CC BY
117
УДК 66.061.352
ОТМЫВКА ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА ОТ СОЛЕЙ В ТРУБЧАТОМ ТУРБУЛЕНТНОМ АППАРАТЕ ДИФФУЗОР-КОНФУЗОРНОЙ КОНСТРУКЦИИ
© Б. Е. Мурзабеков1, Ф. Б. Шевляков2, Т. Г. Умергалин2, В. П. Захаров3*
1 Акционерное общество «Морская нефтяная компания «КазМунайТениз» Казахстан, 130000 г. Актау, микрорайон 3a, 5.
2Уфимский государственный нефтяной технический университет Россия, Республика Башкортостан, 450062 г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.
Тел: +7 (347) 242 0S 37 3Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.
E-mail: [email protected]
Выявлена возможность эффективного обессоливания нестабильного газового конденсата перед его подачей в колонну стабилизации. Смешение газоконденсата с небольшим количеством пресной воды (0.5—2% об.) в трубчатом турбулентном аппарате позволяет снизить общее содержание солей с 97 г/м3 до 15—20 г/м3. Существует интервал оптимальной нагрузки на трубчатый турбулентный аппарат по количеству вводимого газоконденсата, обеспечивающий эффективное обессоливание.
Ключевые слова: газоконденсат, обессоливание, трубчатый турбулентный аппарат
Наиболее распространенным способом стабилизации газового конденсата является его фракционирование в колонне стабилизации. Наличие солей, главным образом, натрия, калия, кальция в газовом конденсате (до 145-200 г/м3) приводит к солеотложению на подогревателе колонны стабилизации и поверхностях нагревающих элементов (снижается интенсивность нагрева, повышается износ (прогар) топок). Из-за солевых отложений на тарелках и клапанах контактных устройств колонна стабилизации работает в нестабильном режиме. За счет снижения массообмена между восходящим потоком парогазовой фазы с нисходящей жидкой фазой происходят потери фракций углеводородов газоконденсата с верха колонны вместе с газами стабилизации. Как следствие, происходит снижение количества стабильного газоконденсата от потенциально возможного [1, 2].
Одним из возможных путей решения этой проблемы является предварительная отмывка обезвоженного газового конденсата от солей пресной водой [2]. В этом случае необходимо обеспечить интенсивное перемешивание газового конденсата с малым количеством пресной воды.
Целью настоящей работы являлось экспериментальное изучение процесса обессоливания газового конденсата при смешении с малым количеством пресной воды в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции [3].
Экспериментальное изучение закономерностей обессоливания выполнено в цеху подготовки газа и газового конденсата на месторождении Боранколь (АО «Морская Нефтяная Компания «КазМунайТениз», Казахстан). Компонентный состав исходного газоконденсата и некоторые его характеристики представлены в табл. Общее количество солей в исходном газоконденсате составляло 97 г/м3 (ионный состав [ИС03-]/[8042-]/[СГ]/[Са2+]/ Р^2+Ша+ + К+] = 3/1/210/13.9/1.1/119.8). Для отмывки газового конденсата от солей использовали пресную воду общей минерализации 0.6-1 кг/м3 (ионный состав
[8042-]/[СГ]/[Са2+]/[]^2+]/[Ка++К+]/[Ре2++Ре3+] = 50/ 225/300/50/28.5/1).
Изучение закономерностей отмывки газового конденсата пресной водой от солей проводили с использованием трубчатого турбулентного аппарата диффузор-конфузорной конструкции (рис. 1) с параметрами: диаметр диффузора ёд = 0.024 м, диаметр конфузора ёк = 0.015 м, длина диффузор-конфузорной секции Ьс = 0.048 м, угол раскрытия диффузора 45°. Экспериментальная установка и обоснование выбора конструкции трубчатого турбулентного аппарата представлены в работе [4]. Объемный расход газоконденсата варьировали в пределах 0.5-2 м3/ч при фиксированном процентном содержании пресной воды (0.5; 1; 1.5; 2 % об.). Температура газового конденсата, подаваемого в трубчатый турбулентный аппарат на отмывку, составляла 47 °С, температура пресной воды - 30 °С.
Во всем рассмотренном интервале объемных расходов газового конденсата наблюдается снижение содержания солей с ростом количества подаваемой на смешение пресной воды (рис. 2). В то же время, при фиксированном соотношении вода/газоконденсат эффективность обессоливания экстремально зависит от объемного расхода жидкостей. При малых расходах газоконденсата (0.5 м3/ч) в трубчатом турбулентном аппарате наблюдается низкая эффективность перемешивания с пресной водой. Критерий Рейнольдса составил Яе = 6000 и свидетельствует о том, что гидродинамическая структура движения жидкого потока соответствует промежуточному режиму (переходная область между ламинарным и турбулентным режимами). Дальнейшее повышение объемного расхода газово -го конденсата увеличивает эффективность обессо-ливания, а минимальное содержание солей достигается при = 0.76 м3/ч (Яе = 8500). Очевидно, что это связано с повышением уровня турбулентного перемешивания в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорного типа.
* автор, ответственный за переписку
ISSN 1998-4812
Вестник Башкирского университета. 2012. Т. 17. №1
37
wT/
-►г
wB
I
д
td
у /\
d, т
ж
Ь с
Рис. 1. Общий вид трубчатого турбулентного аппарата диффузор-конфузорной конструкции для отмывки газоконденсата от солей пресной водой; wк, 'в - объемный расход газового конденсата и пресной воды, соответственно.
