автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Интенсификация промысловой низкотемпературной обработки природных газов на северных месторождениях

^ ¿V' УДК 622.279.8(1-17)

^ "а правах рукописи

Л;

\

КУБАНОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОМЫСЛОВОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ НА СЕВЕРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

Специальность: 05.17.07 - Химическая технология топлива

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 1998

УДК 622.279.8(1-17) На правах рукописи

КУБАНОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОМЫСЛОВОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ НА СЕВЕРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

Специальность: 05.17.07 - Химическая технология топлива

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте природных газов и газовых технологий (ВНИИГаз) Российского акционерного общества "Газпром".

Научный руководитель: - кандидат технических наук

Туревский Е,Н.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук

Одишария Г.Э.

- кандидат технических наук Зиберт Г.К.

Ведущее предприятие: ОАО "ЮжННИГипрогаз"

(г.Донецк)

Защита диссертации состоится ЦУОйЛ 1998 г. в часов на

заседании диссертационного совета К 070.01.01 по защите диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук во Всероссийском научно-исследовательском институте природных газов и газовых технологий (ВНИИГаз) по адресу: 142717 Московская область, Ленинский район, пос.Развилка, ВНИИГаз.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГаза Автореферат разослан

"¿9" оуфг/^ 199Ъг.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д.х.н. Б. П. Золотовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Повышение степени извлечения как лёгких углеводородов С1-С4, так и углеводородов С5+В из природных конденсатсодержащих газов на промысловых установках комплексной подготовки газа (УКПГ) - важнейшая задача эксплуатации месторождений, поскольку в настоящее время при использовании традиционной технологии низкотемпературной сепарации (НТС) этот показатель является невысоким.

Интенсификация промысловых технологических процессов предполагает не только более углублённое извлечение с продуктовым конденсатом углеводородов Сз+в или Сг+В при пониженных температурах разделения, но и получение в качестве товарных продуктов деэтанизи-рованного, стабильного и, возможно, деметанизированного конденсата вместо традиционного продукта отечественных промыслов - нестабильного газового конденсата. Разнообразие видов жидкой продукции промыслов и условий проведения технологических процессов предопределяют и разнообразие промысловых технологий.

В настоящее время отсутствуют технологии углублённого извлечения нестабильного, деэтанизированного и стабильного конденсата непосредственно из пластового газа, адаптированные к северным условиям и специфике отечественного технического уровня.

Расположение перспективных месторождений в зоне многолетне-мёрзлых грунтов предъявляет существенно более жёсткие требования к качеству и температуре газа, подаваемого в магистральный газопровод (МГ), что не способен обеспечить традиционный абсорбционный способ подготовки газов чисто газовых месторождений.

Таким образом, потребность в новых технологиях промысловой обработки газов велика. Особенно актуальным это станет в ближайшие годы, когда начнётся массовое освоение средних и малых ГКМ.

Цель работы. Целью настоящей работы является научное обоснование перспективных направлений в развитии промысловых низкотемпературных технологий подготовки газа и извлечения конденсата на месторождениях Севера, а также научно-методическое обеспечение проектирования промысловых объектов обработки газа.

Основные задачи исследований.

I. Обобщение опыта эксплуатации и расчётных исследований традиционных технологий извлечения конденсата, обоснование областей их рационального использования.

2. Верификация расчётных математических моделей промысловых процессов разделения углеводородов.

3. Разработка научно-методических основ построения и оптимизации промысловых технологий подготовки газа и извлечения конденсата.

4. Разработка унифицированных технологий подготовки газа и извлечения конденсата - нестабильного, деэтанизированного и стабильного.

5. Разработка технологических принципов обустройства северных

ГКМ.

Научная новизна. Разработана универсальная номограмма зависимости температуры начала кипения конденсата от давления концевой дегазации в традиционной схеме низкотемпературной сепарации (НТС), которая позволяет оперативно определять термобарические параметры концевой дегазации конденсата, обеспечивающие однофазное транспортирование конденсата по трубопроводу.

Выявлены температурные границы рациональной применимости традиционного процесса НТС в зависимости от конденсатного фактора (КФ) пластового газа и доказана недостижимость глубокого извлечения лёгких углеводородов в составе нестабильного конденсата. Обоснована неизбежность использования ректификации в промысловых технологиях для решения задач углублённого извлечения конденсата.

Разработан научно-методический подход к построению и оптимизации промысловых технологических процессов извлечения конденсата.

Выявлено и обосновано к внедрению новое направление в развитии промысловых технологий выделения нестабильного, деэтанизированного и стабильного конденсата с использованием ректификации в колоннах отпарного типа под околокритическим давлением.

Обоснована достижимость однофазного транспортирования "тощих" газов в наиболее сложных геокриологических условиях прокладки газопроводов в районах Крайнего Севера при использовании технологии НТС. Разработаны методические рекомендации для определения соответствующих термобарических параметров НТС.

Сформулированы технологические принципы обустройства месторождений Севера.

Практическая ненность.

I. Разработанная номограмма для определения температуры начала кипения товарного нестабильного конденсата применена как при эксплуатации действующих (на УКПГ-1в Ямбургского ГКМ), так и при 4

проектировании новых (Ен-Яхинское ГКМ) технологических схем типа НТС.

2. Разработанные технологии извлечения нестабильного, деэтани-зированного и стабильного конденсатов с применением ректификации под околокритическим давлением, включены в проекты и приняты к внедрению на Заполярном, Лаявожском и Ен-Яхинском ГКМ.

3. Разработанная технология низкотемпературной подготовки газа чисто газовых месторождений включена в проекты и принята в качестве предпочтительной при обустройстве Бованенковского, Хара-савэйского и Ямбургского (Харвутинский купол) месторождений.

Достоверность полученных результатов и выводов определяется успешным многолетним опытом математического моделирования технологических систем с использованием программного комплекса Ком-форт-Модельгаз и специальной проверкой, проведенной на основе подробных масштабных испытаний УКПГ-1в Ямбургского ГКМ.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и получили одобрение на Всесоюзной конференции работников газовой промышленности (Москва, 1988), Научно-технических советах РАО "Газпром" (Саратов, 1992 и 1995 гг.), Предприятии Ямбурггаздобыча и других организациях.

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, получено 2 авторских свидетельства и 2 патента РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и выводов. Работа изложена на 111 страницах, включает 29 рисунков и 5 таблиц. Список использованной литературы содержит 89 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разработки новых направлений в технологии промысловой обработки природных газов.

В первой главе проведён обзор работ, посвященных способам извлечения углеводородов Сз+В из природных газов. Проанализированы и систематизированы технологические приёмы достижения низких температур и разделения углеводородов, применяемые за рубежом.

