Природні гази та індивідуальні вуглеводні
План
Введення
1. Загальна характеристика вуглеводневих газів
2. Сепарація газу (низькотемпературна сепарація)
Література
Введення
Зростання видобутку газу, особливо на газоконденсатних родовищах, викликає розвиток переробки газових конденсатів, кількість яких вже велика і продовжує зростати з кожним днем.
Збільшення видобутку природного газу принципово змінить паливний баланс країни і поліпшить економічні показники розвитку економіки. В даний час удосконалюються технології переробки природних газів.
1. Загальна характеристика вуглеводневих газів
Вуглеводневі гази діляться на природні (природні) і штучні. До природних відносяться так звані "сухі" природні гази, попутні нафтові гази і конденсатних родовищ.
До природних (попутним) газам можуть бути віднесені також гази стабілізації нафти. Природні гази, їх компоненти або окремі фракції використовуються як паливо і хімічної сировини.
Будь-які суміші вуглеводневих газів можуть бути спалені в газопальникових пристроях топок, печей і технологічних агрегатів, в циліндрах і камерах згоряння поршневих і турбінних двигунів внутрішнього згоряння.
Однак перед спалюванням природні (і штучні) вуглеводневі гази практично завжди піддають поділу для:
а) виділення деяких найбільш цінних компонентів;
б) видалення шкідливих або баластних компонентів, що ускладнюють транспортування газів або погіршують процес згоряння;
в) забезпечення оптимального транспортування двох основних груп компонентів природних газів: важких вуглеводнів у рідкому і легких у газоподібному видах.
"Сухі" природні гази майже цілком складаються з метану і містять невеликі кількості вуглеводнів С 2-С 4, азоту, вуглекислоти і сірководню. У місці видобутку вони завжди насичені вологою.
Сірководень може викликати корозію магістрального газопроводу при транспортуванні газу, а продукти згоряння сірководню - корозію технологічного обладнання, в якому спалюється газ.
Гази, що містять H 2 S, не допускаються до використання в побутових приладах, так як продукти згоряння їх шкідливі для людського організму.
Волога з граничними вуглеводнями до С 4 при певних (звичайних для магістральних газопроводів) значеннях концентрацій, температур і тисків утворює комплексні сполуки - гідрати вуглеводнів виду С n Н 2 n +2 т Н 2 О.
Гідрати, є твердими ледообразнимі тілами, іноді повністю заповнюють прохідні перерізу трубопроводів.
Для транспортування газу небажана присутність великих концентрацій баластних домішок - азоту і вуглекислоти.
Тому "сухі" (метаністие) природні гази на головних спорудах магістральних газопроводів піддаються попередньому поділу - осушенні, очищення від сірководню і вуглекислоти, а іноді і від азоту.
Гази газоконденсатних родовищ в умовах пласта (тиск 100-500 am, температура 30-80 ° С) містять іноді значні кількості вуглеводнів С 5-С 10.
При виході газу на поверхню землі і зниження тиску до звичайних у магістральних газопроводах значень (50-60 am) має місце зниження температури за рахунок е. ФФ єкта Джоуля-Томпсона на 30-50 ° С, при цьому в результаті так званої "ретроградної конденсації" відбувається виділення з газової фази важких компонентів За 5-С 10.
В умовах відносно високого тиску і низьких температур у цих важких компонентах розчиняються легкі вуглеводні C 1-С 4.
Утворюється при цьому рідина (конденсат), що містить усю гаму вуглеводнів C 1 - З 10 і багата важкими компонентами, іноді заливає цілі ділянки магістрального газопроводу, заважаючи його нормальної експлуатації.
Поділ газів газоконденсатних родовищ з метою видалення важких компонентів (одночасно видаляється волога) називається сепарацією.
Попутні нафтові гази виділяються з нафти при тисках 1-6 am (а іноді і під вакуумом). Для транспортування на далекі відстані їх доводиться стискати до тисків 50-60 ат.
При ізотермічному стисненні таких газів з них виділяються у вигляді конденсату компоненти З 3-С 8. Виділення цих компонентів необхідно з таких міркувань:
1) вуглеводні C 3 - З 8 можуть бути використані після нескладної переробки як моторне паливо;
вуглеводні С 3-С 4 ("зріджені вуглеводневі гази") широко використовуються як хімічна сировина і для газопостачання пунктів, віддалених від ліній газопроводів;
для забезпечення можливості транспортування по магістральних газопроводах вуглеводнів З 1-С 2 необхідно значно зменшити концентрацію вуглеводнів З 3-С 4 і практично повністю видалити вуглеводні З 5-С 8.
Витяг з попутних газів вуглеводнів З 3-С 8 і поділ їх на фракції (або індивідуальні компоненти) проводиться на газобензиновий заводах (ГБЗ). Іноді попутні нафтові гази (при роботі свердловин під вакуумом) містять значні кількості повітря.
У цьому випадку виявляється доцільним виділення з газу його баластних компонентів, особливо якщо газ призначається для транспортування по магістральних газопроводах.
Як видно з викладеного, для використання природних і штучних газів в якості палива (з транспортуванням їх по магістральних газопроводах) в більшості випадків необхідно їх попередньо розділяти.
Поділ, що має на меті видалення компонентів, концентрації яких у вихідному газі невеликі, називається очищенням, а по відношенню до води - осушенням.
Показники, яким повинні задовольняти гази, що перевозяться по магістральних газопроводах, представлені в табл.1.
Використання вуглеводневих газів як хімічної сировини в більшості випадків вимагає виділення з сумішей не фракцій, а індивідуальних вуглеводнів іноді дуже високого ступеня чистоти.
Це пояснюється тим, що керувати хімічними реакціями впливом температур, тисків і часів контакту легше, якщо в якості сировини використовувати тільки одне вихідна речовина достатньою мірою чистоти.
Найбільш часто як хімічна сировина використовуються наступні компоненти природних газів: метан, етан, пропан і н-бутан; парафіни: ізобутан і ізопентан; вуглеводні З 9-З 12 з конденсатів, сірководень і гелій.
Метан є вихідною сировиною у виробництві хлор - і фтор-похідних, що використовуються для одержання багатьох полімерних матеріалів. Етан є одним з кращих видів сировини для виробництва етилену, а також використовується у виробництві хлорпохідних.
Застосування етану або його сумішей з метаном перспективно у виробництві ацетилену. Пропан широко використовується для отримання етилену, етилену і пропилену, етилену і ацетилену методом піролізу. Н-Бутан є вихідною сировиною для виробництва бутадієну і бутилену.
Ізобутан застосовується у виробництві ізобутилену і для хлорування, сульфування та ін; изобутилен полімеризується в синтетичний каучук - поліізобутилен, а також використовується разом з ізобутанів у виробництві изооктана - високооктанової добавки до моторних палив.
Ізопентан служить добавкою до авіабензину, так як він є високооктановим паливом з високими пусковими характеристиками.
Крім того, ізопентан використовується у виробництві ізопрену - сировини для отримання полиизопреновой каучуку, амілові спиртів, хлор - і сульфопроізводних. Всі парафіни изостроения легко алкілюється. Конденсат газоконденсатних родовищ містять фракції з температурами кипіння до 300 ° С. Фракції до 200 ° С використовуються як розчинники і моторне паливо, а фракції 200 - 300 ° С можуть бути використані у виробництві миючих засобів сульфохлорірованіем.
Таблиця 1.
Показники, яким повинні задовольняти гази, що перевозяться по магістральних трубопроводах
Загальноприйнятої схеми поділу вуглеводневих газів немає і не може бути.
У кожному індивідуальному випадку в залежності від складу вихідного газу, ступеня вилучення і чистоти цільових компонентів, продуктивності установки і багатьох інших факторів на підставі техніко-економічного аналізу може бути обрана оптимальна схема поділу.
Окремі процеси в установках поділу вуглеводневих газів, а також окремі апарати цих установок розраховують методами послідовного наближення. Такі розрахунки можуть бути зроблені тільки на обчислювальних машинах. [1, с.10]
2. Сепарація газу (низькотемпературна сепарація)
При видобутку нафти і газу разом з цими продуктами на денну поверхню виймається ціла гама вуглеводнів. Серед останніх є легко міняють свій фазовий стан. До таких вуглеводнів метанового ряду можна віднести вуглеводні від С 3 до С 6.
Ця група вуглеводнів при порівняно невеликих змінах тисків і температур легко переходить з рідкого стану в газоподібний і навпаки.
Нестабільність зазначених вище вуглеводнів викликає в роботі промислів і газопроводів серйозні ускладнення, так як в трубопроводах вони можуть сконденсуватися і утворити пробки.
Ці вуглеводні, випаровуючись у сховищах, несуть із собою і більш важкі фракції, викликаючи втрати і загазовивая територію. Між тим вуглеводні від С 3 до С 5 (та їх ізомери) представляють для нафтохімічної промисловості особливу цінність.
Як відомо, на нафтових і газових промислах нафту від газу і природний газ від конденсату відокремлюють у сепараторах (трапах).
Сепарація газу і рідини - найважливіша промислова операція. По суті вона є першою стадією підготовки газу до транспортування.
Сепаратор повинен включати такі секції та обладнання:
головну сепараційні секцію для видалення крапель рідини з газу, висота якої повинна бути достатня для осадження дрібних крапель рідини під дією сили тяжіння;
ємність для рідини, призначену для уловлювання великих порцій рідини, іноді надходить з газопроводів;
пристосування для зменшення турбулентності потоку в самому апараті для кращого осідання крапель рідини; коагулятор для уловлювання з газу найдрібніших крапель, які занадто малі і не осідають під дією сили тяжіння;
засоби контролю тиску і рівня рідини.
