CC BY
50УДК 661
Ю.Ю. Ходырева
ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ГЕЛИЕВОМ ЗАВОДЕ
В данной статье изучен Оренбургский гелиевый завод - единственный в России производитель гелия. И хотя содержание этого ценного компонента в природном газе составляет всего 0,055%, с учетом потенциала месторождения, это миллионы кубических метров «солнечного» газа -ценнейшего сырья для новых быстроразвивающихся областей науки и техники. Гелий широко применяется в различных отраслях промышленности: авиационной, ракетно-космической, электронной, атомной, а также в медицине, фундаментальных и прикладных исследованиях.
Ключевые слова: установка сжижения гелия, адсорбция, десорбция, пластинчатый теплообменник-рекуператор, система вакуумирования, метановая фракция, этановая фракция, гелиевый концентрат.
Гелиевый завод, единственный в России завод по производству гелия, входит в состав объектов по переработке газа ООО «Газпром добыча Оренбург». Гелиевый завод состоит из трех очередей, на которых осуществляется процесс переработки природного газа, включающий адсорбционную очистку от сернистых соединений и осушку на синтетических цеолитах, получение гелиевого концентрата, а также сжижение подготовленного газа методом низкотемпературной конденсации и разделение сжиженного природного газа на фракции.
Конечной продукцией гелиевого завода являются:
- метановая фракция;
- этановая фракция;
- гелиевый концентрат;
- широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ);
- сжиженные углеводородные газы (пропан - бутановая фракция (ПБФ), пропан технический (ПТ), бутан технический (БТ), пентан - гексановая фракция (ПГФ).
В качестве сырья на гелиевом заводе используется прошедший предварительную осушку и очищенный от сернистых соединений природный газ, поступающий с газоперерабатывающего завода (ГПЗ).
На первую очередь ГЗ для выделения гелиевого концентрата поступает природный газ с газоперерабатывающего завода, очищенный от сернистых соединений. Природный газ после очистки на цеолитах с установки У-190/192 ГПЗ, поступает вторую очередь гелиевого завода, где проходит дополнительную очистку от сераорганических соединений и глубокую осушку методом адсорбции на цеолитах установки У-25, затем направляется на гелиевые блоки второй и третей очереди завода.
В основе получения гелия лежат криогенные методы, поэтому комплексная переработка смеси природного газа Оренбургского и Карчаганакского месторождений на ГЗ, осуществляется методом глубокого охлаждения и конденсации природного газа с последующей отпаркой гелия.
При этом на различных стадиях выделения гелия из природного газа, кроме гелиевого концентрата, попутно получают метановую, этановую фракции и широкую фракцию легких углеводородов. Метановая фракция высокого (МФВД) и среднего давления (МФСД) направляется на дожимную компрессорную установку, а метановая фракция низкого давления (МФНД) дожимается до давления МФСД и выводится в общезаводской коллектор. [1]
Также в эксплуатации находятся три очереди гелиевого завода мощностью по перерабатываемому сырью в год:
- I очередь - 3 млрд нм3
- II очередь - 9 млрд нм3
- III очередь - 3 млрд нм3.
В основу технологической схемы завода заложено применение гелиевых установок единичной мощностью 3 млрд нм3 перерабатываемого газа в год.
Генеральным проектировщиком завода является ОАО «Институт ЮжНИИгипрогаз» (г. Донецк). Товарной продукцией завода является гелий газообразный, этановая фракция, ШФЛУ, сжиженные газы, жидкий азот, жидкий кислород.
© Ходырева Ю.Ю., 2016.
Природный газ на гелиевый завод поступает с газоперерабатывающего завода (используется газ Оренбургского и Карачаганакского газоконденсатных месторождений).
На I очередь ГЗ природный газ поступает очищенный от сераорганических соединений на установках У-190, У-192 ГПЗ.
На II очередь природный газ после газоперерабатывающего завода подается на установку подготовки газа У-25 в отделения У-510, У-520, где производится его очистка от сераорганических соединений и глубокая осушка (до точки росы минус 700).
Основные технологические процессы ГЗ:
а) на установке У-25:
1) очистка сырьевого газа от сернистых соединений
2) очистка этановой фракции
Очистка природного газа, поступающего с газоперерабатывающего завода, от сераорганических соединений, глубокая осушка (до точки росы минус 700С) проводится методом адсорбции на синтетических цеолитах типа NaX. Обеспечение очищенным и осушенным природным газом в качестве сырья гелиевых установок II, III очереди ОГЗ. Может быть подан в магистральный газопровод или для переработки на установку получения гелия I очереди.