В целом, зарубежные схемы охлаждения и разделения углеводородных смесей характеризуются минимальными температурами (минус 80-120 °С), сильной разветвленностью и большим числом аппаратов и машин, что не может стать эталоном для российских промыслов, нуж-

5

дающихся в максимально простых и надёжных технологиях извлечения целевых углеводородов на умеренно низком температурном уровне (до минус 60 °С).

Практика освоения российских ГКМ заключается в извлечении нестабильного конденсата на промысловых установках преимущественно с использованием технологии НТС, транспортировании нестабильного конденсата до завода и его двухступенчатом фракционировании с получением газов деэтанизации, пропан-бутановой фракции (ПБФ) и стабильного конденсата (СК). Жидкая продукция промысла, таким образом, представляет собой сырьё для дальнейшей переработки.

Технологические принципы извлечения газового конденсата, реализованные на действующих УКПГ, т.е. общие для всех промыслов, заключаются в следующем.

1. Низкотемпературная ступень извлечения жидких углеводородов, как правило, работает под давлением газопровода (6,0-7,5 МПа), товарный газ поступает в газопровод самостоятельно, без компрессии.

2. Отделение конденсата осуществляют при температуре минус 25-30 °С, что на несколько градусов ниже требований ОСТ 51.40-93 к температуре точки росы товарного газа по конденсирующимся компонентам. Температура НТС, таким образом, определяется исходя из задачи обеспечения кондиции товарного газа, а не из условия максимального извлечения конденсата.

3. Достижение указанных температур разделения углеводородов осуществляют преимущественно за счёт изоэнтальпийного расширения, используя имеющийся или создавая необходимый перепад давлений (4,55,0 МПа).

4. Конденсат, выделенный при первичной высоконапорной сепарации, подвергают промежуточной дегазации с отделением от него пластовой воды и метанола в специальном трёхфазном дегазаторе-разделителе.

5. Выделенные при ступенчатой сепарации конденсатные потоки объединяют и подвергают дегазации в концевом дегазаторе с целью достижения требуемой упругости насыщенных паров товарного конденсата, подлежащего транспортированию по трубопроводу для дальнейшей заводской переработки. Однофазное транспортирование нестабильного конденсата достигается путём его дожатия на головной насосной станции.

6. Если необходимо направлять товарный газ в газопровод с пониженной температурой, то это достигается неполной рекуперацией холода газа низкотемпературной ступени разделения.

Указанные принципы полностью или частично реализованы на УКПГ Вуктыльского, Оренбургского, Уренгойского, Ямбургского, Ен-Яхинского и других ГКМ.

Обобщён опыт совершенствования традиционной схемы НТС. В частности, рассмотрена технология промысловой низкотемпературной абсорбции (ПНТА), реализованная на УКПГ-1 в Ямбургского ГКМ (Я ГКМ).

. Кроме того, в главе обозначены задачи диссертационной работы, направленные на разработку новой концепции промысловой обработки газа на месторождениях Севера.

Вторая глава посвящена экспериментальным и расчётным исследованиям традиционных технологий подготовки газа и извлечения конденсата. Представлены фактические данные по эксплуатации УКПГ-1в Я ГКМ, полученные в процессе подробных испытаний установки.

Точные замеры термобарических параметров,, расходных характеристик по всем аппаратам и схемы в целом, а также хроматографиче-ский анализ основных потоков установки позволили оценить технологический эффект от использования абсорбции по сравнению с простой НТС. Экспериментально были выявлены следующие закономерности:

температура газа на выходе из низкотемпературного абсорбера при работе по схеме ПНТА оказалась на 2,5-3,0 градуса выше, чем по схеме НТС, что характеризует тепловой эффект абсорбции, а также нагрев газа в результате его контакта с более тёплым орошением. Температура конденсата на выходе из абсорбера равна температуре газа на входе в аппарат;

температурный уровень процесса ПНТА при прочих равных условиях оказался на 1,0-1,5 градуса выше этого показателя для процесса НТС, что объективно является следствием более высокой температуры газа, покидающего абсорбер и поступающего в рекуперативный теплообменник;

удельный выход конденсата в абсорбере составил (при идентичных термобарических параметрах низкотемпературной ступени разделения) для схемы НТС 170,4 и для схемы ПНТА - 185,9 см3/м3 товарного газа. Эффект абсорбции, таким образом, проявился в увеличении выхода конденсата на 9%. Итоговое извлечение конденсата в целом по УКПГ

7

0.475

0.450

несколько ниже, т.к. конденсат после абсорбера дегазируют в концевом разделителе при пониженном давлении и более высокой температуре. Приведенные значения характеризуют режимы ПНТА и НТС при давлении 6,8 МПа и температуре минус 16 и минус 17 °С соответственно.

Испытания различных режимов УКПГ-1в позволили провести всестороннюю верификацию математического моделирования как элементарных процессов (дросселирование, сепарация, абсорбция, теплообмен и др.), так и макросистемы (НТС, ПНТА) в целом.

Математическое моделирование технологических схем осуществлялось на основе отечественного программного комплекса Ком-форт-Модельгаз. Фазовое равновесие, термодинамические и теплофизи-ческие параметры многокомпонентных смесей рассчитывались на основе уравнений состояния Редлиха-Квонга-Барсука и Пателла-Тея.

На рис.1 приведены экспериментальные значения дифференциального дроссель-эффекта для различных режимов УКПГ-!в, На рисунке отмечены 1ак-же расчётные значения показателя. полученные доя осредненных режимов эксплуатации установки. Расчётные значения хорошо согласуются с экспериментальными.

Сравнение расчётных и экспериментальных данных по фазовому равновесию многокомпонентной смеси показало их удовлетворительное совпадение (таблица 1). Аналогичное совпадение получено по количествам и составам газов дегазации конденсата, конденсатных потоков и продуктовых потоков.

ф

■е-■е-

п Ь

с ф

а о о а. Ч

0.425

0.400

0.375

0.350

Температура после дросселя,"С

Рис. 1 Зависимость дроссель-эффекта от температуры

Таблица 1

Сравнение расчётных и экспериментальных данных по фазовому равновесию многокомпонентной смеси (давление 5,9 МПа, температура -5 "С, составы - в моль %)

Исходная смесь Газовая фаза Жидкая фаза

эксперим. расчёт эксперим. расчёт

Азот 0.12 0.12 0.1250 0.01 0.013

метан 90.13 92.81 92.9236 27.62 29,901

этан 4.13 3.93 3.9831 8.87 7.285

со2 0.32 0.33 0.3223 0.19 0.271

пропан 2.29 1.98 1.9235 9.51 10.179

и-бутан 0.36 _| 0.22 0.2495 3.57 2.740

н-бутан 0.39 0.23 0.2383 4.06 3.658

и-пентан 0.16 0.08 0.0625 2.08 2.261

н-пентан 0.22 0.12 0.0741 2.59 3.364

гексан 0.39 0.16 0.0595 5.71 7.512

гептан 0.46 0.02 0.0309 10.88 9.707

октан 0.27 0 0.0054 6.50 5.972

нонан 0.20 0 0.0015 4.90 4.477

декан 0.13 0 0.0004 3.09 2.923

ундекан 0.07 0 0.0001 1.62 1.577

додекан+ 0.36 0 0.0002 8.80 8.114

Уд. выход жидкой фазы, см'/м3 187.4 195.0

Многолетняя и всесторонняя апробация математических моделей на действующих предприятиях РАО "Газпром" доказала их адекватность реальным технологическим процессам газоразделения. Это открыло широкие возможности в более обоснованной разработке новых технологических решений по подготовке газа и извлечению конденсата, явившихся предметом диссертационной работы.

Несмотря на широкое распространение технологии НТС, этот процесс недостаточно изучен в теоретическом плане. В этой связи было проведено расчётное исследование важного узла технологии НТС - концевой дегазации конденсата - с позиции обеспечения однофазного транспортирования товарного нестабильного конденсата по конденсатопро-воду. Проведенные исследования для 30 составов газа 10 крупнейших ГКМ Севера с конденсатным фактором (КФ) от 40 до 400 г/м3 в широком диапазоне давлений концевой дегазации выявили следующие закономерности:

1. Температура начала кипения конденсата, полученного при любом фиксированном сочетании термобарических параметров дегазации,

практически не зависит от состава исходного пластового газа. Отклонение от среднестатистических значений не превышает 2-3 градуса;

2. Указанный параметр является линейной функцией давления конденсата в интересующем нас интервале от 1,5 до 5,0 МПа;

3. Зависимость температуры начала кипения конденсата от давления для любого сочетания термобарических параметров дегазации можно признать универсальной (погрешность до 1 градуса) для всех темпе ратур НТС в интервале от минус 10 до минус 40 "С и давлении НТС в интервале от 5,5 до 7,5 МПа,

Для любого сочетания термобарических параметров концевой дегазации конденсата имеет место своя линейная зависимость температуры начала кипения от давления, проходящая через исходную точку на поле термобарических параметров концевой дегазации. Это отражено в номограмме рис. 2. Она позволяет экспертно определять граничные термобарические параметры дегазации, исключающие кипение конденсата при

его транспортировании, т.е. максимально допустимую температуру дегазации при давлении, отличном от давления в конце конденсатопровода, либо минимальное давление дегазации при заданной температуре дегазации. Рассмотрены примеры использования номограммы.

Однофазное транспортирование конденсата осуществимо при любом сочетании термобарических параметров транспортирования, определяющих местоположение на номограмме правее линии, проходящей через точку термобарических параметров концевой дегазации. В свою очередь, термобарические 0 2 з 4 параметры концевой дегазации

Давление,МПа должны располагаться левее или на линии, проходящей через точ-Рис. 2 Зависимость температуры Ку параметров конденсата на ко-кипения конденсата от давления „ечном участке трубопровода.

На основе разработанной номограммы, в частности, доказана бесперспективность попыток увеличить извлечение этана за счёт повышения давления концевой дегазации конденсата.

Разработана модификация технологии НТС с узлом регулирования температуры в концевом дегазаторе, обеспечивающем эффективную работу установки в течение всего срока эксплуатации месторождений. Данная технология рекомендована к внедрению на УКПГ Ен-Яхинского ГКМ.

о -ю

О

о

II

-20

га о.

£-30 а а> с

05 I-

-40

-50

-60

Температурная

область применимости технологии НТС

и-1-1-

0 100 200 300 400

Опыт эксплуатации промысловых установок НТС и её модификации в виде ПНТА, а также многочисленные расчётные исследования позволили выявить границы рациональной применимости этих процессов при решении задачи углублённого извлечения жидких углеводородов, в первую очередь, углеводородов Сз+п. Результаты исследований, проведённых также для 30 составов исходного газа, отражены на рисунке 3.

Понижение температу-

Конденсатный фактор, г/м3 Ры НТС с неизбежностью ведёт к росту количества газа Рис- ^ концевой дегазации вследст-

вие дополнительной конденсации легких углеводородов, включая метан и этан. При температурах ниже минус 25-50 °С (в зависимости от значений КФ) наблюдается резкий рост количества газа дегазации: оно достигает 10 % и более по отношению к товарному газу сепарации. Такое положение не только предопределяет трудности в дожатии газа дегазации и вовлечении его в технологический процесс, но и является просто бессмысленным, поскольку одновременно растут потери С3-С4 , достигая 50 % и более. Что касается степени извлечения фракции Сб+в, то при температуре НТС ниже минус 40-50 °С она изменяется незначительно, особенно для газов с высоким КФ.

Проведённые расчётные исследования позволили обоснованно подтвердить тезис о принципиальной неспособности технологии НТС полно извлекать углеводороды С5+В и глубоко извлекать пропан-бутаньг и этан в составе продуктового нестабильного конденсата. Технология НТС, изначально ориентированная на решение задачи качественной подготовки конденсатсодержащего газа к транспортированию по МГ, является рациональной в том случае, когда конденсат не рассматривается в качестве основного целевого

продукта или не представляет коммерческого интереса. Актуальная задача глубокого извлечения ценных угеводородов может быть решена путем применения технологий с более низкими температурами разделения, исключением узла концевой дегазации и обязательным использованием ректификации.

В третьей главе изложен методический подход к построению и оптимизации промысловых технологий выделения конденсата.

В качестве критериев технологической оптимизации промысловых схем разделения углеводородов выступают:

максимум извлечения целевых углеводородов в узлах схемы и по схеме в целом;

минимум энергопотребления;

максимум устойчивости приемлемых показателей работы установки в широком диапазоне изменений внешних параметров; минимум числа элементов оборудования установки; максимум надежности и безопасности.

Разработка схем ведётся с учётом предельных возможностей оборудования и машин по производительности и мощности.

Многолетний опыт разработки и оптимизации различных технологий извлечения конденсата с использованием ректификации позволил сформулировать методический подход к решению задач данной направленности, который включает следующие основные этапы:

1. Формирование минимально необходимого объема исходной информации;

2. Оптимизация термобарических параметров узла НТС - составной части всех низкотемпературных процессов извлечения конденсата;

3. Оптимизация параметров узлов дегазации конденсата;

4. Оптимизация параметров ректификации, включая число теоретических ступеней контакта, зону питания колонны, температуры пита-

ния и орошения колонны, соотношение количеств орошения и питания и

др.;

5. Взаимоувязка оптимальных параметров в узлах рециркуляции.

