Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1. Характеристика и проблема утилизации попутного нефтяного газа (на примере томской области) 16
1.1 Общие сведения о месторождениях Томской области 16
1.2 Анализ эксплуатационных возможностей теплотехнических установок нефтепромыслов 18
1.3 Особенности изменения состава попутных нефтяных газов... 20
1.4 Промышленная подготовка попутного нефтяного газа 25
1.5 Оценка экологических свойств попутного нефтяного газа какуглеводородного топлива 28
1.6 Краткие выводы и постановка задач исследования 33
РАЗДЕЛ 2. Физические основы технологии разделения углеводородов попутных нефтяных газов 35
2.1 Адсорбционные методы очистки газов для промышленного использования 35
2.2 Закономерности динамической адсорбции 43
2.3 Адсорбентные материалы 47
2.4 Основные выводы 50
РАЗДЕЛ 3. Экспериментальное исследование адсорбционной подготовки попутного нефтяного газа к сжиганию 52
3.1 Экспериментальная установка 52
3.2 Основные методические положения 55
3.3 Компонентный состав исследуемого газа 63
3.4 Обработка экспериментальных результатов 67
3.5 Анализ и обобщение результатов исследования 70
3.6 Моделирование работы фильтра.- 76
3.7 Основные выводы 83
РАЗДЕЛ 4. Эколого-экономическая оценка использова-ния разработанных устройств 85
4.1 Оценка сокращения выбросов парниковых газов 85
4.2 Экономическая оценка эффекта при использовании фильтра-адсорбера в качестве предтопочного устройства 91
4.3 Утилизация адсорбата 93
4.4 Варианты использования цеолитового фильтра для различных конструкций горелочных устройств 95
4.5 Рекомендации по использованию адсорбционного устройства 101
4.6 Основные выводы 101
Заключение 103
Литература 107
Приложения 120
- Анализ эксплуатационных возможностей теплотехнических установок нефтепромыслов
- Закономерности динамической адсорбции
- Основные методические положения
- Экономическая оценка эффекта при использовании фильтра-адсорбера в качестве предтопочного устройства
Введение к работе
Актуальность работы. При использовании попутного нефтяного газа (ПНГ) в качестве топлива энергопроизводители сталкиваются с отсутствием отработанной технологии его подготовки для сжигания. Предгорелочную подготовку ПНГ необходимо предусматривать для предупреждения таких негативных моментов как образование гидратных и жидкостных пробок в газопроводах, периодических заливов и закоксования газогорелочных устройств, которые могут инициировать нестабильную работу, взрывы энергетического оборудования. Для устойчивой бесперебойной работы этих установок важен состав газа, в частности, отсутствие влаги, жидких углеводородов и агрессивных примесей. Так, содержание в ПНГ углеводородов пентанового и выше ряда за счет их конденсации на поверхностях нагрева с последующей битуминизацией приводит к увеличению количества и продолжительности ремонтных работ. Сжигание ПНГ, содержащего значительное количество тяжелых углеводородных компонентов, в промысловых условиях на простейших газогорелочных устройствах сопровождается кроме того неполным сгоранием, снижением КПД энергетической установки (ЭУ) и значительным выбросом загрязняющих веществ в атмосферу.
Поэтому совершенствование способов и средств подготовки ПНГ к сжиганию, направленных на повышение надежности, экономичности и экологических показателей автономных ЭУ, следует рассматривать как составную часть важной задачи разработки ресурсо- и энергосберегающих технологий.
Актуальность темы диссертации определяется ее соответствием основным направлениям научной деятельности Томского политехнического университета (направление «Разработки методов и средств повышения надежности и эффективности эксплуатации энергетических объектов») и находится в сфере приоритетных направлений развития науки, технологий и техники РФ («Энергетика и энергосбережение»).
Целью диссертационного исследования разработка методов и эффективных технических решений по подготовке ПНГ к сжиганию в ЭУ малой мощности для энергообеспечения инфраструктуры нефтепромыслов.
