автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Подготовка и переработка нефтяного газа с применением мембранного газоразделения

РГ5

■¿■¿ГЛ®0

Российский хишнсо-технслогнческий университет км. Д. И. Менделеева.

На права:-: рукописи

КОРОЛЕВ ДМИГРЖ ВЛАДИМИРОВИЧ.

ПОДГОТОВКА И ПЕРЕРАБОТКА НЕФТЯНОГО ГАЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕМБРАННОГО ГАЗОРАЗДЕЛЕНИЯ.

05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученоп степени кандидата технических наук

Москва - 19ЭЗ г.

Работа выполнена в Российском хикико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева и в Научно-исследовательском и проектной институте по переработке гаи а.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор 10. И. Дытнерский.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор 10. П. Якпольский, кандидат технических наук, старший научный сотрудник А. Г. Бондаренко.

Ведущая организация - НПО "Полимерсинтез".

Защита состоится /5~~ ¿Я/чДеяЛ_ 1993 г.

ъ /0 час. ь ауд. на «заседании специализи-

рованного совета Д 053.34.08 при РХТУ им. Д. К. Менделеева по адресу: 125190 Москва, А-190, Миусская пл. 9.

С диссертацией мсяно ознакомиться в научно-информационном центре Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева.

Автореферат разослан _^хсуз1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Д. Л. БОБРОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Р/.БОТЫ

Актуальность проблемы. Проблема фракционирования углеводородных газов непосредственно связана с народнохозяйственной задачей повышения степени утилизации добываемого попутного нефтяного газа. Ежегодно в стране из-за отставания строительства объектов утилизации нефтяного газа в факелах сжигается около 10 -13 млрд. м3 газа, а при сгорании 1 млрд. м3 газа в атмосферу выбрасывается до 1300 т оксидов азота, 95 тыс. т оксида углерод.; до 14 тыс. т несгоревших углеводородов, теряется ценное углеводо родное сырье и создается сложная экологическая обстановка ь районах добычи.

Существующие традиционные процессы переработки нефтяного газ; (например низкотемпературной конденсацией) характеризуются боль шоЯ капиталоемкостью и высокими энергетическими затратам!!. Поэтому, практически важной является задача разработки новых технологически:; решений для систем сбора, транспорта и переработки нефтяного газа, отличающихся компактность», простотой и экоиомично-ностьв используемых технологических установок, высокой адаптируемостью к изменявшимся характеристикам перерабатываемого сырья, что важно для труднодоступных районов добычи.

Большинству этих признаков удовлетворяет бурно развивавшаяся мембранная технология газораэделения. Однако внедрение мембранных процессов разделения углеводородных газов сдерживается из-за отсутствия высокоселективных по углеводородам мембран, данных по работе мембранной аппаратуры на нефтяном газе в условиях, приближенных к промышленной эксплуатации, технологических схем применения мембранных процессов в газопереработке. В связи с этим весьма актуальной задачей является разработка мембранного процесса разделения углеводородных газов на базе комплексного исследования перспективных полимерных материалов, мембран на их основе и работы мембранной аппаратуры на реально« нефтяном газе с цель») оптимального комбинирования мембранного разделения с трздицион-ны?.:н процессами переработки нефтяного газа.

Исследования, положенные в основу диссертации, выполнены в институте НШИгазпереработка по договору с Министерством нефтяной промышленности Н 88..1806 за 1638 г. и по проекту "Экологически чистый газоперерабатывающий запод-комплекс по переработке не-

фтлных газов Западной Сибири при повышенном давлении с применением мембранной технологии" С Постановление ГКНТ СССР N 510 от 31.05.90. раздел 1.6).

