Плотность природного газа

ТАБЛИЦА 5.3 

Температура и давление хранения углеводородов  в жидком 

состоянии 

Этан

 Пропан

 Бутан 

 Г,  К

 р,  МПа

 Г,  К

 р,  МПа

 Г,  К

 р,  МПа 

283 305,2

3,2 4,9

283 310,8 338,6 366,3 369,7

0,65 1,3 2,5 4,23 4,3

283 310,8 338,6 366,3 394,1 421,9 424,7

0,15 0,37 0,77 1,4 2,4 3,7 3,9 

306 

 Температура  испарения 95 % сжиженного газа  близка к температуре испарения  бутана. Сжиженный газ, используемый  в качестве топлива для коммунально-бытовых потребителей, имеет упругость паров 0,9 МПа при температуре 310,8 К. При этом обеспечивается достаточная летучесть газового топлива. 

Этан, извлекаемый  из природных газов, используют в  химической промышленности для получения  этилена. Содержание метана в этане не должно превышать 2 %; в таком случае его выгодно применять в нефтехимии. 

При извлечении товарных продуктов из природного газа обычно исходят из положения, что  целесообразно получать индивидуальные углеводороды. Впоследствии в зависимости от технических условий на поставку товарных продуктов осуществляют необходимое смешение компонентов, добиваясь требуемого состава продукта поставки. 

В зависимости  от требуемой упругости паров  к конденсату может быть добавлено  определенное количество бутанов или пропана, чтобы обеспечить технические условия поставки конденсата потребителям. В тех случаях, когда упругость паров товарных продуктов недостаточна, производят их фракционирование для удаления более тяжелых компонентов. 

5.2. МЕТОДЫ  ПРОМЫСЛОВОЙ ОБРАБОТКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗА 

На промысле газ обрабатывают до определенной кондиции для обеспечения условий его  транспортирования, извлечения углеводородного  конденсата и других компонентов. 

В практике распространены три промысловых  способа обработки газа: 

1) низкотемпературный, предназначенный для извлечения  жидких углеводородов и влаги  охлаждением пластового сырья; 

2) абсорбция  — для извлечения жидких углеводородов  и воды поглощающими жидкостями (маслами, гликолями); 

3) адсорбция  — для извлечения жидких углеводородов и воды твердыми поглотителями. 

Низкотемпературный  способ разделения газов позволяет  извлекать тяжелые углеводороды и осушать газ при транспортировании  однофазного компонента до необходимой  точки росы по влаге и углеводородам. На практике применяют 

307 

 одну  из модификаций низкотемпературного  способа — низкотемпературную  сепарацию (НТС), при которой получают  относительно невысокие перепады  температур как за счет использования  энергии избыточного пластового  давления (путем дросселирования газа), так и искусственного холода. В то лее время эффект дросселирования газа, как правило, недолговечен, так как давление по мере истощения залежи падает. Адиабатическое или политропическое расширение газа в детандерах (поршневых или турбинных) должно обеспечивать получение дополнительных источников холода и тем самым продлевать срок службы установок НТС, однако при наличии в газе воды и конденсата надежная их работа затруднена. В таких случаях устанавливают дополнительные газовоздушные, газоводяные и газоконденсатные теплообменники. 

Применение  искусственного холода (холодильных  машин) в установках НТС позволяет  обрабатывать газ в течение всего  периода разработки месторождения, но при этом капиталовложения в обустройство промысла увеличиваются примерно в 1,5-2,5 раза. 

Основной  недостаток НТС - необходимость перестройки  установок в процессе разработки и низкая степень извлечения жидкости. 

Абсорбция - избирательное поглощение газов  или паров жидкими поглотителями  — абсорбентами. При этом происходит переход вещества или группы веществ из газовой или паровой фазы в жидкую. Абсорбция - избирательный и обратимый процесс. Переход вещества из жидкой фазы в паровую или газовую называется десорбцией. Обычно оба процесса объединяются в один производственный процесс. 

При десорбции (проводимой после абсорбции) целевой  компонент выделяется из жидкого  поглотителя. Очевидно, что условия  протекания абсорбции и десорбции  прямо противоположны. В процессе абсорбции происходит растворение  газа (пара) в жидкости; этому способствуют повышение давления и снижение температуры. При десорбции газ выделяется из раствора; этому способствуют понижение давления и повышение температуры. Абсорбент, поглотивший в процессе абсорбции целевые компоненты, называется насыщенным, или отработанным. Абсорбент, освобожденный в результате десорбции от целевых компонентов, называется регенерированным и после охлаждения может быть снова возвращен насосом на абсорбцию. Таким образом, получается замкнутая абсорбционно-десорбционная система. 

308 

 Примером  абсорбционного процесса может  служить гли-колевая осушка природного  газа. В процессе абсорбции гликоль  (ДЭГ, ТЭГ) поглощает пары воды  из природного газа. В ходе  десорбции из раствора гликоля  удаляются пары воды, поглощенные  им из газа. Регенерированный раствор снова возвращается в абсорбер. 

Абсорбционный способ обработки газа широко применяют  на установках гликолевой осушки, аминовой очистки газа от кислых газов (С02 и  H2S), а также на маслоабсорбцион-ных установках ГПЗ, ГБЗ, ГФУ, установках стабилизации конденсата и т. д. Этот способ позволяет осуществлять более полное, чем НТС, извлечение тяжелых углеводородов с получением целевых продуктов. 

