В секторе добычи природного газа применяется около 38 000 систем гликолевых влагоотделителей, из которых ежегодно в атмосферу выбрасывается 22 млрд. фут.³ (0,6 млрд. м³) метана. В большинстве систем дегидратации в качестве абсорбента жидкости для удаления воды из природного газа используется триэтиленгликоль (TЭГ). Кроме воды, триэтиленгликоль поглощает другие летучие органические соединения (ЛОС) и опасные атмосферные загрязнители (ОАЗ). В процессе регенерации триэтиленгликоля путем нагревания в ребойлере, абсорбированный метан, ЛОС и ОАЗ выбрасываются в атмосферу с водой, и, таким образом, происходит потеря газа и денежных средств [1].
Количество абсорбированного и выброшенного метана прямо пропорционально скорости циркуляции триэтиленгликоля. Многие скважины производят газ в объеме, который намного меньше исходной проектной производительности, но продолжают циркуляцию триэтиленгликоля со скоростью в два, в три раза превышающую необходимый уровень, что приводит к незначительному снижению влажности газа, но одновременно, и к более интенсивной эмиссии метана и росту потребления топлива. Снижение скорости циркуляции обеспечивает сокращение эмиссии метана при незначительных дополнительных затратах.
Установка емкостей сепараторов-расширителей при гликолевой дегидратации способствует дальнейшему снижению эмиссии метана, ЛОС, ОАЗ и обеспечивает большую экономию денежных средств. Регенерированный газ может подаваться в компрессор и/или использоваться в качестве топлива на ребойлерах триэтиленгликоля или в двигателях компрессора. Экономический анализ показывает, что период окупаемости сепараторов-расширителей при гликолевой дегидратации составляет от 4 до 17 месяцев (табл. 1).
Таблица 1 Некоторые показатели при снижении скорости циркуляции ТЭГ и при применении сепаратора-расширителя
|
Метод снижения потерь газа |
Скорость циркуляции ТЭГ, галлон (м³)/час. |
Стоимость сэкономленного газа, $/год² |
Стоимость снижения потерь газа, $ |
Окупае- мость, мес. |
|
|
Энергооб- менник |
Электрический насос |
||||
|
Снижение скорости циркуляции ТЭГ |
От 50% до 200% на циркуляцию 1 |
От 390 до 39400/год 1 |
Незначительно |
Немед- ленная |
|
|
Сепаратор- расширитель |
150 (0,68) |
2130³ |
710³ |
$5000-$5600 |
6-17 |
|
450 (2,05) |
21295³ |
8762³ |
$7000-$14000 |
5-8 |
|
1 Оптимальная скорость циркуляции изменяется в пределах 30-750 галлонов (0,14-3,40 м³) триэтиленгликоля/час. (ТЭГ/час.)
2 При $3,00/тыс. фут.³($106/тыс. м³).
3 С учетом дохода от продажи регенерированной газоконденсатной жидкости.
Описание технологии
Многие компании для удаления влаги в осушителях и обеспечения требуемого качества газа в трубопроводе используют триэтиленгликоль.
В обычной системе ТЭГ, показанной на рис. 1, "истощенный" (сухой) триэтиленгликоль подается в газовый контактор. В контакторе триэтиленгликоль абсорбирует воду, метан, ЛОС и ОАЗ (включая бензол, толуол, этилбензол и ксилол (БТЭК) из увлажненного газа[2].
"Насыщенный" (влажный) триэтиленгликоль выходит из контактора в состоянии газонасыщения при давлении, установленном для коммерческого трубопровода и составляющим обычно 250-800 фунт/дюйм² (1 723,7 - 5 515,8 кПа). Газ, вовлеченный в "насыщенный" гликоль, и дополнительно увлажненный газ, минуя контактор, расширяются в приводном механизме энергообменника и поступают в насос, обеспечивающий циркуляцию триэтиленгликоля. Затем ТЭГ циркулирует через ребойлер, где абсорбированная вода, метан и ЛОС выпариваются и выбрасываются в атмосферу. "Истощенный" триэтиленгликоль подается через энергообменный насос обратно в газовый контактор и цикл повторяется.
Рис.1. Система ТЭГ без сепаратора-расширителя
Описанная выше система предназначена для удаления воды из газового потока, и ее функционирование может сопровождаться значительной эмиссией метана. Существует несколько способов, которые позволяют компаниям снизить потери газа, именно:
- Уменьшение скорости циркуляции триэтиленгликоля
При добыче газа наблюдается снижение объемов газа при падении давления в резервуаре. Скорости циркуляции ТЭГ в гликолевых осушителях, установленных на устье скважины, рассчитаны на начальную высокую производительность и поэтому имеют неиспользованную мощность при длительной эксплуатации скважины [3].
Обычно скорость циркуляции ТЭГ намного выше, чем требуется стандартами содержания влаги в газе, соответствующим условиям продажи. Эмиссия метана из гликолевого осушителя прямо пропорциональна объему триэтиленгликоля, циркулирующего в системе.
Чем выше скорость циркуляции, тем большее количество метана выбрасывается из регенератора. Излишняя циркуляция приводит к росту эмиссии метана без существенного и необходимого понижения абсолютной влажности газа. Нефтяные компании пришли к заключению, что скорость рециркуляции ТЭГ в системах осушения часто превышает требуемую в два или более раз. Компании могут снижать скорость циркуляции триэтиленгликоля и соответственно эмиссию метана без влияния на эффективность дегидратации и дополнительных финансовых затрат [4].
