авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Совершенствование технологического процесса подготовки газа и конденсата (на примере юрхаровского газоконденсатного месторождения)

-- [ Страница 2 ] --

Таким образом, проанализированные выше технические решения имеют серьезные недостатки. В работе показано, что для оптимального решения рассматриваемой проблемы в качестве дополнительного холодопроизводящего процессов более целесообразно использование холода окружающей среды (воздуха), а также модификация технологии промысловой подготовки газа с применением термодинамически более эффективного процесса – изоэнтропийного расширения газа. В результате анализа различных вариантов технологических схем применительно к Юрхаровскому ГКМ в диссертации предложена новая модификация турбодетандерной технологии НТС (рисунок 1), обеспечивающая отрицательные температуры газа и конденсата на выходе с установки (без использования СОГ), увеличение выхода С3+ и одновременно позволяющая отодвинуть сроки ввода ДКС. При этом данная технология оптимально «вписывается» в существующий технологический процесс и, следовательно, может быть использована как при реконструкции 1-й очереди УКПГ Юрхаровского промысла, так и при строительстве последующих очередей.

1 – пробкоуловитель; 2 - первичный сепаратор; 3 – аппарат воздушного охлаждения; 4 – теплообменник «газ-газ»; 5 – эжектор; 6 - низкотемпературный сепаратор; 7 - низкотемпературный разделитель; 8 – теплообменник «газ-конденсат»; 9 – разделитель; 10 – буферная емкость; 11 – насосы внешнего транспорта; 12 – детандер-компрессор; 13 – трубный сепаратор

Рисунок 1 - Предлагаемая технологическая схема Юрхаровского УКПГ

с турбодетандерным агрегатом

По предлагаемой технологии компрессор турбодетандерного агрегата предлагается разместить перед аппаратами воздушного охлаждения (АВО) сырого газа, а турбину – перед низкотемпературным сепаратором. Для компримирования и утилизации газов выветривания часть высоконапорного газа (в соответствии с расчётами 1015% от общего высоконапорного потока) подаётся на эжектор, включённый в схему параллельно турбине турбодетандерного агрегата (ТДА). При этом для исключения попадания капельной жидкости на компрессор и детандер, перед ними необходимо установить высокоэффективный малогабаритный сепаратор (проведенный в работе анализ показал, что целесообразно использование нового поколения трубных сепарационных устройств, совместно разработанных ОАО «НОВАТЭК» и ООО «УК РусГазИнжиниринг», Россия).

Расчетное обоснование предложенной технологической схемы выполнено в системах технологического моделирования «ГазКондНефть» и «Гиббс». В расчетах варьировались термобарические параметры входного потока газа, а так же учитывалась возможность функционирования установки в летнее время при высоких температурах воздуха (при температуре газа после АВО не выше +25 оС). Если среднесуточная температура газа после АВО превысит +25 оС (что, по имеющимся многолетним данным метеонаблюдений, для климатических условий Юрхаровского промысла возможно крайне редко и на очень короткое время), то для поддержания необходимой температуры НТС временно можно снизить расход газа либо на этот период запланировать остановку промысла (для ежегодной ревизии и внутреннего осмотра оборудования).

В работе приведено сравнение капитальных и эксплуатационных затрат по вышерассмотренным технологиям и предложенному технологически оптимальному варианту технологии НТС с ТДА и показаны его преимущества.

В третьей главе проанализированы общие методологические аспекты производства метанола в условиях газового промысла и разработан наиболее приемлемый экономически и технологически вариант.

Известен ряд способов превращения метана в метанол. В главе исследованы пути промысловой адаптации следующих методов получения метанола на малогабаритных установках неполным окислением метана и через промежуточную стадию получения синтез-газа с последующим каталитическим превращением в метанол. Отмечено, что для обеспечения рентабельности таких установок требуется:

  • максимально упростить процессы с технологической точки зрения;
  • эффективно утилизировать тепловые потоки;
  • максимальным образом совместить технологические процессы производства метанола и на УКПГ, тем самым существенно сократить капитальные затраты.

