Промысловый сбор и подготовка нефти и газа к транспорту

Эффективность работы НТС любого типа существенно  зависит от технологического режима эксплуатации скважины. В проектах разработки за оптимальное давление сепарации на газоконденсатных месторождениях принимается давление максимальной конденсации, которое для каждого состава газа определяется экспериментальным путем. Для обеспечения однофазного движения газа по магистральному газопроводу температура сепарации выбирается с учетом теплового режима работы газопровода.

4.10. ОДОРИЗАЦИЯ ГАЗА

Природный газ, очищенный от сероводорода, не имеет ни цвета, ни запаха. Поэтому  обнаружить утечку газа довольно трудно. Чтобы обеспечить безопасность транспорта и использования газа, его одорируют, т. е. специально придают резкий и неприятный запах. Для этой цели в газ вводят одоранты, к которым предъявляются следующие требования. Продукты сгорания одорантов должны быть физиологически безвредными, достаточно летучими (низкая температура кипения), не должны вызывать коррозию, химически взаимодействовать с газом, поглощаться водой или углеводородным конденсатом, сильно сорбироваться почвой или предметами, находящимися в помещениях. Одоранты должны быть недорогими. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяет этилмеркаптан. Однако при его использовании следует учитывать все присущие ему недостатки. Так, по токсичности он равен сероводороду. Поэтому если газ идет на химическую переработку, то необходимо проводить очистку от меркаптана, так как меркаптан отравляет катализаторы. Этилмеркаптан химически взаимодействует с оксидами металлов, вследствие чего при транспорте одорированного газа запах его постепенно ослабевает [37].

Кроме этилмеркапатана также используют сульфан, метил-меркаптан, пропилмеркаптан, калодорант, пенталарам и др. В качестве одоранта применяют смесь меркапатнов, получаемых при очистке природного газа с высоким содержанием серы и сернистых соединений. Одоризацию газа проводят на головных сооружениях газопровода и газораспределительных станциях. Концентрация паров одоранта в газе должна быть такой, чтобы резкий запах ощущался при объемной концентрации газа, не превышающей 1/5 от нижнего порога взрываемости. Среднегодовая норма расхода этилмеркаптана составляет 16 г на 1000 м³ газа. В летнее время расход одоранта примерно в 2 раза меньше, чем зимой.

Устройства, при помощи которых одорант вводится в поток газа, называются одоризаторами. Различают капельные, испарительные, барботажные и полуавтоматические одоризаторы.

Капельными  одоризаторами одорант вводится в газопровод каплями или тонкой струей (рис. 4.19). Одоризатор действует за счет перепада давления, создаваемого диафрагмой. Одорант из поплавковой камеры проходит через диафрагму, смотровое стекло и по трубке поступает в газопровод. В поплавковой камере все время сохраняется постоянный уровень. Расход одоранта можно изменять при помощи сменной диафрагмы. 

Рис. 4.19. Капельный одоризатор с диафрагмой: / —  бачок для одоранта; 2 —  фильтр-отстойник;  3 — поплавок; 4 — поплав ковая камера; 5, 8 — соединительные трубки; 6 — тонкая диафрагма; 7 —  смотровое стекло; 9 —  диафрагма в газопроводе;  10 — газопровод; 11 — ручной насос; 12 — запасная емкость

 Наибольшее  распространение получили испарительные  (фитильные) и барботажные одоризаторы.

Рассмотрим  принцип действия испарительного одоризатора (рис. 4.20). В резервуар с одорантом частично погружены фланелевые полосы. Над поверхностью одоранта между фланелевыми полосами проходит газ и насыщается одорантом. Резервуар снабжен подогревателем (на схеме не показан). Температура одоранта, от которой зависит интенсивность испарения, а следовательно, и степень одоризации, поддерживается терморегулятором.

