МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ ГАЗА НА МЫЛЬДЖИНСКОМ ГАЗОКОНДЕНСАТНОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ (ТОМСКАЯ ОБЛАСТЬ) ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СТЕПЕНИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КОНДЕНСАТА

1 ...

При этом приобретает актуальность целенаправленное формирование ценовой политики с тем, чтобы сделать рентабельной добычу и переработку как стабильного конденсата, так и легких углеводородных фракций. Следовательно, реализация технических предложений по увеличению степени извлечения целевых компонентов из конденсатсодержащих газов Западной Сибири может быть осуществлена при наличии долговременной государственной политики в сырьевой сфере, направленной на стимулирование добычи и переработки конденсата, при значительном долевом участии ОАО «Газпром» в комплексной переработке углеводородного сырья с последующей реализацией продукции газохимии на внешнем и внутреннем рынках. Поэтому для ОАО «Газпром» особое значение приобретает стратегическое планирование развития отрасли в Западной Сибири какосновном газодобывающем регионе с учетом постепенного качественного изменения структуры добываемого углеводородного сырья [3].Как было обосновано еще в 60-е годы, проведение процесса НТС в несколько ступеней приводит к меньшему выходу нестабильного конденсата, чем (теоретически) сепарация в одну ступень. Анализ фазовых диаграмм газоконденсатных смесей свидетельствует о наличии давления максимальной конденсации углеводородов при заданной температуре сепарации. Здесь хотелось бы особо подчеркнуть вклад О.Ф. Худякова, который еще в 60-е годы активно участвовал в цикле проводившихся во ВНИИГазе газоконденсатных исследований, позволивших впоследствии дать конкретные предложения по совершенствованию технологии НТС. На уровне изобретений был разработан ряд технических решений, направленных на увеличение выхода углеводородного конденсата при сохранении двух- либо трехступенчатой сепарации газа. Простейшее решение состоит в организации впрыска части тяжелого углеводородного конденсата, выделяемого в первичном сепараторе, на последнюю ступень сепарации (впрыск осуществляется перед дросселем, и при этом необходимо подобрать оптимальное количество впрыскиваемого конденсата с первой ступени сепарации). Впрыскиваемый углеводородный конденсат с первой ступени сепарации имеет высокую температуру, и, для того чтобы уменьшить его влияние на температуру в низкотемпературном сепараторе, конденсат перед впрыском охлаждается, обычно в теплообменнике типа "конденсат - конденсат". Этот технологический прием с теоретической точки зрения позволяет несколько увеличить выход нестабильного конденсата. При наличии трехступенчатой сепарации газа (с промежуточной сепарацией до дросселя) выделяющийся на промежуточной ступени сепарации нестабильный конденсат можно вместе с водометанольным раствором подавать в поток впрыскиваемого конденсата. Подобный усовершенствованный вариант позволяет более экономично решить проблему предупреждения гидратообразования при охлаждении этого конденсата в теплообменнике "конденсат - конденсат". Имеются и некоторые другие варианты частичного устранения указанного недостатка многоступенчатой технологии сепарации газа. Однако все аналогичные предложения имеют паллиативный характер и не решают радикально проблему увеличения выхода тяжелых углеводородов С5+в. Таким образом, варианты впрыска нестабильного конденсата на последнюю ступень сепарации сейчас представляют главным образом методический интерес, как лежащие в русле развития идей совершенствования низкотемпературных процессов промысловой подготовки газа, начиная с простейшей технологии НТС.