Научная статья на тему 'ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУЩЕСТВУЮЩИХ СЕРООЧИСТНЫХ УЗЛОВ'

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУЩЕСТВУЮЩИХ СЕРООЧИСТНЫХ УЗЛОВ Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

CC BY
47
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КИСЛЫЕ КОМПОНЕНТЫ / ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ / ТОВАРНЫЙ ГАЗ / НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ / РАСТВОР АМИНА

Аннотация научной статьи по прочим сельскохозяйственным наукам, автор научной работы — Исмоилов Фазлиддин Садриддин Угли

В работе исследованы зависимости и условия течение процесса удаления кислых компонентов с целью определения эффективного поглотителя для процесса аминовой сероочистки газа. Были изучены свойства и эффективность отдельных растворов диэтаноламина (ДЭА) и метилдиэтаноламина (МДЭА), а также комбинации их растворов в сравнении с фактически используемыми растворами. Результаты работ показали перспективность и энерго-экономическую эффективность применения комбинированного раствора ДЭА и МДЭА на действующих узлах сероочистки, который можно внедрить без вложения значительных капитальных затрат на модернизацию технологического процесса и с внесением минимальных режимных корректировок. Рассмотрены технико-экономические показатели процесса при изменении используемых растворов, выявлены ключевые факторы позволяющие достичь энерго-экономической эффективности процесса очистки газа от кислых соединений.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по прочим сельскохозяйственным наукам , автор научной работы — Исмоилов Фазлиддин Садриддин Угли

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INCREASING ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF EXISTING SULFUR CLEANING UNITS

The work investigates the dependences and conditions for the process of removing acidic components in order to determine an effective absorber for the process of amine gas desulfurization. The properties and effectiveness of separate solutions of diethanolamine (DEA) and methyldiethanolamine (MDEA), as well as combinations of their solutions, were studied in comparison with the solutions actually used. The results of the work showed the promising and energy-economic efficiency of using a combined solution of DEA and MDEA at operating desulfurization units, which can be implemented without investing significant capital costs in modernizing the technological process and with making minimal operating adjustments. The technical and economic indicators of the process when changing the solutions used are considered, the key factors are identified that make it possible to achieve the energy and economic efficiency of the gas purification process from acidic compounds.

Текст научной работы на тему «ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУЩЕСТВУЮЩИХ СЕРООЧИСТНЫХ УЗЛОВ»

№ 12 (93)

universum:

технические науки

декабрь, 2021 г.

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ И ЭКОНОМИЧЕСКОМ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУЩЕСТВУЮЩИХ СЕРООЧИСТНЫХ УЗЛОВ

Исмоилов Фазлиддин Садриддин угли

научный сотрудник отдела сбора, подготовки и транспорта газа, Акционерное Общество «O'ZLITINEFTGAZ», Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: is.fazliddin@,gmail. com

INCREASING ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF EXISTING SULFUR CLEANING UNITS

Fazliddin Ismoilov

««UZLITINEFTGAZ» joint-stock company, Scientific researcher of the gas gathering, Preparation and transportation department, Uzbekistan, Tashkent

АННОТАЦИЯ

В работе исследованы зависимости и условия течение процесса удаления кислых компонентов с целью определения эффективного поглотителя для процесса аминовой сероочистки газа. Были изучены свойства и эффективность отдельных растворов диэтаноламина (ДЭА) и метилдиэтаноламина (МДЭА), а также комбинации их растворов в сравнении с фактически используемыми растворами. Результаты работ показали перспективность и энерго -экономическую эффективность применения комбинированного раствора ДЭА и МДЭА на действующих узлах сероочистки, который можно внедрить без вложения значительных капитальных затрат на модернизацию технологического процесса и с внесением минимальных режимных корректировок.

Рассмотрены технико-экономические показатели процесса при изменении используемых растворов, выявлены ключевые факторы позволяющие достичь энерго-экономической эффективности процесса очистки газа от кислых соединений.

ABSTRACT

The work investigates the dependences and conditions for the process of removing acidic components in order to determine an effective absorber for the process of amine gas desulfurization. The properties and effectiveness of separate solutions of diethanolamine (DEA) and methyldiethanolamine (MDEA), as well as combinations of their solutions, were studied in comparison with the solutions actually used. The results of the work showed the promising and energy-economic efficiency of using a combined solution of DEA and MDEA at operating desulfurization units, which can be implemented without investing significant capital costs in modernizing the technological process and with making minimal operating adjustments.

The technical and economic indicators of the process when changing the solutions used are considered, the key factors are identified that make it possible to achieve the energy and economic efficiency of the gas purification process from acidic compounds.

Ключевые слова: кислые компоненты, энергоэффективность, товарный газ, нормативные требования, раствор амина.

Keywords: acid components, energy efficiency, sales gas, regulatory requirements, amine solution.