Предложенный методический подход позволяет обосновывать как новые схемные решения и нетрадиционные значения параметров технологических режимов, так и проводить объективное предпроектное сравнение возможных технологий обработки газа.

Методический подход апробирован применительно к Заполярному, Северо-Уренгойскому, Лаявожскому и другим ГКМ.

В четвертой главе обоснованы пути развития отечественных низкотемпературных технологий извлечения конденсата.

При разработке новых технологических решений по извлечению конденсата на промысловых установках мы исходили из следующих задач:

по возможности отказаться от традиционных самостоятельных узлов промысловых установках, например, насосной конденсата;

исключить узлы схемы, которые ограничивают глубину извлечения целевых легких углеводородов (концевая дегазация нестабильного конденсата);

на объектах, автономных по отношению к сложившейся системе транспортирования и переработки нестабильного конденсата, получать не сырьё для дальнейшей переработки (нестабильный конденсат), а высококачественный продукт, требующий минимальных затрат на транспортирование и переработку без побочных потоков, т.е. деэтанизиро-ванный или стабильный конденсат.

Обосновано использование ректификации под давлением до 7 МПа для получения нестабильного конденсата и разработана технология низкотемпературной сепарации и ректификации высокого давления (НТСР ВД), в которой выделенные при сепарации конденсатные потоки подвергают частичной деметанизации в ректификационной колонне от-парного типа.

Технология НТСР ВД имеет следующие преимущества по сравнению с традиционными способами извлечения конденсата и подготовки его к транспортированию в однофазном состоянии.

1. Исключаются самостоятельные сооружения в составе УКПГ -компрессорная установка для дожатая газа концевой дегазации и насосная установка для дожатая продуктового конденсата.

2. Снижается общее энергопотребление в установке (при прочих равных условиях) не менее, чем на 10%.

3. Реализуется возможность эффективного использования турбо-холодильной техники с достижением более низких температур сепарации н более глубокого извлечения конденсата в целом по установке.

4. Повышается извлечение конденсата даже при неизменной температуре в низкотемпературной ступени сепарации, что объясняется более четким разделением компонентов в колонне по сравнению с простой дегазацией в концевом дегазаторе.

5. Появляется возможность варьирования глубины извлечения лёгких углеводородов (С2-С-1) в широком диапазоне без изменения глубины извлечения углеводородов С5+В, что позволяет данной технологии гибко реагировать на конъюнктуру потребления лёгких углеводородов.

Процесс НТСР ВД имеет хорошие перспективы использования на тех новых ГКМ, продукцией которых будет нестабильный конденсат, подлежащий переработке на Уренгойском заводе: Заполярное, СевероУренгойское и др.

При решении задачи получения стабильного конденсата на промыслах также рационально применять ректификацию под высоким давлением, поскольку это позволит исключить насосную установку на линии товарного конденсата и снизить энергетические затраты на дожатие газов стабилизации. Расчётное исследование выявило критическое давление стабилизации: оно составило около 3,2 МПа.

Один из вариантов схемы извлечения стабильного конденсата под высоким давлением ректификации, принятый к реализации на Лаявож-ском ГКМ, приведен на рис. 4. В схеме газ стабилизации после колонны К-1 подлежит охлаждению в АВО-2, при этом выделенную жидкую фазу дожимают до давления в низкотемпературном сепараторе С-3 насо-сомН-1. охлаждают в теплообменной секции Т-З.Ги подают в поток газа перед его поступлением в С-3.

Данная схема с оптимизированными параметрами обеспечивает высокое извлечение углеводородов Сз+в с низким расходом низконапорного газа, подлежащего компримированию в дожимном компрессоре КД-1.

Аналогичные технологические схемы разработаны для решения задачи извлечения углеводородов Сз+В. Технология извлечения деэтани-

зированного конденсата при температуре НТС минус 55 "С с использованием отпарной колонны и рециркуляцией газа деэтанизации обеспечивает полное извлечение углеводородов Сз+В (около 99 %) и достаточно высокое извлечение пропан-бутанов (60-70 %). Данная технология имеет перспективы внедрения на Бованенковском (неоком-юра) и других ГКМ автономных по отношению к сложившейся системе транспортирования нестабильного конденсата.

Ректификация под высоким давлением является новым направлением в технологии промысловой обработки конденсатсодержащих газов. Специальные расчётные исследования выявили, что критические давления ректификации незначительно зависят от состава пластового газа (величины КФ) и позволили определить универсальную зависимость критического давления ректификации от упругости паров (УП) кубового продукта - основного показателя, характеризующего качество товарного конденсата (рис.5). В первом приближении значения УП более 1 МПа характеризуют нестабильный, от 1 до 0,3 МПа - деметанизированный, от 0,3 до 0,1 МПа - деэтанизированный и при значениях менее 0,1 МПа -стабильный конденсат.

со с

cd

s

X

<D

CO CO d

------------------- .....Л-

у

/У Область 1 критических давлений

/ ■ 1 ;

:

0

В пятой главе

рассмотрено применение конденсационного способа подготовки к транспортированию газов чисто газовых месторождений Севера.

Опыт эксплуатации газодобывающих комплексов, построенных на основе абсорбционной (гликолевой) осушки газа, с учётом фактической эффективности сепарационного и массообменного оборудования показал неспособность этого способа обеспечить высокоэффективную работу ГТС. Этому вопросу посвящено значительное ко-

Рис. 5 Критические давления ректификации

12 3 4

Упругость паров конденсата, МПа личество исследований.

Сложные геокриологические условия эксплуатации северных участков ГТС, особенно на Ямале, потребовали рассмотреть альтернативные способы подготовки газа, из которых наиболее перспективным и простым в реализации является низкотемпературная сепарация.

Сложившиеся представления о достижимости качества подаваемого в МГ газа, которое обеспечило бы его транспортирование без выделения жидкой фазы, исключали возможность рекомендовать НТС для решения данной задачи. Задача обеспечения "сухого" газопровода была решена на основе системного комплексного рассмотрения проблемы с учётом всех факторов промысловой подготовки газа, влияющих на достижение цели.

В перечень факторов процесса НТС, прямо влияющих на показатели качества транспортируемого газа, входят: термобарические параметры сепарации;

величина КФ пластовой смеси;

молекулярная масса углеводородов Сз+» в исходном газе; наличие в газе водометанольного раствора (BMP) - ингибитора гидратообразования в системе сбора газа и его подготовки на УКПГ: величина капельного уноса жидкой фазы из концевого сепаратора. Анализ влияния перечисленных факторов на показатели качества товарного газа осуществлён на основе комплексной математической модели УКПГ-МГ.

