УДК 661.721

ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛОННЫ ОТДУВКИ МЕТАНОЛА В ТЕХНОЛОГИИ ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА

Кузьменко Елена Анатольевна1, Покоев Евгений Романович1
1ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Аннотация
В статье рассматривается технология регенерации метанола в системе установки комплексной подготовки газа и газового конденсата, реализованная с помощью блока колонны отдувки метанола. В процессе исследования для изучения динамики процесса использовались методы технологического и математического моделирования с применением программного пакета Aspen HYSYS и среды программирования Pascal.

Ключевые слова: , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Кузьменко Е.А., Покоев Е.Р. Исследование и моделирование колонны отдувки метанола в технологии промысловой подготовки газа // Современные научные исследования и инновации. 2018. № 6 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2018/06/86735 (дата обращения: 07.06.2018).

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.

Поделиться в соц. сетях

0

Библиографический список
  1. Истомин В.А. Квон В.Г. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов В системе добычи газа.-М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004.-252 с.
  2. 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.
  3. Авторское свидетельство №512876, СССР. Способы регенерации водометанольного раствора//Бюллетень изобретений.-1976.-№17.
  4. 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

Все статьи автора «Сартакова Елена Евгеньевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация