image
energas.ru

Газовая промышленность № 12 2018

Переработка газа и газового конденсата

»  01.12.2018 11:00 СТАБИЛИЗАЦИЯ ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА ПРИ ПОДГОТОВКЕ ГАЗА ПО ТЕХНОЛОГИИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ С ДЕФЛЕГМАЦИЕЙ
После определенного периода эксплуатации месторождения пластовое давление падает и требуется подготовка природного газа к транспортировке по технологии низкотемпературной сепарации. Компримирование газа необходимо для создания требуемого перепада давления на дроссель-клапане. Ввиду значительных затрат на строительство и эксплуатацию дожимной компрессорной станции внедрение малозатратных технологий подготовки газа в данных условиях важно с экономической точки зрения. Ранее была предложена технология низкотемпературной сепарации с дефлегмацией, которая позволяет значительно продлить период бескомпрессорной эксплуатации месторождения по сравнению с традиционной технологией низкотемпературной сепарации. В статье при помощи программного комплекса Aspen HYSYS рассмотрены различные схемы стабилизации газового конденсата, получаемого на установке низкотемпературной сепарации, применительно к обеим технологиям. Показано, что увеличение числа ступеней дегазации конденсата повышает эффективность его стабилизации при снижении удельных энергозатрат на нагрев. Недостатки ступенчатой дегазации, среди которых потеря легких компонентов конденсата, невозможность производства сжиженных газов, загрязнение окружающей среды при сжигании газов стабилизации или значительные затраты на их сбор и утилизацию, могут быть устранены при использовании колонного оборудования. Обычно применение ректификационных колонн для стабилизации газового конденсата ограничено в связи со сложностью их транспортировки и монтажа в промысловых условиях, а также значительным расходом энергии. В связи с этим в работе предложена новая схема стабилизации с использованием колонного оборудования, которая обеспечивает более четкое разделение нестабильного конденсата, чем в традиционной ректификационной колонне, требует низких энергозатрат на нагрев конденсата при его стабилизации и может найти применение в промысловых условиях.
Ключевые слова: НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СЕПАРАЦИЯ, ПОДГОТОВКА ПРИРОДНОГО ГАЗА, ДЕФЛЕГМАЦИЯ, СТАБИЛИЗАЦИЯ КОНДЕНСАТА, СТУПЕНЧАТАЯ ДЕГАЗАЦИЯ, ГАЗОВЫЙ КОНДЕНСАТ, ГАЗЫ СТАБИЛИЗАЦИИ.
Открыть PDF


Традиционно подготовку газа осуществляют по технологии низкотемпературной сепарации (НТС), которая включает входную сепарацию сырьевого газа, его рекуперативное охлаждение газом НТС, редуцирование и НТС газа. Также на установке, как правило, осуществляют стабилизацию газового конденсата (рис. 1, здесь: ВС – узел входной сепарации; РТО – узел рекуперативного теплообмена; НТС – узел НТС; СК – узел стабилизации газового конденсата).

Требуемый для качественной подготовки газа температурный режим, как правило, обеспечивается за счет эффекта Джоуля – Томсона при редуцировании сырьевого газа. Вместе с тем при эксплуатации газоконденсатного месторождения давление в системе «пласт – скважина – система сбора скважинной продукции – установка комплексной подготовки газа (УКПГ)» постепенно снижается, в связи с чем на определенном этапе требуется строительство дожимной компрессорной станции, т. е. месторождение вступает в так называемый период компрессорной эксплуатации [1]. В связи со значительными затратами при строительстве и эксплуатации дожимной компрессорной станции продление периода бескомпрессорной эксплуатации месторождения имеет важное экономическое значение. Одним из решений данной задачи является внедрение новых технологий, обеспечивающих нормативное качество подготовленного газа при низком перепаде давления между входом на установку и выходом из нее (рис. 2) [2].

На рис. 3 (здесь: ВС – узел входной сепарации; РТО – узел рекуперативного теплообмена; Д – узел дефлегмации; НТС – узел НТС; СК – узел стабилизации конденсата) представлена принципиальная схема подготовки газа по технологии низкотемпературной сепарации с дефлегмацией (НТСД), согласно которой, в отличие от традиционной схемы НТС, после входной сепарации сырой газ охлаждается не только газом НТС, но и редуцированной смесью конденсатов [3] для более полной рекуперации холода системы. Затем охлажденный газ подвергается дефлегмации за счет холода газа НТС для снижения массообменной нагрузки на стадию НТС и, следовательно, уменьшения требуемого перепада давлений. Далее газ дефлегмации осушается на стадии НТС, нагревается последовательно на стадиях дефлегмации и рекуперативного теплообмена и выводится с установки в качестве товарного газа. При этом жидкая фаза со всех стадий разделения объединяется, выветривается, нагревается на стадии рекуперативного теплообмена и подвергается стабилизации с получением стабильного конденсата.