Цель работы. Определение газоразделителышх характеристик перспективных полимеров и отечественных полимерных мембран при разделении бинарных и многокомпонентных углеводородных газовых смесей в широком интервале изменения технологических параметров. Испытание мембранных аппаратов различных типов на нефтяном газе. Разработка метода инженерного расчета мембранного разделения многокомпонентных газоЕых смесей применительно к проблеме фрак- ■ ционирования нефтяного газа. Разработка и анализ технологического процесса подготовки нефтяного газа к транспорту при высоких давлениях, а также подготовки топливного газа для газомотокомпрес-соров с применением мембран.

Научная новизна. Исследовано влияние углеводородов на • их массоперенос через мембрану Серагель в условиях разделения нефтяного газа, а также разделения бинарных смесей метана с пропаном и метана с пентакок.

При изучении массопсрекоса индивидуальных компонентов нефтяного газа получены корреляционные уравнения зависимости-коэффициентов проницаемости от парциального давления газа.

Исследовано влияние давления и состава нефтяного газа на газоразделительные характеристики мембраны Серагель и установлены зависимости селективности мембраны от относительного парциального' давления компонента.

Ка основе предложенной модели мембранного разделения многокомпонентной газовой смеси проведен термодинамический анализ разделения нефтяного газа кь отечественных полимерных мембранах.

Практическая ценность. Испытаны мембранные аппараты различных типов на нефтяном газе при давлении до 3,0 МПа и показано, что рулонные и .плсскокамерные аппараты на основе мембраны диффузионной композиционной (МДЮ перспективны для фракционирования углеводородов. . .

Разработана и прсан. лизирозана технологическая схема подготовки нефтяного газа к транспорту при вгсохи.ч давлениях применительно к условиям Западней Сибири, вкличах'пая предварительное от-бензинивакне газа ка ;;эмбрг;:ах с последпереработкой' проникшего потока традиционным методе:.; "изкотемпературнсп конденсации.

Техника-экономический анализ показа», чго прпведек;и;о затраты по предлагаемой схеме си;;.га:отся ка 30"-. по сраэчотт с традиционной схемой переработке.

Разработана мембранная технология подготовки топливного газа длл газомотокомпресссров на примере технологической схекы компрессорной, станции "Брагуны". 0жлдае?.:ы.1 экокомдческ.ш эффект от внедрения неубранной установки для подготовки топливного гаоа составляет 16 тыс. рус», ка един газокотокомпррессор в ценах IGS1 г.

На основе пронеденных исследований иодготовлени технический проект опьггно-промыилеииоа мембранной установки для подготовки топливного газа у. проект мембранного сепаратора для подготовки нефтяного газа к транспорту при рабочих давлениях ло 12,0 МПа.

Полученные при исследовании разделения нефтяного глзз яз мембранах МДК и Серагель я испятанки мембранных аппаратов результата переданы- изготовители СНГЮ "Поликерсинтеэ") длл ссгераенгт-воьанпя технология получения кеыбрак и конструкции аппаратов ка их основе.

Апробация работм. Основные результата диссертации докладывались и обсуждались на:

1. Международно« сиипс^нуме "Мембраны для разделения газов и -паров", г. Суздаль, фезраль-нарт 1S03 г.

2. Ъсессгснои сочетании по пробле«аа ярвмекекил мекбракяой технологик в газопереработке, г. Краснодар, октябрь 1990г.

3. Научно-технической конференции яо проблемам экологии и ресурсосбережения "Эасресурс - Iм, г. Черновцы, wait 1931 г,

4. 9-й Меядукародной летней шопе по «екфаяной науке и технологии, г. Звенигород, сентябрь 19SX г.

5. 5 Всесоюзной конференция по мембранным методам разделения смесей, г. Владимир, декабрь 1691 г.

Публикации. По тгие диссертация опубликовано 7 работ, получено пололительксе реаенле по заявке на изобретение.