Исходя из указанной цели, определены следующие задачи исследований:
изучить специфику физико-химических и теплотехнических свойств ПНГ применительно к наиболее представительным нефтяным месторождениям Томской области;
обосновать методы подготовки к сжиганию, совместимые с условиями эксплуатации ЭУ вблизи или непосредственно на территории нефтегазодобычи;
разработать устройства, реализующие подготовку ПНГ к сжиганию с учетом специфики газа как топлива;
оценить эффективность использования разработанных устройств в условиях эксплуатируемого нефтяного месторождения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
получены физико-химические и теплотехнические характеристики ПНГ Соболиного, Первомайского и Лугинецкого нефтяных месторождений Томской области в ходе их промышленной разработки;
впервые получены экспериментальные данные по оценке эффективности адсорбционной очистки при испытании предложенного устройства, подготавливающего ПНГ к сжиганию, с учетом специфики газа как топлива непосредственно на месте добычи;
определены изолинии адсорбции для компонентов ПНГ, зависимости для максимального значения числа регенераций цеолита и перепада давления на адсорбционном устройстве за счет фильтрации;
на уровне изобретения разработан способ очистки ПНГ от тяжелых углеводородов при использовании низких температур;
Достоверность результатов обеспечивается сочетанием
разноплановых методов исследования, включая натурные эксперименты, сопровождаемые газожидкостной хроматографией, и современные численные
методы на базе апробированных моделей, применением поверенных средств измерений, статистической обработкой экспериментальных данных и анализом погрешностей эксперимента, удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных исследований и расчетных значений соответствующих параметров технологии предгорелочной подготовки ПНГ.
Практическая значимость диссертационной работы определяется тем, что:
полученные результаты исследований состава и свойств ПНГ Лугинецкого, Первомайского и Соболиного нефтяных месторождений пригодны для использования в расчетах технологических параметров устройств адсорбционной очистки в системах топливоподачи;
результаты эксперимента по использованию адсорбционного устройства с цеолитовым фильтром в процессе подготовки ПНГ к сжиганию позволяют поддерживать нормальный режим горения при эксплуатации ЭУ;
предложенные запатентованные варианты газовых горелок в сочетании с адсорбционным устройством позволяют подобрать оптимальную конструктивную схему для подготовки ПНГ;
отдельные рекомендации, технические решения и адсорбционные эффекты подтверждены в натурных условиях на существующей ЭУ, эксплуатируемой на территории Соболиного нефтяного месторождения Томской области;
результаты выполненных исследований используются ООО «Южно-Охтеурское» (г. Стрежевой) в проектных работах по энергообеспечению нефтепромыслового производства на Южно-Охтеурском месторождении Томской области;
материалы выполненных исследований включены в лекционный курс для магистрантов по направлению «Теплоэнергетика» в Томском политехническом университете.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на седьмой, восьмой, девятой Всероссийских научно-технических конференциях
«Энергетика: экология, надежность, безопасность» (г. Томск, 2001-2003 г.г.); на XXX Юбилейной Неделе науки СПбГТУ (г. Санкт-Петербург, 2002 г.); на IX и XI Международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2003 и 2005 г.г.); на Восьмом Международном симпозиуме имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых, посвященном 400-летию города Томска (г. Томск, 2004 г.); на Международной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (г. Томск, 2004 г.); на Региональной научно-практической конференции «Теплофизические основы энергетических технологий» (г. Томск, 2009 г.). По результатам исследовательских работ зарегистрированы 4 изобретения.
Личное участие автора является определяющим на всех этапах работы: поставлена задача исследования, выполнены анализ и обобщение работ по основополагающим принципам подготовки газа к сжиганию и свойствам цеолитов, предложена методика проведения экспериментов. Автор является их исполнителем и непосредственным участником экспериментов на натурном объекте. Единолично выполнена обработка экспериментальных результатов, проведен анализ и сформулированы выводы.
Публикации по работе
По результатам выполненных исследований опубликовано 15 печатных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемом издании из списка ВАК РФ, 4 патента.
