Кондауров, Станислав Юрьевич. Совершенствование технологии адсорбционной осушки и отбензинивания природного газа

brief description

Кондауров, Станислав Юрьевич. Совершенствование технологии адсорбционной осушки и отбензинивания природного газа : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.07 / Кондауров Станислав Юрьевич; [Место защиты: С.-Петерб. гос. технол. ин-т].- Санкт-Петербург, 2012.- 141 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/2872

0 0 0 «НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДНЫХ
ГАЗОВ И ГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ - Газпром ВНИИГАЗ»
На правах рукописи
04201268336
Кондауров Станислав Юрьевич
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
АДСОРБЦИОННОЙ ОСУШКИ И ОТБЕНЗИНИВАНИЯ
ПРИРОДНОГО ГАЗА
05.17.07 - Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель:
д.х.н., профессор
Золотовский Б.П.
Санкт-Петербург - 2012
Содержание
Содержание 2
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 7
1.1 Низкотемпературная сепарация природного газа 9
1.2 Абсорбционный метод подготовки газа к транспорту 11
1.3 Адсорбционные способы очистки, осушки и отбензинивания
природных газов 12
1.4 Активные угли 14
1.5 Цеолиты 15
1.6 Активный оксид алюминия 18
1.7 Силикагели 20
1.7.1 Адсорбция силикагелем 20
1.7.2 Установки осушки и отбензинивания природного газа 24
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ АДСОРБЕНТОВ 32
2.1 Определение диаметра гранул адсорбента 32
2.2 Определение насыпной плотности гранул адсорбента 32
2.3 Определение массовой доли потерь при высушивании 33
2.4 Определение массовой доли потерь при прокаливании (ППП) при
800 °С 34
2.5 Определение потерь при истирании гранул адсорбента 35
2.6 Определение общего объема пор гранул адсорбента 36
2.7 Определение величины удельной поверхности гранул адсорбента 37
2.8 Определение механической прочности гранул адсорбента 40
2.9 Определение динамической адсорбционной емкости силикагелей по
парам воды и н-гептана 41
2.9.1 Определение динамической адсорбционной емкости силикагелей по
парам воды 41
2.9.2 Определение динамической адсорбционной емкости силикагелей по
парам н-гептана 44
2.10 Определение адсорбционных свойств образцов адсорбентов на
пилотной адсорбционной установке 47
2
3. ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ АДСОРБЕНТОВ ДЛЯ ПРОЦЕССА
ОДНОВРЕМЕННОЙ ОСУШКИ И ОТБЕНЗИНИВАНИЯ
ПРИРОДНОГО ГАЗА 50
3.1 Исследование физико-технических свойств образцов российских
адсорбентов 50
3.2 Исследование закономерностей процесса одновременной осушки и
отбензинивания природного газа на однослойных и комбинированных
слоях российских адсорбентов 60
3.3 Исследование режима регенерации (термодесорбции) 77
3.4 Сравнительный анализ основных физико-технических свойств
российских и импортных адсорбентов 78
4. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО
СЛОЯ РОССИЙСКИХ АДСОРБЕНТОВ НА УПГТ КС
«КРАСНОДАРСКАЯ» 85
4.1 Объем и порядок загрузки российских адсорбентов для проведения
опытно-промышленных испытаний на КС «Краснодарская» 85
4.2 Технологический режим проведения процессов адсорбции и
регенерации для опытно-промышленных испытаний российских
адсорбентов на КС «Краснодарская» 92
4.3 Мониторинг работы комбинированного слоя российских
адсорбентов на УПГТ КС «Краснодарская» 93
4.4 Оценка экономической эффективности использования
предлагаемого комбинированного слоя российских адсорбентов для
осушки и отбензинивания природного газа на УПГТ КС
«Краснодарская» 106
ВЫВОДЫ 108
Приложения 110
Библиография 129
3
Введение
Мировые потребности в энергоресурсах продолжают неуклонно
увеличиваться по мере роста потребления топлива и энергии в развитых
странах, роста экономик и населения развивающихся стран. В современном
мире наличие и доступность топливно-энергетических ресурсов, обеспечение
их бесперебойной поставки потребителям и эффективного использования
потребителями становятся главными ориентирами в разработке
энергетических стратегий в различных странах мира.
Наряду с развитием экспортной инфраструктуры ОАО «Газпром»,
разработкой новых газоконденсатных месторождений, перспективы
использования адсорбционных технологий осушки и отбензинивания
природного газа в газовой отрасли ежегодно возрастают. В настоящее время
эксплуатируются адсорбционные установки в ООО «Газпром добыча
Надым» (месторождение «Медвежье), 0 0 0 «Газпром трансгаз-Кубань»
(магистральный газопровод «Голубой поток») и 0 0 0 «Газпром трансгаз
Санкт-Петербург» («Северный поток»). В ближайшие годы планируется
построить адсорбционные установки в 0 0 0 «Газпром трансгаз-Кубань»
(расширение УПГТ КС «Краснодарская»; УПГТ КС «Казачья» (в проекте
«Южный поток»)). С учетом существующих и создаваемых адсорбционных
установок подготовки газа к транспорту, ожидается, что к 2015 году общая
загрузка силикагеля на объектах ОАО «Газпром» составит порядка 5800
тонн.
На установке подготовки газа к транспорту КС «Краснодарская» в
качестве адсорбента используются силикагели компании BASF (Германия)
марок KS-TrokenPerlen-WS и KS-TrokenPerlen-H. На введенной в
эксплуатацию в ноябре 2011 года УПГТ КС «Портовая» (газопровод
«Северный поток») также используются вышеуказанные силикагели.
4
Следует отметить, что стоимость импортных силикагелей для осушки и
отбензинивания природного газа в 1 , 5 - 2 раза выше стоимости
отечественных аналогов.
Учитывая реализуемую ОАО «Газпром» программу
импортозамещения, актуальным является комплексное исследование
физико-химических и адсорбционных свойств, производимых на территории
Российской Федерации адсорбентов, с целью определения наиболее
перспективных для возможного применения на установках подготовки газа к
транспорту ОАО «Газпром» взамен импортных силикагелей.
Целью работы является совершенствование технологии адсорбционной
осушки и отбензинивания природного газа за счет использования российских
адсорбентов, стоимость которых значительно ниже применяемых импортных
аналогов.
В первой главе на основании литературных и патентных данных
проанализированы существующие промышленные способы осушки и
очистки природного газа, выделены предпочтительные области применения
различных технологических процессов для подготовки газа к транспорту,
рассмотрены применяемые адсорбенты и их свойства, сформулированы
задачи диссертационной работы.
Во второй главе приведены методики исследования адсорбентов и
описание пилотной адсорбционной установки.
Третья глава посвящена исследованию физико-химических свойств
силикагелей и адсорбентов на основе оксида алюминия, выпускаемых на
предприятиях Российской Федерации. В ней также представлены результаты
пилотных испытаний однослойных и комбинированных слоев адсорбентов,
изложены закономерности процесса одновременной осушки и
отбензинивания природного газа на однослойных и комбинированных слоях
адсорбентов, проведен сравнительный анализ основных физико-технических
5
свойств выбранных российских адсорбентов с используемыми в настоящее
время на УПГТ КС «Краснодарская» импортными силикагелями.
В четвертой главе представлены результаты опытно-промышленных
испытаний российских адсорбентов, проведен сравнительный анализ работы
адсорберов линии А УПГТ КС «Краснодарская», загруженных российскими
и импортными адсорбентами, сформулированы выводы.
Экспериментальная часть работы выполнялась в ООО «Газпром
ВНИИГАЗ» и на установке подготовки газа к транспорту КС
«Краснодарская» (ООО «Газпром трансгаз-Кубань»).
Выражаю глубокую признательность за ценные советы и творческое
участие в работе научному руководителю - д.х.н., профессору
Золотовскому Б.П., а также к.т.н. Артемовой И.И.
Отдельная благодарность за оказанное содействие в организации и
проведении опытно-промышленных испытаний на УПГТ КС
«Краснодарская»: заместителю начальника Департамента по
транспортировке, подземному хранению и использованию газа
ОАО «Газпром» Шайхутдинову A3, и главному технологу Кручинину М.М.;
сотрудникам ООО «Газпром трансгаз-Кубань»: главному инженеру
Краснодарского ЛПУМГ Павленко П.П., начальнику КС «Краснодарская»
Лаврикову П.В., заместителю начальника КС «Краснодарская» Кобелеву
А.Е., начальнику ЦПГТ КС «Краснодарская» Еланскому М.Б., ведущему
инженеру КС «Краснодарская» Бачалову И.С, инженеру-химику КС
«Краснодарская» Захаровой Л. П.