В главе описаны принципы моделирования данной системы и выявлены закономерности поведения основного показателя качества газа -температуры точки росы - при изменении параметров процесса и характеристик сырья и оборудования.

Величина капельного уноса ж/щкой фазы из концевого сепаратора имеет важнейшее значение в достижении однофазного транспортирования продуктового газа по МГ. Расчётно выявлено наиболее рациональное его значение - 2 мг/м\ Создание нового поколения сепараторов с уносом до 2 мг/м\ по мнению ЦКБН и ВНИИ Газа, не представляет технической трудности.

Анализ всех перечисленных факторов в их совокупном действии в рассмотренных диапазонах значений выявил результирующую зависимость температуры сепарации от давления, обеспечивающую однофазное

о -15

О

о" н

X

гс -20 £

и

о. ф

с

2 £

-25

-30

-35

-40

о

\ Двухфазный \ транспорт Однофазный! транспорт : \ " i i

1

. 1

6

8

Рис. 6 Термобарические параметры НТС, обеспечивающие однофазный транспорт газа по МГ (унос=2 мг/м3)

транспортирование про-Давление НТС.МПа с

дуктового газа от Ьова-

ненковского месторождения до Байдарацкой губы (рис. 6). Из графика следует, что при давлении сепа-17

рации выше 6,5 МПа однофазный транспорт принципиально не реализуем (даже при полном отсутствии уноса). Перегиб кривой объясняется сменой фактора, доминирующего при конденсации жидкости из транспортируемого потока газа. В интервале давлений до 5,3 МПа доминирует конденсация BMP, а при давлениях сепарации выше 5,3 МПа превалирует эффект ретроградной конденсации углеводородов. В этом случае сепарацию также необходимо проводить при температурах ниже минимально возможной в газопроводе.

На основе выявленных зависимостей и анализа возможных вариантов технологии НТС (с учётом подключения и работы дожимного комплекса) была разработана т. н. технология НТС среднего давления, которая обеспечивает эффективную работу установки при сезонных и иных изменениях внешних параметров процесса и исключает характерные для других способов головные КС и станции охлаждения газа. Номинальные параметры НТС составляют 6,0-6,3 МПа и минус 25-30 °С.

Данная технология перспективна для внедрения на большинстве газовых месторождений Севера (в настоящее время рассматривается в ТЭО обустройства Бованенковского и Харасавэйского месторождений).

В шестой главе сформулированы технологические принципы обустройства северных ГКМ.

Принципы предусматривают более полное и комплексное использование ресурсов углеводородного сырья, применение высокоэффективных промысловых технологий, осуществляющих извлечение жидких углеводородов при пониженных температурах, выделение на промысловых установках как традиционного продукта - нестабильного конденсата, так и более качественных - деэтанизированного и стабильного конденсатов. В них определены технологии, которые целесообразно использовать при обустройстве как ГКМ, продукция которых поступит в уже сложившуюся систему конденсатопроводов и объектов переработки конденсата, так и ГКМ автономных по отношению к сложившейся системе конденсатопроводов и объектов переработки конденсата, а также чисто газовых месторождений Севера.

Применение новых технологий в сочетании с современными принципами ценообразования на продукцию промысла исключит характерную для российских промыслов нерентабельность добычи жидких углеводородов и обеспечит экономическую заинтересованность предприятий в более углублённом извлечении газового конденсата с более высокой потребительской стоимостью. 18

Выводы

1. Подтверждена адекватность результатов математического моделирования промысловых схем разделения углеводородов реальному фазовому распределению компонентов между газообразными и жидкими продуктами сепарации, дегазации, углеводородной абсорбции и ректификации.

2. Выявлены закономерности изменения температуры кипения конденсата в широких диапазонах термобарических параметров традиционной технологической схемы НТС для газов с КФ от 40 до 400 г/м3 . Построена номограмма зависимости температуры начала кипения конденсата от давления дегазации, которая позволяет определять условия достижения требуемой упругости паров товарного конденсата, носит универсальный характер и полезна как при проектировании новых, так и при эксплуатации действующих установок НТС.

3. Обоснована температурная область рациональной применимости традиционной технологии НТС. Доказана принципиальная неспособность традиционной технологии НТС (или ее модификации в виде ПНТА) обеспечить глубокое извлечение лёгких углеводородов (этана-бутанов) в составе нестабильного конденсата даже при очень низких температурах сепарации (ниже минус 40-50 °С).

4. Разработаны методические основы построения и оптимизации промысловых технологий извлечения конденсата, определяющие последовательность и способы достижения минимальных энергетических затрат при минимальном количестве элементов оборудования в промысловых схемах углублённого извлечения ценных углеводородов в составе нестабильного, деметанизированного, деэтанизированного и стабильного конденсатов.

5. Обосновано новое направление в развитии промысловых технологий извлечения указанных видов углеводородного конденсата с использованием ректификации в колоннах отпарного типа под околокритическим давлением. Впервые определена универсальная зависимость критического давления ректификации от величины упругости паров кубового продукта.

6. Разработаны и рекомендованы к внедрению или находятся на стадии внедрения промысловые технологические процессы углублённого извлечения ценных углеводородов в составе нестабильного, деэтанизированного и стабильного конденсата непосредственно на УКПГ.

7. Обоснована возможность однофазного транспортирования тощих газов в сложных условиях Крайнего Севера при использовании тех-

19

нологии НТС. Разработаны методические рекомендации по определению термобарических параметров НТС, обеспечивающих однофазное транспортирование газа по МГ.

8. Разработана модификация технологии НТС, обеспечивающая эксплуатацию МГ в сухом режиме. Данная технология рекомендована к внедрению на перспективных газовых месторождениях Крайнего Севера.

По тематике диссертации опубликованы следующие работы:

1. Кубанов А.Н. Расчёт на ЭВМ термодинамически оптимальных режимов ректификационных процессов// ВНИИГаз, сб. научн. трудов.: Новое оборудование и технология подготовки и переработки газа и конденсата. - 1981, с.13.

2. Берго Б.Г., Фролов A.B., Кубанов А.Н., Пятничко А.И. Схема выделения пропана из пропан-бутановой смеси путем неадиабатической ректификации // ВНИИЭгазпром, реф.сб.: Переработка газа и газового конденсата. - 1981. № 7.

3. Берго Б.Г., Фролов A.B., Фишман Л.Л., Гаджиев Н.Г.Б., Кубанов А.Н. Совершенствование технологии стабилизации газового конденсата. // ВНИИЭгазпром, обз.инф., сер.: Подготовка и переработка газа и uuoBoro конденсата. - 1984.