Адсорбция — поглощение вещества поверхностью твердого поглотителя, называемого  адсорбентом. Поглощающая способность поверхности объясняется особым состоянием молекул на границе раздела. Внутри фазы каждая молекула испытывает практически одинаковую по всем направлениям силу притяжения других молекул этой фазы. Молекулы же, расположенные на границе раздела фаз, испытывают неодинаковые силы притяжения молекул, находящихся в разных фазах. Если результирующая сила притяжения направлена внутрь данной фазы, то особое состояние ее поверхности проявляется в способности поверхностного слоя притягивать, поглощать молекулы из другой фазы, находящейся в контакте с этим слоем. 

Адсорбция, сопровождающаяся образованием химической связи между молекулами адсорбируемого вещества (адсорба-та) и молекулами адсорбента, называется хемосорбцией (химической адсорбцией). Адсорбция, не сопровождающаяся образованием химического соединения, носит название физической адсорбции. Последняя обусловливается силами взаимного притяжения молекул. Эти силы часто называют Ван-дер-Ваальсовыми, а физическую адсорбцию - Ван-дер-Ваальсо-вой. При физической адсорбции связь адсорбата с адсорбентом менее прочна, чем при хемосорбции. Изменение внешних условий процесса (давления и температуры) приводит к нарушению связи между молекулами адсорбата и адсорбента, и начинается процесс десорбции — удаление молекул адсорбата с поверхности адсорбента. 

В качестве адсорбентов (поглотителей) применяются  твердые вещества, имеющие большую  удельную поверхность, отнесенную обычно к единице массы вещества. Удельная поверхность адсорбентов колеблется от сотен до 

309 

 десятков сотен квадратных метров на грамм в зависимости от вида и сорта адсорбента. В технике широко применяются адсорбенты с удельной поверхностью 600-800 м2/г. 

Адсорбционный способ разделения газов широко используют для осушки и отбензинивания газов  в северных районах страны, где требуется минимальное значение точки росы обрабатываемого газа. 

С помощью  установок короткоцикловой адсорбции  самостоятельно или в сочетании  со схемой предварительной обработки  газа на установке НТС осуществляют одновременно осушку и отбензинивание газа. 

Ректификация - разделение бинарных или многокомпонентных  жидких, а также паровых смесей на практически чистые компоненты или  их смеси, обладающие определенными  заданными свойствами. Процесс разделения осуществляется в колонных аппаратах в результате многократного контакта неравновесных потоков пара и жидкости. Характерная особенность ректификации - условия формирования неравновесных потоков пара и жидкости: они формируются из поступившего питания вследствие различной температуры кипения компонентов. Здесь не используется независимый от питания поток жидкости (абсорбента), как в процессе абсорбции. 

При разделении паровых смесей неравновесный поток  жидкости (жидкостное орошение) образуется в результате полной или частичной  конденсации уходящего после контакта потока пара. 

При разделении жидких смесей неравновесный паровой  поток (паровое орошение) образуется частичным испарением уходящей после  контакта жидкости. В результате контакта неравновесных потоков пар обогащается  легколетучими, а жидкость — тяжелолетучими компонентами за счет взаимного перераспределения между фазами. Принципиальная схема процесса ректификации изображена на рис. 5.2. 

Ректификационная  колонна в отличие от абсорбера  состоит из двух частей (секций). Питание  F (сырьевой поток) подается не вниз колонны, как в абсорбере, а в среднюю часть — секцию питания. Сырье F может поступать в секцию питания в виде жидкости, паров или смеси паров и жидкости. Часть колонны, расположенная выше ввода сырья, называется концентрационной или укрепляющей секцией, часть колонны, расположенная ниже ввода сырья, — отгонной (отпаривающей) или исчерпывающей секцией. 

310 

 Рис. 5.2. Принципиальная схема процесса  ректификации 

В обеих  частях колонны протекает один и  тот же процесс ректификации. Для его осуществления из верхней части колонны отводится (различными способами) теплота Qd, пары подвергаются конденсации и частично возвращаются в колонну. Это поддерживает в верхней части колонны определенную температуру и создает поток жидкости (флегма или орошение), контактирующей с парами, поступающими снизу колонны. 

В нижнюю часть колонны подводится теплота  Ов, часть жидкости испаряется, и  в отгонной части образуется поток  паров. Паровой поток, поднимающийся  снизу, оказывается более нагретым и обогащенным тяжелолетучими компонентами, чем жидкостный поток, идущий сверху. При взаимодействии этих неравновесных потоков происходит тепло- и массообмен. Тяжелолетучие компоненты переходят в жидкостный поток, а легколетучие — в паровой. В результате из верхней части колонны отводятся пары, обогащенные легколетучими компонентами, а из нижней — жидкость, обогащенная тяжелолетучими компонентами. 

Экстракция  — извлечение одного или нескольких растворенных веществ из одной жидкой фазы другой, практически не смешивающейся с первой. Примерами процесса экстракции могут служить отмывка водой метанола из конденсата, осушка углеводородных жидкостей гликолем, извлечение щелочью меркаптанов из конденсата и т.д. 

Собственно  процесс экстракции складывается из смешения исходной смеси с экстрагентом для создания тесного контакта между ними и отстоя и разделения двух несмеши-вающихся жидких фаз — экстракта и рафината. 

Процесс экстракции проводят обычно при температуре  окружающей среды. 

Выбор метода обработки зависит от следующих факторов: 

311 

 фракционного  состава газа и наличия в  нем конденсата 

с5+; 

содержания  воды в газе (насыщение газа парами воды и вынос пластовой воды); 

содержания  в газе неуглеводородных компонентов  — сероводорода, углекислоты и  органических кислот; 

давления  и температуры газа на устье скважины; 

климатических и почвенных условий в районе данного месторождения и по пути транспортирования газа по магистральным  газопроводам;