Прямое окисление метана. Промысловый вариант технологии производства метанола неполным окислением метана разработан для условий газовых и газоконденсатных месторождений в комплексе с установкой осушки газа или с установкой низкотемпературной сепарации газа. Технология включает в себя следующие основные стадии: последовательную подачу в реакционную зону нагретого углеводородного газа и сжатого воздуха; газофазное окисление углеводородного газа в реакторе при постоянной температуре 450 °С и давлении 8,0 МПа; охлаждение реакционной смеси в реакторе; окончательное охлаждение реакционной смеси перед сепарацией, в процессе которой охлажденную реакционную смесь разделяют на отходящие газы и жидкие продукты; ректификацию полученных в процессе сепарации жидких продуктов с выделением метанола и отвод отходящего газа.

Данный способ получения метанола позволяет в условиях газовых и газоконденсатных месторождений получить метанол в одну ступень с высокой степенью конверсии метана. Также преимущество данного способа состоит в том, что отходящие газы возвращаются обратно в технологический процесс установки комплексной подготовки, не нарушая при этом режим ее работы и качество товарного газа, т. к. производительность установки получения метанола много меньше производительности комплексной подготовки газа. Основной недостаток данного метода получения метанола состоит в том, что при синтезе получается не только метанол, но и ряд других продуктов окисления метана.

Комбинированный способ парогазового риформинга и окисления метана с последующим синтезом метанола. С целью снижения выхода побочных продуктов в процессе получения метанола была разработана технологическая схема с использованием комбинированного способа парогазового риформинга и окисления метана с последующим синтезом метанола.

Предложенные способы получения метанола в промысловых условиях имеют определенные недостатки (наличие коррозионно-активных побочных продуктов, малая степень конверсии, использование кислорода и др.). В связи с этим в принципиальном отношении проработана технология получения метанола через стадию синтез-газа применительно к условиям газовых месторождений Крайнего Севера. При этом синтез-газ наиболее рационально получать методом паровой конверсии, что позволяет исключить подачу кислорода (отказ от использования кислорода значительно повышает безопасность технологического процесса). Эта технология принята в качестве основной при разработке промысловых вариантов малотоннажного производства метанола.

Далее представлены разработанные автором основные технические решения по малотоннажной установке производства метанола применительно к Юрхаровскому ГКМ. При этом были поставлены и решены вопросы интеграции установки производства метанола в объекты УКПГ. Разработанная технологическая схема малогабаритной установки приведена на рисунке 2.

1 – реактор риформинга, 2 – реактор синтеза; 3 – ректификационная колонна; 4,5,6,7,8 – теплообменники БТА, 9,10,11,12,13 – кожухотрубчатые теплообменники; 14,15 – аппараты воздушного охлаждения; 16 – котел-утилизатор; 17 – барабан-сепаратор; 18,19,20 - сепараторы; 21,22,23 - технологические емкости; 24 – компрессор; 25,26,27 – насосы; 28 – дымосос; 29 – блок подготовки воды; 30 – деаэратор

Рисунок 2 - Принципиальная технологическая схема установки производства метанола на Юрхаровском ГКМ

Исходным сырьем для производства метанола является природный газ. В основе технологии получения метанола лежат следующие процессы:

  • паровая каталитическая конверсия парогазовой смеси под давлением 2,2 МПа при температуре 850 0С в присутствии никелевого катализатора;
  • рекуперация теплоты конвертированного газа с выработкой пара для технологических нужд производства;
  • охлаждение и осушка конвертированного газа;
  • компримирование конвертированного газа на первой ступени сжатия до 4,55 МПа, циркуляционного газа после смешения со свежим на второй ступени сжатия до 5,0 МПа;
  • синтез метанола на низкотемпературном медьсодержащем катализаторе СНМ-1 под давлением 5,0 МПа при температуре 220-280 °С;
  • ректификация метанола-сырца для получения конечного продукта - метанола, концентрации 93 % масс.

Паровая конверсия природного газа осуществляется в печи риформинга (трубчатой печи). Соотношение пар: газ поддерживается 3:1 (обоснование соотношения 3:1 дано в следующей главе). Объемная скорость процесса конверсии составляет 800 1000 ч -1. Для обеспечения долговечности труб, а также повышения эффективности процесса риформинга, на установке использован никелевый катализатор НИАП-03-01 (оптимальной геометрической формы и улучшенной структуры порового пространства, что позволяет снизить энергозатраты, увеличить срок службы катализатора и труб, а также, при необходимости, увеличить производительность трубчатой печи).