д
Таблица
Физико-химические свойства газоконденсата
| Параметр | Значение
Плотность конденсата при 20 °С, кг/м3 759.6
Компонентный состав, % об.:
пропан 2.97
изобутан 1.39
н-бутан 3.88
изопентан 3.05
н-пентан 3.56
изомеры гексана + высшие алаканы 80.14
смолы 5.00
Фракционный состав конденсата:
начало кипения, °С 44
перегнано, % об. 94.5
остаток в колбе, % об. 3.5
потери при перегонке (летучие), % об. 2.0
Отгоняется объем при температуре °С, % об.:
82 °С 10
95 °С 20
107 °С 30
118 °С 40
130 °С 50
150 °С 60
177 °С 70
209 °С 80
262 °С 90
300 °С 95
Превышение объемного расхода газоконденсата величины wк = 0.76 м3/ч, независимо от количества пресной воды, сопровождается снижением эффективности обессоливания (рис. 2). Причем это происходит наряду с достижением критерия Рейнольдса значения 12000, что характеризует переход в область развитой турбулентности. Возможной причиной наблюдаемой зависимости может являться снижение времени пребывания реагентов в зоне смешения при увеличении объемного расхода газоконденсата, не обеспечивающее завершение процесса экстракции соли из углеводородной фазы в водную. Гидродинамические режимы работы трубчатого турбулентного аппарата позволили оценочно рассчитать время, необходимое для экстракции солей из газового конденсата пресной водой, которое составляет около 0.6 с. При снижении времени пребывания двухфазного потока в аппарате
процесс экстракции не успевает завершиться, несмотря на рост уровня турбулентности и, соответственно, эффективности перемешивания.
Существенно повысить эффективность обессоливания удается за счет нагревания пресной воды даже несмотря на то, что ее количество по отношению к газоконденсату не превышает 2% об. Так, при нагревании воды от 30 °С до 90 °С, подаче газового конденсата в реактор с расходом 0.86 м3/ч и количестве введенной воды 1.5% об. общее содержание солей снижается в 2 раза (с 20 г/м3 до 10 г/м3). Увеличение эффективности отмывки солей с ростом температуры обусловлено повышением как скорости экстракции, так и интенсивности перемешивания за счет выделения из газоконденсата легких углеводородов в виде мелкодисперсных пузырьков.
В результаты выполненного исследования предложена схема предварительного обессолива-ния нестабильного газового конденсата перед его подачей в колонну стабилизации, включающая малогабаритный трубчатый турбулентный аппарат диффузор-конфузорной конструкции для смешения углеводородной фракции с пресной водой (рис. 3).
Рис. 2. Зависимость общего содержания солей в газоконденсате от его объемного расхода и количества пресной воды. Объем пресной воды на стадии отмывки по отношению к газовому конденсату: 2 (1); 1.5 (2); 1 (3); 0.5 (4) % об.
Рис. 3. Схема обессоливания газоконденсата при смешении с пресной водой. 1 - емкость с деэмульгатором; 2 - емкость с водой; 3, 4, 5 - насосы; 6 - теплообменник; 7 - трубчатый турбулентный аппарат; 8 - трехфазный сепаратор. Потоки: I - исходный газоконденсат; II - деэмульгатор; III - пресная вода; IV - газ; V - сточная вода; VI - газоконденсат после обессоливания.
Показана возможность эффективного обессо-ливания нестабильного газового конденсата перед его подачей в колонну стабилизации. Смешение газоконденсата с небольшим количеством пресной воды (0.5-2 % об.) в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции позволяет снизить общее содержание солей с 97 г/м3 до 15-20 г/м3 (при оптимальном расходе газоконденсата 0.76 м3/ч). Существенно повысить эффективность отмывки газоконденсата от солей удается за счет нагревания пресной воды. Предложенный способ позволит существенно повысить устойчивость работы колонны стабилизации за счет снижения солеотложения на технологических поверхностях.
Следует ожидать эффективного применения турбулентного аппарата диффузор-конфузорной конструкции при интенсификации работы процессов нефтегазовой отрасли [5].
Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта Президента РФ МД-3178.2011.8, РФФИ (проект № 11-03-97017).
ЛИТЕРАТУРА
Руденко С. В., Хуторянский Ф. М., Капустин В. М., Молчанова З. В. О технологической необходимости промывки смеси газоконденсата и нефти водой при их подготовке на ДКС-1 Оренбургского ПГПУ // Экологический вестник России. 2010. №6. С. 10-13.
Ухалова Н. Б., Латюк В. И., Умергалин Т. Г. Влияние воды на эффективность процессов фракционирования газа и газоконденсата // Материалы II Международной научной конференции. «Теория и практика массообменных процессов химической технологии». Уфа: Изд-во УГНТУ.
2001. С. 151-152.
Захаров В. П., Берлин А. А., Монаков Ю. Б., Дебердеев Р. Я. Физико-химические основы протекания быстрых жидкофазных процессов. М.: Наука, 2008. 348 с.
Захаров В. П., Мухаметзянова А. Г., Тахавутдинов Р. Г., Дьяконов Г. С., Минскер К. С. Создание однородных эмульсий в трубчатых турбулентных аппаратах диффузор-конфузорной конструкции // Журнал прикладной химии.
2002. Т.75. №9. С. 1462-1465.
Шевляков Ф. Б., Захаров В. П., Каеем Д. Х., Умергалин Т. Г. Совершенствование процесса доизвлечения высококипя-щих углеводородов попутного нефтяного газа в турбулентных аппаратах диффузор-конфузорной конструкции // Вестник Башкирского университета. 2008. Т.13. С.916-918.
1
2
3
4.
5
Поступила в редакцию 28.11.2011 г.