Объем работы. Диссертааионяая работа состоит из введения, пята глав, выводов, списка литературы, вкличаощего 136 работ: советских к зарубеяндаг авторов и приложения. Общий объем диссертации £03 ттразжш. Ехлнчая 41 рисуно:; и 35 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 3 ттерво^ гяг. лроведеи сбзор публикаций по традиционным

технология» переработки нефтяного газа, отмечены их недостатки и основные тенденции дальнейшего совершенствования технологически:-: схем, такие как повышение гибкости производственных систем для расширения диапазона используемых видов сырья; углубление степени переработки сырья; снижение сырьевых, капитальных и энергетических затрат за счет использования различных схемных решения; повышение технологического давления транспортируемого и перерабатываемого газа.

Рассмотрены основные закономерности газопроницаемости угле-дородов чррез полимерные мембраны различных классов (эластичные и стеклообразные') и отмечен сло;кный характертер их массоперено-са в многокомпонентных смесях по сравнению с газопроницаемостью индивидуальных компонентов. Большинство известных работ посвящены исследованию массопереноса индивидуальных газов и разделению бинарных смесей, содержащих углеводороды, при невысоких перепадах давления. Среди полимерных материалов для фракционирования углеводородов наиболее перспективны блоксополнмеры различного строения, содержащие полисульфоновые и кремкийорганические блоки.

Проведенный анализ эффективности применения мембранной технологии в газопереработке показал, что зарубежом мембранные процессы получили широкое применение для очистки нефтяного газа от СО,: и выделения гелия, причем общей тенденцией является создание комбинированных процессов, сочетавши мембранное разделение газовых смесей с традиционными абсорбционными или криогенными методами.

На основе анализа литературных источников определены основные этапы исследований по разработке мембранной технологии разделения углеводородных газов, включающие изучение влияния различных факторов на газопроницаемость углеводородных смесей разного состава и определение газоразделительных характеристик перспективных мембран, испытание мембранной аппаратуры на нефтяном газе при различных технологических режимах, синтез и исследование технологических схем подготовки и переработки нефтяного газа на сскове математического моделирования процесса мембранного газоразделения.

Во второй тла^с описаны методики проведения лабораторных исследований полимерных пленок и мембран, обработки экслеримэнта-льных данных, а также представлены полученные результаты и лрове-

дено их обсуждение.

Эксперименты проводили на универсальной лабораторной установке, позволяющей исследовать массопс-ргкос через мембрану индивидуальны/: газов, разделение нефтяного газа и. бинарных смесей типа метан-пропан, метаи-пентан при перепадах давления до.4,0 ИПа и температуре окруяавце'.! среды (2S5 - 298°Ю. В состав установки помимо,мембранной разделительной ячейки и контрольно-измерительных приборов входили хроматограф и микро-ЭВМ для автоматического приема электрических сигналов с хроматографа, определения составов потоков с ячейки и расчета гззорэзделительннх характеристик мембран & процессе эксперимента

Основными'Газоразделительными характеристиками мембран являются коэффициент проницаемости i-ro компонента разделяемой смеси Ki, м3/Сма-с-МПа) и селективность мембраны си. которая определялась как отношение Ki к коэффициенту проницаемости метана Kciu. как основного компонента исследуемых газовых смесей.

Первоначально исследовались на нефтяном газе пленки из блохсопсяямеров Серагель и'Сульфобмл различных марок, отличавшиеся содержанием/"жестких" полимерных блоков полисульфона и "мягких" блоков полядиметалсилоксана или ' ¡голхбутадиека. Установлено, что наиболее пер'спектиБными'для 'фракционирования углеводородов являются марка Сульфэсила' ЗОСО/25СО и' марка Сёрагел.э 3760,' ' содержащая 60% мягкого блока полибутадиека. На ' основе этой марки блоксополамёра были изготовлены ii испытаны мембрана Серагель.

С Цельа уточнекия/газбраэДёлительных характеристик мембран ' МЯК' из блоксополимера Лестоси'л проведены их испытании' на нефт'Хном газе. Полуденные сравнительной данные для мембран ,'ИЛК и Серагель поедстазлены в.таблице. • . .

