СПОСОБ ОБЕССОЛИВАНИЯ ГАЗОКОНДЕНСАТОВ
METHOD OF DESALINATING GAS CONDENSATES

Изобретение относится к области подготовки газоконденсата, в частности к обессоливанию водой, и может быть использовано для снижения солеотложения при стабилизации газоконденсата в колонне стабилизации при разработке газоконденсатного месторождения на поздней стадии разработки с заводнением.
Известен способ обессоливания газоконденсата водой, в котором для обеспечения экстрагирования солей промывной водой смешение осуществляют за счет создания перепада давления на смесительном клапане [Руденко С.В., Хуторянский Ф.М., Капустин В.М., Молчанова З.В. О технологической необходимости промывки смеси газоконденсата и нефти водой при их подготовке на ДКС-1 Оренбургского ПГПУ. // Экологический вестник России. - 2010. №6. - С.10-13]. Процесс осуществляют при больших перепадах давления на клапане, что связано со значительными энергетическими затратами для обеспечения требуемой производительности.
Известен способ [Ухалова Н.Б., Латюк В.И., Умергалин Т.Г. Влияние воды на эффективность процессов фракционирования газа и газоконденсата // Материалы II Международной научной конференции. «Теория и практика массообменных процессов химической технологии». - Уфа: Изд-во УГНТУ, - 2001. - С.151-152] обессоливания газоконденсата в колонне деэтанизации при 120°C водяным паром. Недостатком предложенного способа является высокая энергопотребляемость, отсутствие перемешивания фаз. Кроме того, водяной пар конденсируется и некоторое время накапливается на массообменных тарелках, в результате чего возникает солеотложение.
Известен способ [Руденко С. В., Хуторянский Ф.М., Капустин В.М. Исследование на пилотной ЭЛОУ по глубокому обессоливанию газовых конденсатов и нефтей Оренбургских месторождений. // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2010. №11, - С.3-11] комплексного подхода по обессоливанию газовых конденсатов: применение электрообессоливающей установки ЭЛОУ, подбор эффективных деэмульгаторов, расход промывной воды. Такой способ не предусматривает перемешивания воды и газоконденсата и является малоэффективным и металлоемким, энергозатратным.
Задачей изобретения является упрощение конструкции смесительного аппарата, снижение металлоемкости, уменьшение перепада давления и снижение расхода воды.
3
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе обессоливания газоконденсата на узле промывки пресной водой газоконденсата, включающем подачу пресной или низкоминерализованной воды на смешение с газоконденсатом, в который предварительно добавили нефтерастворимый деэмульгатор (например, дисольван, сепарол), предупреждающий образование стойких эмульсий в трубопроводе, согласно предлагаемому изобретению процесс осуществляют в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции, при этом подготовленный газоконденсат при 30°C поступает во входной канал первой секции трубчатого турбулентного аппарата диффузор-конфузорной конструкции с объемным расходом 22÷25 м/ч, где происходит диспергирование. Далее в первую секцию аппарата смесителя соосно вводят промывную воду 1÷1,5 мас.% через перфорированный патрубок с закрытым торцевым концом. Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить эффективность за счет сокращения объемов промывной воды, так как при перемешивании создается высокая удельная поверхность контакта фаз. Преимуществами являются отсутствие перемешивающих устройств, отсутствие застойных зон, малый перепад давления, низкая металлоемкость.
На фиг.1 представлена схема узла промывки газоконденсата пресной (низкоминерализованной) водой предлагаемым способом
1 - емкость с деэмульгатором;
2 - емкость с водой
3, 4, 5 - насосы;
6 - теплообменники;
7 - трубчатый турбулентный аппарат;
8 - трехфазный сепаратор;
На фиг.2 представлен общий вид трубчатого турбулентного аппарата для обессоливания газоконденсата водой. На фиг.3 представлена схема патрубка для ввода воды. На фиг.4 представлена графическая зависимость солесодержания в газоконденсате после промывки в трубчатом турбулентном аппарате от объемного расхода потока.
д
Диаметр (внутренний) диффузора d=0,12 м
к
Диаметр (внутренний) конфузора d=0,06 м
c
Длина диффузор-конфузорной секции L=0,24 м
п
Длина входной секции L=0,24 м
в
Длина выходной секции L=0,24 м
Общая длина ~2,0 м
Угол раскрытия диффузора γ=45±5 град
Количество диффузор-конфузорных секций 5
Перепад давления на концах реактора 0,223 атм
1
Длина участка патрубка, соосного направлению потока газоконденсата: L=0,35 м.
