8.15. Промысловая подготовка газа

Природный газ, поступающий из скважин, содержит в виде примесей твердые частицы (песок, окалина), конденсат тяжелых уг­леводородов, пары воды, а в ряде случаев сероводород и углекислый газ. Присутствие в газе твердых частиц приводит к абразивному из­носу труб, арматуры и деталей компрессорного оборудования, засорению контрольно-измерительных приборов. Конденсат тяжелых углеводородов оседает в пониженных точках газопроводов, уменьшая их проходное сечение. Наличие водяных паров в газе приводит к кор­розии трубопроводов и оборудования, а также к образованию в трубопроводах гидратов - снегоподобного вещества, способного пол­ностью перекрыть сечение труб.

Сероводород является вредной примесью. При его содержа­нии большем, чем 0,01 мг в 1л воздуха рабочей зоны, он ядовит. А в присутствии влаги сероводород способен образовывать растворы сер­нистой и серной кислот, резко увеличивающих скорость коррозии груб, арматуры и оборудования.

Углекислый газ вреден тем, что снижает теплоту сгорания газа, а также приводит к коррозии оборудования. Поэтому его целесооб­разно отделить на промыслах.

Задачами промысловой подготовки газа являются его очист­ка от мехпримесеи, тяжелых углеводородов, паров воды, сероводорода и углекислого газа.

Очистка газа от механических примесей

Для очистки природного газа от мехпримесей используются аппараты 2-х типов:

• работающие по принципу «мокрого» улавливания пыли (масляные пылеуловители);

• работающие по принципу «сухого» отделения пыли (цик­лонные пылеуловители);

Конструкция вертикального мас­ляного пылеуловителя следующая. Это вертикальный цилиндрический сосуд со сферическими днищами. Пылеуловитель состоит из трех секций: про­мывочной, в которой все время поддерживается постоянный уровень масла; осадительной, где газ освобождается от крупных частиц масла, и отбойной (скрубберной) секции, где происходит окончательная очистка газа от захваченных частиц масла.

Пылеуловитель работает следующим образом. Очищаемый газ входит в аппарат. Натекая на специальнй козырек, он меняет направление своего движения. Крупные же частицы мехпримесей, пыли и жидкости по инерции продолжают двигаться горизонтально. При ударе о козырек их скорость гасится и под действием силы тяже­сти они выпадают в масло. Далее газ направляется в контактные трубки. При этом газ увлекает за собой масло в контактные трубки, где оно обволакивает взвешенные частицы пыли.

В осадительной секции скорость газа резко снижается. Выпа­дающие при этом крупные частицы пыли и жидкости по дренажным трубкам стекают вниз. Наиболее легкие частицы из осадительной секции увлекаются газовым потоком в верхнюю скрубберную секцию В. Проходя через лабиринт перегородок, газ многократно меняет направление движе­ния, а частицы масла по инерции ударяются о перегородки и стекают сначала на дно скрубберной секции, а затем по дренажным трубкам в нижнюю часть пылеуловителя.

Очищенный газ выходит из аппарата через газоотводящий пат­рубок.

Наряду с «мокрым» для очистки газов от твердой и жидкой взвеси применяют и «сухое» пылеулавливание. Наибольшее распрос­транение получили циклонные пылеуловители.

Циклонный пылеуловитель работает следующим образом. Газ входит в аппарат и попадает в батарею циклонов. Под действием центробежной силы твердые и жидкие частицы отбрасываются к периферии, затормаживаются о стенку циклона и выпадают в нижнюю часть аппарата, откуда выво­дятся через специальный патрубок. А очищенный газ, изменяя направление движения, попадает в верхнюю часть аппарата, откуда выводится че­рез патрубок.

В товарном газе содержание мехпримесей не должно превы­шать 0,05 мг/м³.

Осушка газа

Для осушки газа используются следующие методы:

• охлаждение;

• абсорбция;

• адсорбция.

Пока пластовое давление значительно больше давления в ма­гистральном газопроводе газ охлаждают, дросселируя излишнее давление. При этом газ расширяется и в соответствии с эффектом Джоуля-Томсона охлаждается.

Если пластовое давление понижено, то охлаждение газа про­изводится на установках низкотемпературной сепарации. Эти установки очень сложны и дороги.

Технологическая схема абсорбционной осушки газа с помо­щью диэтиленгликоля (ДЭГ), приведена на рисунке 8.11.