Структура и объем диссертации
Анализ эксплуатационных возможностей теплотехнических установок нефтепромыслов
По условиям местонахождения в различных климатических зонах Томской области, где абсолютный минимум температур варьируется в пределах от (-51) С до (-55) С, отсутствует надежная круглогодичная доставка топлива к ЭУ, приходится использовать самые различные виды местного натурального топлива. Исходя из структуры топливного баланса области, основным топливом в регионе является природный и попутный газ, на долю которых приходится 45,72 % и 21,01 % соответственно [14-15]. При этом характерно, что основными потребителями ПНГ в регионе на весьма обширной территории являются всего три энергоснабжающих организации [16]:- ООО «Стрежевойтеплоэнергоснабжение» в г. Стрежевой, две мощные котельные которого вырабатывают тепловую энергию в количестве 690,6 тыс. Гкал/год с годовым расходом условного топлива 107 тыс. т.;- филиал ЗАО «ВИГК» в г. Кедровом, котельная которого обеспечивает выработку тепла в количестве 41,328 тыс. Гкал/год с годовым расходом условного топлива 6,4 тыс. т.; — ООО «Энергонефть-Томск» в г. Стрежевой, 13 котельных которого на нефтепромыслах используют ПНГ в количестве 22,8 тыс. т.Такое положение связано с отсутствием в районе месторождений потенциальных внешних потребителей.
При значительных объемах добычи ПНГ и отсутствии других вариантов по его утилизации, большой процент идет на сжигании газа в факелах. Этот процент колеблется на разных месторождениях от 54,20 % до 89,71 % [10, 14, 15]. Во многом данная ситуация складывается из-за того, что ЭУ большую часть времени работают на так называемом товарном газе (смесь ПНГ с природным газом). «Чистый» ПНГ, имея большую теплотворную способность, чем товарный газ, поступает в котельные только в периоды снижения тепловых нагрузок.
Столь немногочисленное потребление ПНГ энергопроизводителями обусловлено отсутствием отработанной технологии подготовки данного топлива для его сжигания, с целью избежания таких негативных моментов, как образование гидратных и жидкостных пробок в промысловых и межпромысловых газопроводах, сопровождающихся периодическими заливами газогорелочных устройств, которые могут инициировать взрывы оборудования. Ранее в качестве предочистки ПНГ перед горелочными устройствами ЭУ ничего не использовалось и не предусматривалось. Сжигание ПНГ, содержащего значительное количество целевых углеводородных компонентов, в промысловых условиях на простейших газогорелочных устройствах сопровождается кроме того неполным сгоранием газа, снижением КПД установки и значительным выбросом загрязняющих веществ в атмосферу. Это касается всех ЭУ, связанных с использованием процессов сжигания.
Наибольшее распространение по Томской области среди данных агрегатов на нефтепромыслах получили котлы типа КВ-ГМ и ВВД, печи для подогрева нефти типа ПТБ и газовые двигатели типа ЯМЗ, входящие в состав электроагрегатов газовых стационарных. Эксплуатационные возможности котлоагрегатов водотрубных водогрейных типа КВ-ГМ и водоводяных котлов ВВД, работающих на газовом топливе, включают в себя выработку горячей воды до 95-115 С, используемой в закрытых системах теплоснабжения промышленного, жилищно-коммунального и бытового назначения. Печь трубчатая блочная ПТБ предназначена для нагрева нефтяных эмульсий и нефти при их промысловой подготовке и транспортировке.
В области использования нефтяного газа определенные перспективы связаны с новыми направлениями в технике и технологии его использования в результате создания и внедрения передвижных электрических и других установок, потребляющих газ. Электроагрегаты газовые стационарные предназначены для работы на газовом топливе в качестве постоянных источников энергии, но чаще используются не для постоянной выработки электроэнергии, а для периодической работы (снятия пиковых нагрузок).
Таким образом, анализируя возможности наиболее применимых ЭУ в Томской области, можно выделить следующие направления использования ресурсов ПНГ:- применение в нефтедобывающих районах в передвижных истационарных газопотребляющих агрегатах для выработки электроэнергии скомбинированной выработкой тепла;соответствии с технологической необходимостью), воды и т. д. в печах трубчатых блочных;- использование в качестве топлива в котлах мощностью до 6,5 МВт для выработки горячей воды в закрытых системах теплоснабжения промышленного, жилищно-коммунального и бытового назначения.
В обеспечении потребности народного хозяйства в топливе важная роль отводится ПНГ, поскольку его ресурсы постоянно увеличиваются с ростом добычи нефти. Кроме того, в отличие от природного газа, добываемого из газовых и газоконденсатних месторождений, нефтяной газ характеризуется повышенным содержанием этана, пропан-бутановых и пентановых фракций, присутствуют гексаны, гептаны и более тяжелые углеводороды, включая ароматические и нафтеновые соединения (бензол, толуол, ксилолы, циклопентан, циклогексан и др.). Содержание тяжелых углеводородов (этан и выше) в попутных газах достигает 20-40 %, иногда 60-80 % [17-26]. Неуглеводородные компоненты ГШГ представлены главным образом азотом и углекислым газом с примесью сероводорода и инертных газов (в основном гелий), иногда встречается водород [12].
