Сравнение экономических и материальных затрат при очистке попутного нефтяного газа от сероводорода и углекислого газа

УДК 66-963

А. З. Гарипов, А. А. Хоменко СРАВНЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ И МАТЕРИАЛЬНЫХ ЗАТРАТ ПРИ ОЧИСТКЕ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

Ключевые слова: моноэтаноламин (МЭА), метилдиэтаноламин (МДЭА), попутный нефтяной газ (ПНГ), блок очистки газа,

блок регенерации.

Проанализированы полученные результаты при очистке ПНГ от сероводорода. Описано сравнение первичного аминового поглотителя (МЭА) с третичным (МДЭА). Произведены подсчеты экономических и материальных затрат. В завершении перечислены основные показатели снижения экономических затрат. Произведена оценка эффективности применения водного раствора метилдиэтаноламина (МДЭА). Описаны основные недостатки применения моноэтаноламина.

Keywords: monoethanolamine (MEA), methyldiethanolamine (MDEA), gas purification unit, associated petroleum gas(APG), the regeneration unit.

Analyzed the results obtained in the purification of associated petroleum gas from hydrogen sulfide. Described comparison of primary amine absorber(MEA) tertiary(MDEA). Calculations of economic and material costs. At the end are the main indicators of reducing the economic costs. An assessment of the effectiveness of an aqueous solution of methyldiethanolamine (MDEA). The basic disadvantages of monoethanolamine (MEA).

Введение

Главным преимуществом применения хемосорб-ционных процессов является высокая степень очистки углеводородных газов от кислых компонентов. При этом они отличаются низкой абсорбцией углеводородных компонентов сырьевого газа. Применяются такие хемосорбенты, как едкий натр и калий, карбонаты щелочных металлов, алканоламины.

Наиболее широко распространено применение аминовых процессов. Их применение в промышленности началось с 1930 -го года. Применение было усовершенствовано с использованием водных растворов алканоламинов. Они являются слабыми основаниями, из - за чего вступают в реакцию с кислыми газами Н2Э и С02. В следствии чего происходит очистка газа. Образующиеся соли при нагревании насыщенного раствора легко разлагаются.

Наиболее известными этаноламинами, используемыми в процессах очистки газа от Н2Э и С02 являются: моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), триэтаноламин (ТЭА), дигликольамин (ДГА), диизопропаноламин (ДИПА), метилдиэтаноламин (МДЭА).

До настоящего времени в промышленности на установках по очистке кислых газов в качестве абсорбента, в основном, применяется моноэтаноламин (МЭА), а также диэтаноламин (ДЭА). Однако в последние годы наблюдается тенденция по замене МЭА на более эффективный абсорбент — метилдиэтаноламин (МДЭА).

Сравнение водных растворов МЭА и МДЭА

В предыдущих работах, в результате изучения и моделирования процессов очистки попутного нефтяного газа (ПНГ) от включений Н2Э и С02 были получены данные сопоставимые с заводскими.

Осталось оценить экономические затраты проведения процессов очистки газа при использовании 19%- го водного раствора МЭА и 33%- го водного раствора МДЭА [5,6].

Для процесса очистки ПНГ от включений H2S и CO2 при применении МДЭА, для первичного заполнения системы, необходимо 12 тонн в год амина. На восполнение эксплуатационных потерь при очистке газа в час составляет около 11*0,15= 1,65кг МДЭА при расходе газа 18200кг/час, где 0,15 это норма расхода на 1000м3 газа. В год этот показатель будет составлять около 1,65*24*355= 14058кг/год, где 355 это количество дней - продолжительность работы установки. В результате в год затрачивается около 12+14= 26т метилдиэтаноламина. Стоимость тонны МДЭА в Республике Татарстан составляет 105000 рублей. В результате за первый год на МДЭА будет потрачено 105000*26=2 730 000 рублей [1,5,9].

При применении МЭА на заполнение системы необходимо 15,12т в год. В результате больших потерь МЭА из - за необратимых образований химических соединений МЭА с COS, CS2 и O2 (0,0084%), потерь от испарения и уноса капель (0,0183%) и других факторов на восполнение эксплуатационных потерь затрачивается 1,82кг МЭА при расходе газа 18200кг/час. В год на восполнение затрачивается около 1,82*24*355=15506кг МЭА. В год общий расход МЭА будет составлять 15,12+15,506=30,63т моноэтаноламина. Средняя стоимость за тонну МЭА в Республике Татарстан составляет 90000рублей. В результате за год на МЭА будет потрачено 30,63*90000= 2 756 700 рублей [3,6].

