ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Очистка природного и нефтяного (попутного) газов из "Мембранное разделение газов" Широкому промышленному применению мембранного способа оч истки природного и нефтяного газов способствуют несколько причин. Во-первых, исходный газ находится, как правило, под повышенным давлением, поэтому отпадает необходимость в установке компрессоров. Во-вторых, пермеат, обогащенный извлекаемыми кислыми компонентами, может быть утилизирован непосредственно на месторождении (как правило, залежи нефти и газа соседствуют друг с другом), например для увеличения нефтеотдачи пластов и отработанных скважин. В-третьих, применение мембранной технологии позволяет получать очищенный и осушенный до необходимых стандартов газ без дополнительной обработки его другими (традиционными) методами. [c.285] Следует отметить, что в настоящее время многими исследователями ускоренно разрабатываются и так называемые квазн-жидкие мембраны, принцип действия которых основан на протекании обратимой химической реакции материала мембраны (для кислых газов это обычно щелочи, или соли щелочных металлов) с выделяемым (целевым) компонентом и облегченным переносом этого компонента (обычно в виде комплекса с поглотителем) через мембрану. Применение такого рода мембран, отличающихся сверхвысокой селективностью ( апример, для смеси СО2—СНд значение фактора разделения может достигать нескольких тысяч) может позволить улучшить эффективность проведения процессов мембранного газоразделения, расширить область их применения. Однако мембраны этого типа пока еще не вышли из стадии лабораторных разработок [51, 57—59]. [c.286] За два года испытания установки при различных нагрузках н составах исходной газовой смеси проницаемость мембран уменьшилась приблизительно на 20%. [c.290] Опыт эксплуатации установки Делсеп позволил определить оптимальные технологические параметры работы мембранной установки с рулонными элементами на основе ацетатцеллюлозной мембраны. [c.290] Установка снабжена системой автоматического контроля и регулирования для распределения газа на мембранные модули. Число элементов в модуле можно изменять в зависимости от содержания СОг в исходном газе, требуемой степени очистки, давления исходного газа и т, д. При очистке 23 750 м /ч природного газа, содержащего 20% (об.) СОг, размеры мембранной установки Делсеп , смонтированной на платформе, не превышают 3,7x2,7x2,7 м. [c.290] При необходимости более полного извлечения углеводородов (или получения более концентрированного по СОз газа для УНП) пермеат 1 ступени после рекомпрессии, охлаждения и фильтрования может быть направлен на П ступень мембранного разделения. Процесс особенно привлекателен при относительно высоком [20% (об,)] и к тому же увеличивающемся содержании СОг в исходном газе, что характерно при использовании диоксида углерода для УНП, Причем с увеличением концентрации СОг в исходном газе суммарную площадь мембран (т. е, число работающих мембранных элементов) в установке можно уменьшить. К тому же в этом случае можно отключить П ступень разделения, что резко снизит эксплуатационные расходы, значительную долю которых составляют затраты на рекомпрессию пермеата I ступени. [c.290] В-третьих, концентрация СО2 в пермеате должна быть не менее 95% (об.), при этом содержание метана должно быть меньше 5% (об.). Обогащенный по диоксиду углерода газовый поток перед подачей в скважину необходимо компримировать до высоких (16,0—18,0 МПа) давлений. Температура точки росы газа при давлении в напорном канале мембранного модуля 4,0 МПа равна 366 К (93°С). А так как температура мембраны в элементе должна быть ниже 333 К (60° С), то тяжелые компоненты необходимо предварительно удалить из исходной газовой смеси. Другой путь — снижение давления, а следовательно, и температуры точки росы исходного газа — невыгоден, так как приводит к увел1ичению поверхности мембран в аппарате. [c.291] Приведенные выше соображения позволили разработать [63] процесс извлечения диоксида углерода из попутного,газа для режима УНП (рис. 8.12). [c.291] Авторы [13, 61] провели технико-экономический анализ работы мембранной установки (рис. 8.13). Расчет был сделан для двух основных вариантов работы мембранной системы очистке природного газа в двухступенчатой установке работы в режиме УНП при высоких концентрациях СО2 в исходном газе. Для обоих вариант01в приняты нагрузка по исходному газу 23 750 м /ч, давление —6,5 МПа, концентрация СО2 —от 10 до 90% (об.). [c.291] Фирма Сепарекс разработала процесс очистки природного газа от кислых компонентов на аппаратах рулонного типа (описание конструкции — см. разд. 8.1) с использованием асимметричной мембраны из ацетата целлюлозы [41—43]. [c.292] Опытные данные, представленные на рис. 8.14 и 8.15, дали возможность оценить влияние скорости потока в напорном канале на характеристики процесса разделекия, позволили получить уравнения для расчета схемы соединения и числа модулей в установке в зависимости от заданного состава пермеата и очищенного от СО2 природного газа. Обнаружено также, что для данного расположения модулей в установке и состава очищаемого газа существует некоторая критическая (или минимальная) скорость потока, что должно быть учтено при проектировании крупных промышленных установок. [c.293] Важным параметром, определяющим как технологию, так и экономику процесса, является стойкость мембран в рабочей среде или время ЖИ31НИ , т. е. время стабильной работы мембраны в аппарате, по завершении которого мембрана должна быть заменена. Эксплуатация установки показала, что за 200 сут. работы проницаемость ацетатцеллюлозных мембран по СО2 снизилась до 2,16 м (м -ч-МПа) в течение последующих двух с половиной лет производительность установки уменьшилась еще на 6%. Таким образом, время жизни данной мембраны —не менее 3 лет. [c.293] Параметры работы другой полупромышленной установки Сепарекс , состоящей из 24 таких же модулей диаметром 0,051 м, по очистке природного газа высокого (5,5 МПа) давления представлены в табл. 8.9. Ис.ходный газ перед подачей на разделение подвергался осушке. [c.294] Опыт работы установки показал возможность эффективной очистки природного газа от СО2 в одну ступень, причем очищенный газ вполне соответствовал предъявляемым к нему жестким требованиям низкими оказались и гидравлические потери. [c.294] На установках с ацетатцеллюлозными мембранами возможно и осущать природный газ до необходимых норм, так как проницаемость паров воды через эти мембраны в 500 раз превышает проницаемость метана [4, 43]. Осушку можно производить и одновременно с очисткой от СО2 и НгЗ. Первая из установок Сепарекс работала в этом режиме (осушка — очистка от СО2) в течение 2 мес, причем снижения проницаемости, и селективности по СО2 обнаружено не было. Исходный газ был насыщен парами воды при 3,1 МПа в интервале температур 300—308 К, что соответствует 0,131—0,211% воды. С целью предотвращения конденсации паров воды на мембранах давление в исходном газе перед подачей на установку снижали до 1,7 МПа (относительная влажность 57%) или до 2,4 МПа (относительная влажность 78%,). [c.294] Вернуться к основной статье