Свойства ПНГ определяются свойствами и содержанием отдельных составляющих их компонентов (рис. 1.1).
Закономерности динамической адсорбции
В реальных промышленных условиях адсорбция проходит при пропускании потока газа, содержащего поглощаемые вещества, через неподвижный слой адсорбента. Такая адсорбция называется динамической.
Именно изучение динамической адсорбции привело к открытию избирательного поглощения отдельных компонентов адсорбентом [65—71]. Согласно этим представлениям, в потоке газа содержится некое вещество — адсорбтив, которое проходя через слой адсорбента оседает. «Задержанное» адсорбентом вещество называется адсорбат.
В динамических условиях поглощение осуществляется из каналов, образуемых гранулами адсорбента, и ограничивается адсорбционной емкостью слоя (рис. 2.4). Поэтому, когда слой насытится полностью, поглощение должно прекратиться. При этом сначала полностью насыщается первый по ходу газа лобовой или фронтальный участок слоя, после чего поток «проскакивает» через этот участок практически без изменения концентрации, а зона поглощения перемещается в последующие участки слоя. Постепенно все участки слоя насыщаются и наступает «проскок» примеси через весь слой.
Экспериментальное исследование динамики адсорбции обычно преследует две цели: проверку соответствия модели эксперименту и получение информации из выходных кривых адсорбции, необходимой для выбора размеров и конструкции фильтра-адсорбера.
Форма кривых распределения поглощенного адсорбата и концентрации паро-воздушной смеси по длине слоя поглотителя непрерывно меняются, а скорость адсорбции падает по мере увеличения количества поглощенного вещества. Эти изменения происходят до достижения насыщения в лобовом слое и наступления «проскока» на участке длиной L0. На этом заканчивается первая стадия процесса, характеризующаяся непрерывным изменением кривых распределения и резким падением скорости и продвижения фронта. Данное падение скорости прекращается во второй стадии процесса, при этом полного насыщения начальных слоев адсорбента практически не происходит.
В определенный период времени т слой адсорбента в фильтре-адсорбере можно разделить на три зоны: полностью отработавший слой, работающий слой и еще не вступивший в работу слой [64]. После этого времени г начинается момент «проскока», который обозначает необходимость в регенерации адсорбента.
Крайние лобовые участки слоя, считающиеся отработавшими, фактически в течение всего процесса будут продолжать поглощать адсорбтив, а следовательно, оказывать влияние на форму кривой распределения концентрации.
В условиях донасыщения начальных слоев адсорбента с увеличением длины слоя увеличиваются статическая активность отработавших слоев и средняя активность всего слоя. Таким образом, активность отработавших слоев в результате донасыщения будет приближаться к величине равновесной статической активности. Следовательно, характер движения «проскоковой» концентрации по длине фильтра-адсорбера (зависимость т от L) не будет выражаться прямой линией (рис. 2.5).
Данный процесс можно описать уравнением Шилова:45 где h — величина, характеризующая неиспользованную статическую активность слоя, L — длина слоя, К— коэффициент защитного действия слоя. По величине коэффициента защитного действия К можно судить о времени перемещения фронта адсорбции.
Для составления уравнения материального баланса динамической адсорбции примем согласно схеме физической модели процесса (рис. 2.4), что лг-координата соответствует направлению перемещения потока газа со скоростью со через элемент пористого тела с площадью и толщиной dx. Скорость потока при неизотермической адсорбции даже с учетом допущений не является постоянной величиной, как и концентрации примесей до и после фильтра-адсорбера - а и с соответственно, и есть функция координаты и времени.