2
Диаметр (внутренний) патрубка для ввода воды d=0,04 м.
2
Расстояние между соседними отверстиями L=0,055 м.
3
Проведение процесса обессоливания газоконденсата в соответствии с предлагаемым способом на узле промывки осуществляют следующим образом. Основной поток стабильного газоконденсата из трубопровода I смешивается с нефтерастворимым деэмульгатором II (деэмульгатор - это вещество, разрушающее стабильные эмульсии, что приводит к разделению контактирующих фаз на соответствующие слои; в качестве деэмульгатора можно использовать, например, дисольван, сепарол). Газоконденсат с деэмульгатором с объемным расходом 22-25 м/ч поступает во входной канал первой секции трубчатого турбулентного аппарата 7. Диспергирование происходит в пяти секциях трубчатого турбулентного аппарата, что составляет менее 2 метров с перепадом давления на концах аппарата до 0,223 атм.
1
Геометрия данного реактора выбирается таким образом, чтобы данный процесс протекал с высокой турбулентностью. Промывная вода III насосом 5 направляется в теплообменник 6, откуда следует в соосный патрубок первой секции трубчатого турбулентного аппарата 7 с торцевыми форсунками. Патрубок перфорирован двадцать одним отверстием с диаметром d=5 мм: двадцать отверстий на стенках патрубка для радиального по отношению к потоку нефти подачи щелочи, закрытый торцевой конец патрубка перфорирован одним отверстием для соосного с направлением движения нефти ввода раствора нейтрализующего реагента. Перфорационные отверстия расположены симметрично по сечению (четыре отверстия на одном сечении A-A). Обессоленный газоконденсат поступает в трехфазный сепаратор 8. Сепаратор оборудован клапанами на линии газа IV, клапанами на линии дренажной воды V и клапанами на линии газоконденсата VI.
Так как увеличить качество смешения газоконденсата с водой возможно за счет тонкого диспергирования и равномерного распределения капель воды во всем объеме газоконденсата, было проведено изучение условий по созданию однородной эмульсии на двухфазной модельной системе «жидкость-жидкость» в трубчатом турбулентном аппарате (ТТА).
c
c
д
В диффузор-конфузорных каналах при увеличении скорости движения несмешивающихся жидких потоков сужается распределение капель дисперсной фазы по размерам с формированием однородных тонкодисперсных систем. Увеличение скорости движения потоков w и количества диффузор-конфузорных секций N от 1 до 4 приводит к уменьшению объемно-поверхностного диаметра капель дисперсной фазы и, соответственно, к увеличению удельной поверхности раздела фаз, что в случае быстрых химических реакций интенсифицирует протекание процесса в целом. Нецелесообразность использования ТТА с числом диффузор-конфузорных секций N более 5±1 делает эти устройства компактными - длина не превышает 8-10 калибров (L/d), а также простыми и дешевыми в изготовлении и эксплуатации.
д
к
д
к
д
к
д
к
д
к
д
к
д
к
2
В то же время существует определенный интервал объемной скорости движения гетерофазных потоков, которому соответствует диффузор-конфузорный канал с оптимальным соотношением d/d. Снизу этот интервал ограничивается зоной расслоенного течения гетерофазных потоков, сверху - энергетическими затратами, возникающими вследствие увеличения перепада давления на концах аппарата (Δp~w). В частности, соотношению d/d=3 соответствует интервал 44<w<80 мл/с, a d/d=1,6 - интервал 80<w<180 мл/с, причем дальнейшее увеличение скорости движения дисперсной системы (w>180 мл/с) определяет необходимость дальнейшего уменьшения соотношения d/d вплоть до d/d=1, т.е. в этом случае достаточно эффективными являются малогабаритные ТТА цилиндрической конструкции. Таким образом, в ТТА диффузор-конфузорной конструкции по сравнению с цилиндрическими каналами поток, в котором частицы дисперсной фазы равномерно распределены по объему аппарата, формируется при более низких скоростях движения дисперсной системы, причем снижение требуемого значения w тем больше, чем выше соотношение d/d (изменяется Re в соответствии с соотношением Re~d/d).
