автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Совершенствование технологии и оборудования процессов подготовки газа и абсорбента на установках сероочистки Астраханского ГПЗ

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1 Современное состояние процесса аминовой очистки углеводородных газов.

1.2. Вспенивание растворов амина и методы борьбы с потерями амина.

1.3. Конструкции и область применения капле- туманоуловителей.

1.4 Основные параметры, характеризующие работу газожидкостных сепараторов.

1.4.1 Эффективность улавливания.

1.4.2 Критические режимы работы сепараторов.

1.5. Выводы и постановка задачи.

2. Проведение исследований и разработка рекомендаций по снижению концентрации примесей в циркулирующем растворе амина.

2.1. Анализ влияния различных факторов на накопление примесей в замкнутых контурах циркуляции орошающего раствора.

2.2. Определение предельно-допустимых концентраций загрязнений в циркулирующем растворе амина.

2.2.1. Методы исследования и аппаратура.

2.2.2. Обсуждение экспериментальных результатов.

2.3. Технические предложения по совершенствованию технологии фильтрации и оборудования подготовки газа установки сероочистки Астраханского ГПЗ.

3. Проведение исследований и выбор рациональной конструкции входного сепаратора установок серочистки

3.1. Лабораторный стенд и методика проведения исследований.

3.2. Конструкции исследованных сепараторов и коагуляторов.

3.3. Методика проведения исследований.

3.4. Оценка ошибок эксперимента.

3.5. Результаты экспериментальных исследоваий.

4. Промышленные испытания входных сепараторов установок сероочистки.

4.1. Объект проведения исследований.

4.2. Устройства для проведения испытаний.

4.3. Методика проведения испытаний.

4.4. Результаты промышленных испытаний сепаратора.

5. Проведение исследований и выбор рациональной конструкции сепаратора для улавливания вспененного раствора амина.

5.1. Лабораторный стенд и методика проведения исследований пе-ногасителей.

5.2. Конструкции испытанных моделей пеногасителей.

5.3. Результаты экспериментальных исследований.

5.4. Метод расчета оптимальных режимов работы центробежных 129 сепараторов.

6. Промышленные испытания сепараторов для улавливания вспе- 133 ценного амина.

6.1. Объект и методика проведения исследований.

6.2. Результаты испытаний.

7. Выводы.

8. Литература.

Астраханское газоконденсатное месторождение (АГКМ), введено в эксплуатацию в январе 1987 г.

Газ АГКМ характеризуется высоким содержанием сероводорода (25,00%), углекислоты (14,00%), сероорганических соединений. Опыта очистки и переработки такого газа в нашей стране ранее не было. Примером служил газ Мубарекского, Оренбургского и Карачаганакского месторождений.

В зарубежной и отечественной практике для очистки газа от сероводорода и оксида углерода используется регенеративная технология с применением алканоламинов. Основными достоинствами этой технологии являются высокая и надежная степень очистки газа независимо от парциального давления сероводорода и углекислоты.

Однако использование аминовых растворов в сероочистке имеет свои недостатки, наиболее существенным из которых является интенсивное пе-нообразование абсорбента. Это приводит к перерасходу абсорбента в результате уноса его с очищенным газом, ухудшает степень очистки от кислых компонентов, снижает производительность установки.

Причина вспенивания - накопление примесей в системе. Примеси вносятся в систему из вне с очищенным газом (мехпримеси, углеводороды, пластовая вода, ингибиторы коррозии и т.д.) и изнутри за счет коррозии внутренних поверхностей оборудования, деструкции амина, химических превращений и т.д.

Проблема снижения концентрации в системе должна решатся комплексно:

-за счет повышения эффективности работы входных сепараторов -снижение попадания примесей извне;

- за счет интенсификации процесса вывода примесей из системы.

Кроме того, требуется решения и вопрос выноса раствора амина из абсорберов в период аварийных режимов работы установки. В данной работе

-проведено обобщение работы установок аминовой очистки газа, проведена оценка влияния различных факторов на накопление примесей в циркулирующем растворе установок;

-рассмотрены различные типы конструкций и область применения ка-пле-туманоловителей;

-на основании экспериментальных данных проведен выбор оптимальных технологических параметров и технических характеристик оборудования процесса тонкой очистки газа от твердых и жидких аэрозолей;

-разработана методика расчета эффективности работы сепараторов; -рассмотрены результаты промышленных испытаний опытных образцов;

-даны рекомендации по дальнейшему внедрению и эксплуатации реконструируемого оборудования.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, доктору технических наук Приходько В.П. за постоянное внимание и большую помощь в выполнении диссертационной работы, а также кандидатам наук Белинскому Б.И., Афанасьеву Ю.М. оказавшим помощь при выполнении экспериментальной части настоящей работы.

ВЫВОДЫ.