Рис. 4.20. Испарительный (фитильный) одоризатор:

1 — диафрагма; 2 — газопровод; 3 — резервуар; 4 — вертикально подвешенные фитили; 5 — регулировочный вентиль; 6 — мерное стекло

Барботажный одоризатор представлен на рис. 4.21. Из газопровода 3 часть газа попадает в барботажную камеру 2, в которой происходит насыщение газа одорантом, поступающим из расходного бака 13. При помощи поплавкового регулятора в барботажной камере поддерживается постоянный уровень. Отсюда газ через емкость одоризатора 17 поступает в газопровод за диафрагмой 1, создающей перепад давления для прохождения газа через одоризатор. Капли неиспарившегося одоранта, захватываемые газом из барботажной камеры, оседают на дно емкости 17. Накапливающийся там одорант сливается через кран 20. Регулирование степени одоризации осуществляется вентилем 19.

Однако  для рассмотренных одоризаторов характерно отсутствие прямой пропорциональной зависимости расхода одоранта от расхода газа, так как ввод одоранта происходит под действием меняющегося столба жидкости, не зависящего от количества проходящего газа. При колебании расхода в течение суток часто приходится менять режим работы установки. Регулировку выполняют вручную игольчатым вентилем, поэтому точность дозирования зависит от опытности обслуживающего персонала.

На некоторых  газораспределительных станциях внедрены полуавтоматические установки одоризации газа, которые просты по конструкции, надежны в работе и обеспечивают практически полную пропорциональную зависимость расхода одоранта от расхода газа. Установка работает следующим образом (рис. 4.22). На пути газового потока в газопроводе установлена диафрагма 9, на которой создается определенный перепад давления в зависимости от расхода газа. Газ с давлением P₁ до диафрагмы поступает в бачок 3 с одорантом и создает давление р₂ на столб одоранта, равное р₁ — рgН₀. Одорант из бачка 3 через фильтр 2 и калибровочное стекло 1 впрыскивается в газопровод за диафрагмой с давлением р₂. Давление впрыскивания меняется в зависимости от количества газа, проходящего через диафрагму, и этим достигается пропорциональность расхода одоранта и газа. Уровнемерное стекло 4 используется для наблюдения за расходом одоранта. Емкость 8, предназначенная для заполнения бачка деодорантом, снабжена предохранительным клапаном 5. Давление заполнения бачка поддерживается редуктором 7 и контролируется по манометру 6. При монтаже фланец с соплом крепится к фланцу задвижки 10, что позволяет заменять и чистить сопла. Изменение степени одоризации достигается за счет изменения диаметра сопла. Степень одоризации определяется хроматографическим методом 

Рис. 4.22. Полуавтоматическая одоризационная установка

.

4.11. ОЧИСТКА ПРИРОДНОГО ГАЗА ОТ  СЕРНИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ И УГЛЕКИСЛОГО  ГАЗА

В составе  природных газов многих месторождений  содержатся сернистые компоненты и углекислый газ, так называемые кислые газы. Сернистые соединения отравляют катализаторы в процессах переработки газа, при сгорании образуют SO₂ и SO₃, высокое содержание которых в воздухе опасно для человека и окружающей среды. Сероводород H₂S и углекислый газ СО₂ в присутствии воды вызывает коррозию стальных труб, оборудования трубопроводов, компрессорных машин и т. д. Их присутствие ускоряет гидратообразование. Требования к газу, поставляемому потребителю, по содержанию сернистых компонентов постоянно возрастают. В настоящее время допускается содержание H₂S в природном газе не более 5,7 мг/м³, общей серы не более 50 мг/м³, углекислого газа СО₂ до 2 %. Сернистые компоненты природного газа и в первую очередь H₂S служат отличным сырьем для производства серы. Из сероводорода природного газа получается наиболее чистая и дешевая сера. Степень чистоты так называемой газовой серы составляет 99,9 %. Современные процессы очистки природного газа связаны с производством серы и обеспечением чистоты воздушного бассейна.

Традиционные  схемы очистки больших объемов  газа включают процессы:

1) извлечения  кислых компонентов, т. е. производство  очищенного газа;

2) переработку  кислых газов в серу;

3) очистку  или сжигание отходящих газов;

4) очистку  газов сгорания.

Для извлечения кислых компонентов из природного газа применяют главным образом абсорбционные регенеративные процессы. Кислые компоненты из газа извлекают в процессе химической или физической абсорбции. Затем при регенерации насыщенного абсорбента получают поток кислого газа, направляемый на установку производства серы.

