Повышение эффективности абсорбционной осушки газа жидкими осушителями на примере Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения (ЯНАО)

В работе была проанализирована эффективность абсорбционной осушки газа различными жидкими осушителями в условиях газовых промыслов №5 и №1В Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения.Технологические схемы данного процесса была смоделированы в программной среде “Honeywell UniSim Design”. В результате исследования выявлены преимущества и недостатки гликолей при различных параметрах, предложены оптимальные параметры работы УКПГ №5 Ямбургского НГКМ, также исследована эффективность применения гликолей и ВМРа в условиях УКПГ-1В, предложены пути предотвращения гидратообразования в низкотемпературных колоннах и оптимальные расходы технологических жидкостей.

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………. 14
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………………………………… 16
2 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ…………………………………………………. 22
2.1 Геолого-физическая характеристика Ямбургского НГКМ……………………. 22
2.2 Состояние разработки Ямбургского НГКМ …………………………………………. 22
2.3 Этапы подготовки газа и технические требования к нему ……………………. 23
2.4 Способы осушки газа ………………………………………………………………………….. 25
2.4.1 Низкотемпературные методы осушки газа ……………………………………. 25
2.4.2 Адсорбционная осушка газа …………………………………………………………. 30
2.4.3 Абсорбционная осушка газа …………………………………………………………. 32
2.5 Жидкие осушители газа ………………………………………………………………………. 39
2.5.1 Свойства жидких осушителей ………………………………………………………. 39
2.5.2 Параметры, влияющие на эффективность действия гликолей………… 45
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ, ПОВЫШЕНИЕ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСУШКИ ЖИДКИМИ ОСУШИТЕЛЯМИ В
ОПРЕДЕЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ, ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ И
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ НА УКПГ ……………………… 48
3.1 Моделирование технологической схемы УКПГ–5 Ямбургского НГКМ в
программе «Honeywell UniSim Design» …………………………………………………….. 48
3.2 Влияние давления на процесс осушки …………………………………………………. 50
3.3 Влияние температуры на процесс осушки …………………………………………… 53
3.4 Влияние концентрации раствора гликолей на процесс осушки …………….. 56
3.5 Влияние расхода осушителя на процесс осушки ………………………………….. 58
3.6 Моделирование технологической схемы УКПГ–1В Ямбургского НГКМ в
программе «Honeywell UniSim Design» …………………………………………………….. 59
3.7 Анализ эффективности работы гликолей и ВМР в условиях УКПГ-1В
Ямбургского НГКМ …………………………………………………………………………………. 62
3.8 Предотвращение образования гидратов в низкотемпературных участках
схемы подготовки газа на УКПГ-1В Ямбургского НГКМ при использовании
различных осушителей …………………………………………………………………………….. 67
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ………………………………………………………………………………… 71
4.1 Расчет средней цены на гликоли и метанол …………………………………………. 71
4.2 Определение затрат на транспортировку гликололей и метанола…………. 73
4.3 Определение полной стоимости гликолей и метнола у разных
поставщиков…………………………………………………………………………………………….. 74
4.4 Определение количества и стоимости абсорбента в условиях УКПГ-5
Ямбургского НГКМ …………………………………………………………………………………. 79
4.5 Определение количества и стоимости гликолей и метанола в условиях
УКПГ-1В Ямбургского НГКМ …………………………………………………………………. 82
4.6 Расчет рентабельности модернизации абсорберов ГП-502 на УКПГ-5
Ямбургского НГКМ …………………………………………………………………………………. 83
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСВЕННОСТЬ ………………………………………………………. 85
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………… 86
Список используемых источников ……………………………………………………………….. 91
Приложение A …………………………………………………………………………………………….. 94

В магистерской диссертации описаны технологические схемы
подготовки природного газа Газовых промыслов №5 и №1В Ямбургского
НГКМ, построены модели процесса осушки в программной среде «Honeywell
UniSim Design», на основе которых был проведен анализ эффективности
работы наиболее распространенных осушителей этиленгликоля (ЭГа),
диэтиленгликоля (ДЭГа) и триэтиленгликоля (ТЭГа), также водометанольного
раствора (ВМР), который послужил некой заменой гликолям в условиях УКПГ-
1В, при различных параметрах работы установки.