Стабилизация газового конденсата – неотъемлемая стадия комп-лексной подготовки продукции газоконденсатного месторождения. Наиболее простая схема стабилизации – двухступенчатая дегазация (рис. 4, где водные потоки условно не показаны).

Также известны следующие варианты схем стабилизации: трехступенчатая дегазация (рис. 5); стабилизация с применением процесса ректификации (рис. 6, здесь: РТ – рекуперативный теп-лообменник; К – ректификационная колонна; П – печь; АВО – аппарат воздушного охлаждения).

Кроме известных схем, предложена стабилизация газового конденсата с использованием колонного оборудования со встроенной теплообменной секцией по схеме, представленной на рис. 7 (здесь: Н – нагреватель; К – колонна стабилизации; Т – теплообменник).

Ступенчатая дегазация с применением сепараторов имеет ряд недостатков: потеря легких компонентов конденсата, невозможность производства сжиженных газов, затраты на сбор и утилизацию газов стабилизации. Колонная стабилизация, напротив, позволяет решить вышеперечисленные проблемы, поскольку обладает высокой четкостью разделения углеводородной смеси. Проведение стабилизации при высоких давлениях облегчает утилизацию газов стабилизации, производство товарных сжиженных газов без использования искусственного холода, а также позволяет получать стабильный конденсат с низким давлением насыщенных паров, что снижает потери ценного продукта при его транспортировке.

В статье рассмотрена эффективность различных схем стабилизации газового конденсата, а также проведено их сравнение в составе технологий НТС и НТСД. Далее схемы пронумерованы следующим образом: схемы 1 и 2 – двух- и трехступенчатая дегазация соответственно; схема 3 – стабилизация с использованием ректификационной колонны; схема 4 – предлагаемая схема стабилизации.

 

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Расчетные исследования были проведены в программном комплексе Aspen HYSYS [4] на примере УКПГ Восточно-Уренгойского месторождения мощностью 1,5 млрд Нм3/год при проектном входном давлении 6,0 МПа. Состав пластового газа представлен в табл. 1.

В настоящее время стабилизация газового конденсата на предприятии осуществляется по схе-ме 1 (рис. 4).

Модель действующей установки разработана в программном комплексе Aspen HYSYS с учетом гидравлического сопротивления трубопроводов и технологического оборудования за исключением блока стабилизации газового конденсата. Модель процесса подготовки газа по технологии НТСД разработана без учета гид-равлического сопротивления трубопроводов и метанола.

В схеме стабилизации 3 [5] принято 37 практических тарелок, что с учетом реального КПД ситовых тарелок составляет около 20 тео-ретических тарелок. При моделировании схемы 4 условно принято 20 теоретических тарелок. В качестве параметров сравнения приняты: выход стабильного конденсата по ГОСТ Р 54389–2011 [6] и выход газов стабилизации без учета воды и метанола, а также величина удельных энергозатрат на нагрев конденсата.

 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Изменение схемы стабилизации влияет, главным образом, на соотношение выхода газов стабилизации и стабильного газового конденсата, а также на перераспределение компонентов нестабильного конденсата между газовой и жидкой фазой и никак не отражается на выходе и качестве товарного газа.

Результаты моделирования вышеперечисленных схем стабилизации в составе технологий НТС и НТСД представлены в табл. 2, 3. Увеличение количества ступеней дегазации повышает выход стабильного конденсата при снижении выхода газов стабилизации, а наилучший результат демонстрирует колонная стабилизация конденсата, так как увеличение числа ступеней ведет к повышению четкости разделения. Кроме того, при переходе от ступенчатой дегазации к колонной стабилизации происходит значительное снижение энергозатрат на нагрев конденсата.

Применение технологии НТСД позволяет дополнительно снизить энергозатраты на стабилизацию за счет предварительного нагрева выветренной и редуцированной смеси конденсатов на стадии рекуперативного теплообмена. Технология НТСД обеспечивает более низкую температуру процесса, поэтому выделяемый нестабильный конденсат содержит больше метана и этана, что обусловливает повышенный выход газов стабилизации.

