2.1.3. Расчёт констант фазового равновесия по уравнению Тека-Стила.

Уравнение имеет следующий вид:

где R= 1.987 - универсальная газовая постоянная кал/(моль*К); T_r=T/T_c, T_br=T_b/T_c - приведенные температуры, где Т_с, Т_ь- критическая температура и нормальная температура кипения компонента, К; α_с - находится по формуле [] из условия, что P_VPr =1/Рс и Т_r= Т_br.

      (18)

h определяется уравнением:

,          (19)

где ∆Н_νb - теплота парообразования при нормальной температуре кипения, кал/моль. ∆Н_νb определялось по уравнению Джиакалоне [7]:

      (20)

где принимается равным 1. 

2.2.Переработка  газового конденсата.

Простейшая общая  схема переработки газового конденсата выглядит следующим образом: 

Рисунок 1 – Простейшая общая схема переработки газового конденсата. 

Сепарация газоконденсатной смеси на газ сепарации и нестабильный конденсат осуществляется непосредственно на промысле (также может осуществляться деэтанизация, т.е. выделение этана из конденсата), после чего нестабильный конденсат можно транспортировать по конденсатопроводу на завод, где осуществится стабилизация конденсата и выделение продуктов первичной переработки - различные марки бензина и дизельного топлива, ШФЛУ, сжиженные газы, мазут, газ стабилизации.

Промысловая сепарация конденсата может осуществляться различными способами, например - низкотемпературной сепарацией (НТС). Высокое начальное  давление природного газа используется в этом случае для получения холода и выделения вследствие этого  водяного и углеводородного конденсата из газа. Холод при высоких давлениях  газа получают на специальных установках, называемых установками низкотемпературной сепарации. В установках НТС отрицательные  температуры создаются в результате дросселирования (понижения давления) газа высокого давления. Помимо выделения  газового конденсата с помощью НТС  также можно использовать винтовые и турбинные детандеры, адсорбционные  установки, а также холодильные  машины.

3.Литературный  обзор.

3.1. Совершенствование технологии и оборудования подготовки газа. При добыче и подготовке газа к транспорту в местах с параметрами возможного гидратообразования (давление, температура, состав газа) предусматривают подачу метанола повышенной концентрации. Метанол может подаваться как в скважину, коллектор, шлейфы, т. е. до установок подготовки газа, так и перед теплообменниками или в теплообменники охлаждения газа, перед расширяющими устройствами. Вместе с газом на установки его подготовки поступает и углеводородный конденсат, который смешивается с водным раствором метанола, образуя эмульсии, которые необходимо разделять. Обычно эти эмульсии разделяют в гравитационных разделителях или в разделителях с применением тонкослойных модулей, в которых движущей силой является разность плотностей разделяемых жидкостей. При разнице плотностей менее 150 кг/м гравитационный метод разделения становится неэффективным. При наличии углеводородного газового конденсата повышенной плотности и значительного количества насыщенного водного раствора метанола повышенной концентрации плотности разделяемых жидкостей выравниваются и практически не разделяются гравитационным отстаиванием. Процесс разделения эмульсии (углеводородный конденсат - водные растворы метанола) усугубляется при наличии: механических примесей, продуктов коррозии, нерастворимых и растворимых солей. Указанные условия и примеси способствуют образованию стойких эмульсий. Эти явления наблюдаются при разделении углеводородного газового конденсата и водного раствора метанола на установках комплексной подготовки газа Заполярного месторождения (УКПГ-1), 000 «Ноябрь-скгаздобыча» и ПХГ.

Проведенные исследования различных эмульсий (жидкие углеводороды - водные растворы гликолей; жидкие углеводороды - водные растворы спиртов) в присутствии газовой фазы - диоксида углерода, примесей - продуктов коррозии углеродистых сталей показали, что указанные смеси при определенных условиях образуют стойкие эмульсии, которые не разделяются гравитационным способом по истечении 2 ч и более, а то и суток.