Селективность мембран МДК по сравнению с"мембраной Серагель ниже/однако проницаемость существенно ькше/'Iia мембране МДК были проведены исследования'проницаемости нефтяного 'газа в сухом и увлажненном состоянии при одинаковом перепаде давления в течении 240 и ISO часов соответственно.''Испытания показали,^что в начальный момент/проницаемость по''увл'Ьаенно"му "нёфт"яйом£ газу существенно*' вше," однако" Ь течеипец времени она снижается й 'затем стабилизируется. причем потоки сухого' и увлахненнбго'газа' становятся примерно" равными. " _""'; ' *" '''' .....^ '

Более детально массопергйос'' угж'водорэерв 'яссяедсван на обра-

Таблица.

Газоразделительные характеристики мембран Серагель и КДК.

Компонент ! Коэффициент проницаемости К» 10' , м3/(ма. с-МПа)

МДК ! Серагель

СН-» 130 - 233 8.6 - 21,7

C2H3 320 - 500 22,4 - 63,4

СОг 346 - 500 31.4 - 84,9

СзНа 491 - 783 36.3 - 119,5

iCjHI 0 615 - 915 43.5 - 127,9

nC«Hi О 735 - 1164 49,7 - 202,0

iCsHi a 836 - 1350 70,7 - 276,8

. пСаГл г 985 - 1377

зцах мембраны Серагель. Проведены исследования влияния парциального давления компонента на его коэффициент проницаемости для индивидуальных газов, бинарных смесей СИ*-СзНа; CH*-C=Hia и нефтяного газа разного состава при варьировании перепада общего давления газа. Усредненные экспериментальные данные для индивидуальных углеводородов, N2 и СОг показаны на рис. 1.

Как видно, наблодается ярко выраженная зависимость Ki углеводородов от их парциального давления pi, причем зависимость усиливается в ряду ыеган-бутан. При обработке экспериментальных данных по методу МЯК получены следующие -регрессионные уравнения зависимости Ki = f С pi 3:

для Мг , СОг , СН«- , СгНб , пС+ Hi о Ki = К ехр Сш-рО,

для СзНв и 1С4Н10 - Ki = К*+ m-ln pi,

где К*, ш - усреднённые для исследованных образцов мембран коэффициенты -.уравнения Ki = ГС pi).

На-примере разделения'бинарных и многокомпонентных углеводородных смесей проанализировано влияние различных углеводородов на их совместный массоперенсс через мембрану Срис. 2D. Для бинарной смеси Сш - СзНа отмечено отсутствие влияния пропана на массспе-ренос метана, однако в лрнсутстзли быстролронкклюцих тяхелых углеводородов нефтяного газа -проницаемость метана существенно С в 2,5 - 3.5 раза) повышается. Для пропана наблюдается обратная

о

□ - № О - СНч А - СЛ1е О - С02 Я - СлПг О

А -пСнИе

О - чистий метан; О - метан б С№. - СзН$; © - метан и нефтяном гаяь

□ - чистыи пропан; И - пропан в СН* - СЛг; £3 - пропан в иецтгном газе

№ ?

Рис.1. Зависимость К; углеводородов ,Пг И СОг от парциального давления газа. ( мембрана Серагель )

Рис.2. Влияние парциального давления компонента на К1 метана и пропана. С мембрана Серагель 5

Р.МЛа

закономерность: проницаемость чистого пропа'на в 3 - 5 раз вше его проницаемее?!-, в смеси с метаном и превосходит его проницаемость л ье ; гл -'сч' ;мзе. Отмеченннэ особенности приводят к снижении

селективности в ряду индивидуальные газы - нефтяной газ - бинарная смесь и связаны, по-видимому, с соотношением содержания более и менее проникающих компонентов углеводородной смеси.