4. Кубанов А.Н., Туревский E.H., Фролов A.B., Финогенова Г.М., С овершенствование технологии промысловой обработки конденсатсо-держащих газов// ВНИИЭгазпром, ЭИ, сер.: Подготовка, переработка и использование газа. - 1988, вып.2.

5. Туревский E.H., Елистратов В.И., Кубанов А.Н. и др. Новые технические решения при обустройстве Ямбургского ГКМ II ВНИИЭгазпром, обз.информ.. сер.: Подготовка и переработка газа и газового конденсата. -1988, вып.5, с.10.

6. Кубанов А.Н., Туревский E.H., Финогенова Г.М., Фролов A.B.. Сравнение промысловых схем извлечения газового конденсата и легких углеводородов II ВНИИЭгазпром, ЭИ, сер.: Подготовка, переработка и использование газа. - 1988, вып.5, с.4.

7. Кубанов А.Н. Технология низкотемпературной сепарации и ректификации - перспективное направление обработки конденсатсодержа-щего газа // ВНИИЭгазпром, сб.: Создание новых высокоэффективных технологий и технических средств, обеспечивающих повышение извлечения конденсата и нефтн. - 1988, с.35.

8. Кубанов А.Н., Туревский E.H., Константинопольская Е.В., Фи-ногенова Г.М. Промысловая схема глубокой обработки газа с использованием вихревой трубы И ВНИИГаз, сб. научн. трудов: Научно-технический прогресс и технологии комплексного использования ресурсов природного газа. - 1989, с.28.

9. Кубанов А.Н., Туревский E.H., Юшина B.C., Эстрин О.В. Процессы газоразделения в промысловой технологии: пути интенсификации И Газовая промышленность. - 1992, № 4, с. 12.

10. Туревский E.H., Кубанов А.Н., Эстрин О.В., Давыдов H.A. Технико-экономическое сравнение вариантов реализации сырьевой базы газохимии // Газовая промышленность. -) 992, № 4, с. 14.

11. Юшина B.C., Туревский E.H., Кубанов А.Н. и др. Перспективы развития газохимии в Тюменской области II Газовая промышленность. -1992, №11, с.34.

12. Кубанов А.Н., Сулейманов В.А., Туревский E.H. Анализ вариантов подготовки газа Бованенковского ГКМ и условий эксплуатации газопровода // Газовая промышленность. - 1994, № 3, с.8.

13. Кубанов А.Н. Особенности применения НТС для подготовки газа Бованенковского ГКМ // Газовая промышленность. - 1994, № 7, с. 15.

14. Кубанов А.Н. Подготовка газа и извлечение нестабильного конденсата на УКПГ-1в Заполярного месторождения // ИРЦ Газпром, сб.: Материалы научно-технического совета РАО "Газпром" (Саратов, октябрь 1995 г.) - 1996, с.68.

15. Кубанов А.Н. Особенности использования процесса НТС для подготовки к транспорту тощих газов месторождений полуострова Ямал // ИРЦ Газпром, сб.: Материалы научно-технического совета РАО "Газпром" (Саратов, октябрь 1995 г.) - 1996, с.94.

16. Кабанов Н.И., Кубанов А.Н., Туревский E.H. и др. Промысловые технологии извлечения конденсата: практика и перспективы И Газовая промышленность. - 1997, № 4, с.45.

17. Кубанов А.Н., Елистратов М.В., Туревский E.H. Исследование концевой дегазации в схеме НТС // Сб. ИРЦ Газпром, сер.: Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа. - 1997, №9-10, с. 17.

18. Кубанов А.Н., Туревский E.H., Елистратов М.В., Цацули-наТ.С. Границы применимости технологии НТС // Сб. ИРЦ Газпром, сер.: Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа. - 1997, № 11-12, с.5.

19. Фролов A.B., Берго Б.Г., Кубанов А.Н., Фишман JI.JI. Способ стабилизации газового конденсата // A.c. № 1198096. - БИ 1985, № 46.

20. Фролов A.B., Кубанов А.Н.,' Туревский E.H. и др. Способ выделения из углеводородной смеси этана и более тяжелых компонентов // A.c. № 1834459 - AI, Мкл 5F 25J 3/02.

21. Кубанов А.Н., Елистратов В.И., Сиротин A.M. и др. Способ подготовки природного газа к транспорту // Патент РФ № 2088866. - БИ 1997, №24.

22. Кубанов А.Н., Елистратов В.И., Чикалова Л.Г. и др. Способ извлечения стабильного конденсата из природного газа // Патент РФ №2096701.- Б И 1997, №32.

Соискатель

Кубанов А.Н.

/

Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий

КУБАНОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОМЫСЛОВОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ НА СЕВЕРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

05.17.07 - Химическая технология топлива

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

(ВНИИГаз)

На правах рукописи

УДК 622.279.8(1-17)

Научный руководитель:

Кандидат технических наук Е.Н.Туревский

Москва -1998

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение....................................................................................3

ГЛАВА 1 Литературный обзор...........................................................7

1.1 Анализ схем газоразделения, используемых

за рубежом.........................................................................7

1.2 Современное состояние отечественных технологий промысловой обработки природных газов.....................12

1.3 Задачи диссертационной работы......................................24

ГЛАВА 2 Экспериментальные и расчетные исследования традиционных технологий подготовки газа и извлечения конденсата......................................................26

2.1 Опытно-промышленные испытания технологии ПНТА на УКПГ-1в Ямбургского ГКМ...........................26

2.2 Обоснование объективности результатов математического моделирования технологических

схем разделения углеводородов........................................28

2.3 Анализ термобарических параметров

концевой дегазации в схемах НТС....................................35

2.4 Обоснование температурной области рационального использования технологии НТС.......................................43

ГЛАВА 3 Методический подход к построению и оптимизации промысловых технологий

извлечения конденсата......................................................48

ГЛАВА 4 Пути развития отечественных технологий

извлечения конденсата.......................................................63

4.1 Извлечение нестабильного конденсата по технологии низкотемпературной сепарации и ректификации высокого давления.................................................63

4.2

Промысловые технологические процессы выделения деэтанизированного и стабильного конденсата..........................................................

