Метод низкотемпературной конденсации и ректификации

При использовании этого метода (рисунок 16) газ охлаждается до температур -75…-120 °С в результате расширения в турбодетандере илидроссельном вентиле. Дополнительно применяют внешнее охлаждение с использованием каскадного холодильного пропан-этиленового цикла или цикла на многокомпонентном хладагенте.

Различие между методами НТК и ректификацией заключается в последней ступени: в методе НТК на разделение направляется только конденсат, а в методе низкотемпературной ректификации — конденсат и парожидкостная смесь. На рисунке 16 конденсат из низкотемпературного сепаратора впрыскивается в среднюю часть ректификационной колонны. Газ из низкотемпературного сепаратора расширяется в дроссельном вентиле или детандере, и полученная парожидкостная смесь поступает в верхнюю секцию деметанизатора [11-25].

Процесс НТК в сравнении с низкотемпературной ректификацией требует меньших затрат теплоты, холода и растрат на строительство установок, осуществляется в аппаратах меньшего размера. Но способ низкотемпературной ректификации дает возможность извлекать компоненты из газа в чистом виде с высокой степенью извлечения.

Рисунок 16 - Упрощенная технологическая схема криогенной установки

Из всех применимых технологий наибольший интерес представляют установки с использованием расширения газа в турбодетандере, так как возможно эффективное получение низких температур при относительно небольших перепадах давления. В связи с этим такие установки по сравнению с другими имеют самые высокие уровни из влечения углеводородных жидкостей: С₂> 60 %, С₃> 90 %, С₄₊ — 100 %.

Из проведенного анализа существующих низкотемпературных технологий разделения газа нет универсального решения: до какой температуры нужно охлаждать сырьевой поток. В процессах разделения углеводородных газов необходимо задаться конечной температурой охлаждения, позволяющей получать заданную степень конденсации.

Одной и той же степени конденсации исходного газа можно достичь различными комбинациями значений температуры и давления.

С увеличением давления в системе уровень конденсации при постоянной температуре увеличивается, а избирательность процесса понижается. Интенсивность изменения уровня конденсации не прямо пропорциональна изменению температуры и давления. В сфере низких давлений уровень конденсации быстро меняется при изменении давления. В случае дальнейшего увеличения давления интенсивность конденсации понижается. Аналогичное воздействие оказывает изменение температуры: наиболее интенсивно уровень конденсации растет с снижением температуры до обусловленного значения (в зависимости от состава газа), ниже которого скорость конденсации уменьшается [17, 18].

Основной недостаток традиционных схем, применяемых в методах НТС и НТК, заключается в том, что при проведении НТС при давлениях 0,7...0,9 от критического давления смеси углеводородов, происходит ухудшение четкости разделения углеводородов, так как в жидкую фазу вместе с тяжелыми компонентами переходит значительное количество легких компонентов. Следовательно, сначала затрачивается излишнее количество холода на конденсацию легких компонентов, затем затрачивается тепловая энергия в кубе ректификационной колонны на их выпаривание. Чем выше требуемый коэффициент извлечения целевых компонентов, тем ниже необходимая температура НТС, тем больше затраты холода на нежелательную конденсацию легких компонентов и затраты тепловой энергии на их последующее выпаривание.

Для традиционных схем с применением детандера следует отметить и следующий недостаток — работа детандера в парожидкостном режиме, что не лучшим способом сказывается на работе турбомашин.

Кроме того, дополнительные преимущества могла бы принести обработка паровой фазы из низкотемпературного сепаратора при высоком давлении до его расширения в дросселе или детандере при самых низких температурах, достигаемых в цикле [17, 18].

Радикальным методом углубленного извлечения конденсата выступает реализация процесса НТС на температурном уровне –55…–50 °С. Реализация НТС на более низком температурном уровне нецелесообразна при промысловых условиях, поскольку не только усложняется технология, но также необходимо использовать высоколегированные стали, что резко удорожает УКПГ. Помимо этого, на данном температурном уровне при промысловых условиях совершается интенсивная конденсация нецелевого компонента – метана, который выделяется в случае дегазации, а также фактически превращается в «паразитный» поток.

Проведение процесса при таких низких температурах нуждается во включении в технологическую схему УКПГ ректификационной колонны. Технологические схемы, которые содержат в себе ректификационную колонну, интегрированную в общую схему подготовки газа, называются низкотемпературной ректификации и сепарации (НТСР) [17, 18].

Разнообразие технологий НТСР связано с с требованиями к жидкой продукции и особенностями состава месторождения. По такой технологии можно получать нестабильный, стабильный либо деэтанизированный конденсаты. Технология НТСР на указанном температурном уровне дает возможность извлечения в нестабильный продуктовый конденсат 98…99 % углеводородов С_5+В, 60…70 % пропан бутанов и 20…25 % этана от их содержания в сырьевом потоке. Первоначально она разработана в целях извлечения на месторождениях Надым-Пур-Тазовской нефтегазовой области углеводородного конденсата, который подлежит переработке на действующем заводе деэтанизации и строящемся в Новом Уренгое газохимическом комплексе.

Один из вариантов технологии НТСР с получением товарного нестабильного конденсата приведен на рисунке 1.9, он реализован в проекте обустройства валанжинских залежей Заполярного НГКМ [17, 18]. В технологии НТСР в качестве питания ректификационной колонны используется нестабильный конденсат 1-й ступени сепарации, а в качестве орошающего потока –конденсат, выделенный на последующих ступенях сепарации. В орошении колонны практически не содержатся «тяжелые» углеводороды.

Рисунок 17- Принципиальная технологическая схема НТСР:

Р-1, Р-2, Р-3 – разделители; ВХ-1, ВХ-2 – воздушные холодильники; К-1 – колонна ректификации; КУ-1 – компрессорная установка; П-1 – печь подогрева конденсата; ВМР – водно-метанольный раствор