При варьировании состава нефтяного газа от 0,50 моль/моль до 0,93 моль/моль по метану и перепада давления на мембране установлено наличие двух взаимолротлвополозных факторов - увеличения проницаемости компонентов при повышении их парциального давления в смеси и уменьшения проницаемости при увеличении доли менее проникающей группы углеводородов метан - ьтан', что создает сложную картину зависимости Кх от рд. Поэтому влияние парциального давления компонентов на газоразделительные характеристики мембраны целесообразно анализировать в безразмерных координатах селективность си - относительное парциальное давление ^ , где }"» = рд/рсн* (рис. 3). Как видно,, для этана ш не зависит от у\ , для пропана наблюдается слабо возрастающая зависимость ш от , а для бута-

нов зависимость сц от имеет логарифмический характер. <*. __________

Рис. 3. Зависимость селективности ш мембраны Серагель от относительного парциального давления компонентов У1 .

0,2 . 0,3 0,4 У

Отмеченное ранее влияние на ыассопэрекос компонентов внешнего диффузионного сопротиьл'-чия, обусловленного явлением концентрационной поляризации СКШ, проанализировано на примере разделения нефтяного газа на мембране Серагель при \ Р = 1,0; 2,0 КЛа и различней скорости потока газа в напорном кг '.але разделительно!! ячейки (рис. 4). Как видео, Кх бкетронрокикаг^их пропана и бутгнов

существенно зависит от числа Рейнольдса газового потока, причем зависимость усиливается для' более селективных компонентов. При определенной скорости газового потока значения Ки стабилизируются При понижении дазления уменьшается наклон функций К1 - К Ре), что свидетельствует об уменьшении влияния- КП на массоперенос компонентов.

Проведенные в течение 109 суток ресурсные испытания на нефтяном газе свидетельствуют об устойчивости мембраны Серагель. Значения селективности новой и отработанной мембраны отличается не более чем на 9'л.

Треть«* глава посвящена испытания мембсанных аппаратов разных типов на нефтяном газе Краснодарского ГПЗ. Рулонный элемент Сконструкция НПО "Полимерсинтез"5 и плоскокамеркь-й аппарат С НПО "Крио гейма:!'") у к с мл л е :с то в а н и мембраной ЦДК, пслоес.тсконный аппарат СКАЭ им. Курчатова} укомплектован волокном Гравитон на основе по-лнметилпентена. Характеристики мембранных аппаратов: г> рулонкьй элемент: длина - 0,3 м; диаметр - О.С-9 м; плсладь мембраны - 2.5 мг; рабочее давление - до 4,0 МПз; б) плсс:чОл:.:'.эрн~:й аппарат: д.т/.ка со штуцерам;: - 1.29 м. диаметр -О,25 м; ллсуадь мембран - 10 мг: рабочее дазтенкэ - до 2,3 МПа;

;; с л о к: ; л о к ои и кЯ аппарат: длина - 1.13 м; диаметр - п. 55 м; гг-, ¡¡:>«.-:ран - о i.r; рабочее дакл'-'лкй - до O.ß Mi 1а; подача iv-i". сл.-о го г;'-'.? а во внутрь волокна.

Зкспорпнектн на рулонном элем'-кт»: проведаны г г:; давлении исходного 1 иза от 0.45 до 3,1 МПа, А i1 ко i i-'ila и различных степени;; отбора пермеата в. Установлен.}, что разделение газоьой ct.if'c;', в рулонном элементе хорошо списывается математической модель» перекрестного тока. Характерные зависимости коэффициента извлечения ß целевых углеводороде» Сз »высшие от б при разных отношения:: давлении на мембране г показаны на рис. 5. Как видно из рисунка, при г = 4 и В около 0,5 удас-тся достигнуть коэффициента извлечения ß 72Х, что свидетельствует о перспективности дан-

Сраьнение работы рулонного элемента и плоококамерного аппарата на нефтяном газе показало, что по своим гаэорззделительным характеристикам обе конструкции близки, но удельная производительность ллоскока!.«?ркогс аппарата несколько ьшэ. Мембраьнсе разделение е аппарате лучее описывается моделью идеального перимеаинания.

