Общим для установок подготовки природного газа методом адсорбции в газовой отрасли является многокомпонентность природного газа, но при этом содержание метана составляет до 97 % масс.
Поэтому основным товарным продуктом на данных установках газовой отрасли ранее было принято считать подготовленный природный газ с высоким давлением, транспортируемый к местам потребления по магистральным газопроводам в качестве топлива, а основной задачей – подготовку газа в соответствии с установленными показателями и нормами качества для надежной поставки на дальние расстояния по магистральным газопроводам, в рамках договорных обязательств между поставщиком и потребителем [1].
В настоящее время обеспечение в системе магистральных газопроводов требований к качеству природного газа после осушки и отбензинивания на адсорбционных установках для осуществления поставок газового топлива потребителям и выполнения договорных обязательств, коррелируется с задачей рационального использования природного газа и ресурсосбережения [2,3].
Направление «рациональное природопользование» входит в перечень восьми приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и является прямым обеспечением государственного стандарта ресурсосбережения [2]. Рациональное природопользование – система природопользования, при которой в значительной степени по назначению расходуются природные сырьевые ресурсы и соответственно снижается потребление добываемых ресурсов. Рациональное природопользование характерно для производства, которое развивается на основе научно-технического прогресса для максимально возможного извлечения пользы из природного ресурса и повышения прибыли.
Одновременная адсорбционная осушка и отбензинивание природного газа на адсорбционных установках не обеспечивают полного извлечения углеводородов C5+. В газовой отрасли адсорбционные установки подготовки газа обеспечивают надежную поставку качественного топлива потребителю при дальнем транспорте природного газа, но не характеризуются высокой степенью извлечения углеводородов C5+ в присутствии влаги. Избирательная способность адсорбента по углеводородам C5+ в условиях одновременной адсорбционной осушки и отбензинивания природного газа невысокая, что объясняет остаточное содержание углеводородов C5+ в природном газе после подготовки [4,5].Метод ступенчатой сепарации не позволяет полностью извлечь углеводороды С5+ из газа регенерации, что увеличивает их содержание в газе регенерации после предварительной сепарации (в отработанном газе регенерации) и газе стабилизации при получении стабильного углеводородного конденсата на узле извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации в составе адсорбционной установки ( рис.1).
Согласно рис.1 газ регенерации, насыщенный парами воды и углеводородами С5+, двумя потоками линий А и В охлаждается в аппаратах воздушного охлаждения АВО 1,2, отделяется от технической воды и углеводородного конденсата в трехфазном сепараторе высокого давления 1,2 и, как отработанный газ регенерации, подается на смешение с исходным газом, который подается на адсорбцию. Выделенный конденсат проходит трехступенчатую стабилизацию в трехфазных сепараторах 1,2,3 и сепараторе низкого давления с промежуточным подогревом и направляется в резервуарный парк. При этом техническая вода утилизируется, а газ стабилизации отводится на факел.
Невысокая степень извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации на адсорбционных установках 65% масс. и 50% масс. в зимний и летний период соответственно (см. таблицу 1), существенно снижает выработку и эффективную реализацию углеводородного конденсата как товарного продукта. Эффективность возрастающих объемов реализации жидких углеводородов С5+ в качестве товарного продукта может быть значительно выше потерь при реализации, возникающих при снижении теплоты сгорания природного газа, используемого как топливо после адсорбционной подготовки. Остаточное содержание углеводородов С5+ в составе подготовленного углеводородного газа на адсорбционной установке создает условия недостаточно рационального использования жидких углеводородов С5+ и не в полном объеме обеспечивает стандарт ресурсосбережения [2]. Природные ресурсы – углеводороды С5+ используются недостаточно рационально.
Задача увеличения степени извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации и снижения потерь этих углеводородов на адсорбционной установке является актуальной и практически значимой для газовой отрасли. Рациональность процесса подготовки углеводородного газа существенно зависит от количества извлеченных целевых компонентов из исходного газа. В настоящее время в газовой отрасли эксплуатируются АУПГТ на КС «Краснодарская», КС «Казачья» и КС «Портовая». В процессах подготовки природного газа, где применяются методы ступенчатой сепарации при обработке газа на адсорбционных установках, одной из проблем является низкое извлечение углеводородов С5+ из газа регенерации.
В РФ предусмотрен комплекс мер, направленных на отказ от использования устаревших и неэффективных технологий, переход на принципы эффективных доступных технологий и внедрение современных технологий [6].
Правительством РФ проводится политика, направленная на отказ от использования устаревших и неэффективных технологий. Переход к практике применения эффективных технологий является очевидным преимуществом, так как реально только через технологическую модернизацию можно обеспечить высокий уровень производственного прогресса, экологической безопасности и энерго- и ресурсосбережения[7].В качестве эффективной технологии извлечения углеводородов С5+ из газа регенерации при подготовке природного газа предложен «Технологический модуль изоэнтальпийного расширения отработанного газа регенерации с последующей низкотемпературной ректификацией» (рис.2).
Расчетное исследование изоэнтальпийного расширения и низкотемпературной ректификации газа регенерации [8] проводилось на моделирующей программе «HYSYS Process». Согласно рисунку 2, предлагается общий поток 4 отработанного газа регенерации линий А и В с температурой 20 °С при давлении 6,3 МПа от сепаратора высокого давления направить на дросселирование в дросселе-1 для конденсации тяжелых углеводородов С5+, которые затем выделить путем ректификации в ректификационно-отпарной колонне.
