Технология Дризо при регенерации гликоля на УКПГ-2 и КПК нефтегазоконденсатного месторождения Карачаганак



Ключевые слова: осушка газа, регенерация, Дризо.

Добываемый природный газ содержит влагу, которая отрицательно влияет на процессы переработки и транспортировки, в частности, некоторые углеводороды могут образовывать отложения гидрата в присутствии воды, что приводит к снижению пропускной способности трубопроводов и арматуры и вызывает чрезвычайную ситуацию при засорении сечения. Для удовлетворения требований к товарному газу, транспортировки его по магистральным трубопроводам и дальнейшей реализации природные газы подлежат обязательной сушке. Для удаления влаги из газа используются следующие технологии: низкотемпературная сепарация, низкотемпературная конденсация, абсорбция, адсорбция, комбинация этих методов. На месторождении Карачаганак широко применяются абсорбционные методы сушки газа. В качестве влагопоглощающих средств обычно используют растворы диэтиленгликоля (ДЭГ), триэтиленгликоля (ТЭГ). Этот процесс состоит из поглощения паров влаги из газа высококонцентрированным абсорбирующим раствором и последующей регенерации абсорбента, насыщенного водой. Определяющее значение точки росы осушенного газа по воде при эксплуатации установок абсорбционной осушки природного газа гликолями, технологические параметры работы абсорбера, эксплуатационные свойства, циркулирующие в системе абсорбента, величина его технологических потерь при текущем значении давления добываемого пластового газа и его влагосодержание свидетельствуют об эффективности использования блока регенерации насыщенного водой абсорбента, который является регенерированным абсорбентом (известным как с остаточной концентрацией одного количества воды).

В настоящее время восстановление насыщенного водой гликоля может осуществляться следующими способами:

– атмосферная дистилляция насыщенного водой гликоля;

– вакуумная дистилляция насыщенного водой гликоля;

– атмосферная или вакуумная перегонка насыщенного водой гликоля с использованием выдувного газа;

– азеотропная дистилляция насыщенного водой гликоля.

В таблице 1 показана зависимость концентрации гликоля в регенерированном абсорбенте от технологической схемы перегонки.

Таблица 1

Зависимость концентрации гликоля в регенерированном абсорбенте от технологической схемы перегонки [1].

Технологическая схема работы блока регенерации водонасыщенного абсорбента потенциально полученное значение концентрации гликоля в регенерированном абсорбенте, % масс.	Регенерацияланған абсорбенттегі гликоль концентрациясының ықтимал алынған мәні, % масс.
Атмосферная дистилляция насыщенного водой гликоля	95,0–97,5
Вакуумная перегонка насыщенного водой гликоля	97,0–98,5
Атмосферная или вакуумная перегонка насыщенного водой гликоля с помощью выдувного газа (осушенного газа)	98,7–99,3
Азеотропная дистилляция насыщенного водой гликоля	99,5<

При применении действующих технологических схем установок абсорбционной сушки природного газа гликолями не обеспечивается необходимое качество подготовки осушенного газа с соблюдением благоприятных показателей эффективности их использования. Согласно информации, приведенной в научно-технической литературе [2,3], Для эффективной работы газопромысла на этапе последней стадии эксплуатации месторождений должна использоваться азеотропная схема регенерации гликолей, обеспечивающая получение регенерированного абсорбента на уровне остаточного содержания воды 0,1 %. Самый популярный метод азеотропной регенерации гликолей с использованием изооктана в качестве азеотропного агента — это процесс «Дризо».

В своей работе мы рассматриваем осушку газа с использованием регенерации гликоля Дризо на Карачаганакском нефтегазоконденсатном месторождении (КНГКМ).

Осушка газа с применением регенерации гликоля Дризо на КНГКМ

Таблица 2

Данные Карачаганакского месторождения

Плотность газоконденсата	778–814 кг/м 3
Содержание сероводорода	4 %
Давление газа	600 атмосфер.