• Пров^денны*« эксперименты показали, что ноловоио.ченнн'.', аппарат на основе волокна Гравитон не пригоден для «^акционирования

нефтяного газа из-за низкой селективности по углеводородам полимера полиметнлпентена, из которого изготовлены волокна. В ходе ресурсных испытаний аппарата в течение М суток на нефтяном газе, содержащем до 7-9 мол. % бутанов и пентанов. установлена стабильность разделительных характеристик и производительности аппарата. Поэтому, как показали результаты разделения модельной смеси НгБ -СН» - 0ч1Ь о, аппараты данной конструкции могут найти применение в процессах выделения НгБ и СОг из нефтяного, газа с последующей переработкой выходящих потоков традиционными методами.

Четвертая глава посвящена математическому моделированию мембранного разделения многокомпонентно!; газовой смеси и анализу термодинамической эффективности фракционирования нефтяного газа. При разработке модели учитывались установленные экспериментально сложные зависимости массопереноса через мембрану углеводородных смесей и поэтому приняты следующие допущения: коэффициенты проницаемости компонентов в процессе разделения остаются величиной постоянной и определяются с учетом полученных экспериментально корреляционных зависимостей; концентрации компонентов в напорном канале изменяются от начальной Хг на входе в аппарат до конечной Хк на его выходе; поток пермеата перпендикулярен потоку газа в напорном канале, и концентрация компонентов в пермеате ур постоянна; давления в полости высокого давления СПВД) а полости низкого давления СПНЯ) постоянны и равны Р| и Рг; компоненты газовой смеси подчиняются законам к-геальных газов; при стационарном процессе разделения в ПВД устанавливается постоянная концентрация 1-го компонента, равная средней геометрической его концентрации на входе и выходе из аппарата. С учетом сделанных допущений получим следующую систему алгебраических уравнений для математического описания мембранного разделения многокомпонентной смеси:

урх 0? -- К; Т'с/Хг» Хй1 Р. - уР1 Р»)

Хп Ог = Хт . ОЙ + уР1 0? 01)

Е у?! ='1 •1 =1

:где -ог.'оа.ср - исходный поток, регант и пэрмеат; Хг! ,Х?л ,уР» -'концентрация 1-го компонента -в этих потоках; & - коэффициент

проницаемости 1-го компонента; Р1 ,Рг - давление в .ПВД и ГШД; Г -площадь мембраны.

Введем безразмерные параметры: С = Ог/Ог - коэффициент.делений потока; си = СКа)пах/К1 - селективность мембраны по 1-ыу компоненту; и = СК1 ЗяахР)Г/Ог - безразмерная площадь мембраны; г = Р»/Ра - отношение давлений а ПВД и ПНД.

Тогда получим систему уравнений (1) в безразмерном виде:

8 уР1 = £ (■/ Хп ХгТ - Ж )

Хп = (1-0) Хя1 + б ур1 С 2)

n

еур. =1

1 -« ...

Концентрации" компонентов в ретанте и пермеате находят путем решения системы (2) из уравнений:

Хп - в урI . . ■ ^ .

ХК1 = —'], _ д—— . .. ; СЗ)

- ■ : Хп.;,( .-/-0? -+,. 4 С -в) ' ;

...:., -М:'- " УРк = ." ■ ■■■■ , . : ■ С4) ■

где С = А2-Зг-(1-0); А = в + Б / г; В = х Уса, •

По разработанному алгоритму составлена программа расчетаЛ<ло-ка мембранного разделения с ..произвольным заданием распределения потоков между мембранными аппаратами. Программа реализована; на языке Т1КВ0 - Паскаль для ГШ!! ЕС - 1841. ^ г;

Проведено .ср|арненнег ..результатов, расчета, некоторых случаев мембранного газоразделения.по предлагаемой математической модели с опубликованными данными других авторов и показано, что при в < 0,6 - 0,7 результаты хорошо' совпадают.

