Химия нефти и газа

Гравитационный.

Бывают  горизонтальные, вертикальные и шарообразные. Общим для них является

наличие отстойной зоны, где отделения дисперсных частиц происходят под действием сил тяжести, кроме этого на ходе газа имеются, обычно, отбойные пластины, а перед выбором газа из сепаратора каплеулавливающий сетчатый пакет. Внизу сепаратора имеется вынесенный отдельно или встроенный сборник уловленной жидкости и пыли. 
 

1 и 3 – входная,  осадительная зоны

4 – сборник  конденсата

2 – сепаратор 

I, II – вход и выход газа

III – выход конденсата

Инерционные сепараторы насадочного  типа.

Представляют  собой сепараторы, заполненные насадками с развитой удельной поверхностью контакта. Улавливание капель происходит за счёт их ударения о поверхность насадки и редких многократных поворотах потока газа в каналах самой насадки. В качестве насадки применяют кольца Рашига, сетчатые  пакеты из проволоки, жалюзи и т.д. Степень улавливания капель такими сепараторами достигает 99%. 

Центробежные  сепараторы.

Для отделения  жидкости от газа в этом случае используют центробежные силы, возникающие в  предварительно закрученном потоке газа. 

1 – корпус

2 – внутренняя  газоотводная трубка

3 – завихвитель

4 – сборный  газоконденсат 

I, II – вход и выход газа

III – выход конденсата 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Центробежные  сепараторы имеют эффективность  от 90 до 95% и используются если много  механических примесей. 

Фильтрующие сепараторы.

Используются  для окончательной тонкой очистки  газа от частиц жидкости, неулавливаемых другими типами сепараторов. 

 

1 –  входная зона отбойника

2 –  фильтр элемента

3 –  каркас

4 –  фильтрующий материал

5 –  выходной отбойник 

I, II – вход и выход газа

III – выход конденсата 

Очистка от газа и вредных  примесей.

К вредным  примесям относят ядовитые, серосодержащие и негорючие инертные газы, снижающие теплоту сгорания углеводородных газов.

В углеводородном газе могут содержаться такие  серосодержащие соединения, как сероводород, серооксид, сероуглерод, меркаптан, а в газовом конденсате сульфиды и сульфиты.

В состав инертных газов входят диоксид углерода, азот и гелий. 

ХАРАКТЕРИСТИКА  ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ

Сероводород.

Наиболее  активная из серосодержащих соединений. В нормальных условиях бесцветный газ  с неприятным запахом тухлых яиц. Очень ядовит. Острое отравление человека наступает при концентрации 0,2 – 0,3 млг/м³, а концентрация выше 1 млг/м³ смертельна.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) сероводорода в воздухе установлена не более 0,008 млг/м³. Сероводород хорошо растворим в воде. При контакте с металлами вызывает сильнейшую коррозию. 

Серооксид углерода.

В нормальных условиях бесцветный, легко воспламеняемый газ, не имеющий запаха, конденсируется при t=-50 ⁰C. Хорошо растворим в сероуглероде, толуоле, этаноле и воде. При нагревании разлагается с образованием оксида углерода, диоксида углерода, и серы.  

Сероуглерод.

В нормальных условиях бесцветный газ. Хорошо растворим  в этаноле и хлороформе. При  нагревании реагирует с водородом, образуя сероводород. Сероуглерод  ядовит, вызывает острые отравления. 

Меркаптаны (тиолы).

Это сераорганические соединения с резким запахом, нерастворяемые в воде, но хорошо растворимые в органических растворителях. При контакте с металлами вступают с ними в реакцию, образуя меркаптиды металла, а при нагревании до 300⁰ меркаптаны разлагаются с образованием сульфидов и сероводорода. 

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.