автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Совершенствование технологии пеногашения на установках аминовой сероочистки углеводородных газов

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Современное состояние процесса аминовой очистки углеводородных газов.

1.2. Физико - химические основы пенообразования и пено-гашения аминовых растворов.

1.3. Антивспениватели и их краткая характеристика.

1.4. Выводы по обзору и постановка задачи исследования

Глава 2. Методы проведения исследований.

2.1. Обследование промышленных установок.

2.2. Лабораторные исследования процесса аминовой очистки.

2.2.1. Описание лабораторных установок.

2.3. Методики проведения анализа сырья и продуктов эксперимента и обработка их результатов.

2.4. Статистические методы обработки результатов.

Глава 3. Обобщение показателей работы промышленных установок сероочистки.

3.1. Особенности технологических схем процесса сероочистки углеводородного газа на Астраханском ГПЗ.

3.2. Обобщенные показатели работы установок.

3.3. Антивспениватели.

3.4. Выводы по разделу.

Глава 4. Экспериментальное изучение процесса пеногашения на установках сероочистки углеводородных газов.

4.1. Влияние различных веществ на вспенивание аминового раствора.

4.1.1. Влияние механических примесей.

4.1.2. Влияние ингибиторов коррозии.

4.1.3. Влияние жидких углеводородов.

4.1.4. Пенообразующая способность исходных абсорбентов.

4.2. Изучение пеногасящих способностей различных анти-вспенивателей.

4.2.1. Результаты лабораторных исследований влияния различных антивспенивателей на пеногашение раствора амина.

4.3. Исследование влияния постоянного магнитного поля на интенсификацию очистки абсорбента от механических примесей.

4.4. Выводы по разделу.

Глава 5. Разработка усовершенствованной промышленной технологии процесса пеногашения на установках сероочистки углеводородных газов.

5.1. Промышленное испытание отечественных антивспенивателей на установках сероочистки Астраханского ГПЗ.

5.1.1. Промышленное испытание антивспенивателя

КПГ-200 АВ.

5.1.2. Промышленное испытание пеногасителя КПГ

5.2. Технологическая схема с пониженным пенообразованием.

5.3. Технико-экономические показатели процесса.

5.4. Выводы по разделу.

В последние годы открыты и освоены новые газовые и газоконденсатные месторождения. К ним относится и Астраханское газоконденсатное месторождение (АГКМ), введенное в эксплуатацию в январе 1987 г.

Газ Астраханского месторождения характеризуется высоким содержанием сероводорода (26,00 %), углекислоты (12,60%), сероорганических соединений и представляет собой ценность не только как энергоноситель, но и сырье для химического синтеза и получения элементарной серы высокой чистоты. Опыта очистки и переработки такого газа в нашей стране ранее не было. Примером служил газ Оренбургского и Карачаганакского месторождений с содержанием сероводорода - 1,84 % и 3,62%, углекислоты -0,69% и 5,00% соответственно.

Сероводород и другие сернистые соединения должны быть удалены из газа, так как являются сильнодействующими ядами и опасны для здоровья человека. Ограничение выбросов в атмосферу двуокиси серы при использовании газа в качестве топлива также требует очистки его от сернистых соединений.

Более 30 лет 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, низкая вязкость водных поглотительных растворов, низкая абсорбция углеводородов, что гарантирует высокое качество кислых газов, являющихся сырьем для производства серы.

Качественный и количественный состав сернистых соединений (компонентов) природного газа имеет принципиально важное значение для выбора технологии очистки газа. Первые исследования пластового газа Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) были проведены ВНИИГАЗом совместно с СевКАВНИИгазом и ВПО "Оренбурггазпром" в 1979-1980 г.г. Анализ этих данных показал, что астраханский газ содержит помимо сероводорода и углекислоты меркаптаны, сероокись углерода и др. При этом особое значение имеет высокое содержание сероокиси углерода, так как оно существенно влияет на технологию очистки.

На Астраханском газоперерабатывающем заводе впервые применена новая технология сероочистки французской фирмы "ELF" -так называемая. "СНПА". Она характеризуется высокой степенью насыщения амина кислыми газами (0,8 моль/моль), высокой температурой насыщенного амина (до 94°С), двухступенчатой регенерацией амина.

Однако, использование аминовых растворов в сероочистке имеет свои недостатки. Существенным недостатком является интенсивное пенообразова-ние абсорбента. Это приводит к перерасходу абсорбента в результате уноса его с очищенным газом, ухудшает степень очистки от кислых компонентов, снижает производительность установки.

Вспенивание амина - это комплексная проблема, вызываемая присутствием в аминовом растворе поверхностно-активных веществ (ПАВ) различного происхождения, поэтому борьба с ним является актуальной задачей совершенствования процесса сероочистки природного газа.

В диссертации проведено обобщение технологических показателей работы установок очистки природного газа, эксплуатируемых в РФ и странах СНГ, выявлены узкие места в технологии очистки аминовых растворов, изучено влияние на вспенивание механических примесей различного происхождения. Изучены пеногасящие способности различных антивспенивателей как импортного, так и отечественного производства.

На основании проведенных исследований с целью устранения вспенивания абсорбента на установках сероочистки Астраханского газоперерабатывающего завода разработана, исследована и внедрена новая технология пено-гашения с применением отечественного антивспенивателя. Годовой экономический эффект от ее внедрения составил 6298,95 тыс. руб.

Получены основные закономерности влияния магнитного поля на коагуляцию частиц механических примесей, находящихся в аминовом растворе и их осаждения на механическом фильтре. На основе полученных закономерностей разработана и исследована технология фильтрации регенерированного амина, которая значительно повысит технико-экономические показатели процесса.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, доктору технических наук Тараканову Г.В. за постоянное внимание и большую помощь в выполнении диссертационной работы, а также кандидатам наук Пивоваровой H.A., Велес Парра Р., Лыковой Л.Ф., оказавшим помощь при выполнении экспериментальной части настоящей работы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Получены основные закономерности влияния различных веществ на процесс вспенивания аминового раствора на установках сероочистки природных газов и проведена экспериментальная оценка влияния качества исходного абсорбента на его вспенивание в технологических условиях. Показано, что к наибольшему вспениванию абсорбента приводят механические примеси, в частности, продукты коррозии. Количество механических примесей в регенерированном абсорбенте превышает предельно-допустимую концентрацию. Их концентрация в растворе составляет до 1120 мг/л. Жидкие углеводороды, накапливающиеся во входном сепараторе, представляют собой углеводородную фракцию с температурой кипения не более 256°С. Их присутствие даже в незначительных концентрациях (0,05 % об.) приводит к резкому вспениванию амина. Продукты деструкции амина, количество которых в условиях Астраханского ГПЗ составляет от 10 до 15 % мае., являются источником вспенивания абсорбента.

2. Изучены пеногасящие способности различных антивспенивателей, ингибиторов коррозии как отечественного, так импортного производства и выявлено, что самым эффективным отечественным реагентом на основе полиме-тилсилоксана является антивспениватель КПГ-200 АВ, который используется для предотвращения пенообразования в аминовых системах. Для гашения образовавшейся пены предпочтительно применять модификацию названного антивспенивателя - пеногаситель КПГ200.

3. По положительным результатам лабораторных экспериментов на Астраханском ГПЗ были проведены опытно-промышленные испытания отечественного антивспенивателя КПГ-200 АВ и пеногасителя КПГ200. Впервые предложена и внедрена новая технология пеногашения на установках сероочистки Астраханского ГПЗ с комплексным применением антивспенивателя КПГ-200 АВ и пеногасителя КПГ200. За счет внедрения новой технологии пеногашения норма расхода антивспенивателя сокращена в 3,5 раза по сравнению с проектной, тем самым уменьшив его расход на 72%. Годовой экономический эффект от внедрения антивспенивателя КПГ-200 АВ (за счет уменьшения удельной нормы расхода реагента) составил 6298,95 тыс. руб.

4. Разработана и научно обоснована технология интенсификации очистки аминового раствора от механических примесей с помощью постоянного магнитного поля. Определены основные параметры магнитной обработки аминового раствора: скорость движения потока в магнитном поле \У= 1-1,5 м/с; магнитная индукция В = 0,20-0,225 Тл; количество пересечений потоком магнитного поля N=3.

5. Разработана и предложена для внедрения на Астраханском ГПЗ усовершенствованная схема очистки аминового раствора от механических примесей. Предложенная схема очистки отличается от существующей наличием блока магнитной обработки регенерированного абсорбента. Применение предложенной схемы очистки аминового раствора позволит более чем в 2 раза уменьшить содержание механических примесей в абсорбенте, прошедшем механическую фильтрацию.

6. Разработана и внедрена "Методика анализа расхода абсорбента на установках сероочистки " которая позволяет проводить анализ и контроль потерь амина за различный промежуток времени.

1. Агаев Г.А. Борьба с пенообразованием в процессе аминовой очистки природного газа.-М.: ВНИИЭгазпром, 1979.-33 е.- (Обз.ин-форм. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата, вып.З).

2. Агаев Г.А., Настека В.И., Сеидов З.Д. Окислительные процессы очистки сернистых природных газов и углеводородных конденсатов.-М.: Недра, 1996.-301 е.: ил.

3. Агаев Г.А.Табатабаи А.И., Касимова P.M. Исследование в области подбора эффективных пеногасителей для аминовых процессов очистки природного газа./Науч. тр. ВНИПИгаза: Вопросы подготовки и переработки природного газа. М.: ВНИИЭгазпром, 1976.-38 с.

4. Адамсон А. Физическая химия поверхностей.- М.:Мир,1979.-260с.

5. Айвазов Б.В. Практическое Руководство по хроматографии. Высш. Школа.- М.: Мир, 1987.-260с.: ил.

6. Алцыбкева А.И., Левин С.З.: Под ред. проф. Антропова Л.И. Ингибиторы коррозии металлов (справочник).-М.: Химия, 1968.- 264с.

7. Анализ состояния оборудования на установках очистки газа /Корнеев А.Е. (ГНЦРФ ЦНИИТмаш), Изотов В.И. (ЦНИИчермет), До-лотова Т.С., Антонов Г.В. (ВНИИГАЗ), Коновалов В.Н. (РАО "Газпрому/Газовая промышленность.-1998.- №3 .- с. 35-36.

8. Л.Б. Склярская и др. (СССР). № 2669456/23-26; Заяв. 14.05.78; Опубл.2309.80, Бюл. № 35.

9. А.С. 856088 СССР, МПК6В01Д53/14. Способ очистки газов от сероводорода / ВНИИ углеводородного сырья, ВНИИ по переработке природного газа.- № 2914779/26;. Заяв. 23.04.80 0публ.27.01.96 БИ № 3 (II).

10. А.С. 1089799 СССР, МПК6В01 Д 53/14. Способ очистки газов от сероводорода/ВНИИ углеводородного сырья.- Заяв.08.04.82; Опубл.27.01.96 БИ № 3 (II).

11. А.с.№ 1341808 СССР, МПК6В01 Д 53/14. Способ очистки газов от сероводорода/ ВНИИ углеводородного сырья.- № 4023400/26; Заяв. 18.02.86; 0публ.27.01.96, БИ № 3 (II).

12. А.С. 1353462 СССР, МКИ В 01 D 19/04. Способ гашения пе-ны/Ю.Е.Брыляков и С.И.Горловский (СССР).- № 3939217/31-26; Заяв. 30.07.85; Опубл. 23.11.87, Бюл. № 43.

13. A.c. 1775125 СССР, МКИ В Ol D 19/04. Пеногаситель / Л.П. Гилязет-динов, В.А. Матишев, A.A. Биенко ( СССР).- № 484600/ 25; Заяв. 17.04.90; Опубл. 15.11.92, Бюл. № 42.

14. A.c. 2046092 РФ, МПК6 С01В 17/04 В01 Д 53/14. Абсорбент для очистки газа от сероводорода/ ВНИИприродных газов.- № 5029151/26; Заяв. 29.12.91; 0публ.20.10.95, БИ№ 29.

15. Астахов В.А. Опытно-промышленные и промышленные испытания комплесного ингибитора " ИФХАНГАЗ 1" на установках сероочистки Мубарекского ГПЗ/ Реф. сб. Коррозия и защита газоперерабатывающего оборудования - М.: ВНИИЭГАЗПРОМ, 1977, №9.- с. 14-22.

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

17. Ахназаров С.Д., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химической технологии: Учеб. пособие для химико технологических вузов. -М.: Высшая школа, 1978.-319 с.

18. Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата." М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1999.- 596 е.: ил.

19. Бояринов А.И., Кафаров B.B. Методы оптимизации в химической технологии. Изд.2-е.- М.: Химия, 1975. (Серия "Химическая кибернетика).- 576 е.: ил.

20. Брегман Дж. Ингибиторы кррозии.- M.-JL: Химия, 1966.-309 с.

21. Бутвел К.Ф., Кабик Д.Д., Зигмунд П.У. Очистка синтез-газа алканола-минами // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом.- 1982.-№ 3.

22. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2ч. 4.2. Физико химические методы анализа: Учеб. для химико-технол. спец. вузов.- М.: Высш. Шк., 1989.-384 е.: ил.

23. Воюцкий Г.А. Курс коллоидной химии.-М.: изд. "Химия", 1964. 574 с.

24. Гилязетдинов Л.П. Пенообразование и пеногашение в процессах газопереработки.- М.: ВНИИЭгазпром, 1984.- 48 с.-(обз. инф. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата, вып. 5).

25. Гусейнадзе М.А., Калинина Э.В., Добкина М.Б. Методы математической статистики в нефтяной и газовой промышленности.- М.: Недра, 1979.- 340 с.

26. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд.2-е. В 2-х кн. Часть 1. Масобменные процессы и аппараты.- М.: 1995.- 368 с.

27. Добавление щелочи не решает проблему, вызываемую термостойкими солями в аминовых растворах / Мекум Ш.М., Витч Ф.С. и Каммингс А.Л., MPR Services Inc., Дикинсон, шт. Техас // Нефтегазовые техно-логии.-l 998.- № 2. с. 64-66.

28. Ермаченко Л. А. Атомно-абсорбционный анализ в санитарно-гигиенических исследованиях. Методическое пособие под редакцией к.м.н. Подуновой М.Г.-Чебоксары.Типографическое издательство "Чувашия", 1976.- 207 с.

29. V 38.Казенин Д.А., Вязьмин A.B., Полянин А.Д. Пены как специфическиегазо-жидкостные технологические среды// Теоретические основы химической технологии.- 2000, том 34, № 3.- с. 237-254

30. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической техноло-гии.-М.: "Химия", 1971.- 784 с.

31. Кемпбелл Д.М. Очистка и переработка природных газов. М.: Недра, 1977.-с. 268-279.

32. Классен В.И. Омагничивание водных систем.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Химия, 1982.-296 е.: ил.

33. Классен В.И., Зиновьев Ю.З. Коллоидн. Ж., 1967, т. 29, № 5.- с. 758759.

34. Колесникова Л.П. Газовая хроматография в исследованиях природных газов, нефтей и конденсатов.-М.: Недра, 1972.-136 с.

35. Контроль состава и качества природного газа / В.М. Плотников, В.А. Подрешетников, В.В. Радкевич, Л.Н. Тетеревятников.- Л.: Недра, 1983.-192 с.

36. Кругляков П.М., Ескерова Д.Р. Пена и пенные пленки.- М.:Химия, 1990,- 426 с.

37. Кругляков П.М., Таубе. Исследование пеногасящей способности высших жирных спиртов// ЖПХ.-1971, 44, № 1.-е. 129-134.i 47.Кругляков П.М., Таубе П.Р. Некоторые вопросы кинетики разрушения пен// Журнал прикладной химии.- 1965.- т.38, № 7.- с. 1514-1520.

38. Лицом к фактам вспенивания аминов / Richard Paulew// Chemical Engi-neeering progress/- yuly 1991. с. 2-12.

39. Львов Б.В. Атомно-абсорбционный спектральный анализ.-М.: Наука, 1966,- 392 с.

40. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа: Учебное пособие для вузов- М.: Химия, 1999.- 568 е.: ил.

41. Мак-Нейр Г., Бонелли Э. Введение в газовую хроматографию- М.: Мир, 1970.- 278 е.: ил.

42. Мартынова О.И., Гусев Б.Т., Леонтьев Е.А. Успехи физических наук, 1969.- т. 98, вып. 1.- с. 195-199.

43. Материалы II Грузинской республиканской конференции молодых химиков. Тбилиси Кутаиси, 1978.- 280 с.

44. Мурин В.И., Кисленко H.H./ Перспективы переработки природных газов// Повышение эффективности процессов переработки газов и газового конденсата. Сб. научн. тр. М.:ВНИИгаз,-1995.-с.З-6.

45. Опыт применения ингибитора коррозии КРЦ-ЗГ на нефтепромыслах Белоруси /Л.И. Моисеева, Н.В. Комарницкий // Химическое и нефтегазовое машиностроение.-1997.- № 6.- с. 64-66.

46. Опытно- промышленные испытания комплексного ингибитора "ИФ-ХАНГАЗ-Г' на установках сероочистки Мубарекского ГПЗ/ В.А. Ас-тахов//Подготовка и переработка газа и газового конденсата: Реф.сб.-ВНИИЭгазпром, 1977,- №9.- с. 14-22.

47. Оценка эффективности применяемых на нефтегазопромыслах ингибиторов коррозии /Л.С. Моисеева, В.Е. Юпашевский и др. //Химическое и нефтегазовое машиностроение.-1998.-№9-с.48-50.

48. Очистка газа от сернистых соединений с использованием различных абсорбентов (раздел П)/Энергосберегающие технологии при переработке газа и газового конденсата. Аналитич. альбом. Под ред. А.И. Гриценко. М.: ВНИИгаз, 1996. - с. 27-49.

49. Очистка газов от сернистых соединений при эксплуатации газовых месторождений / А.И.Гриценко, И.А.Галанин,. В.И. Зиновьева, , Му-рин.-М.: Недра, 1985. -с.100-111.

50. Очистка технологических газов. Под ред. Т.А.Семеновой, И.Л. Лейте-са. М.: Химия, 1977. - 488 с.

51. Правильная эксплуатация аминовых установок / Донн Бал-лард// Перевод с английского № 2380: М.: 1997.- 29 с.

52. Применение поверхностно-активных веществ в нефтяной промышленности (Труды Второго Всероссийского совещания по применению ПАВ в нефтяной промышленности). Под общ. Ред.ак. П.А. Ребиндера, д.т.н. профессора Г.А. Бабаляна.- М.: Химия, 1968.- 283 с.

53. Рентгено-флуоресцентный анализ. Применение в заводских лабораториях. Под. Ред. X. Эрхарда. Пер. Г.М. Мурашко.-М.: Издательство Металлургия, 1985.-255 с.

54. Рихтер Дж. Windows для профессионалов: Програмирование для Windows 95 и Windows NTL на базе Win 32 API /Пер. с англ.-М.: Издательский отдел "Русская редакция" ТООО "Channtl Trading Ltd.", 1997.-712 е.: ил.

55. Рыбак Б.М. Анализ нефти и нефтепродуктов.- М.: Гостоптехиздат, 1962.- 887 с.

56. Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушениям.: Химия, 1975 (1-е изд.).-264 е.; 1983 (2-е изд.).-264 с.

57. Химия нефти и газа: Учебное пособие для вузов / А.И. Богомолов, А.А. Гайле, В.В. Громова и др./Под ред. В.А. Проскурякова, А.Е. Драбкина 2-е изд., перераб.- М.: Химия, 1989 - 424 с.

58. Шароварников А.Ф., Цап В.Н., Корольченко А .Я. Исследование структурной устойчивости пен. Коллоидный ж.- 1981, 43, № 4,- с. 808-812.

59. Шароварников А.Ф., Цап В.Н., Корольченко А.Я. Распределение жидкости в каналах пен.- Коллоидный ж.- 1983, 45, № 1.- с. 120-126.

60. Шкляр P.jl, Хейнман Б.И. Интенсификация гидродёнамического режима при абсорбции газов водными растворами этаноламинов.- Газовая промышленность.- 1972.- № 10.- с.39-42.

61. Blanc C.,Elque J. And Lallemand F. MDEA Processing, Vol. 60,No.8,Aug. 1981 ,p .111.

62. Sigmund P.W., et. Al. HS process removes H2S selectively. Hydrocarbon Processing, May 1981, p. 118-124.79.0uwerkerk C. Design forSelective H2S Abcorption Hydrocarbon Processing, Vol.57, no 4, April 1978, p.89.

63. Oil and Gas J., Aug. 17, 1981, p.91-99.

64. J. Chem. a. Eng. Sci,1983, v. 38, N 9, p. 1411

65. J. Chem. a. Eng. Data,1988, v. 43, N 3, p. 33

66. Kohl A.L., Riesenfeld F.C. Gas Purification, 4th Ed. -Houston: Gulf Publishing. -1985. 427 p.

67. Manegold E. Scaum. Heidelberg: Strassenban, Chemic and Technic,1953.

68. Thompson D'Arcy W. On Growht and Form. Cambridge: Univ. Press, 1961.