Стойкость эмульсии зависит от следующих условий:

• соотношения разделяемых жидких фаз (с выравниванием объемов фаз стойкость эмульсии повышается);
• вязкости разделяемых жидких фаз или их температуры (с повышением вязкости сплошной жидкой фазы или понижением температуры стойкость эмульсии повышается);количества растворенного в эмульсии газа (с возрастанием количества растворенного в эмульсии газа стойкость ее увеличивается);
• количества механических примесей и их дисперсности (с увеличением количества механических примесей и дисперсности, т. е. с уменьшением размера частиц, стойкость эмульсии повышается);
• состава механических примесей, их способности к адгезии к разделяемым жидким фазам.

Структура и матрица разделяемых стойких эмульсий (рис. 1) наглядно демонстрируют некоторые варианты состояния дисперсных фаз - это обычно газовый пузырек, вокруг которого расположены оболочки из разделяемых жидкостей, на которых за счет сил адгезии располагаются мелкодисперсные частицы механических примесей.

Известны  способы разделения стойких эмульсий с помощью подогрева, в поле центробежных сил, с применением деэмульгаторов, коагуляторов, с помощью электрических полей, которые направлены на решение частных задач, например на снижение вязкости основного слоя смеси или на увеличение движущей силы, т.е. разности плотностей, на увеличение диаметра капель и т. д. Известен также микроволновый способ разрушения нефтяных эмульсий, продемонстрированный на НПЗ Exxonmobil, г. Тор-ране, шт. Калифорния. В данном способе эмульсии разрушаются микроволнами с помощью преобразователя с компьютерным управлением, при этом вырабатывается радиочастотная энергия, которая вводится в промежуточный слой, рециркулируемый через волновод. Способ основан на том, что микроволны, поглощаемые водой, возбуждают молекулы воды, усиливают их вращение и нагревают воду, заключенную в эмульсионной матрице. Предлагается комплексный способ разделения стойких эмульсий с применением термогенераторов, основанный на следующих принципах:

• уменьшении вязкости разделяемых сред;
• механическом разрушении матриц эмульсии с выделением из них газовой фазы;
• предварительном разделении жидких фаз в центробежном поле;
• тонкой фильтрации жидкости от механических примесей;
• увеличении разности плотностей разделяемых сред путем отпарки одной из легких фаз водного раствора;
• использовании энергии давления жидкости для ее нагрева.

Для эффективного разделения стойких эмульсий не решить комплекс вопросов:

• увеличить разность плотностей разделяемых сред;
• уменьшить вязкость по крайней мере основной фазы, в которой находится дисперсная фаза;
• дегазировать путем нагрева смеси газ из матриц эмульсии;
• разрушить стойкую оболочку из механических примесей в углеводородах (разрушить силы адгезии);
• разделить гравитационным способом оставшиеся углеводороды и водный раствор (воду);
• утилизировать газ дегазации и пары легких углеводородов;
• утилизировать энергию давления смеси;
• отделить механические (твердые) примеси от жидких фаз.

Для решения  этой задачи ДОАО «ЦКБН» и 000 «Ямбург-газдобыча» предложена многофункциональная технология и оборудование нагрева, разрушения, разделения стойкой эмульсии с одновременной ее фильтрацией от примесей. Эта технология разделения основана на гидродинамическом нагреве смеси жидкости, предварительном разделении жидкостей, в том числе в центробежном поле, разрушении стойкой эмульсии ударным методом с одновременной ее фильтрацией (рис. 2).