Количество вещества в выделенном элементарном объеме за время dx составляет: сое- dS- dx. Количество вышедшего вещества равно [64]: сое- dS-dx+d(coc-dS-dx). Изменение количества вещества в элементарном объеме равно [64]:
Изменение количества вещества в элементарном объеме вызовет изменение концентрации вещества в адсорбенте и подвижной фазе. В адсорбенте оно будет равно {da/dz)-dvdx-dS, в потоке - (dc/dc)-drdx-dS. В итоге общий материальный баланс в элементарном слое можно записать как Учет изменения концентрации вещества в элементарном объеме вследствие диффузии [64] приводит к уравнению: где D - коэффициент продольной диффузии. В силу малого коэффициента термического расширения процесса адсорбции изменение плотности потока не наблюдается, тогда CD-const и Уравнение теплового баланса для элементарного объема зернистого слоя аналогично уравнению материального баланса. Для адиабатического процесса тепловой баланс может быть записан как где ha, hz - теплоемкость адсорбента и газа; Та, Тг - температура адсорбента и потока газа; Qa - тепловой эффект адсорбции {Q=const). В уравнениях (2-1) и (2-2) отсутствует слагаемое, соответствующее продольным эффектам, поскольку в практических расчетах этой составляющей обычно пренебрегают [64]. При составлении математической модели динамики адсорбции введем допущения: 1) между концентрациями адсорбтива и адсорбата в потоке газа в каждый момент времени и в каждой точке слоя соблюдается равновесное соотношение в силу бесконечно большого значения коэффициента массопередачи; 2) температуры газового потока и адсорбента равны. В соответствии со сделанными допущениями и при отсутствии продольной диффузии система уравнений (2-1) будет иметь вид:
Основные методические положения
Методика исследования эффективности адсорбционного устройства заключается в определении эксплуатационного ресурса цеолитового фильтра в зависимости от количества регенераций и времени работы в заданных условиях.
Для реализации заданных требований по очистке газа произведен расчет адсорбционного устройства с применением цеолита по существующей методике, описанной в [56, 74], которая в качестве исходных данных принимает значения расхода газа и давления на входе в адсорбционное устройство. В качестве характеристик адсорбента в расчете приняты вид цеолита, средний диаметр частиц и плотность наполнения. О поглощаемом газе должны быть известны температура, плотность при нормальных условиях, температура точки росы осушенного газа, а также состав исходного газа, по которому определяется молекулярная масса.
При выборе цеолита необходимо учесть, что хороший адсорбент должен отвечать следующим требованиям и обладать следующими свойствами: высокой избирательностью; большой адсорбционной емкостью; влагоемкостью в присутствии капельной влаги; большим насыпным весом; отсутствием коррозионной активности и токсичности; высокой механической прочностью при данном давлении и температуре регенерации; стабильностью адсорбционных свойств при длительной эксплуатации; невысокой стоимостью. При подборе цеолита также необходимо обратить особое внимание на компонентный состав и на наличие адсорбирующихся примесей.
Исходя из кристаллографических данных, среди всего разнообразия цеолитов наиболее перспективным для изучения и проведения экспериментальной части в данной работе является шабазит (рис. 3.3). Исследования адсорбции различных веществ на шабазите были начаты в двадцатых годах прошлого столетия рядом авторов. Шабазит хорошо адсорбирует молекулярный азот, кислород, аргон, оксид, диоксид углерода и другие. Структура шабазита детально изучена для гидратированной и дегидратированной форм, а также для цеолита, содержащего адсорбированные молекулы СІ2 [66]. Дегидратация шабазита протекает плавно, его каркас не сжимается. Гидратированный шабазит отличается от дегидратированного более плоской формой окон - 3,7x4,2 X в 8-членных кольцах. Трехмерная система каналов в шабазите образует полости, соединяющиеся через 8-членные окна [66, 70]. Это один из самых пористых цеолитов. Исследования адсорбционных равновесий, энергетики и кинетики адсорбции дегидратированного шабазита показали возможность использования его как избирательного адсорбента при разделении газовых смесей [70].
Особенно большое адсорбционное сродство шабазит проявляет к диоксиду углерода (282 объема), аммиаку (567 объемов) и воде (702 объема) [66]. Полностью дегидратированный шабазит поглощает воздух в количестве 2,7 % своей первоначальной массы [66].
Скорость адсорбции нормальных парафинов на природных шабазитах уменьшается с ростом длины углеродной цепи. На шабазите преимущественно адсорбируются нормальные парафины (табл. 3.2) по сравнению с изо-парафинами, поэтому на этом цеолите может быть58 произведено разделение смесей парафинов. Переход от природного цеолита к водородным формам шабазитов приводит к увеличению скорости сорбции н-парафинов, и эти шабазиты работают как молекулярные сита с диаметром входных окон 0,5 нм [66].