Для обеспечения производства умягченной водой требуемого качества, а также снабжения установки водой питьевого качества предусмотрен комплекс очистки речной

воды. Комплекс очистки воды включает в себя: блоки осветлительных фильтров, установки ультрафильтрации, обратного осмоса и финишной ионообменной очистки, а также установку ультрафильтрационной стерилизации для обеззараживания питьевой воды. Данная система водоподготовки характеризуется компактностью, малым потреблением химических реагентов и высокой степенью автоматизации.

Конвертированный газ с давлением 1,88 МПа и температурой 35 °С поступает на всас компрессорного агрегата. Сжатие газа на первой ступени предусматривается до 4,55 МПа. Охлаждение газа в межступенчатых охладителях осуществляется промежуточным теплоносителем - тосолом от замкнутого циркуляционного контура. С нагнетания первой ступени сжатия конвертированный газ после смешения с циркуляционным поступает на вторую ступень, где газовая смесь сжимается с давления 4,55 до 5,0 МПа и далее подается в отделение синтеза.

Процесс получения метанола проводится в реакторе синтеза метанола. Для достижения более полной степени превращения метанола предусматривается циркуляция синтез-газа с постоянной выдачей из цикла продувочных газов для поддержания заданного уровня «инертов». Реактор синтеза метанола представляет собой колонну, на полках которой расположен катализатор.

Регулирование температуры в зоне катализа реактора синтеза осуществляется автоматически подачей холодного синтез-газа по байпасным линиям. Поток холодного газа отбирается с нагнетания компрессорного агрегата. Процесс регулирования температуры в зоне катализа очень важен, т.к. определяет срок службы катализатора. Для выбранного низкотемпературного медь-цинк-алюминиевого катализатора нового поколения СНМ-1 (Северо-донецкий низкотемпературный, метанольный) температура в реакторе синтеза должна быть в диапазоне от 200 до 280 °С. Минимальная температура, при которой начинает с заметной скоростью протекать реакция синтеза метанола на катализаторе СНМ-1, равна 200 °С. По мере потери активности катализатора эта температура повышается до 230-240 °С. Выбор данного катализатора обусловлен в первую очередь тем, что давление необходимое для реакции синтеза в данном случае составляет всего 5,0 МПа. Для сравнения, рабочее давление при использовании цинк-хромового катализатора составляет 25,0 – 40,0 МПа. Снижение давления позволяет повысить безопасность процесса и одновременно значительно снизить капитальные затраты на оборудование (в т.ч. компрессорное).

Процесс производства метанола проходит с выделением большого количества теплоты, которое должно отводиться с целью поддержания оптимальной температуры в процессах синтеза метанола и компримирования конвертированного газа. Это необходимо для достижения оптимальных конверсий сырья, выходов целевых продуктов и производительности систем, а также обеспечения безопасных условий проведения процесса. Кроме того, эндотермический процесс конверсии парогазовой смеси протекает при высокой температуре, а последующее разделение реакционных продуктов в сепараторах протекает при более низких температурах. В этом случае реакционную смесь необходимо охлаждать. Таким образом, необходима технологическая проработка схем утилизации и рекуперации тепловых потоков.

В работе предложена схема утилизации тепловых потоков, представленная на рисунке 3. Теплота дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, используется в теплообменниках блока теплоиспользующей аппаратуры конвективной зоны печи риформинга.

Далее проанализированы особенности предложенного варианта интеграции установки производства метанола (УПМ) с технологическими объектами УКПГ. На рисунке  4 представлен методический поход к разработке «интегрированной технологии».

Рисунок 3 - Схема утилизации энергии тепловых потоков установки

производства метанола

 Схема интеграции объектов УПМ с технологическими объектами УКПГ -3

 Схема интеграции объектов УПМ с технологическими объектами УКПГ -4

Рисунок 4 - Схема интеграции объектов УПМ с технологическими объектами УКПГ

Четвертая глава посвящена изложению методов и результатов исследования влияния технологических параметров процессов, протекающих в аппаратах установки получения метанола, на эффективность ее работы. Рассмотрены следующие вопросы:

- методика проведения экспериментальных исследований и их приборное обеспечение (рисунок 5);

- исследование технологических параметров на эффективность работы установки (соотношение исходных реагентов парогазового риформинга, влияние температур процессов).

