АДСОРБЦИОННАЯ ОСУШКА ПРИРОДНОГО ГАЗА (ПХГ): СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РЕШЕНИЙ И КОНЦЕПТ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ СХЕМЫ

АННОТАЦИЯ

Природный газ является одним из ценных источников энергии, и в то же время важнейшим сырьем для химической переработки углеводородов. Поэтому каждый этап его добычи от начала до конечной точки потребления особенно значимы, в частности в данной статье рассмотрены процессы адсорбционной очистки и осушки природного газа. Одним из основных вопросов для установок адсорбционной очистки и осушки газа является утилизация газовой регенерации. Также внимания заслуживает вопрос повышения энергоэффективности. В настоящей работе рассмотрены несколько технологий установок адсорбционной очистки и осушки газа, предлагается новая технология установки адсорбционной очистки и осушки, которая решает проблемы повышения эффективности процесса и утилизации газа регенерации. Для достижения цели авторами реализована переобвязка входных и выходных потоков стандартных установок, а также предложена уникальная схема подачи газа регенерации, прошедшего цикл системной регенерации, в связи с которым сократился состав оборудования стандартных установок, который увеличивает энергоэффективность технологии и тем самым уменьшает себестоимость товарного газа.

ABSTRACT

Natural gas is a valuable source of energy, and at the same time the most important raw material for chemical processing of hydrocarbons. Therefore, each stage of its achievement until the final point of consumption is important, in particular in this article the processes of adsorption purification and natural gas dewatering are considered. One of the main issues for adsorption scrubbing and gas dewatering plants is the recycling of regeneration gas and energy efficiency. Several technologies of adsorption scrubbing and gas dewatering plants are considered in the work, and a new technology of adsorption scrubbing and gas dewatering plant is proposed, which solves the problems of increasing the efficiency of the regeneration gas process and utilization. In order to achieve the goal, a re-coupling of the input and output flows of standard plants has been implemented, and a unique scheme for supplying regeneration gas to the past cycle of regeneration system has been proposed, in connection with which the equipment of standard plants has been reduced, which increases the energy efficiency of the technology and thereby reduces the cost of commodity gas.

Ключевые слова: адсорбция, регенерация, рециркуляция, теплообменник, утилизация.

Keywords: adsorption, regeneration, recycling, heat exchanger, utilization.

Введение

Природный газ является одним из ценных источников энергии, и в то же время важнейшим сырьем для химической переработки углеводородов. Поэтому каждый этап его добычи от начала до конечной точки потребления особенно значимы, в частности в данной статье рассмотрены процессы адсорбционной очистки и осушки природного газа.

Осушка природного газа связана с подземным хранением природного газа (ПХГ) и подачей его конечным потребителям. Подземные газовые хранилища являются наиболее выгодным вариантом для хранения больших объемов газа. Сегодня в Узбекистане имеется 2 действующих и 1 приостановленный ПХГ, с наибольшим активным объемом хранения среди стран Центральной Азии. Во время хранения в ПХГ газ насыщается водными парами и агрессивными компонентами. В случае, когда температура окружающей среды, в которой находится трубопровод, падает ниже точки росы водных паров, присутствующих в газе, вода начинает конденсироваться на стенках трубопровода и оборудования, что может привести к возникновению следующих проблем [3]:

• может образовываться газовый гидрат, закупоривающий клапаны, арматуру или даже трубопроводы;
• коррозия трубопроводов и оборудований, особенно когда газ содержит CO2 или H2S;
• водяной пар увеличивает объем и уменьшает нагревательную способность газа.

Одним из основных вопросов относительно установок адсорбционной очистки и осушки газа является утилизация газа регенерации. Также особенно значимым остается вопрос повышения энергоэффективности, который на сегодняшней день актуален для всех производственных объединений.

В Узбекистане для природного газа, транспортируемого в магистральном газопроводе требуется точка росы по воде, согласно [7], не выше минус 2  ͦ С –летом, минус 7  ͦ С – зимой. В составе газа ПХГ Газли водяной пар содержится в диапазоне 1200–1600 мг/м³. Мировой опыт [6] показывает целесообразность применения адсорбционной технологии осушки для газа с содержанием водяного пара до 1600 мг/м³, чтобы товарный газ соответствовал требованиям транспортировки.

