Для предотвращения процессов гидратообразования в технологии низкотемпературной сепарации, используемой при промысловой подготовке газа, перед стадиями охлаждения в поток подготавливаемого газа добавляется метанол [1].
Однако метиловый спирт – это весьма дорогое химическое сырье. Так, в 2008 году для решения вопроса экономии и регенерации ингибитора в систему установки комплексной подготовки газа (УКПГ) была внедрена установка отдувки метанола. Использование данной технологии позволило сократить расход метанола в 2 раза [2].
Организация замкнутого цикла, по используемому на установках комплексной подготовки газа метанолу, реализована с использованием колонны отдувки, проходя через которую часть направленного через низ газового потока насыщается метанолом из подаваемой на орошение метанольной воды, отделяемой из конденсата [3].
Колонна отдувки располагается на открытой площадке и представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат диаметром 1,2 м и высотой 13 м, в котором расположены 14 массообменных колпачковых тарелок со съёмной сетчатой насадкой на каждой тарелке.
Сырой газ, направляемый по коллектору диаметром 530 мм после дожимной компрессорной станции (ДКС) с давлением Р=7,0-7,35 МПа и температурой Т=20-28˚С, поступает в колонну через штуцер в нижней части аппарата, а 13-40% раствор метанола поступает на верхнюю массообменную тарелку. В результате противотока происходит контакт газа с метанолом, концентрация его в газе повышается, а очищенная вода стекает вниз и выводится с куба колонного аппарата [4].
В ходе эксперимента была оценена работа колонны выветривания метанола в динамике. Исходя из анализа экспериментальных данных, можно сделать вывод, что содержание таких углеводородов, как метан, этан, пропан и т.д. в газе практически не изменяется, процентное содержание метанола значительно снижается, в отдельных случаях – в несколько раз (табл. 1). Увеличение содержания метанола в газе составило от 0,193 до 0,871 % мол.
Для моделирования колонны выветривания метанола предлагается использование материального баланса массообменных процессов на тарелках с учетом фугитивности метанола и термобарических условий.
Уравнение общего материального баланса:
Gi-1-Li-Gi+Li=0 (1);
где Gi-1 – поток пара, поступающего на тарелку i; Li – поток жидкости, покидающей тарелку i; Gi – поток пара, покидающего тарелку i; Li+1 – поток жидкости, поступающей на тарелку i.
Уравнение покомпонентного материального баланса:
Gi-1∙yi-1,j-Li∙xij-Gi∙yij+Li∙xi+1,j=0 (2);
где x, y – концентрации компонентов в жидкости и паре соответственно, мол. доли; j – номер компонента.
Поскольку температура верха и низа колонны отличается несущественно, задается линейный профиль температур на тарелках по высоте колонны. Для реализации потарельчатого расчета предлагается использование методики матричной прогонки. Квадратичная матрица предполагает расчет концентраций метанола в газовой и жидкой фазе на 14 тарелках. За первое приближение принято значение содержания метанола в газе на входе в колонну выветривания. За конечное условие правильности расчета предлагается соответствие значений концентраций в выходных потоках.
Предварительно был подготовлен блок исходных данных, который включил в себя следующие параметры: давление в колонне, значение расходов и температуры газа и метанольной воды, составы входных потоков газовой и жидкой фазы и молекулярные массы компонентов, коэффициенты Антуана, коэффициенты для уравнения мольного равновесия, значения энтальпий испарения при 273К, для индивидуальных компонентов.
Моделирование колонны выветривания с помощью пакета Aspen HYSYS дало адекватный результат.
Таблица 1. Сравнение результатов эксперимента и моделирования по составу газового потока
| Наименование компонента | Содержание, % мол экспериментальное | Содержание, % молв результате моделирования | |||
| 12.07 | 14.07 | 18.07 | |||
| Метан | 85,682 | 85,80 | 85,79 | 85,84 | |
| Этан | 4,206 | 4,22 | 4,28 | 4,19 | |
| Пропан | 3,091 | 3,05 | 3,10 | 3,14 | |
| Изо-Бутан | 0,769 | 0,77 | 0,77 | 0,76 | |
| Бутан | 0,814 | 0,82 | 0,82 | 0,81 | |
| Нео-Пентан | 0,005 | 0,002 | 0,002 | 0,001 | |
| Изо-Пентан | 0,192 | 0,20 | 0,19 | 0,20 | |
| Пентан | 0,158 | 0,16 | 0,17 | 0,17 | |
| Гексаны | 0,100 | 0,13 | 0,10 | 0,11 | |
| Гептаны | 0,031 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | |
| Октаны | 0,005 | 0,002 | 0,001 | 0,001 | |
| Углерода диоксид | 0,726 | 0,73 | 0,71 | 0,72 | |
| Азот | 3,349 | 3,35 | 3,41 | 3,34 | |
| Метанол | 0,871 | 0,74 | 0.63 | 0,68 | |
Таблица 2. Сравнение результатов эксперимента и моделирования по составу метанольной воды
| День месяца | Наименование компонента | Содержание, % мол экспериментальное | Содержание, % молв результате моделирования |
| 12 | Вода | 92,8 | 91,36 |
| Метанол | 7,2 | 8,64 | |
| 14 | Вода | 83,0 | 88,77 |
| Метанол | 17,0 | 11,23 | |
| 18 | Вода | 90,0 | 90,16 |
| Метанол | 10,0 | 9,84 |
Планируется реализация предлагаемого алгоритма расчета колонны выветривания в среде Delphi с целью дополнения моделирующей системы расчета УКПГ.
Библиографический список
- Истомин В.А. Квон В.Г. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов В системе добычи газа.-М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004.-252 с.
- Дудко А.Н., Савченко Е.И., Замалиев Д.М., Забоева М.И. Перспектива утилизации водометанольного раствора на нефтегазоконденсатных меторожденияхНаучный форум. Сибирь.2016.-Т.2.-С.26-27.
- Авторское свидетельство №512876, СССР. Способы регенерации водометанольного раствора//Бюллетень изобретений.-1976.-№17.
- Махмутов Р.А., Ефимович Д.О. Оптимизация процесса регенерации метанола на месторождениях Крайнего Севера// Газовая промышленность.-2016.-№5 (51).-56-57.
Количество просмотров публикации: Please wait