Процесс осуществляется следующим образом. Сырой газ из скважин по шлейфам в присутствии жидких углеводородов, водометанольного раствора, солей и примесей подают на первичную сепарацию в сепаратор 1. Отсепарированную жидкость после дросселирования подают в дегазатор 2, из которого газ выветривания отводят на собственные нужды, а жидкую эмульсию (углеводородный конденсат и водный раствор метанола) подают в фазный разделитель 3. В разделителе смесь нагревают через стенку или прямым смешением до температуры испарения метанола теплоносителем, рециркулирующим по линиям 4 и 5 через теплогенератор 6 и (или) по линиям 7, 8, при этом наиболее эффективным является метод нагрева эмульсии с использованием тепла, снимаемого теплоносителем с верха регенератора метанола 10. При нагреве отпаривают метанол и производят процесс разрушения стойкой эмульсии, при этом выделяют из глобул смеси жидкости газ, отделяют механические примеси и увеличивают движущую силу разделения углеводородного конденсата и водного раствора метанола, так как плотность последнего с увеличением количества отпариваемого метанола увеличивается и фактически происходит разделение фаз: углеводородный конденсат - вода, углеводородный конденсат - механические примеси. Разделенный конденсат отводится в качестве продукта, вода с примесями метанола подается в качестве сырья в регенератор метанола 10, механические примеси выводятся из разделителя 3. На схеме (см. рис. 2) также показаны линия метанола 9, линия углеводородного абсорбента 11 и блок осушки газа/2.

В качестве основного технологического аппарата по представленной схеме предлагается использовать теплогенератор, совмещенный с фазным разделителем. Теплогенератор прошел стендовые испытания для нагрева сред: воды, водных растворов гликолей. Схема испытательного стенда включает насос, соединенный с теплогенератором, снабженным разгонным и тормозным центробежным устройством, фильтр тонкой очистки (≥ 1 мкм), разделительную емкость.

При рециркуляции смеси за счет периодического разгона и торможения жидкости происходит ее нагрев с уменьшением вязкости и выделением газовой фазы, которая собирается по оси закрученного потока. При вращении жидкости происходит одновременно разделение эмульсии в центробежном поле на углеводородную и водную фазы. После разгона жидкости при ударном торможении происходит разрушение матриц (глобул) стойкой эмульсии с выделением растворимого газа.

С испарением при нагреве легких фракций (метанола) разность плотностей между жидкими углеводородами и водным раствором увеличивается  (Ар > 150 кг/м^З ) , что позволяет разделить их обычным гравитационным способом. На стенде был осуществлен вариант фильтрации части жидкости через металлокерамический самоочищающийся фильтр для отделения и отвода механических примесей. 

Рис. 1. Структура и  матрица разделяемых стойких  эмульсий:

1 - легкая жидкая фаза; 2 -промежуточная фаза; 3 - тяжелая жидкая фаза;

4 - углеводородная оболочка; 5 - газовая фаза; 6 - водная оболочка;

7 - механические примеси. 

Рис. 2. Технологическая  схема подготовки углеводородного  газа. 

3.2. Перспективные технологии глубокой промысловой переработки природного газа.

Глубокая промысловая переработка природного газа связана решением многообразных проблем стабилизации, сероочистки и осушки газа перед подачей в магистральный трубопровод. Далеко не последнюю роль при этом играют вопросы экологически безопасной утилизации сернистых соединений. Это целый комплекс технических вопросов, которые могут быть решены только применительно к конкретному составу сырья. В связно этим в 000 «Оренбурггазпром» были предприняты попытки исследовать возможность комплексной обработки газа с утилизацией серосодержащих соединений непосредственно на промысловых установках с использованием абсорбционных и каталитических методов.

Особенностью  технологии промысловой очистки и переработки смешанного сырья малых газоконденсатных и нефтяных месторождений является необходимость одновременного и высокоэкономичного решения целого ряда технологических задач:

• разработки условий эффективной низкотемпературной сепарации газа;
• обеспечения глубокой сероочистки и эффективной осушки газового сырья;
• утилизации серосодержащих соединений и регенерации поглотителей;
• стабилизации конденсата и нефти.

При всем многообразии существующих подходов определяющими факторами являются глубина залегания продуктивных пластов, давление на устье скважины, а также концентрация сероводорода и меркаптанов в сырьевом потоке. Последний параметр позволяет классифицировать большинство потенциальных сырьевых источников как высоко - и среднесернистые.