Дальнейшим развитием идеи впрыска конденсата на последнюю ступень сепарации следует рассматривать процессы низкотемпературной абсорбции (НТА). Смысл технологии низкотемпературной абсорбции состоит в замене низкотемпературного сепаратора на комбинированный аппарат - абсорбер-сепаратор. Рассматриваемая технологическая схема получила название низкотемпературной абсорбции (НТА). В ее рамках возможно более существенное повышение степени извлечения пропан-бутановой фракции (на 10-15%) и в меньшей мере - тяжелых углеводородов С5+в. (не более чем на 5 %). В настоящее время разработан ряд вариантов НТА, адаптированных к промысловым условиям, в связи с чем иногда используется аббревиатура ПНТА. Что касается газа дегазации низкого давления, образующегося на установке НТС, то имеется техническая возможность его полного возвращения в основной газовый поток без каких-либо дополнительных энергетических затрат, оставаясь в рамках классической технологии НТС. Утилизация газов дегазации достигается заменой дросселирующего устройства на эжектор типа газ-газ. В настоящее время эжектор газ-газ - традиционный аппарат установки НТС [3].Примером ПНТА является установка низкотемпературной абсорбции на УКПГ-1в ООО «Ямбурггаздобыча» (рисунок 2.1). В отличие от «классической» НТА, согласно которой абсорбент готовится в специальных ректификационных аппаратах, в технологии ПНТА в качестве абсорбента низкотемпературного абсорбера А-2 используется собственный углеводородный конденсат, выделившийся в первичном сепараторе С-1 и прошедший стадии дегазации в разделителе Р-1 и охлаждения в рекуперативном теплообменнике Т-3. Принципиальная технологическая схема такого способа характеризуется достаточной простотой и более высокой эффективностью в части извлечения конденсата по сравнению с традиционной технологией НТС: удельный выход товарного нестабильного конденсата при прочих равных условиях возрастает примерно на 18-20% [11].Рисунок 2.1. Технологическая схема ПНТА УКПГ-1вКак показывает зарубежный опыт, в современных условиях установки НТС необходимо заменять установками (заводами) низкотемпературной конденсации, отличающимися значительно более низкими температурами охлаждения потоков (до -120 °С). Такие уровни температур обеспечивают глубокое извлечение не только жидких углеводородов, но и пропана и этана. В процессе низкотемпературной конденсации (НТК) газа охлаждение продолжают лишь до заданной степени конденсации паровой фазы (исходного газа), которая определяется необходимой глубиной извлечения целевых компонентов из газа и достигается с помощью вполне определенной (в зависимости от состава исходного газа и давления в системе) конечной температуры процесса охлаждения. Эта температура достигается путем подвода расчетного количества холода нужного температурного уровня.Низкотемпературная конденсация обеспечивает глубокое извлечение и высокую чистоту товарных продуктов, она наиболее экономична из всех используемых ныне процессов. Внедрение низких температур процесса потребовало создания новых видов конструкционных материалов и оборудования, способного работать при температурах до -120°С, новых высокоэффективных способов охлаждения газа, новых методов осушки газа, новых изоляционных материалов. Один из путей снижения температуры процесса - использование пропанового охлаждения в сочетании с холодом дросселируемого газоконденсата. Этим методом достигли температур процесса до -70 °С. Для достижения более низких температур и соответственно увеличения глубины извлечения этана стали использовать каскадные холодильные циклы - пропан-этановый и фреон-этиленовый. Степень извлечения этана достигла 87%, пропана-99%, бутана и высших-100%. Технологические схемы отличались большим разнообразием и предназначались для извлечения как С2 + , так и С3+.Типичная схема НТК с применением детандера представлена на рисунке 2.2.Поступающий на переработку газ осушается до точки росы, соответствующей температуре процесса. При температурах конденсации -90 -120 °С для осушки газа обычно используется адсорбционный процесс с молекулярными ситами в качестве адсорбента. После осушки сырье охлаждается отбензиненным газом и конденсатом, подвергнутым дросселированию. Сконденсировавшаяся жидкость отделяется в низкотемпературном сепараторе, дросселируется и после теплообмена с сырьевым потоком подается в ректификационную колонну.