Для заполнения системы водным раствором ме-тилдиэтаноламина необходимо воды: -12*67/33=24,36т/год. На восполнение эксплуатационных потерь затрачивается 14*85/15=79,33т/год. Так же умягченная вода подается в скруббер, находящийся в блоке аминовой очистки. Необходимое количество в год составляет: -174*24*355=1482,28т/год, где 174кг/час расход умягченной воды. Суммарное количество воды при использовании МДЭА 24,36+79,33+1482,28=1586,17 тонн подготовленной умягченной воды [1,5].

Для 19%го водного раствора МЭА на заполнение необходимо воды: - 15,12*81/19= 64,46т/год. На восполнение эксплуатационных потерь затрачивается 15,506*92/8=178,32т/год. Для улавливания унесенного амина расходуется умягченной воды: -205*24*355=1476,6т/год. В результате за год при использовании МЭА будет использовано 64,46+178,32+1476,6=1989,38т умягченной воды [6].

Общая стоимость водоподготовки и ее транспортировки до объекта составляет 39,84+9=48,84руб. за тонну воды, где 39,84 стоимость подготовки воды [10].

Затраты на подготовленную воду при использовании МДЭА составят: - 1586,17*48,84=77469 руб/год. При использовании МЭА затраты составят: 1989,38*48,84= 97161руб/год [10].

Для охлаждения регенерированного водного раствора МДЭА применяются горизонтальные аппараты воздушного охлаждения 2АВГ. Данные АВГ предназначены для конденсации и охлаждения парообразных, газообразных и жидких сред в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности. Потребляемая электроэнергия одного двигателя в среднем составляет 11кВт/час. Данные АВГ в своей компоновке имеют два электродвигателя. Общее потребление АВГ электроэнергии составит 2*11=22кВт/час. Так как процесс непрерывный, потребление электроэнергии в год составит 22*24*355=187440кВт/год [1].

Для охлаждения водного раствора МЭА будут применятся так же данный вид АВГ и потребление электроэнергии в год составит 187440кВт/год.

В блоке регенерации при применении МДЭА поглотителя для охлаждения кислых паров также применяется данный вид АВГ. Потребление электроэнергии составит 187440кВт/год.

Для перекачки сернистого углеводородного газа применяются газотурбинные компрессора ГТК 7 с электродвигателем АЗП 630/6000. Потребление электроэнергии в год данного электродвигателя 630*24*355=5367600кВт/год. Количество компрессоров 3 штуки. Коэффициент работы компрессоров составляет 1,4. Общее потребление электроэнергии 5367600*1.4=7514640кВт/год. Так же данная ГКС имеет в составе 3 компрессора Аэроком АА-117. Потребление электроэнергии одного компрессора составляет 630*24*355=5367600кВт/год. Коэффициент работы компрессоров 1,5 Общее потребление составит 5367600*1,5=8051400кВт/год [1,5].

Для охлаждения компрессоров в ГКС применяются циркуляционные насосы Д630/90 с производительностью 80м3/час. Количество таких насосов 2 штуки. Потребляемая мощность одного насоса составляет 75*24*355=639000кВт/год. Коэффициент работы насосов составляет 1,1. Общее потребление насосов составит 639000* 1,1=702900кВт/год электроэнергии [1,5].

Для циркуляции раствора амина применяются насосы АОМ с производительностью 1,1-1,5 м3/час. Потребляемая мощность насоса в год составляет 2,2*24*355=18744кВт/год.

Для откачки нефтепродуктов из подземной емкости применяется насос производительностью

50м3/час. Потребляемая мощность электроэнергии составляет 18,5*24*355*0,7=110334кВт/год.

Для откачки амина из подземной емкости применяется насос НВ-Е-50/50 производительностью 50м3/час. Потребление электроэнергии также составит 128000кВт/год.

Для подачи орошения в колонну десорбции МДЭА применяется насос БЭН - 488. Производительность одного насоса 2,1м3/час. Два необходимых насоса в год потребляют электроэнергии 2*2,2*24*355=37488кВт/год.

Для подачи орошения в колонну абсорбции применяются насосы 1ЦГ25/80. Три насоса в год потребляют электроэнергии 1,6*11*24*355=149952кВт/год.

Для циркуляции теплоносителя в рибойлер - испаритель применяются 2 насоса 12ЦГ100/80 производительностью 100м3/час. Общее потребление электроэнергии в год составит

1,4*37*24*355=441336кВт/год [1,5].

Ставка за электрическую энергию на уровне напряжения ВН с учетом НДС в Республике Татарстан составляет 1,27 рублей за кВт/ч электроэнергии [7].

Степень насыщения МЭА составляет около 0,35 моль/моль. Для МДЭА этот показатель составляет 0,8 моль/моль. Из этого следует, что расход энергии на циркуляцию и регенерацию в 1,5 раза ниже при использовании МДЭА [3,4].

Также использование МДЭА позволяет обеспечить экономию греющего пара. Это связано меньшей теплотой десорбции МДЭА. Известно, что необходимое количество тепла на регенерацию растворов МДЭА на 30-40% меньше, по сравнению с МЭА [3,4].