Всі сепаруючі пристрої можна підрозділити на власне сепаратори і скрубери. Скрубером можна назвати будь-який пристрій, призначений тільки для відділення рідини від газу, що не має ємності для накопичення рідини, сепараційної секції для осадження крапель і не обладнане засобами контролю тиску і рівня рідини.
Робота будь-якого сепаратора заснована на застосуванні одного або декількох принципів осадження: за рахунок сили тяжіння, відцентрової сили, зіткнення, електростатичних сил, ультразвуку, фільтрації, коагуляції, адсорбції та термічного впливу.
Проблема ускладнюється тим, що частинки мають різні розміри і можуть бути твердими і рідкими. Тому розміри сепараторів і їх вартість завжди визначаються характеристикою оброблюваного газу.
Розмір часток зазвичай визначається їх діаметром, вираженим у мікронах. Частинки, розміром більше 10 мкм можна легко відокремити від газу в звичайному сепараторі.
Більш дрібні частинки відокремити від газу дуже важко навіть при використанні сили тяжіння, зіткнення, відцентрової сили і фільтрування.
Сепарацію, засновану на інших принципах, використовувати для газових потоків високого тиску поки не вдається.
Краплі рідини, що потрапили в сепаратор, перебувають у нестабільному стані. При відповідному часу контакту відбувається їх коагуляція або випаровування.
Час контакту зазвичай обернено пропорційно розмірам крапель, і прямо пропорційно кількості контактів між частинками.
На цьому допущенні заснована сепарація - за рахунок зіткнення. По-суті, коагулятор частинок призначений саме для того, щоб зіткнення і сепарація відбулися за прийнятний проміжок часу.
Такі властивості рідини, як поверхневий натяг, впливають на коагуляцію часток і їх осадження, тому при проектуванні сепараторів їх необхідно враховувати.
Хімічні властивості речовин не мають ніякого значення для сепарації їх часток.
Наприклад, різниця в хімічних властивостях гліколю і нафти не впливає на їх сепарацію, хоча фізичні характеристики цих речовин можуть зробити істотний вплив на осадження їх часток в сепараторі.
Багато промислових коагулятори засновані на кількох принципах сепарації, тому дуже важко, а іноді неможливо визначити ефективність кожного з них або їх взаємний вплив.
Сепарація, поширена у нас на промислах, зазвичай проходить при порівняно високих (і, в усякому разі, позитивних) температурах і носить в основному характер чистого газодинамічного процесу, при якому від газу відокремлюються вже виділилися і сформувалися при даному тиску і температурі частки (глобули) вуглеводневої рідини.
Природно, що така "високотемпературна" сепарація не дасть значного ефекту, так як вуглеводні, що знаходяться в газі в пароподібному стані, не відокремлюються від нього і надходять з ним в трубопроводи.
Тому, щоб витягти з газу все порівняно легко конденсуючі компоненти, важливо в сепараторах знизити температуру газу.
У цьому випадку в сепараторах будуть проходити два процеси: термодинамічний процес виділення (конденсації) рідини і газодинамічний процес відділення цієї рідини від газу.
Цей комплекс процесів і отримав назву "низькотемпературна сепарація". Низькотемпературна сепарація є найбільш ефективним процесом для виділення та відділення з сирого газу всіх висококиплячих компонентів.
Крім того, сепарація газу при низькій температурі є відмінним засобом для дегідратації його, тому що під дією порівняно низьких температур містяться в газі пари води конденсуються в крапельну рідина, переходячи потім у кристалогідрати, які, як і рідкі вуглеводні, у сепараторах відокремлюються від газу.
Дегідратації газу (осушення) абсолютно необхідна, тому що утворюються кристалогідрати, випадаючи, можуть перекрити газопровід і припинити транспортування газу.
Можна стверджувати, що низькотемпературна сепарація є високоефективним комплексним процесом, що звільняє газ від води і "вибиває" з нього висококиплячі компоненти.
Універсальність і висока ефективність низькотемпературної сепарації газу в поєднанні з практично безкоштовним холодом, одержуваних на промислах в результаті використання енергії, укладеної в самих газових потоках високого (100-200 am) тиску, робить цей процес незамінним майже на всіх газодобувних промислах, де потрібно осушити та знежирити газ.
Продукція газоконденсатних родовищ, як видно з ізотермам конденсації, містить велику кількість цінних рідких компонентів, які за певних умов знаходяться в розчині з газом, і, якщо цей газ не піддати обробці холодом, компоненти разом з ним будуть просто спалені як паливо. [2, с.12]
Література
Клименко А.П. Поділ природних вуглеводневих газів. К.: Техніка, 1964. - 371с.
Арутюнов А.І. Низькотемпературна сепарація природного газу. М.: Гостоптехіздат, 1961. - 49с.