Целью данной работы является – выбор технологии осушки природного газа в условиях ПХГ Узбекистана.

Для достижения цели решены следующие задачи:

• изучение научных работ в области осушки природного газа;
• выбор наиболее подходящую технологию осушки.

Ниже рассмотрены несколько технологий установок адсорбционной очистки и осушки газа. Основная технология на всех установках включает в себя три стадии работы адсорберов: адсорбция – адсорбент поглощает кислые компоненты и воду в составе сырого газа, регенерация – насыщенный агрессивными компонентами из сырого газа адсорбент при продувании горячего газа десорбирует те же компоненты восстанавливая исходные свойства поглощения, охлаждение – адсорбер продувается холодным потоком газа.

Материалы и методы

Основой требуемых показателей в данной статье являются системы Google patents и The Lens. Авторами изучены патенты, опубликованные в РФ и США, среди которых выбраны наиболее рациональные в условиях ПХГ Узбекистана и на их базе разработана новая технология осушки природного газа.

По патенту [2] установка осушки и очистки природного газа от сернистых соединений с использованием в качестве газа охлаждения товарного газа, выходящего из стадии адсорбции, проходящей ступеней низкотемпературной сепарации, компримирование и ректификация. Газ регенерации на выходе соединен с трубопроводом природного газа для нужд производства.

 Преимуществом данной установки является высокая степень очистки сырьевого газа, а также выделение промежуточных ценных углеводородов в процессе адсорбции.

Недостатками данной модели являются:

• применение относительно дорогих и энергозатратных технологий таких, как низкотемпературная конденсация, ректификация и компримирование;
• использование товарного газа для газа охлаждения, поскольку он прошел ряд  этапов подготовки, в которым потрачены ресурсы производства;
• при утилизации газа регенерации высока вероятность несоответствия в потреблении и производимом объемом газа регенерации.

Следующая технология [4] осушки природного газа с использованием молекулярного сита, регенерация которого реализируется за счет нагретого газа регенерации, который после направляется в конденсатор (для охлаждения), сепаратор и компрессор. Особенностью изобретения является повторное использование газа регенерации до тех пор, пока не осуществляется полное десорбирование воды из молекулярного сита по маршруту "короткая петля".

Основное преимущество данной технологии – решение вопроса утилизации газа регенерации рециркуляцией его в процесс регенерации.

Недостатками данной модели являются:

- отрицательное влияние на процесс десорбции компримирование и не планирование очистки газа от паров компрессорного масла;

- использование товарного газа для газа охлаждения, поскольку он прошел этапов подготовки, в которым потрачены ресурсы производства.

Следующая [3] установка адсорбционной осушки и очистки природного газа после дожимной компрессорной станции перед подачей природного газа в магистральный газопровод включает в себя: циклически повторяющуюся стадию адсорбционной осушки и очистки природного газа, стадию регенерации адсорбента и стадию охлаждения адсорбента, после стадии восполнения адсорбента газ регенерации. Затем его охлаждают в первом блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа и направляют во второй дополнительный блок адсорбционной очистки газа регенерации.

Основное преимущество данной технологии – решение вопроса утилизации газа регенерации с рециркуляцией его на вход адсорберов после второй стадии адсорбции.

Недостатком изобретения являются:

- использование в качестве газа охлаждения, далее – газа регенерации, очищенного товарного газа, что увеличивает себестоимость технологии, в то же время способствует уменьшению выхода товарного газа;

- не достаточно раскрыта технология рециркуляции потока газа регенерации на вход, поскольку за счет потери по давлению без применения специальных технологий, например, компрессорные установки, реализация рециркуляции невозможна.

Результаты и обсуждение

В создании осушительных газовых установок, кроме основного процесса осушки газа в адсорберах с помощью твердых поглотителей, перед учеными стоит следующие задачи:

• выбор источника и технологии подачи газа охлаждения, газа регенерации;
• выбор технологии нагрева и охлаждения газов регенерации;
• утилизация отработанного газа регенерации.