1. Проведены исследования и определены предельно-допустимые концентрации примесей в циркулирующем растворе системы сероочистки.

Установлено, что интенсивное вспенивание раствора амина происходит при концентрации мехпримесей С2 < 100 мг/л, в т.ч. сульфида железа Cf.-cS ^ 50 мг/л; углеводородов Суг > 500 мг/л; ингибитора коррозии С„„ >50 мг/л.

2. Выполнен теоретический анализ влияния различных факторов на накопление примесей в циркулирующем растворе амина.

Предложены уравнения для расчета и экспресс-анализа динамики изменения концентраций загрязнений в системах аминовой очистки газа, выбора оптимальных параметров работы оборудования.

На основании проведенных исследований разработаны технические предложения по совершенствованию технологии фильтрации и оборудования установок сероочистки Астраханского ГПЗ.

3. Разработаны методика и портативная установка для отбора проб аэрозолей и определения дисперсного состава фаз в потоке природного газа. Проведены исследования количественного и качественного состава аэрозолей на входе в установку сероочистки. Показано, что в период стабильной работы промысла (без выброса пробок) суммарная концентрация аэрозолей в природном газе на входе в установку сероочистки составляет Cs = 100

1 1 -т- 150 мг/нм ; в т.ч. нестабильного конденсата Сконд. = 100 -г 130 мг/нм ; механических примесей - Смсх пр. = 10 ч-25 мг/нм3, пластовой воды - Снго = 7 + 24 мг/нм3. Средний медианный размер частиц составляет при этом d50 = 1 -ь 2 мкм; среднее квадратичное отклонение lg 8 = 0,8.

Выброс пробок сопровождается резким увеличением концентраций примесей в поступающем на завод газе до значений С£ > 1000 мг/нм3, в т.ч. Сц20 + ск = 500 -г 600 мг/нм3, Смех.пр. = 400 -ь 500 мг/нм3. Средний медианный размер частиц составляет при этом d50 = 5 мкм; lg 8 = 0,5.

4. Разработана конструкция двухступенчатого сепаратора (коагулятор н- батарейный центробежный сепаратор) для эффективного улавливания тонкодисперсных аэрозолей на входе в установку сероочистки. Предложены физическая модель и методика расчета фракционной эффективности каждой ступени.

5. Изучен механизм улавливания вспененного раствора амина сепараторами различных конструкций. Показано, что эффективное улавливание пены возможно только при использовании специальных устройств, обеспечивающих циркуляцию части газового потока в контуре отвода газожидкостной смеси. Разработана оригинальная конструкция, предложены оптимальные геометрические параметры и метод расчета критических режимов работы пеноуловителя в условиях, отличающихся от стандартных.

6. Проведены промышленные испытания двухступенчатого сепаратора, смонтированного на входе в установку сероочистки Астраханского ГПЗ, и центробежного пеноуловителя, смонтированного в верхней части абсорбера.

Установлено, что концентрация мехпримесей на выходе из двухступенчатого сепаратора составляет 1,5 -г 20 мг/нм , жидких аэрозолей -25-4-80 мг/нм3, что в 4 - 5 раз ниже предельно-допустимых. Батарейный центробежный пеноуловитель обеспечивает эффективное улавливание вспененного амина во всем диапазоне расходов по обессеренному газу Q0 = 100 -ь 160 тыс. нм3/ч, не допуская его проскок на установки осушки газа. Концентрация фаз в очищенном газе при этом не превышает 100 -г- 125 мг/нм , в т.ч. амина С2 =

3 3

10 -т- 20 мг/нм ; механических примесей С3 = 5 ч- 15 мг/нм .

7.Опыт трехлетней эксплуатации реконструированного оборудования подтвердил его высокую эффективность и надежность работы, что позволило рекомендовать разработанные технические решения для реконструкции всего завода.

8. Внедрение предложенных технических решений позволило увеличить производительность установок сероочистки до проектной, сократить расходы химреагентов и увеличить срок службы цеолитов.

Экономический эффект от внедрения сепараторов на одной установке сероочистки за счет увеличения производительности по газа на 40% составил 5936,2 тыс.руб. в год.

1. Лебедюк Г.К., Вальдберг AiO., Громова М.П., Приходько В.П. Каплеуловители и их применение в газоочистке, - М: ЦИНТИХИМНЕФте-маш, 1974г., 63 с.

2. Приходько В.П., Сафонов В.Н., Лебедюк Г.К. Центробежные каплеуловители с лопастными завихрителями,- М: ЦИНТИХИМНЕФтемаш, 1979г., 50 с.

3. Сепарационное оборудование. Каталог ЦКБН, М: ЦИНТИХИМНЕФтемаш, 1991 г., 18 с.

4. Приходько В.П., Сафонов В.Н., Козловский Е.В., Холпанов Л.П., Аппараты с вихревыми контактными устройствами: конструкции, расчет, применение. М: ЦИНТИХМНЕФТЕМАШ, 1990г., 44 с.

5. Приходько В.П. Принципы расчета и конструирования прямоточных центробежных аппаратов со статическими завихрителями. Докторская диссертация, М: МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1979 г.

6. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю. Очистка газов мокрыми фильтрами. М., Химия, 1972, 247 с.

7. Ужов В.Н., Мягков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами. М., Химия, 1970.

8. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. М., Химия, 1967.

9. Градус Л.Я., ПоповЮ.А. Характеристика и способы обезвреживания выбросов участков механической обработки материалов на машиностроительных заводах. М.: Цинтихимнефтемаш, 1983г.

10. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. М.: Энергия, 1976г.1 1. Мынкин К.П. Сепарационные устройства паровых котлов, М.: Энергия. 1971г.

11. Газоочистное оборудованием Каталог. Аппараты мокрой очистки газов. М.: Цинтихимнефтемаш, 1987г.

12. Марголин Е.В., Приходько В.П. Совершенствование технологий мокрой газоочистки на алюминиевых заводах. М.: Цветинформация, 1977г.

13. Мягков Б.И. Волокнистые и сеточные брызготуманоуловители. М.: Цинтихимнефтемаш, 1983г.

14. Мягков Б.И., Мошкин А.А. Улавливание туманов кислот в различных отраслях промышленности. Обз. информация. М.: Цинтихимнефтемаш, 1984г. 18 с.

15. Косенков В.И., Аверичкин Б.А. Сепарационные устройства для разделения газожидкостных потоков. Обз. информация. М.: ' Цинтимнефтемаш, 1982г. 46 с.

16. Янковский С.С. Промышленное применение волокнистых и сетчатых фильтров. Обз. информация. М.: Цинтихимнефтемаш, 1988г.ЗЗ с.

17. Ершов А.И., Плехов И.М., Бериявич А.И. Новые конструкции сепараторов для очистки промышленных газов. Обзорная информация БНИИ научно-технической информации. М.: 1973г. 58 с.

18. Гусейнов Ч.С., Бекиров Т.М. Усовершенствования конструкций газовых сепараторов. Обзорная информация ВНИИгазпрома. М.: 1981г. вып. 6, 38 с.

19. Зайцев Н.Я., Тетера И.П. Опыт и перспективы применения центробежных аппаратов в промысловой и заводской обработке природного газа. Обз. информация ВНИИОЭНГА, М„ 1979, вып. 3, 52 с.

20. Гусейнов Ч.С., Кирчанов С.Н., Максимов А.И. Изыскание критериев подобия для исследования работы прямоточно- центробежных сепараторов. Труды Укр.НИИГАЗ, М., Недра, 1971г., вып.6,. стр. 155-162.

21. Кутателадзе С.С., Сорокин Ю.Л. О гидродинамической устойчивости некоторых газожидкостных систем. В сб. статей "Вопросы теплоотдачи и гидравлики двухфазных сред" М., 1961, с.315-323.i

22. Туровский А.П., Малютина Э.Д. О допустимых нагрузках "безобъемных " центробежных сепараторов. Хим. и нефтяное машиностроение. М., 1976г., № 3, с. 16-17.

23. Зиберт Г.К., Ибрагимов И.Э. Исследование массообменых прямо-точно-центробежных элементов. "Химическое и нефтяное машиностроение", 1996г. № 6, с. 2-8.

24. ЗибертОпыт конструирования и пути совершенствования контактно сепарационных элементов массообменных аппаратов. "Хим. и нефтяное машиностроение", 1995г., № 12, с.21-22.

25. Толетов В.А., Кащиский Ю.А. Создание нового технологического оборудования для обустройства месторождений полуострова Ямал "Хим. и нефт. машиностроения", 1995, № 12, с.3-6.

26. Гриценко А.И. Энергосберегающие технологии при добыче природного газа. М.: ВНИИГАЗ, с. 165-177.

27. Марков В.А., Перминов Е.В., Шитло В.А. Исследования устройства для отделения взвешенных частиц от газового потока. "Хим. и нефт. машиностроение". 1993г., № 1, с. 25-27.

28. Рекламный проспект фирмы "Ресо" (Perry Equipment corporation), США, 1998г.

29. Рекламный проспект фирмы "Porta Test","Cyclotube Separatons", Ви11 № 21,1991г.

30. Рекламный проспект фирмы "Монсанто Энвиро Хем.", США, 1972г.

31. Мягков Б.И. Волокнистые туманоуловители. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1973г., 57 с.

32. Кемпбел Джон М. Очистка и переработка природных газов. М.: Недра, 1977г., 350 с.

33. Bnrkholz A. Chem-Ingen Tech .1972r., 44, № 8, c. 503-509.

34. Гилязетдинов Л.П. Пенообразование и пеногашение в процессах газопереработки. -М.: ВНИИЭгазпром, 1984г., 48 с.

35. Богатых С.А. Циклонно-пенные аппараты. Л.: Машиностроение, 1997г,224с.

36. Поули С. Ричард. Лицом к фактам вспенивание аминов. /Chemical Engineering Progress. July 1991 ., p. 1-12.

37. Вальберг А.Ю. Автореферат докторской диссертации. М.МИНХ. 1988г.

38. Jaekson S.Calvert G. Entrained particle collection in parked beds |ASChE Sonrnal 1966 №6, p 1075-1078.

39. Ужов B.H., Вальберг А.Ю. Мягков Б.И. и др. Очистка промышленных газов от пыли. М., Химия , 1990г.

40. Kamei S. Oishi S.| Cbem.Enoq. Safau. 1954u/ Vol. 18 p.545.

41. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям, М-Л, Госэнергоиздат, 1960 г., 464 с.

42. Коузов П.А., Иофинов Г.А., Гобза Р.Н., Атласов А.Г. Испытания обеспыливающих вентиляционных установок, Л., 1971, 165 с.

43. Гордон Г.Н., Пейсахов И.Л., Контроль пылеулавливающих установок, М, Металлургия, 1973, 384 с.

44. Марголин Е.В., Буркет B.C., Клюшкин В.П., Черкесский М.Л. Разработка метода определения величины каплеуноса из аппаратов мокрой очистки газов алюминевого производства. Производство алюминия., Труды ВАМИ, М. Металлургия, 1970, 168-176 с.

45. Русанов А.А., Янковский С.С. Импакторы для определения дисперсности промышленных пылей, М:, ЦНИИТЭнефтехим, 1970, 51с.

46. Белянкин А.Б., Матукевич Т.П., Четверикова Е.С., Яковлев И.А. Физический практикум. Механика и молекулярная физика., М., Наука, 1967, 352 с.

47. Батувер JI.M., Позин И.Е. Математические модели в химической технологии, JL, Химия, 1971, 823 с.

48. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М., Изд Технико -теоретической литературы. 1953, 736 с.

49. Афанасьев А.И., Стрючков В.М. и др. Технология переработки сернистого природного газа. М., "Недра", 1993, 152 с.

50. Мак Х.И. Перевод установок аминовой очистки газов на растворители МДЭА. "Нефть, газ и нефтехимия за рубежом", № 6, 1993, 69-74 с.

51. Приходько В.П. Расчет системы мокрой очистки газов с учетом брызго-уноса и осветления промывной жидкости. "Химическая промышленность", № 10, 1972, 774-776 с.

52. Набоков С.В., Шкляр P.JI. Фильтрация на установках аминовой сероочистки. "Газовая промышленность", 1998 г., № 12, с.24-25.

53. Robert L., Brown Sr., Predicting contamination levels of upset conditions in amine sweetening systems. Report to the "American Institute of Chemical Engineers", Houston, Texas, March April, 1993, p.7.

54. Муравлев П.Г. Определение концентрации жидких и твердых загрязнений в потоке природного газа, поступающего в абсорбер 4У172С01. Отчет RF 1006 В1 научно лабораторной службы фирмы "PALL", М., 1997 г.

55. Техническое задание на реконструкцию абсорбера С01 установки первичной сепарации газа У171 Астраханского ГПЗ. М., 1997 г., 8 с.

56. Приходько В.П., Прохоров Е.М., Свиридов В.П., К вопросу выбора оптимальной конструкции сепаратора пены. Труды НТК Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов, г. Харьков, 1999 г., 187 -189 с.

57. Белинский Б.И., Прохоров Е.М., Приходько В.П. Исследование и анализ причин вспенивания водных растворов амина на установках сероочистки АГПЗ. Тезисы докладов международной конференции, 2-6 10. 2000 г., г. Астрахань, с. 77-78.

58. Приходько В.П., Прохоров Е.М., Экспресс оценка эффективности работы системы аминовой очистки газа. Там же, с. 79 80.

59. Кругляков П.М., Таубе. Исследование пеногасящей способности высших жирных спиртов//ЖПХ.-1971, 44, № 1.-е. 129-134.

60. Кругляков П.М., Таубе П.Р. Некоторые вопросы кинетики разрушения пен// Журнал прикладной химии.- 1965.- т.38, № 7.- с. 1514-1520.

61. Лицом к фактам вспенивания аминов / Richard Paulew// Chemical Engineeering progress/- yuly 1991. c. 2-12.

62. Энциклопедия газовой промышленности M. «ТВАНТ» 1994г. 884с. бб.Агаев Г.А., Настека В.И., Сеидов З.Д. Окислительные процессы очистки сернистых природных газов и углеводородных конденсатов.-М.: Недра, 1996.- 301 е.: ил.