Применяемый нами природный цеолит — шабазит имеет следующие емкостные свойства в зависимости от размера фракции (табл. 3.3) [66].
Из таблицы видно, что максимальную влагоемкость природный шабазит имеет при размере фракций, равном 2,5-10 мм, с уменьшением размера значение влагоемкости резко уменьшается. Для эксперимента был применен дегидратированный цеолит со средним диаметром частиц 0,0025 м. Расчет адсорбера проведен по существующей методике [56, 74] и представлен в Приложении 1.
Для оценки результатов работы адсорбционного устройства с цеолитовым фильтром можно использовать характеристики перепада давления согласно показаниям установленных манометров. Дополнительным источником данных являются записи в журнале техобслуживания (ТО). Перед началом эксперимента предусмотрено проведение регламентного ТО 2000 согласно графику. Оно включает проверку сапун-двигателя, контрольно-измерительных приборов, защиты двигателя, регулятора напряжения генератора, смазки подшипника вентилятора радиатора, генератора, замену масла двигателя и масляных фильтров. Эксперимент начинается по окончании ТО 2000 и после установки цеолитового фильтра. Время работы фильтра 84 суток (до проведения очередного ТО - ТО 4000) -фактически с 01 февраля 2007 г. по 25 апреля 2007 г. Регламентное ТО 4000 включает в себя проверку приводных ремней, замену масла и фильтров двигателя, замену топливных фильтров, дренаж воды и осадков из топливных танков, проверку уровня электролитов в батарее, проверку и очистку датчиков скорости, тепловых зазоров клапанов, угла опережения подачи топлива, вращателей клапанов. При увеличении перепада давления на 15 % для поддержания установки CATERPILLAR в рабочем режиме, необходимо произвести смену/регенерацию цеолитового наполнителя.
Для бесперебойной работы ЭУ, исходя из общих требований, предъявляемых к газовому топливу и ПНГ, в частности, необходимо соблюдать нижеследующие условия.1. ПНГ перед поступлением в систему подачи газа в энергоустановку должен быть максимально отсепарирован от примесей и обезвожен с целью предотвращения образования кристаллогидратов при подаче газа. Допустимое значение наличия влаги не более 9 мг/нм [77-85].
Экономическая оценка эффекта при использовании фильтра-адсорбера в качестве предтопочного устройства
На экономическую эффективность ЭУ влияют в общем случае две взаимопротивоположные тенденции:1. изменение стоимости капиталовложений (инвестиций) в ЭУ;2. изменение затрат на эксплуатацию.
Экономический эффект от внедрения при монтаже ЭУ (ГПЭС) адсорбционных устройств с цеолитом на Соболином и Гураринском месторождениях складывается от сокращения числа технических обслуживании, капитальных ремонтов энергетических установок и реализации жидких углеводородов, полученных при регенерации адсорбента.
Экономический эффект от внедрения фильтров определяется по формуле:стоимость реализованных жидких углеводородов, полученных при регенерации адсорбера, АЗто — снижение затрат на техническое обслуживание ЭУ и А 3Кр - снижение затрат на капитальный ремонт ЭУ.
По паспортным данным ГПЭС подготовка газа (осушение) позволяет увеличить межремонтный период на 15-18 %, срок эксплуатации ЭУ - 15 лет.
В таблицах 4.3 — 4.7 приведены начальные и расчетные данные по определению экономического эффекта.
В результате установлено, что доход предприятия от применения фильтров-адсорберов за счет снижения затрат на техническое обслуживание и увеличения межремонтного периода составит 2507 тыс.руб/год, тогда как стоимость фильтров-адсорберов с их установкой составляет около 40 тыс.руб, т.е. их внедрение окупается через полгода.
Энергетическое использование ПНГ может оказаться экономически эффективным в достаточно широком диапазоне объемов и состава [8-9, 12-16, 29, 79-80]. Применение газа в энергетике позволяет не только улучшить экологическую ситуацию, но и решить проблему теплоэнергоснабжения нефтяных компаний [104].