Решение вышеперечисленных задач играет немаловажную роль при оптимизации технологии, поэтому сопоставлены в таблице 1 мнения различных авторов относительно их решения.

Таблица 1.

Сравнение установок осушки газа

На сегодняшний день на предприятих нефтегазовой отрасли в РУз активно внедряются энергоэффективные технологии [1; 5]. Это связано с рациональным использованием природных ресурсов и технологий. Например, в [1] перечислены цели в области устойчивого развития обеспечения перехода к рациональным моделям потребления и производства.

Рисунок 3. Предлагаемая схема осушки природного газа

Авторами данной статьи предлагается новая технология установки адсорбционной очистки и осушки газа, которая решает проблемы повышения эффективности процесса и утилизации газа регенерации. На рисунке 3 изобрежена предлагаемая оптимальная схема осушки газа перед подачей в магистральный газопровод после дожимной компрессорной станции. 

Для достижения цели реализована переобвязка входных и выходных потоков стандартных установок, и предложена уникальная схема подачи газа регенерации, прошедшего системный регенерирующий цикл, в результате которого сократился состав оборудований стандартных установок, увеличивающий энергоэффективность технологии и тем самым уменьшающий себестоимость товарного газа.

Расчет данной модели в среде Aspen Hysys для состава газа близкого к составу газа ПХГ Газли дал следующие результаты, представленные в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты расчета установки осушки газа в среде Aspen Hysys

Из данных в таблице 2 видно, что точка росы по воде уменьшилось на 53 ͦ, и соответствует требованиям в [7].

Заключение

Таким образом, в работе выбрана оптимальная схема осушки газа для газа в ПХГ Газли, исходя из разбора существующих технологий и требований для нефтегазовой отрасли Узбекистана. Для осушки газа существуют различные варианты технологий, среди которых адсорбция применима для осушки более чистых газов.

В установке осушки газа применение сырого газа в качестве охладительного и восстановляющего компонента дает следующие преимущества:

- экономия средств производства, так как не проходит этапы подготовки как очищенный газ;

- упрощение технологии, в предлагаемой установке разница давлений сырого и очищенного сухого газа составляет 0,4...0,8 МПа, поэтому для дальнейшей передачи газа регенерации исключается применение компрессора.

Список литературы:

1. Отчет об устойчивом развитии АО «УЗБЕКНЕФТЕГАЗ» – С. 26–42 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:   https://www.ung.uz/static/media/UNG_OUR_2021_ru.48407eb4.pdf (дата обращения: 24.08.2025).
2. Патент РФ RU 12904 U1 МПК B01D 53/02 (27.02.2000). Установка адсорбционной очистки природного газа от сернистых соединений / Николаев В.В., Гафаров Н.А., Ломовских В.Д., Молчанова З.В. и др.
3. Патент РФ RU 2717052C1 (17.03.2020). Способ и установка адсорбционной осушки и очистки природного газа / И.А. Мнушкин.
4. Патент США US 2018/0200664 A1 (19.07.2018). Systems and methods for short loop regeneration of gas dehydration units / S.S. Tafreshi, K. Gursahani, Y. Q. Owen, R. E. Marshall.
5. Постановление Президента Республики Узбекистан, от 22.08.2019 г. № ПП-4422 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:   https://nrm.uz/contentf?doc=597700_postanovlenie_prezidenta_respubliki_uzbekistan_ot_22_08_2019_g_n_pp-4422_ob_uskorennyh_merah_po_povysheniyu_energoeffektivnosti_otrasley_ekonomiki_i_socialnoy_sfery_vnedreniyu_energosberegayushchih_tehnologiy_i_razvitiyu_vozobnovlyaemyh_istochnikov_energii&products=3_prakticheskaya_buhgalteriya (дата обращения: 04.09.2025).
6. Michal Netušil, Pavel Ditl. Natural Gas Dehydration. – 2012. – DOI: 10.5772/45802
7. О’z DSt 948:2016 Газы горючие природные, подаваемые в магистральные газопроводы и транспортируемые по ним. – Технические условия. – Ташкент, 2016. 15 c.