Анализ в условиях УКПГ-5 показал, что при увеличении давления
потока газа на входе в абсорбер его точка росы уменьшается, как и унос
гликоля. Исходя из этого, в условиях падения пластового давления и падающей
добычи перед установкой осушки были введены две дожимные компрессорные
станции. До давления 4,5 МПа преимущество ТЭГа над ДЭГом хорошо
прослеживается, разница точек росы на этом промежутке составляет от 2 до
13,5оС при прочих равных условиях. При давлении 4,5 МПа и выше ТЭГ теряет
свое преимущество. Таким образом, внедрение ТЭГа может быть
целесообразно при дальнейшем падении пластовых давлений, но не в
настоящее время. При этом унос ТЭГа с осушенным газом примерно в 2 раза
меньше, чем унос ДЭГа. ЭГ же показал себя крайне неэффективным
абсорбентом как по параметру точки росы газа (не удовлетворяет требованиям
СТО), так и по параметру уноса, в 5-7 раз превышая показатели уноса ДЭГа.
При увеличении температуры контакта точка росы осушенного газа
повышается, что негативно сказывается на его качестве. Для осушки газа в
условиях УКПГ-5 до необходимой точки росы в минус 20оС при использовании
ТЭГ необходимо создать температуру контакта до 21оС, при использовании
ДЭГ до 17оС, ЭГа – до 0оС, что характеризует первый поглотитель как более
эффективный. В то же время унос гликоля больше нормированного значения в
8 г/1000 м3 для ДЭГа наступает при температуре 35оС, потери ТЭГа находятся в
рамках регламента даже при температуре 40оС, составляя 5,2 г/1000 м3, что
доказывает его преимущество по этому пункту исследования. Унос ЭГа больше
регламентируемого во всем диапазоне, многократно превышая показатели
конкурентов. Вязкость ДЭГа и ТЭГа в интервале температур от 2 оС и выше
соответствует значению меньше 100 сПз, у ЭГа вязкость еще более низкая (до
33 сПз), то есть массообмен в абсорбере не затруднен.
Концентрация раствора гликоля оказывает существенное влияние на
величину точки росы осушенного газа. При концентрации 98% масс ни ДЭГ, ни
ТЭГ, ни, тем более, ЭГ не могут обеспечить необходимую кондицию
подготавливаемого газа в условиях УКПГ–5. Наименьшей допустимой
концентрацией для обеспечения требуемого качества газа является 99% масс,
что не совсем совпадает с условиями регламента – необходимо поднять
нижнюю границу с 98,6 до 99% масс. В интервалах концентрации от 95% масс
и выше эффективность работы ТЭГа превысила эффективность ДЭГа,
преимущество в точке росы составило от 1,2оС до 2оС. Концентрация ЭГ
практически не влияет на точку росы осушаемого газа, она сохраняется на
уровне 15оС.
В условиях работы УКПГ-5 в результате анализа модели
технологической схемы установлены наиболее оптимальные расходы
осушителей. При максимальном расходе газа в 350 тыс. м3/ч оптимален расход
2500 кг/ч гликоля, что обеспечивает точку росы в минус 20,70 и 21,9 оС
соответственно для ДЭГа и ТЭГа при насыщении раствора до оптимальной для
регенерации концентрации в 95% масс. Повышение расхода ЭГа не дало
эффекта, точка росы осталась на уровне около 14,95оС.
Регенерация ДЭГа и ТЭГа происходит при разных параметрах, так как
они обладают разной температурой начала разложения – 164оС и 206оС
соответственно. Чтобы избежать деструкции ДЭГа в системе регенерации
создается вакуум, в результате чего повышаются энергозатраты. Однако
регенерация ТЭГа требует создания большей температуры в десорбере, что
также повышает количество затрачиваемой энергии. Поэтому сравнение двух
осушителей по этому параметру затруднительно и требует дополнительных
расчетов.
Стоимость ТЭГа больше, чем стоимость ДЭГа примерно на 40%, ЭГ же
стоит больше ДЭГа примерно на 10%. Не смотря на тот факт, что унос ТЭГа
ниже, переход на данный осушитель с экономической точки зрения в условиях
УКПГ–5 Ямбургского НГКМ нецелесообразен. ЭГ не смог опередить
конкурентов ни по одному показателю, поэтому его определенно не стоит
рассматривать в качестве альтернативного абсорбента.