4.3 Околокритические давления - новая область « параметров ректификации в промысловых

технологических схемах...................................................78

ГЛАВА 5 Применение конденсационного способа подготовки

к транспортированию тощих газов северных ГКМ........84

5.1 Обоснование применимости конденсационного способа подготовки тощих газов к транспортированию

по газопроводам в условиях Крайнего Севера................85

5.2 Технологический процесс низкотемпературной сепарации среднего давления............................................90

ГЛАВА 6 Технологические принципы обустройства

северных ГКМ...................................................................97

Основные выводы...................................................................101

Литература..............................................................................104

ВВЕДЕНИЕ

В течение длительного времени одним из направлений деятельности РАО "Газпром" являлся форсированный рост добычи природного газа как основной составляющей топливно-энергетического баланса страны. Такое положение распространялось не только на чисто газовые, но и газоконденсатные месторождения. Газовый конденсат рассматривался как сопутствующий газу продукт. Степень его извлечения ограничивалась показателями качества транспортируемого газа в соответствии с ОСТ и являлась невысокой. Доминирующее распространение получил простейший промысловый технологический процесс низкотемпературной сепарации (НТС).

Современные тенденции развития газовой промышленности позволяют предположить, что потребности в газе как топливе могут быть обеспечены без форсированной эксплуатации газоконденсатных залежей, которые должны рассматриваться в первую очередь в качестве источников жидких углеводородов: нестабильного конденсата, стабильного конденсата, пропан-бутановой фракции (ПБФ), этановой фракции и моторных топлив. Доля конденсатсодержащего газа в общем объёме добычи газа постоянно возрастает: она составляет 10 % в настоящее время и увеличится до 20 % и более после 2010 года. При этом валовая добыча конденсата возрастет с 5 до 15 млн.т/год.

Квалифицированное извлечение конденсата предполагает практически полное извлечение углеводородов С5+В, глубокое (не менее 60 %) извлечение пропан-бутанов и в некоторых случаях - этана в течение всего периода эксплуатации промыслов, что с большим запасом обеспечит требования ОСТ на транспортируемый газ по параметрам температуры точки росы газа по воде и углеводородам. В этой связи следует говорить не столько о подготовке газа к транспортированию

по магистральным газопроводам, сколько о качественном извлечении газового конденсата.

Не существует универсальных технологических решений по извлечению газового конденсата: то, что было оправдано при обустройстве» Уренгойского или Ямбургского ГКМ, может оказаться нерациональным на Заполярном, Северо-Уренгойском и других месторождениях. Современный подход к решению технологических вопросов извлечения конденсата на газоконденсатных промыслах предполагает реализацию дифференцированного подхода к решению технологических задач извлечения конденсата для каждого месторождения или группы однотипных месторождений, что сопряжено с разработкой технологий, оптимально адаптированных к конкретным промыслам.

Интенсификация промысловых технологических процессов предполагает не только более углубленное извлечение с продуктовым конденсатом углеводородов Сз+в или Сг+в при пониженных температурах газоразделения, но и получение в качестве товарных продуктов деэтанизированного, стабильного и, возможно, деметанизированного конденсата вместо традиционного продукта отечественных промыслов - нестабильного газового конденсата. Разнообразие потребностей в жидкой продукции промыслов определяет и разнообразие промысловых технологий.

В настоящее время отсутствуют технологические процессы углубленного извлечения нестабильного, деэтанизированного и стабильного конденсата непосредственно из пластового газа, причем адаптированные к северным условиям и специфике отечественного технического и технологического уровня. Потребность же в такого рода технологиях велика. Особенно актуальным это станет в ближайшие годы, когда начнется массовое освоение десятков новых ГКМ, как крупных, таких как Заполярное (валанжин) и Бованенковское

(неоком-юра), так средних и мелких Ямальского, Надым-Пур-Тазовского, Тимано-Печорского и других регионов.

Расположение перспективных месторождений в зоне многолет-немерзлых грунтов предъявляет дополнительные более жесткие требования к температуре товарных продуктов установок комплексной подготовки газа (УКГТГ), что также требует разработки усовершенствованных или нетрадиционных способов подготовки газа, причем не только конденсатсодержащего, но и "тощего", например, апт-сеноманского на Бованенковском месторождении. Кроме того, газотранспортные предприятия настаивают на внедрении таких промысловых технологий подготовки газа, которые обеспечили бы эксплуатацию северных участков магистральных газопроводов (МГ) в т.н. сухом режиме.

Разработкам новых технологических процессов должно предшествовать их подробное обоснование на основе расчетно-техно-логических исследований и оптимизации параметров с учетом совокупного действия и взаимодействия всех факторов, влияющих на итоговое качество продукции УКПГ, т.е. на основе системного подхода. Широкое внедрение персональной вычислительной техники и различных программных комплексов позволяет моделировать и рассчитывать самые сложные технологические схемы газоразделения.

Представляется актуальным обосновать область применимости каждого способа с учетом привязки к существующей газотранспортной системе (ГТС) и системе конденсатопроводов, способа разработки месторождения, потребности в глубине извлечения легких углеводородов и номенклатуры конечных продуктов переработки газового конденсата. Применение новых технологий в сочетании с современными принципами ценообразования на продукцию промысла исключит характерную для российских промыслов нерентабельность добычи конденсата и обеспечит экономическую заинтересованность

предприятий в более углубленном извлечении газового конденсата на УКПГ и выделении продуктов с более высокой потребительской стоимостью.

Настоящая диссертационная работа охватывает конденсационные низкотемпературные способы обработки газа и извлечения газового конденсата на промыслах - основного направления разделения многокомпонентных углеводородных смесей. В ней решаются основные проблемы, обозначенные выше. Реализация разработанных и представленных в настоящей работе технологических решений повысит значимость промыслов во всей структуре добычи и переработки конденсата, приводя их в соответствие с современными требованиями наиболее рационального использования ресурсов углеводородного сырья.

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н. проф. Б.Г. Бер-го, к.т.н. Л.Л. Фишману и В.И. Елистратову за большой вклад в формирование автора как специалиста и помощь в решении технологических задач, явившихся предметом настоящей диссертации.

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1Л Анализ схем газоразделения, используемых за рубежом

Характерной чертой обустройства практически всех зарубежных месторождений является приближенность объектов переработки газа к объектам добычи, что упрощает или фактически исключает задачу промысловой подготовки газа к транспортированию по магистральным газопроводам (МГ) на дальние расстояния. Конденсатсодержащие природные газы часто подвергают первичной сепарации, после чего газ и газовый конденсат направляют раздельными потоками на глубокую заводскую переработку. Технология НТС на температурном уровне от минус 10 до минус 40 °С имеет место на зарубежных промыслах, однако обычно это также лишь промежуточная ступень последующей глубокой переработки всех углеводородов, извлекаемых из пласта, включая этан. Например, доля перерабатываемого газа в общем объеме добычи газа в США составляет более 91 %, а глубина извлечения этана - 90 % и более /60/.

Газоразделение на зарубежных ГПЗ, включающее охлаждение газа, ступенчатую сепарацию и выделение из него деметанизированно-го или деэтанизированного конденсата, соответствует перспективной задаче российских промыслов - наиболее полное извлечение конденсата - и рассматривается ниже в контексте технологических вопросов обустройства российских промыслов.

