Диоксид углерода.
Бесцветный негорючий газ, обладающий кислыми свойствами. При нормальном давлении и t=-780 переходит в твёрдое состояние (сухой лед) минуя жидкое.
Азот и гелий.
Не горючие газы, ухудшающие природные свойства газа. Гелий содержится в небольших количествах, но специально извлекается как ценный продукт для нужд народного хозяйства.
МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ГАЗА И ХАРАКТЕРИСТИКА ПОГЛОТИТЕЛЕЙ.
Природный газ очищают даже при малых количествах сероводорода, поскольку его допустимое содержание в газе, закачиваемом в магистральный газопровод не должно превышать 20 млг/м3. В большинстве случаев очистку газов предпринимают не только для доведения содержания в нём вредных примесей до установленных норм, но и для извлечения с целью промышленной утилизации.
Газы очищают двумя методами: абсорбционным и адсорбционным.
Абсорбционные методы по характеру используемого абсорбента делят на методы химической сорбции (хемосорбции), физической абсорбции, комбинированные и окислительные.
1) Хемосорбционные процессы основаны на химическом взаимодействии H2S и CO2 с активными компонентами абсорбента, в качестве которого в этих процессах применяют щёлочи и амины.
2) Физическая абсорбция представляет собой физическое растворение извлекаемой компонентов в абсорбенте, в качестве которого используют N – метилпирамедон, гликоли, метанол и т.д.
3) Комбинированные процессы используют обычно смешанные поглотители. Одним из самых распространённых является сульфинол.
4) Окислительные процессы основаны на необратимом превращении поглощаемого сорбента сероводорода в элементарную серу.
Адсорбционные процессы.
Основаны на селективном (избирательном) физическом поглощении H2S и CO2 в порах твёрдых поглотителей, которыми являются активные угли и синтетические цеолиты.
Выбор того или иного метода очистки газа зависит от многих факторов (от концентрации H2S и CO2) и сераорганических соединений в исходном газе. Важное значение в любом методе очистки имеет правильный выбор поглотителей, которые должны удовлетворять следующим общим требованиям:
1) Поглотитель должен иметь низкое давление насыщенного пара при температуре сорбции, чтобы потери его с очищающим газом были минимальными;
2) Одновременно поглотитель должен обладать высокой способностью поглощать кислые соединения из газа в широком интервале их парционных давлений;
3) Должен иметь высокую вязкость;
4) Низкую коррозионную активность;
5) Высокую стойкость к окислению.
ГЛУБОКАЯ ОСУШКА ПРИРОДНОГО ГАЗА
Наличие паров воды в углеводородных газах связано с контактом газа и воды в пластовых условиях, а так же с условиями их последующей обработки.
Обычно тяжелые углеводородные газы при тех же условиях содержат паров воды меньше, чем легкие.
Наличие в газе H2S и CO2 увеличивает содержание паров воды, а наличие азота уменьшает. Влагосодержание газа – это количество паров воды г/м3 в соответствии их насыщения при данной температуре и давлении.
Абсолютной влажностью газа называют фактическое содержание паров воды в г/м3 газа, а отношение абсолютной влажности к влагосодержанию называется относительной влажностью.
Осушка газа – это удаление из него влаги, то есть снижение абсолютной и относительной влажности.
Качество осушки (глубину осушки) оценивают «точки россы», то есть температурой при данном давлении, при котором пары воды приходят в состояние насыщения.
Чем глубже осушка, тем ниже его точка россы, которая обычно составляет в зависимости от последующего назначения газа от – 200 до – 170С.
Присутствие в газе влаги нежелательно (а иногда опасно) для процесса его транспортировки.
Поскольку влага может выпадать в чистом виде или в виде гидратов с углеводородами, приводя к осложнениям в работе систем транспортного устройства.
Нежелательна влага в газе, если его последующая переработка ведется при низких температурах. При этом точка его россы должна быть ниже температуры технологической переработки газа.
Достигаемая точка россы газа зависит от способа его осушки:
- прямым охлаждением
- абсорбцией
- адсорбцией
- комбинированными способами
Осушка охлаждением.
Если при постоянном давлении охлаждать газ, то избыточная влага будет конденсироваться, и точка его россы соответственно снижается. На этом основана осушка газа охлаждением, при чем нижний предел охлаждения газа ограничивается условиями образования гидрата. Этот метод применяется в комбинации с другими методами.
Абсорбционная осушка.
Основана на селективном поглощении (растворении паров и воды жидкими адсорбатами, в качестве которых используют ди- и триэтилгликолий.