За счет высокой эффективности колонная стабилизация экономически привлекательна. Вместе с тем в промысловых условиях из-за климатических и (или) ландшафтных особенностей площадки, а также плохо развитой инфраструктуры монтаж и эксплуатация вертикального оборудования большой высоты (>12 м) сопровождается определенными сложностями, и применение колонн менее предпочтительно по сравнению со ступенчатой сепарацией. Усовершенствование традиционной конструкции колонн стабилизации [5] позволит снизить массогабаритные характеристики аппарата и избежать вышеперечисленных проблем.

В рамках усовершенствования рассмотрена возможность снижения числа теоретических тарелок в колонне и изменение схемы охлаждения верха аппарата. Оптимизация количества теоретических тарелок проведена на примере схемы стабилизации 4 в составе технологии НТСД. Результаты расчета (рис. 8) показывают, что оптимальное число теоретических тарелок в колонне стабилизации равно 6. Использование контактных элементов с высоким КПД, например регулярной сетчатой насадки, не только обеспечивает уменьшение высоты аппарата, но и упрощает его эксплуатацию. В свою очередь, это позволяет осуществлять стабилизацию газового конденсата в промысловых условиях с использованием колонного оборудования.

Анализ составов газов стабилизации (рис. 9) позволил предположить, что для снижения уноса тяжелых углеводородов с газами стабилизации необходимо дополнительное охлаждение верха колонн стабилизации.

Данная проблема может быть решена при перераспределении холода технологических потоков, повышении давления редуцированного конденсата или использовании внешних источников холода.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Реконструкция действующего предприятия с заменой двухступенчатой дегазации конденсата на колонную стабилизацию газового конденсата обеспечивает прирост выхода стабильного конденсата до 27,3 тыс. т/год и снижение количества газов стабилизации на 7,6 млн Нм3/год.

В свою очередь, полная реконструкция – с применением технологии НТСД и предложенной схемы стабилизации – позволит увеличить выход стабильного конденсата на 25,2 тыс. т/год при повышении количества газов стабилизации на 0,9 млн Нм3/год и существенном снижении энергозатрат на нагрев конденсата.

Таким образом, внедрение предлагаемых технических решений связано с небольшими капитальными затратами и быстро окупится за счет выработки дополнительной товарной продукции и заметного снижения энергозатрат на подготовку газа.

 

Таблица 1. Состав пластового газа на входе УКПГTable 1. Composition of the reservoir gas at the input of the gas processing plant

Компонент

Component

Содержание, мол. доля

Content, mol. fraction

СН4

0,854

С2Н6

0,069

С3Н8

0,033

∑С4Н10

0,014

∑С5+

0,031

CO2

0,001

Таблица 2. Сравнение схем стабилизации газового конденсата при традиционной технологии НТСTable 2. Comparison of gas condensate stabilization schemes with traditional low-temperature separation technology

Параметр сравнения

Comparison parameter

Схема 1

Scheme 1

Схема 2

Scheme 2

Схема 3

Scheme 3

Схема 4

Scheme 4

Выход стабильного конденсата в расчете на сырье, мас. %

Stable condensate yield calculated by raw materials, wt. %

12,6

13,1

15,7

15,3

Выход газов стабилизации в расчете на сырье, % об.

Stabilization gases yield calculated by raw materials, vol. %

2,8

2,7

2,0

2,1

Энергозатраты, кДж/т

Energy consumption, kJ/t

73

60

38

42

Таблица 3. Сравнение схем стабилизации газового конденсата при предложенной технологии НТСДTable 3. Comparison of gas condensate stabilization schemes with the proposed technology of low-temperature separation with dephlegmation

Параметр сравнения

Comparison parameter

Схема 1

Scheme 1

Схема 2

Scheme 2

Схема 3

Scheme 3

Схема 4

Scheme 4

Выход стабильного конденсата в расчете на сырье, мас. %

Stable condensate yield calculated by raw materials, wt. %

12,5

14,5

15,4

15,5

Выход газов стабилизации в расчете на сырье, % об.

Stabilization gases yield calculated by raw materials, vol. %

3,7

3,2

2,9

2,9

Энергозатраты, кДж/т

Energy consumption, kJ/t

75

40

29

33

 



← Назад к списку