Модернизация установки стабилизации газового конденсата Сургутского ЗСК

В настоящее время актуальна более легкая переработка газового конденсата и превращение его в моторные топлива. Газовый конденсат содержит в значительно меньших количествах опасные и вредные вещества как для здоровья, так и для технологического процесса, по сравнению с традиционной нефтью. Так,можно отметить, что практически отсутствуют серо- и азотсодержащие соединения, которые губительны и для здоровья и жизни человека, и для каталитических процессов нефтепереработки, таких как гидроочистка, каталитический риформинг, изомеризация и др. [1]. Газовый конденсат в значительной мере требует минимальных финансовых затрат для его добычи в отличие от нефти, которую с каждым годом добывать становится все труднее. Кроме того,отсутствует необходимость строить цехи электродегидраторов и отстойников, чтобы избавиться от воды, которая добывается вместе с нефтью, что также существенно сказывается на себестоимости готового продукта, произведенного из газового конденсата [2].

В настоящей статье рассматривается действующая установка стабилизации газового конденсата УСК-1 Сургутского ЗСК, которая была спроектирована АО «ВНИИНЕФТЕМАШ» в 1976г. В последующие годы в связи с увеличением поступающего на переработку газового конденсата были построены и введены в эксплуатацию еще две установки по стабилизации конденсата – УСК-2 и УСК-3, в результате чего общий объем поступающего на стабилизацию конденсата достиг 15 млн. т в год.

Продуктом установки стабилизации газового конденсата УСК-1 Сургутского ЗСК является стабильный конденсат, который направляется на установку моторных топлив (УМТ), также действующую на данном заводе.В результате ректификации на УМТ стабильный конденсат разделяется на следующие фракции: бензиновую, керосиновую, дизельную и мазут, а остаточное количество стабильного конденсата направляется на смешение с добытой в западносибирских месторождениях нефтью.

Полученные бензиновая, керосиновая и дизельная фракции идут на гидроочистку, в ходе процесса бензиновая фракция направляется на риформинг, а керосиновая и дизельная — на депарафинизацию.

Краткая характеристика технологической схемы. Установка стабилизации газового конденсата УСК-1 Сургутского ЗСК состоит из пяти параллельно работающих технологических ниток, производительность всей установки составляет 6,7 млн. т/год [3]. В состав блока стабилизации входят следующие блоки:

• нагрева сырья в кожухотрубчатых теплообменниках;
• аппаратов воздушного охлаждения, ректификации, печей и насосов.

Нестабильный конденсат (сырье), поступающий с Ново-Уренгойского месторождения, проходит коллектор, направляется в резервуарный парк УСК-1 Сургутского ЗСК, из которого сырьевыми насосами отбирается на установку. Далее нестабильный конденсат нагревается до температуры 180°С через три последовательных кожухотрубчатых теплообменника, после чего направляется в ректификационную колонну. Верхний продукт ректификационной колонны, охлаждаясь, проходит блок аппаратов воздушного охлаждения и поступает в емкость орошения. В результате конденсации образующаяся газовая часть может идти на сжигание в факельную сеть или при нехватке топливного газа направляться для поддержания температуры в трубчатые печи.

Жидкая часть из емкости откачивается насосом, после чего часть сырья возвращается в ректификационную колонну для создания флегмы, а балансовое количество направляется в парк ШФЛУ-1 Сургутского ЗСК, после которого добавляется в товарный бензин в качестве легколетучего компонента.

Для поддержания температуры низа колонны подается горячая струя. Часть кубового продукта откачивается насосом и уходит в трубчатую цилиндрическую печь, после которой стабильный конденсат температурой около 220°С возвращается под первую тарелку ректификационной колонны.

Модернизация установки. В результате ознакомления и изучения патентной и периодической научной литературы были предложены следующие возможные варианты модернизации установки стабилизации газового конденсата УСК-1 Сургутского ЗСК с учетом уже существующей технологии и получаемых продуктов.

Сырье перед входом в колонну проходит три кожухотрубчатых теплообменника. Одним из актуальных вариантов усовершенствования работы данной установки является замена двух теплообменников данного типа одним спиральным [3].

Так как спиральный теплообменник легче в обслуживании, а коэффициент теплопроводности у него выше, чем у кожухотрубчатого, такая модернизация оправдана. Данное решение позволит сэкономить на обслуживании теплообменных аппаратов, а так как с недавнего времени в конденсат, поступающий с месторождений, добавляют нефть, сырье утяжелилось. Возникает необходимость в повышении температуры сырья перед входом в ректификационную колонну стабилизации до необходимого значения, что позволит интенсифицировать массо- и теплообменные процессы, в результате чего улучшится качество продукта, т.е. стабильного конденсата [2].

Для улучшения работы установки также необходима модернизация системы автоматизации, которая на сегодняшний день сильно устарела. Показания с датчиков, воспринимаемых вторичны-ми самопишущими приборами, выводятся не на монитор компьютера, а представлены графически.

Отдельные возможности модернизации установки связаны с использованием сбросного газа.