Для реализации принципа безотходной технологии при использовании адсорбционного устройства на основе цеолитового фильтра в настоящей работе предложено после регенерации отработавшего адсорбента выделившуюся смесь воды и жидких углеводородов направлять в накопительную емкость. Из накопительной емкости жидкость направить на УПСВ. Из накопительной емкости жидкость направить на УПСВ для разделения смеси на: - углеводородное сырье, которое поступит на установку подготовки нефти для подготовки нефти в целях сдачи её в магистральный нефтепровод, - воду, которая будет использована для целей поддержания пластовогодавления.
С утверждением «Унифицированных технологических схем комплексов сбора и подготовки нефти, газа и воды нефтедобывающих районов» в проектах разработок месторождений стали предусматривать совмещение систем промыслового сбора, транспортирования с процессом подготовки нефти, газа и воды. В основу этих схем положено совмещение в системе нефте- газосбора гидродинамических и физико-химических процессов для подготовки продукции скважин (нефть, газ и вода) для ее разделения на фазы в специальном оборудовании повышенной производительности, при максимальном концентрировании основного оборудования по подготовке нефти, газа и воды на центральных нефтесборных пунктах.
УПСВ предназначена для дегазации нефти, отбора и очистки попутного газа, сброса пластовой воды под избыточным давлением [48]. Конструкция установок выполнена на базе отработанной конструкции нефтегазовых сепараторов со сбросом воды. Установки представляют собой горизонтальные аппараты, снабженные технологическими штуцерами и штуцерами для КИПиА. Внутри аппарата расположены: устройство ввода, успокоительная перегородка, секция коалесценции, струнный каплеотбойник для очистки газа и секция сбора нефти. Для улучшения разделения нефтегазовой смеси на входе устанавливается депульсатор, обеспечивающий отвод, минуя аппарат, основного количества выделившегося газа, а также послойный ввод водонефтяной эмульсии и сбросной воды раздельными потоками в соответствии с их плотностью в среднюю и нижнюю отстойные зоны аппарата.
УПСВ состоит из следующих комплексов оборудования: узел сепарации, резервуарный парк, насосный блок (или несколько насосных блоков). На установке производится отделение воды, нефтепродуктов и выделившейся при регенерации цеолита смеси жидких углеводородов. Далее вода используется для системы поддержания пластового давления и направляется на блочную кустовую насосную станцию, а нефтепродукты поступают в товарный парк.
Данная схема реализации выделившейся смеси жидких углеводородов без особых технических переделок вписывается в принципиальную схему подготовки нефти, газа и воды (рис. 4.1).
В качестве конструктивных исполнений возможны следующие запатентованные технические и технологические решения в части исключения или существенного снижения поступления тяжелых углеводородов в газогорелочные устройства ЭУ, которые обеспечивают возможность надежного сжигания ПНГ за счет оснащения горелок так называемым цеолитовым фильтром.
Газогорелочное устройство по первому варианту (рис. 4.2) содержит коаксиально расположенные внутренний воздухоподающий 1 и внешний топливный каналы 2 [141].
Топливный канал сообщается с кольцевой циклонной камерой 3, образованной улиткообразной обечайкой 4 и тангенциальным топливоподающим патрубком 5. Перед этим патрубком и между двумя диффузорами, один из которых закреплен на упомянутом патрубке, а другой на газопроводе 6, установлен сменный цеолитовый фильтр. В воздухоподающем канале газогорелочного устройства установлен держатель 10 с полой насадкой 7 на конце, выходные срезы которой расположены в одной плоскости с топливным каналом.
Газогорелочное устройство по второму варианту (рис. 4.3) содержит близко расположенные воздуховоды 1, установленные между пористой и непористой цилиндрическими поверхностями 2 и 3, к которым присоединен раздающий газовый коллектор 4 [142]. Газовый коллектор присоединен кгазопроводу 5. Перед ним установлен сменный цеолитовый фильтр 6. К непористой цилиндрической поверхности присоединен диффузор 7, который подключен к воздуховоду 8. Предложенное газогорелочное устройство позволяет организовать компактную зону горения с короткофакельным пламенем. Для равномерного распределения топлива по всему горелочному устройству газопровод присоединен к раздающему коллектору тангенциально.
Похожие диссертации на Подготовка попутного нефтяного газа к сжиганию в условиях автономного энергообеспечения нефтепромыслов