Очистка этановой фракции, поступающей с гелиевых установок, от углекислоты и сернистых соединений проводится методом адсорбции на синтетических типа СаА.
Регенерация цеолитов проводится очищенным природным газом, предварительно подогретым в печах. Газ регенерации отделений транспортируется по трубопроводу на ОГПЗ для дальнейшего использования.
Технологический процесс У-25 разработан институтом НИИОГАЗ (г. Москва). Оборудование установки разработано Центральным конструкторским бюро нефтеаппаратуры (ЦКБН, г. Подольск).
Изготовитель адсорберов - «Волгограднефтемаш», печей - «Новочеркасский завод нефтяного машиностроения [1, 2].
Проектная мощность отделений очистки сырьевого газа - 18 млрд нм3/год по перерабатываемому газу с очисткой его от сераорганических соединений до содержания меркаптановой серы не более 80 мг/м3.
Проектная мощность отделения очистки этановой фракции - 550 тыс.т/год. Установка введена в эксплуатацию в декабре 1982 года.
б) на установках получения гелия, этана, ШФЛУ У-1, У-21, У-22, У - 31/32:
3) охлаждение и конденсация очищенного, осушенного природного газа с последующей выделением в отпарных колоннах гелия, этановой фракции легких углеводородов.
4) очистка гелия газообразного от примесей и осушка от влаги.
3) Охлаждение и конденсация очищенного осушенного природного газа с последующей выделением в отпарных колоннах гелия, этановой фракции легких углеводородов проводится с использованием холода пропанового и азотного холодильных циклов. В результате глубокой переработки природного газа образуются обратные потоки метановых фракций низкого, среднего и высокого давления.
Очистка гелия газообразного от основного количества примесей (Н2, N2, СН4) проходит в реакторных блоках на алюмоплатиновом катализаторе, осушка от влаги - в адсорберах на цеолитах типа №А, и доочистка от микропримесей - в угольных адсорберах.
Технологический процесс гелиевых установок разработан институтами ЛенНИИхиммаш, ВНИИ-
ГАЗ.
Технологическое оборудование и монтажная компоновка гелиевых блоков разработана ЛенНИИ-химмашем, комплектная поставка - СМНПО им. Фрунзе (г. Сумы).
Специальная низкотемпературная арматура разработана НПО «Знамя труда» (г. Санкт-Петербург) и НПО «Киеварматура» (г. Киев).
В настоящее время на гелиевом заводе эксплуатируется пять установок, каждая из которых перерабатывает 3 млрд. нм3 в год гелиеносного природного газа. [3]
I очередь завода в составе двух гелиевых блоков введена в эксплуатацию двумя пусковыми комплексами соответственно в декабре 1977 г. и в июне 1980 г. В 1997 г. 1 пусковой комплекс установки (1 блок) выведен из эксплуатации.
II очередь (три гелиевых блока) введена в эксплуатацию тремя пусковыми комплексами соответственно в декабре 1983 г., сентябре 1984 г. и сентябре 1985 г.
III очередь (один гелиевый блок) введена в эксплуатацию в июне 1989 г.
в) в цехе наполнения и хранения баллонов У-4 (ЦНБ):
5) наполнение баллонов и спецемкостей газообразным товарным гелием.
Наполнение товарным гелием марок А и Б, выработанным пятью отделениями тонких очисток, производится в 40 и 400 литровые баллоны, транспортные емкости, контейнеры, железнодорожные спецагрегаты, которые отправляются потребителям по железной дороге или автотранспортом.
Часть гелия подается в ООО «Криор» для дальнейшего сжижения. Накопительные ресиверы установки изготовлены на п/я А-7413 (г. Барнаул). Установка введена в эксплуатацию в феврале 1978 года.
г) на дожимных компрессорных установках У-2, У-23,У-34:
6) Дожатие обратных потоков природного газа.
7) Дожатие этановой фракции
Дожатие обратных потоков природного газа - метановых фракций низкого, среднего и высокого давления - производится компрессорами ДКЦ 1,2,3 очереди ГЗ для подачи в магистральный трубопровод.
Дожатие очищенной этановой фракции производится компрессорами У-23 для подачи в этанопровод «Оренбург-Казань».
Газоперекачивающие агрегаты разработаны институтом ЛенНИИхиммаш (г. Санкт-Петербург) изготовлены на Сумском машиностроительном производственном объединении им. М.В. Фрунзе (г. Сумы).
Дожимная компрессорная установка 1 очереди введена в эксплуатацию двумя пусковыми комплексами: 1 пусковой комплекс введен в декабре 1983 г., 2 пусковой комплекс в июле 1980г.