Процесс «Дризо» или азеотропная дистилляция — глубокая регенерация гликолей, осуществляемая добавлением в испаритель азеотропного агента с температурой кипения от 70°С до 110°С, который образует положительную азеотропную смесь с влагой, растворенной в триэтиленгликоле, и позволяет довести массовую долю раствора триэтиленгликоля до 99,99 %.

Сушка газа с помощью Дризо применяется на следующих технологических объектах:

– Карачаганакский перерабатывающий комплекс (КПК);

– Установка комплексной подготовки газа (УКПГ-2).

Карачаганакский перерабатывающий комплекс

Карачаганакский перерабатывающий комплекс перерабатывает нефтяной конденсат, поступающий из 44 добывающих скважин и установки комплексной переработки газа. Разделяет нефть и газ через первичные сепараторы. Нефть доставляется по четырем стабилизационным линиям и разливается в Атырауский экспортный трубопровод для продажи на международных рынках.

Описание процесса осушки газа на КПК

Установка Карачаганакского перерабатывающего комплекса обеспечивает распределение поступающих углеводородов в жидкость и газ, осушку и очистку газа, стабилизацию смеси нефти и конденсата для перекачки в магистральный трубопровод Карачаганак-Атырау. В Карачаганакском перерабатывающем комплексе перед перекачкой в ГП-2 или транспортировки на Оренбургский нефтегазоперерабатывающий завод проводится очистка газа и обессеривание топливного газа [4].

В УКПГ-2 и КПК перегонный газ осушают на установке осушки газа с применением процесса Дризо при регенерации гликоля. Сернистый газ готовят на линиях контроля точки росы под средним (СД) и низким (НД) давлением.

Обезвоживание высокосернистого газа осуществляется с помощью процесса Дризо, который включает использование триэтиленгликоля в установке 341 A/B. Процесс Дризо уменьшает количество воды в газе до 1 сл/млн. Газ достигает точки росы за счет охлаждения при расширении через клапан Джоуля-Томсона. Конденсированный жидкий природный газ направляется в ГП-3. Температура кипения триэтиленгликоля составляет 285°С.

Схема установки 589 показана на рисунке 1.

Рис. 1. Схема азеотропной ректификации регенерации триэтиленгликоля: 1-абсорбер; 2-трехфазный сепаратор; 3-теплообменник; 4 — десорбер; 5-конденсатор; 6-сепаратор; 7-испаритель; 8-насос; 9-фильтр

Восстановленный гликолевый раствор 1 подается в верхнюю часть абсорбера, где он контактирует с влажным газом, который падает на дно устройства. Осушенный газ удаляется из абсорбера сверху. Влажный гликоль удаляется со дна абсорбера и проходит через сепаратор 6, нагревается в теплообменнике 3 и поступает через фильтр 9 в десорбер 4. Фильтр патронного типа, наполненный активированным углем, предназначен для удаления смол. Количество теоретических пластин в десорбере зависит от влажности гликоля. Обычно достаточно четырех теоретических тарелок.

Температура в десорбере составляет 160°C, а гликоль восстанавливается до 1,4 % влаги (масса.). При сливе он связывается с азеотропным агентом, подаваемым насосом 5 в испаритель 7. Десорбер работает в режиме, близком к изотермическому, поэтому его необходимо хорошо изолировать или даже оборудовать паровой рубашкой. Разделяющий агент образует азеотропную смесь с водой, которая сливается с верхней части десорбера. После конденсатора смесь распределяется в сепараторе: вода направляется в очистные сооружения, а азеотропный агент подается насосом 8 в испаритель 7. Объем сепаратора должен обеспечивать хорошее отделение смеси изооктан — водяного конденсата. Восстановленный гликолевый раствор охлаждают и возвращают в систему. Процесс «Дризо» имеет замкнутый цикл в углеводородах. Однако десорбированная вода содержит следы гликоля и углеводородов и требует дополнительной очистки [5].