Газ из сепаратора поступает в детандер, который обычно выпускает потоки с массовым содержанием жидкости до 20%. Эта двухфазная смесь направляется в верхнюю сепарационную часть ректификационной колонны. Жидкость, стекая вниз по колонне, действует на рефлюкс (орошение). Холодный газ из сепарационной части идет на охлаждение сырьевого газа, а затем на сжатие в компрессор, приводом которого служит детандер. Если требуется, применяется дополнительное сжатие.Рисунок 2.2. Принципиальная технологическая схема НТКI - сырой газ со скважин; II - товарный газ потребителю; III - сырой конденсат на газофракционирующую установку(ГФУ); 1 - сепаратор первой ступени; 2 - теплообменники типа «газ -газ»; 3 - теплообменник типа «газ - конденсат»; 4 - турбодетандер; 5 - сепаратор второй ступени;6 - ректификационная колонна; 7 - кипятильник; 8 - сепаратор сырого конденсата; 9 - установка регенерации ингибитора гидратообразования.Исследование влияния давления на эффективность процесса НТК показало, что повышение давления увеличивает степень конденсации углеводородов, но уменьшает селективность (избирательность). Снижение температуры при постоянном давлении наряду с увеличением степени конденсации приводит к увеличению селективности: тяжелые углеводороды переходят в жидкую фазу быстрее. Установлено также, что в процессе НТК не достигается равновесие газовой и жидкой фаз: жидкая фаза по составу тяжелее, чем равновесная, а газовая легче. Это объясняется более быстрым протеканием процессов теплообмена по сравнению с массообменом, особенно в жидкой фазе, что и вызывает ее переохлаждение. При расчете процесса НТК в соответствии с фазовым равновесием реальный процесс будет эффективнее расчетного. В условиях эксплуатации месторождения при облегчении состава исходной смеси эффективность охлаждения в детандере увеличивается при постоянном давлении на его входе, т. е. снижение степени извлечения целевых компонентов из облегчающегося состава газа будет компенсироваться автоматическим снижением температуры в детандере. Конечный выход и качество целевых продуктов зависят от работы узла деметанизации (деэтанизации). Назначение деметанизатора - удалить из жидкой фазы весь метан, предотвратив при этом потери этана. Обычно допускается массовое содержание этана в верхнем продукте деметанизатора до 5% от общего содержания этана в сырье колонны, содержание метана в нижнем продукте - не более 2% от массы этана, содержащегося в нижнем продукте. Повышенное содержание этана в верхнем продукте деметанизатора приводит к потере товарного продукта, повышенное содержание метана в нижнем продукте осложняет работу последующей колонны и снижает качество товарного этана. Назначение деэтанизатора - удаление из жидкой фазы всего метана и всего этана. Допустимое содержание пропана в верхнем продукте составляет не более 2% от массы этана, содержащегося в верхнем продукте, содержание этана в нижнем продукте - не более 2% от массы пропана в нижнем продукте [12].Также следует отметить, что в зависимости от технологической схемы установки НТК могут быть с внешним и внутренним холодильными циклами. Установки с внешними холодильными циклами используют обычно для извлечения углеводородов из сравнительно сухих природных газов, установки с внешними холодильными циклами рекомендуется использовать при жирных природных и попутных газах [3].Перспективными являются технологии реализующие извлечение углеводородов С2+ на температурном уровне сепарации до минус 50-55 °С с последующей обработкой выделившегося конденсата в ректификационной колонне (технологии НТСР). Таким образом, если ПНТА реализует процесс НТС при умеренно низкой температуре с последующим доизвлечением преимущественно пропан-пентановой фракции из всего объема газа сепарации и доведением выделившегося конденсата до кондиции по упругости паров, то НТСР осуществляет максимальную конденсацию углеводородов С3+ или С2+ в узле НТС и далее «работает» только с конденсатом. Структурная принципиальная технологическая схема одной из модификаций технологии - НТСР высокого давления приведена на рисунке 2.3 [11].