- Установка сепараторов-расширителей
Большая часть осушителей сектора производства и переработки газа направляет газогликолевую смесь из циркуляционного насоса ТЭГ непосредственно на генератор, где весь метан и ЛОС, поглощенные обогащенным триэтиленгликолем, выпускаются в атмосферу. При рассмотрении конкретного случая выявлено, что сепараторы-расширители не используются в 85 процентах осушительных установок производительностью менее 1 млн. фут.³ (28,3 тыс. м³) в сутки, в 60 процентах установок производительностью 1-5 млн. фут.³ (28,3 - 141,6 тыс.м³) газа в сутки, и в 30 - 35 процентах установок производительностью свыше 5 млн. фут.³ (141,6 тыс.м³) газа в сутки.
В сепараторах-расширителях газ и жидкость отделяются либо при величине давления в газо- топливной системе, либо при давлении системы всасывания компрессора от 40 до 100 фунт/дюйм² (275,8-689,4 кПа). При более низком давлении и без дополнительного нагрева, газ обогащается метаном и более легкими ЛОС, но вода остается в растворе вместе с триэтиленгликолем. Сепараторы-расширители задерживают приблизительно 90 процентов метана и 10–40 процентов ЛОС, поглощенных триэтиленгликолем. Таким образом, количество выбросов уменьшается. Влажный триэтиленгликоль, существенно обедненный метаном и легкими углеводородами, движется к гликолевому ребойлеру/регенератору, где он нагревается для выпаривания абсорбированной воды. Метан и ЛОС при этом сохраняются. Газы такого состава обычно выбрасываются в атмосферу, а истощенный триэтиленгликоль циркулируется и направляется вновь в газовый контактор. На рис. 2 показан дегидратор ТЭГ с сепаратором-расширителем.
Рис.2. Схема дегидратора с сепаратором-расширителем
- Замещение энергообменных насосов электронасосами
На отдаленных участках газодобычи нет электроэнергии и поэтому для энергоснабжения насосов, обеспечивающих циркуляцию истощенного триэтиленгликоля, используются энергообменные насосы. На каждую единицу объема газа, абсорбированного обогащенным триэтиленгликолем на выходе из контактора, следует добавить еще две единицы объема из линии подачи увлажненного газа, чтобы обеспечить работу насоса, циркулирующего истощенный ТЭГ. Поэтому использование поршневых или шестеренчатых типов энергообменных насосов в три раза увеличивает объем абсорбированного триэтиленгликолем и выбрасываемого в атмосферу газа без установки сепараторов-расширителей. Установка электродвигателя вместо энергообменного насоса устраняет этот дополнительный источник эмиссии. Обычные энергообменные насосы поршневого типа пропускают большие объемы обогащенного (влажного) триэтиленгликоля в систему истощенного (сухого) триэтиленгликоля [5].
Утечка в 0,5 процента может удвоить скорость циркуляции, необходимую для сохранения уровня содержания газа, соответствующего условиям поставки, что увеличивает потенциальную эмиссию.
Экономические и экологические выгоды
Оптимизация циркуляции гликоля и установка сепараторов- расширителей обеспечивает следующие экономические и экологические преимущества:
- снижение циркуляции гликоля до оптимальных объемов исключает затраты на замену гликоля, а также расходы на приобретение топлива для ребойлера;
- сокращение эмиссии ЛОС и ОАЗ (БТЭК) улучшает качество почвы и воздуха. Сокращение эмиссии БТЭК в больших объемах на крупных дегидраторах;
- использование сепараторов-расширителей на дегидраторных установках с конденсаторами на ребойлере повышает эффективность конденсатора путем удаления большей части неконденсируемого газа, прежде всего метана. Конденсатор регенерирует природный газоконденсат и ОАЗ более эффективно, чем сепаратор-расширитель в отдельности;
- использование газа, регенерированного в сепараторах-расширителях, в качестве газового топлива, снижает эксплуатационные расходы;
- подача газа, регенерированного в сепараторах-расширителях, на всасывающий компрессор (общепринятый проект для новых установок) приводит к снижению производственных затрат;
- подача регенерированного газа дегидратора на конденсаторную установку позволяет использовать газ из сепараторов-расширителей в качестве поглотителя в гликолевом ребойлере.
ЛИТЕРАТУРА
- Бисенов К.А., Боканова Г.Б. Научно-техническое развитие нефтегазового комплекса. Доклады Вторых международных научных Надировских чтений. – Кызылорда: КГУ, 2004. с. 436-438.
- Скобло А.Н. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. – Уч.пос. для вузов. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Недра-Бизнесцентр, 2000. – с. 189-193.
- Ибрагимов Г.З., Артемьев В.Н., Иванов А.И. Техника и технология добычи и подготовки нефти и газа. – Уч. пос. – М.: МГОУ, 2005. – с. 115-120.
- Зиберт Г.К., Седых А.Д., Кашицкий Ю.А. Подготовка и переработка углеводородных газов и конденсата. Технологии и оборудовние. – Справочное пособие. – М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2001. – с. 256-258.
- Ланчаков Г.А., Кульков А.Н., Зиберт Г.К. Технологические процессы подготовки природного газа и методы расчета оборудования. – М.: Недра-Бизнесцентр, 2000. – с. 33-34.