Практически все зарубежные публикации и патенты посвящены схемам извлечения из газа этана, пропана и углеводородов с более высокой молекулярной массой. На российских газовых промыслах этан не является целевым компонентом извлекаемого газового конденсата, в отличие от пропан-бутановой фракции - одного из целевых продуктов переработки добытого на промыслах конденсата. По этой причине отметим лишь наиболее интересные в технологическом плане низко-

температурные схемы извлечения углеводородов Сг+в /37,38,62-72/, уделив основное внимание анализу технологических решений по извлечению из газа углеводородов Сз+в. Заметим при этом, что многие из технологических приемов при извлечении углеводородов Сг+в могут быть успешно применены и для задачи выделения углеводородов Сз+В.

В патенте /73/ описан технологический процесс извлечения де-этанизированного конденсата из природного или нефтяного газов (рис.1.1). Согласно рисунку и приведенному в патенте примеру сырьевой газ 1 с температурой 35 °С и давлением 5,8 МПа охлаждают в многопоточном теплообменнике 2 до температуры минус 54 °С и отделяют жидкую фазу в сепараторе 3. Газ сепарации расширяют в турбо-детандере 4 до давления 3,3 МПа и с температурой минус 77 °С подают в сепаратор 5, после чего отсепарированный газ направляют в абсорбер 7, в котором из газа извлекают преимущественно пропан путем контакта с абсорбентом (пентановой фракцией), охлажденной до температуры минус 43 °С. Газ после абсорбера с температурой минус 71 °С компримируют в турбокомпрессоре 11, утилизирующем энергию расширения газа, полученную в турбодетандере 4, и с давлением 4,4 МПа и температурой минус 54 °С направляют в теплообменник 2 для рекуперации холода. Продуктовый газ на выходе из установки имеет температуру 27 °С.

Выделенную в сепараторе 3 жидкую фракцию дросселируют до давления 3,6 МПа и дегазируют в дегазаторе 15 при температуре минус 68 °С. Дегазированную жидкую фракцию из аппарата 15 объединяют с жидкой фракцией, выделенной в сепараторе 5, и нагревают в теплообменнике 2 до температуры минус 5 °С, после чего подают в среднюю часть колонны-деэтанизатора 22. Аналогичную процедуру осуществляют относительно кубового продукта абсорбера 7. Деэтаниза-тор 22 снабжён кубовым подогревателем 31 (температура куба равна 119 °С) и дефлегматором, состоящим из теплообменника 35, емкости

Рис. 1.1 Схема извлечения деэтанизированного конденсата (патент США 4.272.269)

Рис. 1.2 Схема извлечения деэтанизированного конденсата (патент США 4.507.133)

36 и циркуляционного насоса 37. Температура газа на выходе из деэта-низатора - минус 22 °С, а после дефлегматора - минус 41 °С.

Специфика описанной схемы заключается в использовании промежуточной абсорбции, что обеспечивает дополнительное извлечение углеводородов Сз+в,и компримировании газа абсорбции в турбокомпрессоре, что снижает энергопотребление в установке за счет эффекта "холодного дожатия". В патенте не указана степень извлечения пропана, однако ясно, что она составит не менее 90 %.

В не менее интересном патенте /74/ сырьевой газ 10 (рисЛ .2) охлаждают последовательно в теплообменнике 20, испарителе 22 и теплообменнике 24 до температуры минус 23 °С. Далее в сепараторе 28 отделяют конденсат 29, а газ 94 расширяют в турбодетандере с 3,4 до 2,1 МПа и с температурой минус 41 °С направляют в двухсекционный низкотемпературный сепаратор 100. Газ сепарации 102 подают в нижнюю часть "теплообменной колонны" 74, в которой его охлаждают до минус 57 °С и отделяют дополнительно сконденсировавшиеся углеводороды, а остаточный газ нагревают в теплообменниках 66 и 24, компримируют в турбокомпрессоре 86, компрессоре 90 и в качестве товарного направляют в газопровод.

Выделенные при сепарации жидкостные потоки 31 и 76 дожимают с 2 до 3,4 МПа, нагревают в теплообменниках 38 и 20 и подвергают деэтанизации в колонне 44. Верхний поток колонны с температурой 8 °С охлаждают до минус 4 °С и сепарируют в сепараторе 54. Конденсат после сепаратора используют в основном для флегмирования колонны - деэтанизатора, а газ деэтанизации 64 охлаждают в теплообменниках 38 и 60, дросселируют до давления 2 МПа и с температурой минус 59 °С подают в верхнюю зону указанной колонны 74. Жидким продуктом установки является деэтанизированный конденсат 46, кубовый продукт колонны 44.

Использование в схеме теплообменной колонны 74 позволяет достичь высокую степень извлечения пропана (95 %) на относительно высоком температурном уровне газоразделения (до минус 59 °С).

В публикации /47/ описан технологический процесс СгуорЫБ, реализованный на нескольких заводах и предназначенный для извлечения деметанизированного или деэтанизированного конденсата из природных и нефтяных газов. В этом процессе использование специальной колонны-контактора позволяет дополнительно извлечь углеводороды Сз+в из газа низкотемпературной ступени сепарации за счет контакта с жидкими углеводородами, образовавшимися в результате охлаждения верхнего продукта концевой колонны-деэтанизатора.

Другие способы извлечения углеводородов Сз+в описаны, в частности, в патентах /75-77/.

Анализ зарубежных патентных и иных источников позволил сформулировать следующие принципы построения технологических схем газоразделения на зарубежных ГПЗ.

1. Зарубежные технологические схемы выделения пропана и более тяжелых углеводородов предусматривают не менее чем 90%-ное извлечение пропана на температурном уровне газоразделения от минус 57 до минус 90 °С при давлении от 3,4 до 2 МПа. При этом давление входного газа, как правило, невысокое - до 6 МПа.

2. Имеет место многообразие технологических приемов и способов предварительного охлаждения газа и проведения процесса де-этанизации, что обусловлено разнообразием составов исходного сырья и невозможностью в связи с этим разработать универсальный способ. Широко используются многопоточные теплообменники и мас-со- и теплообменные аппараты для дополнительного извлечения Сз+в из газа, прошедшего низкотемпературную сепарацию .

3. Достижение низких температур осуществляют как с применением детандер-компрессорных агрегатов (ДКА), так и с использова-

нием наиболее экономичных холодильных циклов на многокомпонентных хладагентах. Существуют схемы с двухконтурными холодильными циклами на двух уровнях давлений и температур кипения многокомпонентных хладагенто