Газ, требующий осушки, поступает в абсорбер. В нижней скрубберной секции он очищается от взвешенных капель жидкости и поднимается вверх, проходя через систему тарелок. Навстречу газу по тарелкам стекает концентрированный раствор ДЭГ, закачиваемый в абсорбер насосом 2 из емкости 3. Раствор ДЭГ поглощает пары воды. Далее газ проходит через верхнюю скрубберную секцию, где освобож­дается от захваченных капель раствора и выходит из аппарата.

Рисунок 8.11. Принципиальная схема осушки газа методом абсорбции;

1 - абсорбер; 2,10,11 - насосы; 3,9 - емкости; 4,6 - теплообменники; 5 - выветриватель; 7 - десорбер; 8 - конденсатор - холодильник; 12-холодильник

Рисунок 8.12. Принципиальная схема осушки газа методом адсорбции:

1,2 - адсорберы; 3-регулятор давления типа "после себя"; 4 - холодильник; 5 - емкость; 6 - газодувка; 7 - подогреватель газа

Работа десорбера основана на различной температуре кипе­ния воды и абсорбента: для ДЭГ она равна 244,5 °С, а для триэтиленгликоля (ТЭГ) 287,4 °С.

Технологическая схема осушки газа методом адсорбции при­ведена на рисунке 8.12. Влажный газ поступает в адсорбер, где он проходит снизу вверх через слой адсорбе нта - твердого вещества, по­глощающего пары воды и далее выводится из аппарата. Процесс осушки газа осуществляется в течение определенного (12... 16 ч) вре­мени. После этого влажный газ пускают через адсорбер, а адсорбер отключают и выводят на регенерацию. В качестве адсорбентов используют бокситы, хлористый кальций в твердом виде, цеолиты, силикагель и др.

Очистка газа от сероводорода

Очистка газа от сероводорода осуществляется методами ад­сорбции и абсорбции.

Принципиальная схема очистки газа от H₂S методом адсор­бции аналогична схеме осушки газа адсорбционным методом. В качестве адсорбента используются гидрат окиси железа и активиро­ванный уголь.

Принципиальная схема очистки газа от H₂S методом абсор­бции приведена на рисунке 8.13. Очищаемый газ поступает в абсорбер и поднимается вверх через систему тарелок. Навстречу газу движется концентрированный раствор абсорбента. Роль жидкого поглотителя в данном случае выполняют водные растворы этаноламинов: моно-этаноламина (МЭА), диэтаноламина (ДЭА) и триэтаноламина. Температура кипения при атмосферном давлении составляет соот­ветственно МЭА - 172 "С, ДЭА - 268 "С, ТЭА - 277 "С.

Абсорбент вступает в химическую реакцию с сероводородом, содержащимся в газе, унося продукт реакции с собой. Очищенный газ выводится из аппарата через скрубберную секцию, в которой за­держиваются капли абсорбента.

Из полученного сероводорода вырабатывают серу.

Работа этаноламиновых газоочистных установок автоматизи­рована. Степень очистки газа составляет 99 % и выше. Недостатком процесса является относительно большой расход абсорбента.

Очистка газа от углекислого газа

Обычно очистка газа от С0₂ проводится одновременно с его очисткой от сероводорода, т.е. этаноламинами (рис8.11).

Рисунок 8.13 Принципиальная схема очистки газа от сероводорода:

1 - абсорбер;2 - выпарная колонна (десорбер); 3 - теплообменник; 4, 8 - холодильник; 5 - емкость - сепаратор; 6,7 - насосы

Рисунок 8.14 Принципиальная схема очистки газа от двуокиси углерода водой под давлением:

1 - реактор; 2 - водоотделитель; 3,6 - насосы; 4 - экспанзер; 5 - дегазационная колонна

При высоком содержании С0₂ ( до 12...15 %) и незначитель­ной концентрации сероводорода применяют очистку газа водой под давлением (рисунок 8.14). Газ, содержащий С0₂ подается в реактор 1, за­полненный железными или керамическими кольцами Рашига, которые орошаются водой под давлением. Очищенный газ проходит затем во­доотделитель 2 и идет по назначению.

Вода, насыщенная углекислым газом, насосом 3 подается в экспанзер 4 для отделения С0₂ методом разбрызгивания. Для полно­го удаления С0₂ вода подается в дегазационную градирню 5, откуда насосом 6 возвращается в емкость 1.

Выделяемый углекислый газ используется для производства соды, сухого льда и т. п.