На основании проведенного анализа наиболее оптимальными
параметрами работы УКПГ-5 при максимальном расходе газа 350 тыс. м3/ч в
случае использования ДЭГа являются: давление потока газа входящего в
абсорбер 4 МПа, температура контакта 15оС, концентрация раствора гликоля
99% масс., расход осушителя 3200 кг/ч. Данные параметры обеспечат точку
росы осушенного газа минус 25.47оС, концентрацию НДЭГ 95,2% масс,
концентрацию РДЭГ 98,6% масс., маленькие значения уноса 0,4 кг/ч
(1,14г/1000 м3).
В случае использования ТЭГа при том же расходе оптимальными
параметрами являются: давление потока газа входящего в абсорбер 3,5 МПа,
температура контакта 17оС, концентрация раствора гликоля 99% масс., расход
осушителя 3000 кг/ч. Данные параметры обеспечат точку росы осушенного газа
минус 21,37оС, концентрацию НТЭГ 95,2% масс, концентрацию РТЭГ 98,5%
масс., очень низкие значения уноса 0,30 кг/ч (0,85 г/1000м3). При этом будут
уменьшены энергозатраты на компримирование газа и на его охлаждение перед
входом в абсорбер.
Процесс подготовки валанжинского газа и конденсата на УКПГ-1В в
значительной степени отличается от подготовки сеноманского газа и
реализован с помощью схемы, включающей в себе абсорбер, в котором
происходит отдувка газом метанола из ВМР (замена осушки гликолями),
низкотемпературную сепарацию и абсорбцию.
При моделировании схемы УКПГ-1В при существующих параметрах
работы газ не осушается до регламентированного показателя (нехватка 0,58 оС)
и существует проблема образования гидратов в низкотемпературных колоннах,
поэтому была рассмотрена возможность возвращения к классической
гликолевой осушке. Все гликоли позволяют осушить газ до регламентируемого
значения в минус 20оС на интервале температур контакта 5-20оС, но на
промысле в настоящее время реализована температура контакта 20-40оС, то
есть при внедрении гликолей потребуется дополнительное охлаждение газа
после ДКС. При этом ДЭГ оказался наиболее эффективным гликолем, осушив
газ до точек росы в минус 43,7 – минус 30,4оС. ТЭГ и ЭГ обеспечивают
практически одинаковые точки росы, выше на 7-10оС, чем при использовании
ДЭГа.
Однако главной проблемой остается гидратообразование в
низкотемпературных агрегатах. В случае работы установки на этиленгликоле и
диэтиленгликоле выпадение гидратов наблюдается в низкотемпературном
сепараторе С2 и низкотемпературном абсорбере А2 при температурах контакта
более 10оС, при низкой температуре контакта 5оС гидраты не выпадают, однако
достижение этого значения крайне затруднительно. В случае триэтиленгликоля
наблюдается выпадение гидратов при любых температурах контакта в обеих
точках исследования, учитывая дороговизну ТЭГа и отсутствие преимуществ,
как по точке росы, так и по гидратообразованию его внедрение на УКПГ-1В
абсолютно неоправданно. Для предотвращения гидратообразования
необходимо дополнительно вводить метанол в конденсат, поступающий на
орошение в А2 и в газ перед С2 , что повышает конечную температуры точки
росы и требует достаточно большое количество ингибитора, что значительно
уменьшает целесообразность и рентабельность введения двухреагентной схемы
подготовки. В случае использования ЭГа необходимый расход ингибитора
гидратообразования более 300 кг/ч, ДЭГа и ТЭГа – более 400 кг/ч. При этом в
отсутствии гидратов точка росы – выше регламентируемого значения.
Подобные расходы высококонцентрированного метанола сопоставимы с
расходом метанола на орошение абсорбера А1 (480-1600 кг/ч 70-85% масс
ВМР). Также при внедрении гликолей потребуется снижать температуры
контакта, модернизировать оборудование при расходе самого гликоля порядка
3300 кг/ч и его высокой цене, все это говорит о нецелесообразности внедрения
гликолей на УКПГ-1В.
При использовании существующей схемы подготовки с отдувкой
метанола в А1 необходимо решить проблему с образованием гидратов, путем
повышения расхода и/или концентрации ВМР, вводом дополнительного
метанола в конденсат, поступающий в А2. По результатам исследования самым
экономичным вариантом является подача ВМР 85% масс на орошение А1 с
расходом 1500 кг/ч и ингибирование конденсата орошения в А2 с расходом 300
кг/ч (итого, 1800 кг/ч), однако наиболее удобным вариантом остается
повышение расхода ВМР 85% масс до 2500 кг/ч без дополнительной подачи
метанола перед А2.