прибыли 186 млн руб./год и 270 млн руб./год в зимний и летний период, соответственно.
Основное содержание работы изложено в следующих
научных публикациях:
Публикации в журналах перечня ВАК
1. Сыроватка, В.А. Эффективность работы установки стабилизации конденсата при подготовке газа к транспорту / В.А. Сыроватка, Ю.П. Ясьян, В.В. Сапрыкин // Глобальный научный потенциал. – 2015. – № 10(55). – С. 48–52.
2. Сыроватка, В.А. Оптимизация технологического режима на установке
стабилизации конденсата / В.А. Сыроватка, Ю.П. Ясьян, В.В. Сапрыкин // Перспективы науки. – 2015. – № 11(74). – С. 213–216.
3. Снижение потерь тяжелых углеводородов на установке подготовки
природного газа к транспорту в системе магистральных газопроводов в летнее
время / А.А. Шатохин, В.В. Сыпрыкин, В.А. Сыроватка [и др.] // Технологии
нефти и газа. – 2017. – № 5(112). – С. 42–46.
4. Сыроватка, В.А. Усовершенствованная адсорбционная установка подготовки углеводородного газа к транспорту / В.А. Сыроватка, Ю.П. Ясьян,
В.В. Холод // Технологии нефти и газа. – 2018. – № 1 – С. 3–6.
22
Публикации в научных журналах РФ
5. Ясьян, Ю.П. Эффективность работы установки стабилизации конденсата
с промежуточным нагревом на компрессорной станции КС «Краснодарская» /
Ю.П. Ясьян, В.А. Сыроватка // Наука. Техника. Технологии (политехнический
вестник). – 2015. – № 1. – С. 89–94.
Материалы конференций
6. Сыроватка В.А., Ясьян Ю.П. Модернизация установки подготовки газа
к транспорту с целью уменьшения количества выбросов вредных веществ в атмосферу // Инновационные технологии по обезвреживанию и утилизации отходов нефтегазовой отрасли: Электронный сборник научных статей по материалам международной научно-практической конференции, 16 октября 2015 г.
[Электронный ресурс] / КубГТУ. – Краснодар, 2016. – С. 126–130. – Режим доступа : https: //elibrary.ru /item.asp?id=2875115
7. Сыроватка, В.А. Новая структурная схема установки подготовки углеводородного газа к транспорту / В.А. Сыроватка, Ю.П. Ясьян // Современный
взгляд на будущее науки: сборник статей международной научно-практической
конференции: в 3 частях (Казань, 20 марта 2017 г.). – Уфа : Аэтерна, 2017. –
С. 79–82.
8. Сыроватка, В.А. Усовершенствование установки стабилизации конденсата с целью увеличения выработки стабильного конденсата в системе магистральных газопроводов / В.А. Сыроватка, Ю.П. Ясьян // Актуальные проблемы
науки и техники: сборник статей международной научно-практической конференции: в 5 частях (Уфа, 19апреля – 14 мая 2017 г.). – Уфа : Нефтегазовое дело,
2017. – С. 161–163.
9. Сыроватка, В.А. Охлаждение отработанного газа регенерации в интервале отрицательных температур на установке подготовки углеводородного газа
к транспорту / В.А. Сыроватка, Ю.П. Ясьян, В.В. Холод // Инновационные технологии научного развития: сборник статей международной научнопрактической конференции: в 5 частях (Казань, 20 мая 2017 г.). – Уфа : Аэтерна, 2017. – С. 185–188.
Патентные документы
10. Пат. № 2645105 Российская Федерация МПК51 F25J 3/00. Способ
подготовки углеводородного газа и установка для его осуществления /
Ю.П. Ясьян, В.А. Сыроватка; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО
«КубГТУ». – № 2016151570; заявл. 26.12.2016; опубл. 15.02.2018, Бюл. № 5. –
21 с.: ил.
11. Уведомление от Федеральной службы по интеллектуальной
собственности о решении выдачи патента на изобретение «Установка
подготовки газа» № 2017133884, авторы В.А. Сыроватка, Ю.П. Ясьян,
В.В. Холод, 28.03.2018.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа