Христиченко К.В.,
Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень
В статье рассмотрена сущность НТК, преимущества и недостатки, возможности повышения эффективности низкотемпературной конденсации.
В настоящее время все большую долю сырья в нефтехимической промышленности занимают природный и попутный нефтяной газы. В связи с этим разработка схем подготовки и переработки газа приобретает все большее значение и является важной и актуальной задачей развития всей отрасли. Решение данной задачи позволит приблизиться к качественно новому решению одной из актуальных проблем в нефтегазовом комплексе — утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ).
Утилизация ПНГ позволяет получать экономическую выгоду вследствие увеличения объема реализации дополнительной продукции: “чистых” компонентов либо в виде смеси жидких компонентов. Стоимость возрастающих объемов продаж жидких продуктов может быть значительно выше потерь дохода от продаж, обусловленных уменьшением теплоты сгорания газа.
На основе имеющегося российского и мирового опыта применяются следующие технологии для разделения газа и выделения из него ценных компонентов:
1) низкотемпературная абсорбция;
2) низкотемпературная сепарация;
3) низкотемпературная конденсация;
4) низкотемпературная ректификация.
Мы подробнее рассмотрим метод низкотемпературной конденсации (НТК).
Низкотемпературная конденсация (НТК) - процесс изобарного охлаждения природного газа, попутного нефтяного газа (ПНГ) сопровождающийся последовательной конденсацией отдельных компонентов газового конденсата или их фракций при определенном давлении.
Технология НТК подготовки газа включает в себя:
- входной буферный сепаратор - пробкоуловитель, осуществляющий первичную сепарацию газожидкостной смеси и улавливание жидкостных пробок;
- рекуперативный теплообменник «газ/газ» предназначенный для охлаждения входного газового потока потоком охлажденного газа;
- ввод ингибитора гидратообразования;
- установка внешнего холода - холодильный агрегат;
- узел низкотемпературной конденсации - рекуперативный теплообменник - испаритель;
- низкотемпературный сепаратор, предназначенный для отделения выделившейся влаги и конденсата от газового потока;
- ректификационная колонна (опционально);
- подогрев подготовленного газа в рекуперативном теплообменнике «газ/газ» перед подачей в трубопровод или магистраль.
Низкотемпературная конденсация широко распространена в схемах переработки нефтяных газов на НПЗ, попутных и природных газов, как правило, в тех случаях, когда масштабы переработки газа достаточно велики, либо когда требуется выделить значительные количества этана или получить из природного газа гелий.
НТК осуществляется по следующей схеме. Газ из скважины по шлейфу проходит через сепаратор 1-й ступени (для предварительного отделения жидкости, выделившейся в подъёмных трубах и шлейфе), затем поступает в газовый теплообменник, где охлаждается встречным потоком отсепарированного холодного газа. После теплообменника газ, проходя через штуцер (эжектор), редуцируется до давления максимальной конденсации (или близкого к нему), при этом, его температура снижается (за счет дроссель-эффекта).
B сепараторе вследствие изменения термодинамических условий и снижения скорости газового потока выпадают конденсат и влага, которые, накапливаясь в конденсатосборнике, периодически выпускаются в промысловый сборный коллектор-конденсатопровод и далее на узел стабилизации конденсата. C целью более рационального использования энергии пласта в схему вместо штуцера может быть включён Турбодетандерный агрегат (ТДА). При снижении давления газа до значения, при котором не представляется возможным обеспечить заданную температуру сепарации за счет энергии пласта, в схему включается источник искусственного холода - Холодильный агрегат. Технологический режим установки HTК определяется термодинамической характеристикой месторождения, составом газа и газового конденсата, a также требованиями, предъявляемыми к продукции нефтепромысла.
Для предупреждения образования гидратов в схемах HTК предусматривается ввод в газовый поток ингибитора гидратообразования.
Давление последней ступени сепарации определяется давлением в газопроводе, температура - из условия глубины выделения влаги и тяжёлых углеводородов. Технология НТК пригодна для любой климатической зоны, допускает наличие в газе не углеводородных компонентов, обеспечивает степень извлечения конденсата (C5+B) до 97%, a также температуру точки росы, при которой исключается выпадение влаги и тяжёлых углеводородов при транспортировании природного газа. Высокой четкости разделения углеводородных газов путем однократной конденсации и последующей сепарации добиться практически невозможно. Поэтому современные схемы НТК включают колонну деэтанизации или деметанизации.
Достоинством установки HTК являются низкие капитальные и эксплуатационные затраты (при наличии свободного перепада давления), недостатком - низкие степени извлечения конденсатообразующих компонентов из тощих газов, непрерывное снижение эффективности в процессе эксплуатации за счёт облегчения состава пластовой смеси, необходимость коренной реконструкции в период исчерпания дроссель-эффекта.
Для повышения эффективности HTК используют сорбцию в потоке (впрыск в поток газа стабильного конденсата или других углеводородных жидкостей) и противоточную абсорбцию отсепарированного газа. В процессе низкотемпературной конденсации сжатый газ охлаждается до низких температур специальными хладагентами (пропаном, аммиаком), в результате чего значительная часть газа конденсируется. Углеводородный конденсат, содержащий все углеводороды, входящие в состав исходного газа, отделяется в сепараторе и затем подается в ректификационную колонну - деэтанизатор.
Сверху колонны отводится метан и этан, а снизу - нестабильный газовый бензин.
Далее следует процесс низкотемпературной ректификации (НТР). Низкотемпературная ректификация отличается от процесса низкотемпературной конденсации тем, что процесс ректификации происходит при более низкой температуре. НТР по сравнению с НТК позволяет проводить разделение углеводородных смесей с получением более чистых индивидуальных углеводородов или узких фракций.
Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод. Нефтегазовая сфера нуждается в разработке и модернизации схем подготовки и переработки газа, для экономически выгодной утилизации попутного нефтяного газа.
Список использованных источников
1. Николаев, В.В. Основные процессы физической и физико-химической переработки газа / Бусыгин И.Г., Бусыгина Н.В., Николаев В.В. – Текст: непосредственный // Недра, Москва, 1998 г. – С. 133.
2. Атабегова, Е.А., Волокитин, Л.Б., Гаранов, С.А., Глухов, С.Д. ОБЗОР МЕТОДОВ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПОПУТНЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ / Атабегова, Е.А., Волокитин, Л.Б., Гаранов, С.А., Глухов, С.Д. – Текст: непосредственный // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2010 г. – С. 1-6.
3. Низкотемпературная конденсация и ректификация (НТК) – URL: https://neftegaz.ru/tech-library/neftekhimiya/141778-nizkotemperaturnaya-kondensatsiya-i-rektifikatsiya-ntk/ (дата обращения 24.12.2021). – Текст: электронный.
Научный руководитель: Таранова Л.В., кандидат технических наук, доцент.