Охлажденный до температуры минус 0,75 °С при давлении 1,9 МПа после дросселирования поток 5 отработанного газа регенерации перейдет в двухфазное состояние, и далее направится через теплообменник ТР-3 и линию подачи потока 6 охлажденного отработанного газа регенерации в среднюю часть колонны для получения стабильного конденсата и газов стабилизации [8, 9]. При этом общий поток углеводородного конденсата 12 охладится до температуры 6,2 °С при давлении 6,2 МПа в рекуперативном теплообменнике ТР-3. Охлаждение углеводородного конденсата осуществляется посредством подвергнутого дросселированию в дросселе 1 потока 4 отработанного газа регенерации, который затем направляется через линию подачи потока 12 охлажденного углеводородного конденсата на дальнейшее охлаждение до температуры 2,7 °С при давлении 1,9 МПа путем дросселирования в дросселе 2 и далее по линии потока 13 на стабилизацию в верхнюю часть ректификационно-отпарной колонны [9]. В ректификационно-отпарной колонне охлажденная жидкая фаза стекает и контактирует с поступающей снизу газовой фазой. В нижней части колонны происходит выпаривание рибойлером при температуре 219,1 °С легких углеводородов и получение стабильного конденсата который подается по линии потока 16 в АВО-3. Вместе с легкими углеводородными газами стабилизации выпариваются и более тяжелые углеводороды, которые в верхней части колонны при температуре 0,9 °С конденсируются и переходят в жидкую фазу, стекающую в нижнюю часть ректификационно-отпарной колонны. Полученный поток 15 газов стабилизации направляют на собственные нужды. Стабильный конденсат по линии потока 17 направляют в резервуарный парк после охлаждения в АВО-3 до 20 °С [9].
Согласно расчетным исследованиям, использование технологического модуля изоэнтальпийного расширения отработанного газа регенерации с последующей низкотемпературной ректификацией на адсорбционной установке, позволяет повысить степень извлечения целевых компонентов С5+ на 13 % в зимний период и на 28 % в летний период, и утилизировать газы стабилизации на собственные нужды (см. таблицу 1)
Технологический модуль изоэнтальпийного расширения отработанного газа регенерации с последующей низкотемпературной ректификацией попадает под требования ЭДТ. Данный проект направлен на повышение показателей по ресурсосбережению.
Окупаемость проекта «Технологический модуль изоэнтальпийного расширения отработанного газа регенерации с последующей низкотемпературной ректификацией» зависит в основном от стоимости жидких углеводородов, которые в разы выше стоимости топливного газа. Преимущество АУПГТ, с применением модуля изоэнтальпийного расширения отработанного газа регенерации с последующей низкотемпературной ректификацией состоит в возможности использования извлекаемых жидких углеводородов в качестве сырья для нефтеперерабатывающей отрасли и снижения количества целевых компонентов С5+ в топливном газе. Это существенно повысит эффективность работы АУПГТ.
Таким образом, совокупность предложенных нами решений позволяет обеспечить ресурсосбережение вследствие дополнительной выработки углеводородного конденсата.
Литература
1. СТО Газпром 089-2010. Газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным газопроводам. Технические условия. – Введ. 2010-25-10 – М. : Стандарт организации: 2010. – 20 с.
2. ГОСТ 30166-2014 Ресурсосбережение. Основные положения. – Введ. 2016-01-01. – М. : Межгосударственный стандарт : Стандартинформ, 2016. – 16 с. : ил.
3. Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации: Указ Президента РФ от 7 июля 2011 № 899.
4. Кондауров, С.Ю. Перспективы использования адсорбционных технологий для подготовки газа к транспорту / С.Ю. Кондауров // Газовая промышленность. – 2010. – № 10. – С. 52–55.
5. Вяхирев, Р.И. Теория и опыт добычи газа / Р.И. Вяхирев, Ю.П. Коротаев, Н.И. Кабанов – М. : ОАО «Недра», 1998. – 479 с. – ISBN 5-247-03801-0.
6. ГОСТ Р 56828.32-2017 Наилучшие Доступные Технологии Ресурсосбережение. Методологии идентификации. – Введ. 2017-12-01. – М. : Национальный стандарт РФ: Стандартинформ, 2017. – 16 с. : ил.
7. ИТС 50-2017 «Переработка природного и попутного газа». Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Введ. 2018-05-01. – М. : Национальный стандарт РФ: Бюро НТД, 2018. – 213 с. : ил.
8. Сыроватка, В.А. Совершенствование технологии извлечения тяжелых углеводородов С5+ из газа регенерации адсорбционной установки подготовки углеводородного газа : дис. канд. техн. наук: 05.17.07 / Сыроватка В.А. – Астрахань, 2018. – 139 с.
9. Пат. № 2645105 Российская Федерация МПК51 F25J 3/00. Способ подготовки углеводородного газа и установка для его осуществления / Ю.П. Ясьян, В.А. Сыроватка; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «КубГТУ». – № 2016151570; заявл. 26.12.2016; опубл. 15.02.2018, Бюл. № 5. – 21 с.: ил.