Первый этап модернизации установки– реализация процесса когенерации на установке стабилизации газового конденсата посредством установки газовой турбины, топливом для которой может служить сбросной газ, который образуется в результате конденсации дистиллята в емкости орошения. На сегодняшний день установкой производится ~553 202,774 т/год сбросного газа, большая часть которого сжигается на факеле и лишь незначительная часть служит топливом для печей.

В данной статье рассматривается также использование газовой турбины «CAPSTONE C1000», производящей 1000 кВт/ч с расходом топливного газа на номинальном режиме 1800 кг/ч. Турбина при средней цене электричества 2,17 руб. за 1 кВт обеспечит экономию в 17 967 600 руб. в год. Следовательно, при цене такой турбины в 30 млн. руб. ее самоокупаемость составит 2 года.

В результате появляется возможность полезного использования образующихся в турбине дымовых газов, которые могут направляться в конвекционную зону печей, что приведет к уменьшению потребления топливного газа, который закупается у сторонней организации [1].

Вторым этапом модернизации установки является использование дымовых газов, которые образуются в результате сгорания топливного газа в печах. Данный вид тепловой энергии можно использовать для нагрева топливного газа в котле-утилизаторе (теплообменнике). В трубное пространство котла направляется топливный газ, а в межтрубное –дымовой. В результате предварительного нагрева топливный газ лучше распыляется через форсунки горелок печей, что приводит к лучшему смесеобразованию с воздухом. Следовательно, топливный газ сгорает полностью, что более экономично.

Третий этап модернизации установки– дополнительное производство таких товарных продуктов, как этановая фракция марки «А» и пропан-бутановая фракция или пропан-бутан технический. Сырьем для получения данных продуктов будет служить сбросной газ, который состоит в основном из 50–51% мас. пропана, 30–32% мас. бутана, 18–20% мас. этана и 2–3% мас. метана. Товарный этан согласно ТУ 0272-022-00151638–99 должен на 97–98% мас. состоять из этана, пропан-бутановая фракция должна содержать не менее 96–97% мас. и больше указанных компонентов. Достичь данную степень чистоты предлагается с помощью использования мембранных технологий.

Подобная технология базируется на разделении смеси газов посредством мембран. Современные достижения науки позволили перейти от простых по структуре мембран, плоских или пленочных, к более совершенным волокнистым. На сегодняшний день самые эффективные мембраны имеют половолоконную структуру, основу которой составляют полимерные волокна с нанесенным на них слоем газоразделения. Структура полимерных волокон асимметрична, по мере приближения к границе мембраны ее плотность возрастает. Такая сложная структура позволяет применять мембраны в системах с высоким избыточным давлением от 6,5 до 6,7 МПа.

Граничный слой газоразделения имеет толщину 1…1,2 мкм, благодаря чему обеспечивается необходимая удельная проницаемость газов. Современные достижения в области разработки полимеров и наноматериалов позволяют создавать мембраны с высокой избирательной способностью, что дает возможность добиваться высокой чистоты продукта. Производимые сегодня, мембранные модули состоят из мембранного картриджа и корпуса. Плотность загрузки модуля достигает 4000…4500 м² волокна на 1 м³ объема картриджа, что приводит к значительному снижению размеров модуля.

Данный модуль имеет три патрубка: первый для входа исходной разделяемой смеси, второй и третий – для выхода разделенных компонентов. Четкое разделение становится возможным за счет возникновения на границе мембранного волокна разности парциальных давлений на внешней и внутренней его поверхностях. Так называемые «быстрые» газы проходят сквозь полимерную мембрану, после чего попадают в полимерные волокна, откуда удаляются через выходной патрубок. «Медленные» газы, проходящие через мембрану, удаляются через второй выходной патрубок [3].

Для достижения необходимой чистоты необходимо двухступенчатое разделение, при котором на первом этапе будет выделяться метан, который затем направится в топливную сеть, на втором этапе будет выделен этан, в результате чего получается два готовых товарных продукта: этановая и пропан-бутановая фракции, имеющие необходимую чистоту.

После выделения фракций их необходимо перевести в жидкое состояние для более удобной транспортировки,что можно осуществить сжатием газа в турбодетандерах.

Предполагаемым потребителям названной продукции может стать ПАО «Казаньоргсинтез», поставляющее сырье на установки пиролиза, доставка может осуществляться железнодорожным транспортом в цистернах для сжиженного газа.

Внедрение мембранных технологий позволяет выделить товарные этановую (29 742 т/год) и пропан-бутановую (391 501 т/год) фракции. Реализация этих товаров с учетом текущих цен позволит выручать до 2 млрд. руб. в год. Внедрение данного проекта требует финансовых вложений в размере 1 млрд. руб.

Список литературы

1. Дмитриев А.В., Мадышев И.Н.Разработка новых видов контактных устройств для интенсификации тепломассообмена и повышения энергосбережения//Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. №8. С. 110–112.

2. Мадышев И.Н., Дмитриева О.С., Дмитриев А.В., Никола-ев А.Н.Исследование гидродинамики массообменных аппаратов со струйно-барботажными контактными устройствами//Вестник технологического университета. 2015. Т. 15. №16. С. 34–38.

3. Пуртов П.А., Аджиев А.Ю.Подготовка и переработка попутного нефтяного газа в России. Краснодар: ЭДВИ, 2014. 776с.