В процессах  химической абсорбции применяют водные растворы поглотителей, которые вступают в обратимую реакцию с кислыми компонентами природного газа. В качестве химических поглотителей используют моноэтаноламин, диэтаноламин, дигликольамин, растворы солей щелочных металлов, растворы солей аминокислот и др. Схема процесса, типичного для химической абсорбции, приведена на рис. 4.23 [38].

Часто применяют моноэтанолоаминовый  процесс, характеризующийся высокой реакционной способностью поглотителя, его хорошей химической устойчивостью и небольшими капитальными вложениями. Реакцию взаимодействия моноэтанолоамина с сероводородом и углекислым газом можно представить следующими уравнениями:

 

Рис. 4.23. Схема установки  для очистки природного газа методом химической абсорбции: 1 — входной сепаратор; 2 — абсорбер; 3 — гидравлическая турбина; 4 — насос; 5 — выветриватель; 6 — промежуточная емкость; 7 — теплообменник; 8 — фильтр; 9 — десорбер; 10 — воздушный холодильник; 11 — сепаратор рефлюкса; / — сырой газ; II — очищенный газ; III — насыщенный абсорбент; IV — регенерированный абсорбент; V — газ выветривания; VI — кислый газ

 

Рис. 4.24. Схема установки  осушки газа методом  физической абсорбции: 1 — абсорбент; 2 — детандер; 3 — холодильник; 4, 5 и 6 — первая, вторая и третья ступени выветривания соответственно; 7 — выпарная колонна; 8 — воздуходувка; 9 — насос; 10 — теплообменик; / — исходный газ; II — насыщенный абсорбент; III — груборегенерированный абсорбент; IV — тонкорегенерированный абсорбент; V — очищенный газ; VI — рецикловый газ; VII — газ выветривания среднего давления; VIII — кислый газ; IX — воздух или инертный газ

Во избежание  коррозии оборудования концентрация моноэтаноламина  в растворе с водой не превышает 15 — 20 %.

При физической абсорбции кислых газов из потоков природного газа используются органические растворители: метанол, пропиленкарбонат, диметиловый эфир полиэтиленгликоля и др. Процессы физической абсорбции характеризуются высокой степенью насыщения абсорбента кислыми газами и соответственно низкими скоростями циркуляции поглотителя, низкими энергозатратами, небольшими габаритами и простотой оборудования.

Схема, типичная для процесса физической абсорбции, приведена на рис. 4.24. Выбор растворителя основан на составе, температуре и давлении исходного газа, с учетом метода последующей его обработки и требований к качеству очищенного газа.

Вторая  операция при очистке природного газа — получение серы из сернистых соединений. При обработке больших потоков природного газа чаще всего используются различные модификации процесса Клауса, основанного на каталитической реакции кислорода воздуха с сероводородом, поступающим из регенерационной колонны абсорбционных процессов, при повышенной температуре. Реакция Клауса протекает в две стадии по уравнениям

Рис. 4.25. Схема установки  Клауса с однопоточным процессом: 1 — горелка и реакционная камера; 2 — котел-утилизатор; 3, 5,7 — конденсаторы; 4, 6 — первый и второй каталитические конверторы соответственно; / — кислый газ; II — воздух; III, VIII — пар (высокое давление); IV — обводная линия горячего газа; V, VII — пар (низкое давление); VI — сера; IX — «хвостовой газ»

Для увеличения выхода серы процесс проводится в  соответствии с двумя стадиями реакции. Сначала в печи Клауса при высокой температуре сжигается часть сероводорода с получением оксида серы. В результате очень высокой температуры и некаталитического сжигания сероводорода с воздухом получается непосредственно сера с выходом около 60 %. После высокотемпературного сжигания и утилизации теплоты продуктов сгорания устанавливаются один или несколько каталитических конвертеров Клауса (рис. 4.25), где оставшийся сероводород взаимодействует с кислородом. Снижение температуры каталитической реакции способствует повышению выхода серы. При очистке отходящих с установок Клауса газов возможны два варианта. В одном случае газы, отходящие с установок Клауса, подаются непосредственно в установку доочистки, в другом — они предварительно сжигаются до превращения всех сернистых соединений в SO₂ и только после этого поступают на установку доочистки.