Адсорбционная осушка.
Сущность ее состоит в избирательном поглощении поверхностью пор твердого адсорбента молекул соды с последующим извлечением их из пор внешними воздействиями (повышение температуры адсорбента или снижением давления среды) В качестве адсорбента используют бокситы (оксид алюминия Al2O3, селикогелий, синтетические цеолиты). Их адсорбционная емкость существенно зависит от размера пор и соответствующей удельной поверхностью последней.
ИЗВЛЕЧЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ГАЗОВ
В составе природных газов присутствуют углеводороды от метана до пентана. Метан и этан – целевые составляющие газа, используемые в быту и промышленности как газовое топливо. Пропаны, бутаны и пентаны в газовом топливе нежелательны, но являются ценными соединениями и могут быть использованы для других нужд. Поэтому до подачи природного газа в транспортные газопроводы из него должны быть удалены углеводороды от этана (частично) до пентана (включительно). Извлекаемая сумма тяжелых углеводородов называется обычно газовым бензином и направляется на установку для разделения на отдельные углеводороды и отдельный бензин. К основным технологическим методам извлечения тяжелых углеводородов из газа относятся:
- низкотемпературная сепарация
- масляная абсорбция при высоком давлении и низкой температуре.
Извлечение гелия из очищенного газа.
Гелий – это редкий и удивительный по своим свойствам газ. Он определяет развитие самых современных технологий в различных отраслях техники. В нормальных условиях гелий – один из самых легких (после водорода) инертных газов с плотностью 0,1609 кг/м3 имеющий очень высокую теплопроводность. Наиболее богатые запасами гелийсодержащих природных газов это: США, Россия, Алжир, Канада, Польша, Голландия.
В России: оренбургское и астраханское месторождения.
Основной потребитель жидкого и газообразного гелия – это предприятия и организации военно-технических ведомств (до 50% всего потребления). Его используют в креогенной технике и технологии, при проведении специальных сварочных работ, в кисонно-водолазных работах, хроматографии.
Чистый гелий получают из очищенного от примесей и глубоко осушенного природного газа, обычно в три стадии:
1) выделяют гелиевый концентрат
2) концентрируют
3) сжижают для удобства транспортировки и хранения.
Получение гелиевого концентрата возможно четырьмя способами:
- криогенный
- абсорбционный
- путем гидратообразования диффузии через пористые мембраны.
Только первый метод получил массовое промышленное применение. Он основан на охлаждении газа да конденсации азота, при которой конденсируется и метан, а гелий остается в газовой фазе в виде концентрата
Абсорбционный способ основан на использовании поглотителей метана
CCl3F
CCl2F2
Их поглотительная способность по метану в 10-20 аз выше, чем по гелию, а при пониженных температурах до -20…-300С это различие еще более возрастает. В итоге в газе концентрируется гелий.
Способ гидрообразования основан на том, что в отличии от метана, этана, углекислого газа и азота гелий не образует с водой гидратов при низких температурах и высоких давлениях.
Недостаток способа: потребность больших количеств воды и усложнение последующей глубокой осушки гелиевого концентрата.
Мембранный способ основан на высокой проникающей способности гелия в сравнении с другими газами и способностью его селективно проникать (фильтроваться) через самые мелкие поры материалов, выполненных в виде пленок-мембран.
Крупнейшее в Европе производство гелия создано в Оренбурге на комбинированной установке по очистке газа и получению гелия, этана и более тяжелого углеводорода.
Жидкий гелий с оренбургского газоперерабатывающего завода экспортируют в Западную Европу автокриогенными контейнерами (сосуды Дюара).
Для хранения жидкого гелия используют криогенные хранилища. Сейчас в мире существует 10 таких хранилищ вместимостью по 120 м3. Одно из них в Оренбурге.
продукция газовой промышленности может классифицироваться следующим образом:
1) Природные и нефтяные газы, подаваемые в магистральные газопроводы и далее к конечному потреблению, а так же на переработку.
2) Газообразные чистые углеводороды (метан и этан) и инертные газы (гелий), а так же газовые смеси заданного состава для специальных целей.
3) Жидкие смеси углеводородов: пропан, бутан, их смеси.
4) Твердые углеводороды газопереработки (сажа специальная, технический углерод, техническая сера).
Требования к качеству газа.
Технические условия к качеству природного и попутного нефтяного газа можно разделить на несколько групп:
1) Технические требования на газы поступающие во внутрепромысловые коллекторы (газопроводы) после их первичной обработки на промысле.