Экспериментальная проверка модели, проведенная для случая разделения нефтяного газа на.рулонном элементе.; из мембраны МДК, показала, что средняя погрешность расчета мг риальных балансов компонентов не превышает 9'/.. ■["

На основе полученн IX экспериментальных данных; и математического моделирования , пропеден- зксергетический анализ, мембранного разделения.для разных.составов нефтяного газа и установлен экст-

ремальный характер эксергетическогс к.п.д. т, от безразмерных параметров х и г, позволяющий определить область значен::?! и г, соответствующую оптимальному разделению нефтяного газа на мембранах. При г > 8 отношение давления ка мембране практически, не влияет на эффективность разделения. Экстремальны:! характер о усиливается при повышении доли легкопроникающнх компонентов и сглаживается при увеличении содержания труднопроникающих компонентов.

Сравнение к.п.д. мембранного разделения с традиционными процессами разделения показало эффективность мембранного газоразделения при комплексном использовании выходящих из аппарата потоков

Пятая глаза посвящена разработке и анализу технологических схем подготовки нефтяного газа о применением мембранной технологии. Применительно к условиям Западной Сибири предложена комбинированная схема подготовки нзфтяного газа к нальнему транспорту С рис. 6) при высоких давлениях (7,5 - 8,0 МПа). Предварительное отбензиниванне нефтяного газа на мембранах позволяет получить ретант с давлением 7,5 МПа, который подается в магистральный газопровод, и пермеат с давлением 3,7 МПа, который подается для до-загрузки на действующие газоперерабатывающие заводы. Численные расчеты мембранного разделения проведены на основе газоразделительных характеристик мембраны Серагель.

Проанализировано влияние температуры предварительной сепарации исходного нефтяного газа с различным содержание'« тяжелых углеводородов и установлено, что з зависимости от вышеназванных параметров доля транспортабельного газа высокого давления может составлять 0,5 - 0,9 от исходного.

Показано, что снижение на половину в предлагаемой схеме количества газа, перерабатываемого традиционным методом низкотемпературной конденсации (НТК) приводит к общему снижению на 30'/. приведенных затрат комбинированной схемы по сравнению с базовой схемой НТК аналогичной производительности.Численными расчетами технологических схем установлено,что применение мембран для глубокого извлечения углеводородов Сз«высшие на уровне 95 - 97'/. не эффективно.

Другим примером применения мембранной технологи;: является мембранная подготовка из попутного нефтяного газа топливного газа для газсмотоксмпрессоров (ГМК), удовлетворяющего техническим условиям. Использование в работе ГШ вместо нефтяного газа тсплчвкого с содержанием тяжелых углеводородов Сз »высшие не более

Гл

46-

IV

Рю.О. Кклощшропшшая охома подготовка нчфтяного газа к транспорту с прпманоияом момбран

I - ссгтаратор; 2 - блок мембранного разделения;*3 - теплообменник; 4 - пропоновый чепарчтоль; 5 - колонна; С - ЛВО,

I - чехошшй газ; П - отбонзгшешшй газ высокого давлония; Ш ~ отбензчнзшшй газ срощшго цввлпняя; 1У - ШЛУ.

. I5

2,0 - 2,2 мол. V. позволит снизить в 2-3 раза выход детален ГМК из строя и увеличить на 30% межремонтный пробег.

Проведенные на примере компрессорной станции "Ьрагуны" расчеты показали, что при использовании мембран МДК с суммарно;': поверхностью ? = 54 м г удается получить из нефтяного газа 40-50>; топливного газа в количестве 666 м 3/ч. достаточного для работы двух компрессороз. Ожидаемый экономический эффект от внедрения мембранной технологии подготовки топливного газа составляет 16 тыс. руб. на один ГМК в ценах 1391 гсда.

ВЫВОДЫ.

1. Проведены экспериментальные исследования массспереноса индивидуальных углеводородов и разделения бинарных смесей типа метан-пропан, метан-пентан, а также нефтяного газа на мембранах МДК и Серагель в широком диапазоне давлении и состава смесей.

