Извлечение целевых компонентов в сверхзвуковом потоке газа Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЦЕЛЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ В СВЕРХЗВУКОВОМ ПОТОКЕ ГАЗА

1 2 3

Ишмурзин А.А. , Мияссаров Р.Ф. , Махмутов Р.А.

1Ишмурзин Абубакир Ахмадуллович - профессор, доктор технических наук;

2Мияссаров Руслан Фуарисович - аспирант, кафедра технологических машин и оборудования;

3Махмутов Рустам Афраильевич - кандидат технических наук, инженер по ремонту 1 категории, ООО «Газпром добыча Ямбург», Уфимский государственный нефтяной технический университет,

г. Уфа

Аннотация: в настоящее время использование полезных компонентов газа в нашей стране не отвечает потенциальным возможностям сырьевой базы и не соответствует мировой практике. За последние 25 лет запасы конденсата возросли в 100 раз, а его выделение не превышает 3-6 млн т в год. Поэтому актуальной задачей является более четкое отделение от метана высших сопутствующих компонентов на базе создания инновационного оборудования, используя современные газодинамические процессы, которые обеспечат углубленное извлечение целевых компонентов.

Ключевые слова: завихряющее устройство, сверхзвуковой сепаратор, сопло Лаваля, вихревая труба, центробежные силы.

УДК 66.071.7

Традиционные установки комплексной подготовки газа (УКПГ), базируются на использовании процесса низкотемпературной сепарации. Сначала сырая газоконденсатная смесь попадает в сепаратор, где отделяется конденсат, выпавший в скважине и промысловых сборных шлейфах и трубопроводах [1]. На газоконденсатных месторождениях используют двух- или трехступенчатую сепарацию газа, его охлаждение между ступенями сепарации в рекуперативных теплообменниках, за счет чего конденсируется часть жидких углеводородов, которая смешивается с жидкостью отделенной в первом сепараторе и поступает в отстойники. В отстойниках происходит разделение углеводородов на нестабильный конденсат и водный раствор ингибитора гидратообразования с частичной их дегазацией [2]. А газовая смесь проходит дальше в теплообменники, где еще сильнее охлаждается и подается на дросселирование для еще более глубокого охлаждения газа за счет перепада давления. Охлаждение приводит к дальнейшей конденсации жидкой фазы, которая отделяется на следующем сепараторе, который называется низкотемпературным. На нем выделяется «сухой» газ и остаток углеводородной жидкости - конденсат. Дросселирование осуществляется за счет естественного, пластового давления газа, достигаемое охлаждение минус 25 - минус 30°С [3].

На рисунке 1а и 1б представлены графики, отражающие степень извлечения жирных фракций природного газа в зависимости от температуры охлаждения. Как видно из рисунка 1,б (кривая 2), при завершающей стадии разработки ГКМ, при конденсатном факторе ПГ 40-80 г/м3 степень извлечения С5+выс падает до 89 %, а для С3 - С4 составляет всего лишь 13% [4].

60 -40 -20 0 -60 -40 -20 О

Температура НТС,°С Температура НТС,°С

а) пропан-бутан б) углеводороды С5 + В

Рис. 1. Степень извлечения жирных фракций природного газа в зависимости от температуры

охлаждения

По этой причине следует ускорить процесс отделения сопутствующих компонентов от метана. За счет этого значительно уменьшить размеры аппаратов. Увеличить температурную обработку газов до -40 - 60°С и увеличить отделение целевых компонентов (рисунок 2).

6

Рис. 2. Схема сверхзвукового сепаратора: 1 - завихряющее устройство; 2 - сопло Лаваля; 3 - рабочая секция;

4 - двухфазный сепаратор газ-жидкость; 5 - диффузор; 6 - направляющий аппарат

В таком сепараторе входной поток газа закручивается в лопатках неподвижного завихрителя 1, далее закрученный поток ускоряется до сверхзвуковой скорости в сверхзвуковом сопле Лаваля 2. В сверхзвуковом потоке за счет преобразования потенциальной энергии газа в кинетическую энергию происходит сильное охлаждение газа. Охлажденный поток направляется в рабочую часть 3, в которой

происходит конденсация тяжелых фракций природного газа и воды. Образующиеся капли за счет центробежных сил, обусловленных закруткой потока, двигаются к стенкам рабочей части. На выходе из рабочей части формируется центральное ядро потока, очищенное от целевых фракций, и пристеночный двухфазный пограничный слой, состоящий из жидких углеводородов, воды и газа, который выводится посредством двухфазного сепаратора газ-жидкость. Посредством щелевого отбора двухфазный пристеночный слой отделяется от ядра потока и направляется в диффузор 5, в котором происходит торможение потока.

Список литературы

1. Абросимов Б.Ф., Артамонов Н.А. В кн: Вихревой эффект и его применение в технике // Материалы V Всесоюзной науч.-техн. конф. Куйбышев: Куйбышевский ордена трудового красного знамени авиационный институт им. С.В. Королева, 1988.

2. Азаров А.И. Вихревые трубы: энергосбережение как фактор инновационного процесса // Межвуз. сб. науч. трудов: Проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов на промпредприятиях и ТЭС. С.-Петербург: СПб ГТУРП, 2006. С. 42-52.

3. Берлин М.А., Аношина К.В. Не попутчик неудобный, а равноправный «пассажир» // Сфера. Нефть и газ, 2013. № 4. С. 106-110.

4. Мияссаров Р.Ф., Ишмурзин А.А., Махмутов Р.А. Увеличение эффективности разделения компонентов природного и попутного нефтяного газа с использование газодинамических процессов // Инженер-нефтяник, 2017. № 2. С. 64-66.

ПОДГОТОВКА ПРИРОДНОГО ГАЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХЗВУКОВОГО СЕПАРАТОРА

1 2 3

Ишмурзин А.А. , Мияссаров Р.Ф. , Махмутов Р.А.

1 Ишмурзин Абубакир Ахмадуллович - профессор, доктор технических наук;

2Мияссаров Руслан Фуарисович - аспирант, кафедра технологических машин и оборудования;

3Махмутов Рустам Афраильевич - кандидат технических наук, инженер по ремонту 1 категории, ООО «Газпром добыча Ямбург», Уфимский государственный нефтяной технический университет,

г. Уфа

Аннотация: природный газ (ПГ) и попутный нефтяной газ (ПНГ) в последние годы расширили свои функции, перестав просто быть нефтехимическим сырьем, а становясь заменителями нефти. Поэтому актуальной задачей является более четкое отделение от метана высших сопутствующих компонентов на базе создания инновационного оборудования, используя современные газодинамические процессы, которые обеспечат углубленное извлечение целевых компонентов. Ключевые слова: снижение температуры, сверхзвуковой сепаратор, сопло Лаваля, углеводородный конденсат, центробежные силы.

УДК 66.071.7

Россия является мощной газовой державой, располагающей огромными запасами природных газов и газоконденсата. Разведанные запасы природного газа и конденсата достаточны для организации их крупномасштабной добычи [1]. Природные газы - это газы, добываемые непосредственно из земных недр, в зависимости от условий

16