УКПГ-2

УКПГ-2 уникальный многофункциональный объект с передовыми технологиями, введенный в эксплуатацию в 2003 году. Он способен разделять, перерабатывать и перекачивать сырой газ под высоким давлением, а также принимать нефть, а затем отправлять ее на установку комплексной подготовки газа для стабилизации перед отправкой на экспорт. Продукция подается в УКПГ-2 из 21 добывающих скважин.

В УКПГ-2 работает система перекачки газа под очень высоким давлением. Три компрессора могут перекачивать газ с высоким содержанием H ₂ S (9 %) до давления 550 бар.

Эта система закачки газа оказалась успешной, поскольку она обеспечивает поддержание частичного давления, улучшает восстановление жидких углеводородов, а также устраняет необходимость в добыче серы, что обеспечивает важные экологические преимущества.

При реализации блока регенерации насыщенного водой гликоля с использованием схемы ДРИЗО решающую роль в работе установки играет выбор оптимального азеотропообразующего агента.

Азеотропный агент должен обеспечивать минимальную температуру кипения азеотропной смеси с водой. Температура кипения азеотропообразующего агента не должна быть ниже 40 °С для уменьшения его потерь при отделении десорбера от воды в рефлюксном сосуде [6].

Целесообразность перевода установок регенерации гликоля на газосушильных установках из схем атмосферной и вакуумной перегонки в схему азеотропной перегонки триэтиленгликоля подтверждается рядом доказательств, таких как:

– метод азеотропной регенерации позволяет увеличить массовую долю триэтиленгликоля до 99,9 %;

– снижает разрушение триэтиленгликоля в результате теплового перегрева в спиральной печи за счет снижения температуры нагрева до 140–160°С;

– уменьшает коррозию внутренних элементов технологического оборудования и трубопроводов за счет снижения температуры нагрева;

– снижение температуры регенерации триэтиленгликоля позволяет снизить количество потребляемого топливного газа;

– отказ от вакуумных насосов в период снижения добычи газа установка комплексной подготовки газа снижает и оптимизирует энергозатраты.

Таким образом, технология с применением Дризо позволяет снизить температуру нагрева гликоля, что в конечном итоге снижает его затраты, связанные с термическим разрушением. Это также позволяет снизить эксплуатационные расходы на приобретение гликоля, снизить потребление топливного газа для нагрева абсорбента и повысить надежность оборудования установки регенерации.

Затем лучшая конфигурация Дризо была определена на основе четырех критериев: минимальное количество воды в газообразном сухом продукте, наименьший выброс летучих органических соединений (Нокс), самый низкий уровень потерь триэтиленгликоля и самая высокая нагревательная способность (HHV) для газообразного продукта [3].

Литература:

1. Али А. А. Повышение эффективности процесса абсорбционной осушки природного газа гликолями: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Москва, 2015. — 137 с.
2. Bernard Chambon, Louis Penel Prosernat, Van Khoi Vu, Thomas Brenas «Operational feedback from the NKossa DRIZO gas dehydration unit offshore Congo», March 2017.
3. Zong Yang Konga, Xin Jie Melvin Weea, Ahmed Mahmouda, Aimin Yub, Shaomin Liuc, Jaka Sunarsoa, «Development of a techno-economic framework for natural gas dehydration via absorption using tri-ethylene glycol: A comparative study between DRIZO and other dehydration processes» South African Journal of Chemical Engineering 31 (2020) 17–24.
4. Қарашығанақ МГККО игерудің технологиялық регламенті.
5. Жданова Н. В. Осушка природных газов [Текст] / Н. В. Жданова, А.Л. Халиф — М.: Химия, 1994. — 192 с.: ил.
6. Рогалев М. С. Обоснование и предложение по переводу блоков регенерации гликоля на азеотропную перегонку / М. С. Рогалев. — С.99 –104.