2. Установлены и проанализированы корреляционные зависимости проницаемости индивидуальных газов от их парциального давления, влияние на процесс разделения нефтяного газа его влажности, газодинамических факторов, состава и давления, проявляющихся в зависимости селективности мембраны от относительного парциального давления компонентов.

3. Испытаны на нефтяном газе рулонный элемент и плоскокамерный мембранный аппарат на основе мембраны МДК, а также ..оловолококный аппарат из Еолокна Гравитон. Исследовано влияние степени отбора пермеата и отношения давления на коэффициент извлечения целевых углеводородов Сз+высшие. Установлено, что аппараты из мембраны МДК могут использоваться для процесса подготовки топливного газа.

4. Разработан метод расчета мембранного разделения многокомпонентной газовой смеси применительно к разделении углеводородных смесей, основанный на предположении о постоянной концентрации компонента в канале высокого дгвлення, равной среднегеометрической концентрации компонента на входе и выходе из аппарата. Проведенная экспериментальная проверка модели при разделен;:/.* нефтяного газа на рулонном элементе показала хорошую сходимость результатов.

5. На основе эксергетического метода проведена сценка термодинамической эффективности мембранного разделения нефтяного газа и установлены оптимальные области значений технологических параметров.

6. Разработаны и исследованы комбинированная технологическая

схема подготовки нефтяного газа к транспорту и мембранная технология подготовки топливного газа для газомотокомпрессоров.

7. На основе проведенных исследований подготовлены технические проекта мембранного газосепаратора на давление до 12,0 МПа и опытно-промышленной установки для подготовки топливного газа.

Материалы диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Королев Л. 3., Кузубсв А. 0. , Фойгель P.A. Моделирование процесса мембранного разделения многокомпонентной газовой смеси // Подготовка и переработка нефтяных газов Западной Сибири и Прикаспийской впадина. - М.: ВНИИЗЭНГ. 1939. - с. 102-110.

2. Foiguel R. А. , Korcbko R.A. , Kuzubov А. 0. , Korolyov D. V. Use of raembranes in associated gas processing // Preprints of Intern. Sympozium on Membranes for gas and vapour separation, Suzdal, USSR, feb. 27 - mar. 5, 1983. p. 135.

3. Королев Д. В. . Куэубоз А.О. , ФоЯгель P.A. Сравнительный анализ феноменологических моделей мембранного газоразделення // Создание экологически чистых процессов и оборудования для подготовки транспорта и v. доработки нефтяного газа. - М.: ВНИИОЭИГ, 1930,- с. 43-40.

4. Климов В.Н.', Королев Д.В., Соколенко В.Ф. , Фойгель P.A. и др. Отбекзинивание нефтяного газа на полимерных мембранах. Теория и эксперимент.у/ Создание экологически чистых процессов и оборудования для подготовки, транспорта и переработки нефтяного газа. - М.: ВНЩОЭНГ. 1990. - с. 48-52.

•J. Дытнерсккй ¡0. И., Королев Д. В. , Сторожук И. II. , Тарасов А. В. . и др. Разделение нефтяного газа на мембране "Серагель". // Хим. лром. - 1991. - N 8. - с. 472-475.

6. Королев Д. В. , Кудинова 0. М. . Фойгель Р. А. Меморанная технология в процессах переработки нефтяного газа. // Тез. докл. Всесоюзной конференции по мембранным методам разделения смесей, г. Владимир, 1S91. - Черкассы.: НШГЭХИМ, 1991. - с. 183.

7. Дыт.черский Ю. И.. Королев Д. В.. ФоЯгель Р. А. Влияние состава нефтяного газа на газораэделительные свойства полимерных мемб-

Тез. докл. Всесоюзной конференции по мембранным методам разделения смесей, г. Владимир, 1931. - Черкассы.: -КИИТЭХИМ. 1S21. - с. 184.