Очистка и одоризация газа. Требования к одорантам.

Очистка от механических примесей

К механическим примесям относятся частицы породы, выносимые газовым потоком из скважины, строительный шлак, оставшийся после окончания строительства промысловых газосборных сетей и магистральных трубопроводов, продукты коррозии и эрозии внутренних поверхностей и жидкие включения конденсата и воды.

Согласно техническим требованиям на природные и нефтяные газы содержание жидкой взвеси в транспортируемом газе не должно превышать 25 ÷ 50 г. на 1000 м³ газа. Еще более жесткие требования необходимо предъявлять к содержанию твердой взвеси (не более 0,05 мг/м³), которая способствует эрозионному износу технологического оборудования газопроводов. Так, при содержании 5 ÷ 7 мг/м³ твердой взвеси КПД трубопроводов уменьшается на 3 ÷ 5% в течение двух месяцев эксплуатации, а при запыленности более чем 30 мг/м³ трубопровод выходит из строя через несколько часов из-за полного эрозионно-ударного износа.

По принципу работы аппараты для очистки газа от механических примесей

подразделяются на:

— работающие по принципу «сухого» отделения пыли. В таких аппаратах отделение пыли происходит в основном с использованием сил гравитации и инерции. К ним относятся циклонные пылеуловители, гравитационные сепараторы, различные фильтры;

— работающие по принципу «мокрого» улавливания пыли. В этом случае удаляемая из газа взвесь смачивается промывочной жидкостью, которая отделяется от газового потока, выводится из аппарата для регенерации и очистки и затем возвращается в аппарат. К ним относятся масляные пылеуловители, шаровые скрубберы и т.д.;

— использующие принцип электроосаждения. Данные аппараты почти не применяются для очистки природного газа.

Очистка газа от сероводорода и углекислого газа

Частой примесью природного газа является сероводород. По своим химическим свойствам он представляет собой горючий газ с неприятным запахом, хорошо растворяемый в воде. Как газ, так и продукт его сгорания являются сильными ядами, а также вызывают коррозию выполненных из стальных труб и резервуаров, что может стать причиной утечек и аварий. Наличие сероводорода в газе ускоряет процесс гидратообразования. По существующим нормам, содержание сероводорода в газе, используемом в быту, не должно быть больше 0,02 г/м³ при 0°С и 760 мм. рт. ст. По содержанию в природном газе СО₂ также действуют определенные нормы. Количество углекислого газа не должно превышать 2%.

Очистка газа от примесей — один из насущных вопросов добывающей отрасли. В настоящее время существует множество способов эффективной очистки газа. В основном применяется абсорбция жидкостью и адсорбция твердым веществом. В первом случае, сероводород переходит в жидкую фазу и растворяется в адсорбирующей жидкости. Во втором случае, сероводород концентрируется на поверхности твердого вещества, и тем самым извлекается из газа.

В качестве адсорбента чаще всего выступает активированный уголь или окись железа. При помощи данных мер содержание углекислого газа и сероводорода снижается до необходимой отметки. При одновременной очистке газа жидкостью от сероводорода и углекислого газа используют моноэтаноламин, диэтаноламин и динизопропанамин. Данный способ является высокоэффективным и характеризуется довольно низкими затратами.

Осушка газа

Осушка газа необходима: для устранения при транспортировки газа ледяных пробок и кристаллогидратов, которые возникают при определенных t и Р с относительной влажностью φ < 0,6; устранение возникновения коррозии внутренней полости газопровода и повышение КПД теплогенерирующих агрегатов, поскольку вода полностью окислившийся элемент. Осушку газа осуществляют следующими методами:

1. Физические

В основе лежит искусственное охлаждение газов, компримирование их, а также сочетание компримирования с охлаждением. Осуществляются следующими способами:

— вымораживанием влаги из газа с использованием низких температур атмосферы;

— охлаждением газа с дополнительным компримированием и без него;

— инжекцией химических веществ в газовый поток промысловых газосборных трубопроводов с последующим улавливанием продуктов гидратации на сепарационных и центральных установках;

— низкотемпературной сепарацией (т.е. охлаждением природного газа с последующим разделением газоконденсатной смеси в сепараторе на жидкую и газовую фазы).

2. Химические

Химическая реакция между водой и химическими веществами может быть столь полной, что образующиеся при этом продукты гидратации будут иметь чрезвычайно низкую упругость водяных паров. Имеются химические реагенты, обеспечивающие практически полную осушку газа. Однако эти реагенты очень трудно или вообще невозможно регенерировать, что делает их непригодными для использования в качестве промышленных осушителей. Они широко применяются при лабораторном определении влажности газов.

3. Физико-химические

Основаны на поглощении влаги различными поглотителями (сорбентами) и делятся на две основные группы: адсорбция (с применением твердых сорбентов) и абсорбция (с применением жидких сорбентов, таких как диэтиленгликоль и триэтиленгликоль).

Физико-химические методы получили наиболее широкое применение.

Одоризация газа

Природный газ (метан) и сжиженные газы (пропан-бутаны) изначально не имеют запаха, поэтому любая их утечка из закрытой системы может быть обнаружена только специальными датчиками. Поскольку такие газы, широко применяемые на промышленных объектах и в быту, в случае утечки могут вызывать сильные отравления и, кроме того, при определенных концентрациях создают взрывоопасную среду, возникает потребность оперативного выявления наличия газа в окружающем воздухе без применения специальных технических устройств.

Вещества, придающие газу специфический запах, называют одорантами, а процесс их ввода в поток газа – одоризацией газа. Одоризация природного газа производится, как правило, на газораспределительных станциях (перед подачей газа потребителям) или на централизованных одоризационных пунктах.

Одоранты, добавляемые в природный газ, в идеале должны обладать следующими свойствами:

— иметь резко выраженный, специфический запах (для четкого распознавания);

— проявлять физическую и химическую устойчивость в парообразном состоянии при смешении с природным газом и движении по трубопроводу (для обеспечения стабильной дозировки);

— быть сильно концентрированными (для уменьшения общего расхода вещества);

— обладать минимальной токсичностью в рабочих концентрациях и не образовывать токсичных продуктов при сгорании (для безопасной эксплуатации);

— не оказывать корродирующего воздействия на материалы газопроводов, емкостей для хранения и транспортирования, запорно-регулирующей арматуры (для обеспечения длительного срока службы газопроводов и газового оборудования).

Этилмеркаптан был одним из первых промышленных одорантов, применявшихся в бывшем СССР.

С 1984 г. практически на всех ГРС России используется одорант СПМ (смесь природных меркаптанов), состоящий из следующих компонентов:

—этилмеркаптан(до 44,0%);

— изо-пропилмеркаптан(до 31,0%);

—бутилмеркаптан (до 11,0%);

— н-пропилмеркаптан (до 6,0%);

— трет-бутилмеркаптан (до 5,0%);

— н-бутилмеркаптан (до 1,5%);

—тетрогидротиофен (до 1,5%).

Принято считать, что основным фактором качества запаха одоризационной смеси является доля содержания в ней меркаптановой серы. Зная процентное содержание меркаптановой серы в транспортируемом газе, можно уменьшить норму ввода одоранта в поток газа.