bibliography

выводы
1. Предложен и научно обоснован способ адсорбционной осушки и
очистки природного газа от углеводородов С5+ на комбинированном
слое российских адсорбентов, состоящем из адсорбента на основе
оксида алюминия марки НИАП-АОС (5 % мае.) и модифицированного
силикагеля марки РС-АССМ-М (95 % мае). Показано, что
избирательная адсорбция молекул воды и н-гептана, позволяет
достигнуть максимальных показателей динамической адсорбционной
емкости слоя по извлекаемым компонентам.
2. В динамических условиях исследованы адсорбционные свойства
комбинированного слоя адсорбентов. Получены зависимости степени
извлечения и адсорбционной емкости по парам н-гептана от его
содержания в природном газе.
3. Определена область применения комбинированного слоя российских
адсорбентов для осушки и отбензинивания природного газа.
Установлено, что комбинированный слой адсорбентов имеет высокую
динамическую адсорбционную емкость в широком диапазоне рабочих
давлений и может быть использован для подготовки природных газов к
транспорту с конденсатным фактором до 5,0 г/м3.
4. Экспериментально определен оптимальный температурный режим
регенерации комбинированного слоя адсорбентов. Выявлено, что
термодесорбция н-гептана из комбинированного слоя адсорбентов
заканчивается при температуре 210 °С.
5. Показано, что динамическая адсорбционная емкость силикагелей по
парам н-гептана зависит от объема мезопор. С ростом объема мезопор
в силикагеле показатель адсорбционной емкости увеличивается.
6. Проведена сравнительная экспериментальная оценка адсорбционных
свойств комбинированного слоя отечественных адсорбентов с
используемыми в настоящее время на УПГТ КС «Краснодарская»
108
импортными силикагелями. Выявлено, что комбинированный слой
отечественных адсорбентов обладает большей (~ на 18-К20 %)
динамической адсорбционной емкостью по парам н-гептана по
сравнению с импортными силикагелями.
7. В ходе опытно-промышленных испытаний на УПГТ КС
«Краснодарская» установлено, что предложенный комбинированный
слой адсорбентов обеспечивает показатели подготовленного газа,
соответствующие регламентным требованиям для его однофазного и
безгидратного транспорта по подводной части газопровода «Голубой
поток» и может быть рекомендован к использованию на
адсорбционных установках подготовки газа к транспорту взамен
импортных аналогов.