За счет меньшего пенообразования на внутренних поверхностях оборудования при применении МДЭА отсутствуют отложения. Это связано с меньшей деструкцией по сравнению с МЭА [4].

МЭА по сравнению с МДЭА обладает большей коррозионной активностью и смолообразованием, что в конечном итоге ведет к загрязнениям и вследствие к большим энергозатратам (20- 25% по греющему пару; 5-10% электроэнергии) [2,3,4].

В таблице 1 показаны основные затраты в блоке очистки ПНГ от H2S и блоке регенерации.

Применение МДЭА позволит уменьшить экономические затраты за счет:

- снижения расхода водного раствора амина;

- повышения насыщения раствора амина;

- меньшего потребления тепла при восстановлении амина.

Так же снижение затрат на обслуживание и ремонт за счет низкой коррозионной активности и смолообразования, что может привести к простою оборудования.

Растворы МДЭА меньше подвержены деструктивному термическому разложению. Это способствует увеличению срока службы амина. Полная замена МЭА осуществляется через каждые 2-3 года, тогда как у МДЭА срок службы может составить 3-5 лет [2].

Таким образом при применении МДЭА можно достичь экономии энергозатрат (электроэнергии и

теплоносителя) до 30%; экономии затрат поглотителей - 25 - 40%; экономии затрат на обслуживание и ремонт оборудования.

Таблица 1

Виды затрат МДЭА МЭА

Затраты на водный раствор аминов

Аминовый поглотитель 2 730 000 2 756 700

на установку

Умягченная подготов- 77 469 97 161

ленная вода

Затраты на электроэнергию

Аппараты воздушного 238 048 238 048

охлаждения в блоке очи-

стки

Аппараты воздушного 238 048 238 048

охлаждения в блоке ре-

генерации

Газотурбинные ком- 9 543 592 9 543 592

прессоры ГТК

Насосы охлаждения 892 683 892 683

компрессоров

Насосы циркуляции 23 804 23 804

амина

Насосы откачки нефте- 140 124 140 124

продуктов

Насосы откачки амина 162 560 162 560

Насосы для подачи оро-

шения (МДЭА) в колон- 47 609 -

ну регенерации

Насосы для подачи оро-

шения в колонну аб- 190 439 285 658

сорбции

Насосы для циркуляции 560 496 672 595

в рибойлер - испаритель

Итого 14 844 872 15 050 973

Литература

1. ОАО «Волжский научно-исследовательский институт углеводородного сырья» (ОАО «ВНИИУС»). Постоянный технологический регламент на производство продукции. Установки очистки высокосернистого нефтяного газа от сероводорода.

2. Шкляр Р. Л. Современные технологии переработки и использования газа. 2015. - №1(21). Неселективная абсорбция кислых газов водным раствором метилдиэтано-ламина/ Р. Л. Шкляр, А.В. Мамаев, С.А. Сиротин

3. Набоков С.В. Современные технологии переработки и использования газа. 2015. - №1(21). Абсорбенты для очистки газов от H2S и СО2:опыт и перспективы применения этаноламинов на газоперерабатывающих заводах ОАО «Газпром»/ С.В. Набоков, Н.П. Петкина

4. Лаврентьев И.А. Доклад на семинаре в ОАО Гипрога-зоочистка" 21-23 мая 2001 года. Анализ применения новых сорбентов в процессах абсорбционной очистки технических и природных газов от сероводорода и углекислого газа./ Лаврентьев И.А.

5. А.З. Гарипов, А.А. Хоменко. Вестник технологического университета. Т.18.№10; (2015). 246с.

6. А.З. Гарипов, А.А. Хоменко. Вестник технологического университета. Т.18.№20; (2015). 290с.

7. [Электронный ресурс] URL: http://www.tatenergosbyt.ru/orgs/tariffs/tabs/670-10/4цк.pdf

8. [Электронный ресурс] URL: http://www.energycenter.ru/article/676/70/

9. [Электронный ресурс] URL: http://kazan.propartner.ru/offers/metildietanolamin-mdea-i2599307.html

10. [Электронный ресурс] URL: http://oao-vodokanal.ru/2016-god

© А. З. Гарипов - маг. каф. «Машины и аппараты химических производств» КНИТУ, garipov.aza@mail.ru; А. А. Хоменко -канд. техн. наук, доц. кафедры «Машины и аппараты химических производств» КНИТУ, xomenko - aa@mail.ru.

© A. Z. Garipov - M.Sc. student of the department "Mechanical Engineering For Chemical Industry "of KNRTU, garipov.aza@mail.ru; A. A. Khomenko - to-tech. Sciences, Assoc. the chair "Machines and apparatuses of chemical productions" of KNRTU, xomenko - aa@mail.ru.