д
к
Таким образом, изменение скорости движения жидких потоков w в трубчатых аппаратах и соотношения d/d является практически единственными, но весьма эффективными способами воздействия на характер диспергирования и качество получаемых эмульсий. Полученные закономерности позволяют без технических и технологических проблем создавать в оптимальных условиях при минимальном времени пребывания реагентов в зоне смешения тонкие однородные дисперсии в системах «жидкость-жидкость» и использовать простые по конструкции малогабаритные ТТА диффузор-конфузорной конструкции.
c
д
д
к
д
к
c
д
д
к
д
к
Другой важной величиной, характеризующей качество получаемых эмульсий, является коэффициент полидисперсности k. Так же, как и в случае получения дисперсий с объемно-поверхностным диаметром, соотношение L/d практически не влияет на полидисперсность получаемых эмульсий. При увеличении соотношения d/d наблюдается возрастание разброса частиц дисперсной фазы по размерам, причем достаточно однородные эмульсии формируются в диффузор-конфузорном канале трубчатого аппарата с d/d=1,6. В частности, для L/d=2-3 значение k при d/d=1,6 составляет 0,72-0,75, тогда как при соотношении d/d, равном 2 и 3, k уменьшается до 0,63 и 0,41 соответственно.
Полученные зависимости позволяют прогнозировать диспергирования капель воды в газоконденсате, что дает возможность конструирования смесителя для эксплуатации в широком диапазоне расходов смешиваемых жидкостей.
Для эффективного смешения газоконденсат-вода необходимо проводить процесс при малых перепадах давления, что напрямую связано с затратой энергии для обеспечения требуемой производительности установки.
Реактор диффузор-конфузорного типа:
н
-5
2,35
Δp≈p=1·10w
к
-10
3,86
p=2·10w
Перепад давления выражается зависимостью ,
где ζ - коэффициент местного сопротивления.
Значение коэффициента местного сопротивления для участка аппарата с внезапным расширением рассчитывается (при расчете скоростного напора по скорости в меньшем сечении) . Для цилиндрического участка аппарата ζ=1. Коэффициент местного сопротивления для участка аппарата с внезапным сужением (при расчете скоростного напора по скорости в меньшем сечении) ζ=0,38.
Значение коэффициента трения для турбулентного течения можно рассчитать по формуле Блазиуса:
Перепад давления ΔP в секции равен сумме перепадов давлений в гладкой трубе, расширении (диффузоре) и сужении (конфузоре):
1
2
2
3
3
4
ΔP=(Р-P)+(P-P)+(P-P)
Общий перепад давления рассчитывается как сумма перепадов давления в каждой секции.
практ
теор
По экспериментальным данным измерения давления на концах трубчатого турбулентного аппарата, состоящего из 20 секций с водным потоком, проведен расчет по выбранным формулам. Сопоставление расчетных данных, полученных применительно к модельной системе, коррелирует с экспериментальными данными для перепада давления в аппарате: ΔP=0,955 атм, ΔP=1,062 атм
Таблица 1
Перепад давления в аппарате диффузор-конфузорной конструкции, рассчитанный для модельной системы
λ<sub>д</sub>
0,026
λ<sub>к</sub>
0,014
Re<sub>д</sub>
244·10<sup>3</sup>
Re
22,3·10<sup>3</sup>
L
0,032 м
d<sub>д</sub>
0,016 м
d<sub>к</sub>
0,008 м
ρ
1000 кг/м<sup>3</sup>
w
0,7 м/с
w<sub>к</sub>
2,8 м/с
S<sub>к</sub>
5·10<sup>-5</sup> м<sup>2</sup>
S<sub>д</sub>
2·10<sup>-4</sup> м<sup>2</sup>
ζ<sub>д</sub>
0,25
ζ
0
ζ<sub>к</sub>
0,30
ΔP<sub>1-2</sub>
1660 кгс/м<sup>2</sup>
ΔP<sub>2-3</sub>
9,56 кгс/м<sup>2</sup>
ΔP<sub>3-4</sub>
1119,6 кгс/м<sup>2</sup>
ΔР<sub>секция</sub>
0,053 атм
ΔP<sub>20 секции</sub>
1,062 атм
Проведен расчет диаметра узкого сечения (конфузора) секции по предложенным формулам.