Такая технологическая схема подготовки газа успешно используется при промысловой обработке природных газов Валанжинских залежей на Уренгойском и Ямбургском месторождениях (рисунок 2.3).Согласно схеме, газ, добытый из пласта, подвергают первичной сепарации в С-1, охлаждению, редуцированию (с применением турбохолодильной техники) и низкотемпературной сепарации в С-2. Конденсатные потоки с первичной, промежуточной и низкотемпературной ступеней сепарации после отделения от них BMP и нагрева в рекуперативных теплообменниках Т-1 и Т-2 подвергаются ректификации в К-1 под давлением близким к давлению в низкотемпературной ступени сепарации, но не выше 6,5 МПа. Колонна К-1 максимально упрощенного отпарного типа обеспечивает требуемую упругость паров конденсата путем отпарки преимущественно метана с сохранением целевых компонентов С3+ или С2+.Газ отпарки из К-1 подлежит обработке (рекупарация холода и при необходимости - компримирование) совместно с газом низкотемпературной сепарации.Рисунок 2.3. Принципиальная технологическая схема низкотемпературной сепарации и ректификации высокого давления (НТСР ВД)Технологии такой направленности на температурном уровне около минус 50 °С обладают следующими отличительными чертами.1. Принципиально возможно в рамках единой установки получать не только традиционный нестабильный конденсат, но и более кондиционные продукты: деметанизированный, деэтанизированный или стабильный газовые конденсаты.Степень извлечения целевых углеводородов значительно выше: этана - 25-30, пропан-бутанов - 70-80 и углеводородов С5+ - 99-100 % от их потенциального содержания в исходном газе. При этом данный уровень извлечения будет сохраняться в течение всего срока разработки месторождении.Данные технологии потребуют минимального расходования антигидратного реагента - метанола, поскольку его, равновесное содержание в газе и конденсате значительно снижается с понижением температуры.Они не чувствительны к наличию тугоплавких парафинов, т.к. их содержащий конденсат первичной сепарации не попадает в зону низких температур (как в ПНТА), а подвергается фракционированию (освобождению от легких компонентов) в отпарной ректификационной колонне при более высоких температурах.Схемы НТСР не имеют узла концевой дегазации (как правило, низконапорной), лишены проблемы вовлечения газов дегазации в высоконапорные потоки эжекторами или компрессорами.6. Кондиционный по упругости насыщенных паров конденсат с куба колонны подлежит охлаждению в рекуперативных теплообменниках и АВО, после чего поступает в конденсатопровод под собственным давлением, т.е. без специальной насосной станции [11].Эффективность и приемущества установки НТСР были исследованы на Уренгоцйском НГКМ [13]. На рисунках 2.4 и 2.5 схематично показаны упрощенные варианты технологии НТС и НТСР с использованием эжектора. Как видно из рисунка, отличительной особенностью технологии НТСР является наличие ректификационной колонны вместо разделительной емкости. Так же как и разделительная емкость в схеме НТС, колонна в схеме НТСР предназначена для выделения метана и более тяжелых нецелевых компонентов из нестабильного конденсата, полученного при сепарации.Использование колонны обеспечивает более высокую четкость разделения углеводородных компонентов. Это позволяет извлекать из конденсата нецелевые компоненты со значительно меньшими потерями целевых, нежели в случае с использованием для данных целей разделительной емкости, как в схеме НТС.Чаще всего для нестабильного конденсата нецелевым компонентом является метан, наличие которого ведет к значительному повышению упругости паров, что, с одной стороны, приводит к повышению рисков промышленной безопасности при его трубопроводном транспорте, а с другой - к снижению эффективности работы колонн деэтанизации при последующей переработке газового конденсата.