При выборе оптимального технологического режима установки было необходимо не только найти наиболее эффективные режимы работы каждого аппарата, но и установить взаимосвязи между отдельными аппаратами и блоками аппаратов. Подобная оптимизация связана с определенными трудностями, причиной которых является высокая размерность исходной задачи. Поэтому общая задача была разбита на два этапа: вначале оптимизировалась работа отдельных аппаратов, а затем осуществлялась оптимизация технологического режима всей установки в целом.

1 – расходомер пара; 2- расходомер природного газа (поступающего в подогреватель);

3 – температура (конвертируемого газа на выходе из печи риформинга);

4 – газоанализатор (на содержание CO, CO2, H2, СH4 в конвертированном газе);

5 – массовый расходомер метанола (целевого продукта)

Рисунок 5 - Схема расположения приборов, показания которых использовались

при оптимизации технологического режима установки производства метанола

В результате проведенных исследований получены практически важные результаты по влиянию технологических параметров на эффективность работы установки производства метанола.

Соотношение исходных реагентов парогазового риформинга. С целью изучения влияния на состав конвертированного газа на выходе из печи риформинга и на выход метанола выполнен ряд экспериментов с различными соотношениями «водяной пар : метан» в исходной парогазовой смеси. Наибольший практический интерес представляло определение оптимального соотношения водяного пара и метана в исходной парогазовой смеси с точки зрения выхода товарного метанола из колонны ректификации (при его концентрации 93 % масс.). На рисунке 6 приведены результаты исследования зависимости выхода товарного метанола от соотношения водяного пара и метана в исходной парогазовой смеси, поступающей в печь риформинга. Оптимальным найдено соотношение «водяной пар: газ» в исходной парогазовой смеси 3,0 : 1. В этом случае при незначительном коксообразовании на поверхности катализатора обеспечивается практически максимальный выход товарного метанола.

 Зависимость выхода товарного метанола от соотношения водяного пара и-6

 Зависимость выхода товарного метанола от соотношения водяного пара и-7

Рисунок 6 - Зависимость выхода товарного метанола от соотношения водяного пара и метана в исходной парогазовой смеси, поступающей в печь риформинга

Влияние температуры на процессы риформинга парогазовой смеси и синтеза метанола. Оптимальная температура процессов, используемых на установке производства метанола, зависит от природы и концентрации исходных реагентов (природного газа и водяного пара), степени превращения их в продукты реакции, давления в реакторе и степени активности катализатора. Заметное течение реакции риформинга на никелевом катализаторе НИАП-03-01 начинается при 780 оС. Максимальная температура, при которой протекает деструкция катализатора, составляет 1200 оС. Широкий диапазон разрешенных температур для катализатора конверсии позволил произвести ряд экспериментов для определения оптимальной рабочей температуры процесса конверсии парогазовой смеси и выяснить влияние температуры на выход продуктов данной реакции.

На рисунках 7 и 8 представлены зависимости состава конвертированного газа и выхода метанола от температуры процесса риформинга. Как видно на рисунке 8 выход метанола растет с увеличением температуры процесса риформинга. Это связано с увеличением в составе конвертированного газа, поступающего в реактор синтеза метанола, диоксида и оксида углерода, являющихся сырьем по отношению к процессу синтеза метанола. Ограничивающим фактором в данном случае является процесс коксообразования в реакторе риформинга, скорость которого возрастает с повышением температуры риформинга и температуры реакционных труб печи риформинга. Оптимальной в данном случае является температура процесса риформинга, составляющая 795 – 800 оС.

 Зависимость состава конвертированного газа от температуры риформинга -9

Рисунок 7 - Зависимость состава конвертированного газа от температуры риформинга

Что касается влияния температуры на синтез метанола, то из-за высокой чувствительности катализатора к температурному режиму специальные исследования не проводились и температура в реакторе принималась в соответствии с рекомендациями разработчиков катализатора (220 – 240 оС). Эффективность работы колонны синтеза метанола на этом температурном режиме подтверждена в ходе эксплуатации установки.

Таким образом, в результате проведенных систематических экспериментальных исследований найден оптимальный режим работы метанольной установки (рекомендуемые режимные параметры ее работы представлены в диссертации).

 Зависимость выхода товарного метанола от температуры риформинга Пятая-10



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.