Дожимная компрессорная установка 2 очереди введена в эксплуатацию тремя пусковыми комплексами: 1 пусковой комплекс введен в декабре 1983 г., 2 пусковой комплекс - в сентябре 1984 г., 3 пусковой комплекс - в сентябре 1985 г.
Дожимная компрессорная установка 3 очереди У-34 введена в эксплуатацию в 1989 г.
д) на установке очистки ШФЛУ от сернистых соединений и получения сжиженных газов У-26:
8) очистка ШФЛУ от сераорганических соединений.
9) разделение очищенной ШФЛУ в ректификационных колоннах с получением пентан-гексановой фракции и сжиженных углеводородных газов - пропана технического и бутана технического или их смеси.
Очистка ШФЛУ от сераорганических соединений проводится методом адсорбции на синтетических цеолитах типа NaХ.
Разделение очищенной ШФЛУ производится в ректификационных колоннах с получением пентан -гексановой фракции (ПГФ) и сжиженных углеводородных газов - пропана технического (ПТ) и бутана технического (БТ) или их смеси (СПБТ) и дальнейшей подачей их по трубопроводу на склад сжиженных газов ГПЗ, на установку налива транспортных емкостей СУГ ООО «Гантез» или через У-28 на железнодорожную наливную эстакаду СУГ ООО «Сырт» [3].
Разработчик технологического процесса - институт НИИОГАЗ (г. Москва).
Нестандартизированное оборудование установки разработано центральным конструкторским бюро нефтеаппаратуры (ЦКБН, г. Подольск).
Изготовитель оборудования:
- адсорберов и колонн ОАО «Волгограднефтемаш», Черновицкий завод химического машиностроения,
- печей - Новочеркасский завод нефтяного машиностроения,
- емкостей и теплообменников - ПО «Салаватнефтемаш».
Установка в эксплуатацию в составе 3-го пускового комплекса 2-й очереди гелиевого завода в сентябре 1985 г.
е) на азотно - кислородных станциях (АКС), У-5, У-43:
10) очистка, осушка и разделение атмосферного воздуха на азот и кислород.
Очистка атмосферного воздуха от механических примесей, осушка от влаги проводится в блоке очистки воздуха на цеолитах типа NaХ, охлаждение его, разделение на азот и кислород - в блоках разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации в колонне двукратной ректификации с целью непрерывного обеспечения газообразным азотом установок завода [4].
На У-43 вырабатывается жидкий азот и жидкий кислород для реализации в качестве товарной продукции.
Разработчик технологического процесса - институт Гипрокислород (г. Москва).
АКС I очереди состоит из 3-х однотипных блоков разделения воздуха АК - 1,5.
Установка введена в эксплуатацию в декабре 1977 года.
В составе АКС II очереди - 2 блока разделения: АжКжКААрж-2 и КжАр-2.
Установка введена в эксплуатацию в декабре 1983 года.
ж) На установке компримирования и перекачки сжиженных углеводородных газов У-28:
Предназначена для приема, хранения и отпуска сжиженных углеводородных газов, ПГФ на наливную эстакаду станции налива СУГ в железнодорожные цистерны ООО «Сырт». Резервуарный парк состоит из 20 емкостей, полный физический объем резервуаров составляет 2000 м3. Обеспечивает хранение в тече-
ние суток. Установка введена в эксплуатацию в 1987г. научно - исследовательской и проектной организацией является ОАО «Институт ЮжНИИгипрогаз».
Библиографический список
1. ООО «Газпром добыча Оренбург» Проект нормативов предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосферный воздух для железнодорожных наливных эстакад (2014): раб. проект / Гелиевый завод. - Оренбург: Изд-во ООО «Газпром добыча Оренбург», 2014. - 215 с. Договор №376-06 от 18.09.2014г.
2. ООО «Газпром добыча Оренбург» Гелиевый завод (Оренбург). Проект нормативов предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосферный воздух для установки сжижения гелия «ОГ-500» (2014): раб. Проект / Гелиевый завод - Оренбург: Изд-во ООО «Газпром добыча Оренбург», 2014. - 185 с. Договор №1446-06 от 09.12.2014г.
3. Охрана окружающей среды (Оренбург). Восстановление мощностей Гелиевого завода (2005): раб. проект / Охр. Окр. Ср. - Оренбург: Изд-во Охрана окружающей среды, 2005. - 390 с.
4. Брославский Л. И. Экология и охрана окружающей среды: законы и реалии в США и России. - М.: НИЦ Ин-фра-М, 2013. - 115 с.
ХОДЫРЕВА ЮЛИЯ ЮРЬЕВНА - магистрант геолого-географического факультета, Оренбургский государственный университет, Россия.