Таблица 2
Расчет диаметра диффузора d<sub>к</sub> при течении газоконденсата в аппарате диффузор-конфузорной конструкции
ΔP<sub>5 секции</sub>
0,223 атм
ΔP<sub>секция</sub>
0,0446 атм
ΔP<sub>3-4</sub>
940,12 кгс/м<sup>2</sup>
ΔP<sub>2-3</sub>
4,58 кгс/м<sup>2</sup>
ΔP<sub>1-2</sub>
1390,5 кгс/м<sup>2</sup>
ζ<sub>к</sub>
0,38
ζ
0
ζ<sub>д</sub>
0,563
ρ
762 кг/м<sup>3</sup>
L
0,24 м
λ<sub>к</sub>
0,011
λ<sub>д</sub>
0,016
d<sub>д</sub>
0,12 м
Re
6,6·10<sup>5</sup>
Re<sub>д</sub>
1,65·10<sup>5</sup>
w<sub>к</sub>
2,48 м/с
w
0,62 м/с
S<sub>д</sub>
0,011 м<sup>2</sup>
S<sub>к</sub>
0,0028 м<sup>2</sup>
d<sub>к</sub>
0,06 м
5 секций
к
Таким образом, выбраны оптимальные геометрические параметры трубчатого турбулентного аппарата диффузор-конфузорной конструкции для стадии обессоливания газоконденсата, при которых перепад давления составляет ΔP≈0,223 атм и диаметр конфузора d=0,06 м.
Результаты опытов по промывке от солей стабильного конденсата в трубчатом турбулентном аппарате. Опыты были проведены на месторождении Боранколь Казахстан. В ЦПГиГК (Цех Подготовки Газа и Газового Конденсата) цех является подразделением производственного управления филиала АО «Морская Нефтяная Компания» «КазМунайТениз» в городе Актау.
Солесодержание исходного конденсата составляет 97 мг/литр
3
Объемный расход конденсата 22 м/час
Температура конденсата t=47°C
Температура воды t=30°C
Были проведены опыты для определения диапазона работы ТТА. Температура конденсата t=47°C, воды t=30°C.
Для указанного интервала расхода газоконденсата построена графическая зависимость (фиг.4) солесодержания в газоконденсате после промывки в трубчатом турбулентном аппарате от объемного расхода потока. 1 - 0,5 мас.% воды; 2 - 1 мас.% воды; 3 - 1,5 мас.% воды; 4 - 2 мас.% воды.
Из опытных данных видно, что оптимальным объемом подачи воды является соотношение 1÷2 мас.%, однако в условиях промышленного производства 2 мас.% воды является затратным.
В нашем случае определен оптимальный режим проведения промывки конденсата от солей с применением ТТА и составляет 1,5 мас.%. Представилось целесообразным изучить влияние расхода газоконденсата при постоянном соотношении воды 1,5 мас.%.
к
в
Опыт №1. Расход конденсата через ТТА Q=117 мл/сек, расход воды Q=1,755 мл/сек
Результат: из-за недостаточности расхода жидкости через ТТА наполнение секции конденсатом происходило не в полной мере, т.е. секции не были заполнены полностью, наблюдалось слабое перемешивание. Анализ солесодержания после промывки 83 мг/литр.
к
в
Опыт №2. Расход конденсата через ТТА Q=210 мл/сек, расход воды Q=3,15 мл/сек
Результат: во всех 6-ти секциях наблюдалось интенсивное турбулентное перемешивание жидкости в продольном и поперечном направлениях. Все секции наполнились жидкостью. Анализ солесодержания после промывки 17 мг/литр.
к
в
Опыт №3. Расход конденсата через ТТА Q=234 мл/сек, расход воды Q=3,51 мл/сек
Результат: в первой секции исчезло визуально наблюдаемое перемешивание, поток стал сплошным. В остальных 5-ти секциях визуально наблюдалось перемешивание в продольном и поперечном направлениях. Анализ солесодержания после промывки 19 мг/литр.
к
в
Опыт №4. Расход конденсата через ТТА Q=300 мл/сек, расход воды Q=4,5 мл/сек
Результат: в первых 3-х секциях исчезло визуально наблюдаемое перемешивание, поток стал сплошным. В остальных 3-х секциях визуально наблюдалось перемешивание в продольном и поперечном направлениях. Анализ солесодержания после промывки 45 мг/литр.
к
в
Опыт №5. Расход конденсата через ТТА Q=400 мл/сек, расход воды Q=6 мл/сек. Результат: во всех 6-ти секциях исчезло визуально наблюдаемое перемешивание, поток сплошной без перемешивания из-за высокой скорости жидкости. Анализ солесодержания после промывки 85 мг/литр.
Выводы: применение ТТА для интенсификации процесса перемешивания жидкостей обусловлено определенными параметрами скорости жидкости через поперечное сечение аппарата и его размерами. Также работа аппарата характеризуется широкой областью устойчивой работы.