Газовый конденсат со всех промыслов поступает в Уренгойское УПКТ, где осуществляется его деэтанизация, и далее деэтанизирован-ный конденсат по конденсатопроводу транспортируется на Сургутский ЗСК для дальнейшей переработки. В настоящее время газы деэтанизации поступают на эжектирование на установки комплексной подготовки газа (УКПГ-2В) Уренгойского НГКМ, а после ввода в эксплуатацию НГХК планируется их поставка на это предприятие в качестве исходного сырья.Производительность колонн деэтанизации в Уренгойском УПКТ зависит, в первую очередь, от объема газовой фазы, выпариваемой из конденсата. Соответственно снижение содержания метана в газовом конденсате приведет к снижению объема газов деэтанизации, что позволит увеличить производительность колонн деэтанизации по сырью [13].Снижение содержания метана в нестабильном конденсате также положительно отразится и на эффективности загрузки планируемого к вводу в эксплуатацию НГХК, поскольку в этом случае будет обеспечено значительно более высокое содержание этана в сырье комплекса (газы деэтанизации). Это, в свою очередь, позволит увеличить объем выделения для переработки целевого компонента (этана) при неизменной загрузке блока фракционирования НГХК. На рисунке 2.6 приведено изменение массового содержания метана и этана в газовом конденсате в зависимости от упругости паров НК, полученного на базе технологии НТС и НТСР при температуре сепарации -30 0С.Следует отметить, что минимальное значение упругости паров НК. которое может быть обеспечено при использовании технологии НТС составляет 1,5 МПа, дальнейшее снижение приводит к резкому увеличению газов дегазации и невозможности установления требуемых режимов работы установки. В то же время использование технологии НТСР позволяет достигнуть значительно более низкой упругости паров - примерно 0,3 МПа.Исходя из приведенных зависимостей на рисунках 2.6 и 2.7 выполнено сравнение эффективности технологий НТС и НТСР по двум параметрам: содержанию этана в НК при равной упругости его паров (при практически равном содержании метана); содержанию метана в НК (упругости паров) при равных содержаниях этана [13].Рисунок 2.4. Упрощенная технология НТС с использованием эжектора Рисунок 2.5. Упрощенная технология НТСР с использованием эжектора Рисунок 2.6. Зависимость содержания метана и этана в конденсате от упругости паров НК, полученного на базе технологии НТС и НТСР, при температуре сепарации -30 0СРисунок 2.7. Зависимость объема газов деэтанизации от содержания этана в НКВ первом случае (рисунок 2.6) газовый конденсат, полученный с использованием технологии НТСР, характеризуется значительно более высоким содержанием этана. Поэтому технология НТСР позволяет обеспечить более глубокое извлечение в конденсат этана (а также пропана и бутанов) по сравнению с технологией НТС при соблюдении одних и тех же требований к обеспечению условий однофазного транспорта конденсата. Это особенно значимо для обеспечения в перспективе надежной поставки требуемых объемов этана на дальнейшую переработку.Во втором случае можно отметить, что при равных массовых содержаниях этана в НК газовый конденсат, полученный на базе технологии НТСР, характеризуется значительно более низким содержанием метана (имеет более низкую упругость паров) по сравнению с конденсатом, полученным по технологии НТС. Следовательно, такой конденсат может транспортироваться при более низком давлении, а при его переработке в Уренгойском УПКГ значительно снизится выход газов деэтанизации. Расчетная зависимость удельного выхода газов деэтанизации при деэтанизации НК, полученного на базе технологий НТС и НТСР с одинаковым содержанием этана, приведена на рисунок 2.7 [13].3-S сепаратор Традиционные крупнотоннажные УКПГ, у которых низкотемпературная сепарация происходит за счет дросселирования газа (эффект Джоуля-Томпсона), не отвечают современным требованиям по снижению капитальных и эксплуатационных затрат при обустройстве и эксплуатации удаленных месторождений. Ниже будет описана технология с применением 3-S сепаратора, которая отвечает современным требованиям и значительно эффективнее традиционных методов при низкотемпературной сепарации