Введение

Состояние ресурсной базы в находящихся в разработке месторождений АО «Узбекнефтегаз» характеризуется бессернистыми, малосернистыми и высокосернистыми запасами природного газа. В свою очередь около 70% зрелых месторождений обеспечивающие основные объемы добычи природного газа находятся в послепиковой поздней стадии разработки. Наблюдается тенденция уменьшение объемов добычи бессернистого и малосернистого газа

Для компенсации выбывающих объемов газа, со стороны добывающих предприятий предпринимаются меры по удержанию темпов добычи на прогнозируемом уровне и недопущению резкого снижения поставок природного газа отраслям экономики. В связи с этим в настоящее время газодобывающая отрасль стремиться придерживаться тенденции удержания уровня производства за счет ввода в разработку новых месторождений ранее незадейственных и находящихся в консервации месторождений с высоким содержанием кислых компонентов в составе

Библиографическое описание: Исмоилов Ф.С. ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУЩЕСТВУЮЩИХ СЕРООЧИСТНЫХ УЗЛОВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 12(93). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12879

№ 12 (93)

universum:

технические науки

декабрь, 2021 г.

добываемого газа с малой ресурсной базой в условиях снижения добычи на основных активах.

Необходимые технологические меры по модернизации узлов очистки природного газа от кислых соединений для подготовки сырья с повышенным содержанием кислых компонентов по сравнению с проектными значениями, позволят обеспечить нормативный параметр по качеству товарного газа, при этом потребуется значительные объемы капитальных затраты на оборудования и строительно-монтажные работы.

В связи с этим в рамках данного исследования были рассмотрены возможности достижения нормативных показателей по качеству газа с учетом перспективного ужесточения требований к качеству в условиях ввода в разработку новых ресурсов газа с высоким содержанием кислых компонентов, с проведением исключительно режимной коррекции с целью недопущения выполнения капиталоёмких работ по модернизации установки аминовой сероочистки.

Объект исследования

Объектом для исследований был выбран узел сероочистки Головных Сооружений (ГС) Шуртан-ского нефтегазодобывающего управления (НГДУ) АО «Узбекнефтегаз». На данный момент в качестве поглотителя кислых соединений используется 25%-ный раствор ДЭА, который обеспечивает очистку газа до требований внутреннего рынка. При этом из-за более высокой селективности ДЭА к СО2 содержание данного компонента в составе товарного газа намного меньше, чем установлено в требованиях [1].

Также данный регион характеризуется перспективность залежам природного газа с высоким содержанием кислых компонентов что обуславливает необходимость приспособления новым параметрам отличающихся от проектных значений установок сероочистки газа в данной регионе [3].

Результаты исследований

В данной работе обсуждаются задачи подбору эффективного поглотителя кислых компонентов для применения на узле сероочистки с целью улучшения технико-экономических показателей существующих объектов подготовки газа.

Суть предлагаемых решений заключается в применении комбинированных поглотителей взамен однокомпонентному раствору не представляющая возможности выполнения требований нормативных стандартов по качеству газа в перспективе [2].

Для расчетов были приняты следующие исходные данные:

• расход сырого газа - 250,0*103 м3/ч

• удельный расход амина - 60 гр/1000 м3;

Расчеты проводились с целью определения выдаваемых качественных показателей растворов на основе ДЭА и МДЭА при одинаковых условиях идентичных фактическим параметрам работы установки аминовой сероочистки газа ГС Шуртанского НГДУ [3].

Исследованиями физико -химических и технологических свойств растворов ДЭА и МДЭА, их комбинаций с различным соотношением было выявлено, что по мере увеличения концентрации ДЭА от 5 до 25% температура регенерации увеличивалась примерно 0,5 оС на каждые 5%. При этом при увеличении концентрации МДЭА на 5% снижался расход всего раствора примерно от 3 до 5% на каждые 5% концентрации, при этом все итерационные расчеты проводились с условием достижения качественных показателей газа согласно государственному стандарту O'zDSt 948:2016 [4].

Исследованием зависимости поглощающих свойств каждого раствора выявлено, что с увеличением концентрации МДЭА степень поглощения СО2 снижается на 3-5 % что обуславливается абсорбционной ёмкостью МДЭА к СО2.

В итоге исследования физико-химических и технологических свойств аминовых растворов с применением комбинированного фракционного состава на основе ДЭА и МДЭА позволили выявить закономерности влияния их концентрации на параметры товарных продукций. Следует отметить, что предлагаемые растворы соответствуют требованиям к реагентам для очистки газа от кислых компонентов [5].

В таблице 1 приведены результаты сравнительного анализа технико-экономических показателей рассмотренных вариантов комбинаций аминового раствора в сравнении с фактическими параметрами установки.

Проведены исследования влияния расхода, фракционного состава поглотителя на эффективность извлечения кислых компонентов при использовании разных реагентов и построен график показывающий зависимость содержания Ы28 в товарном газе от изменений значений рассматриваемого параметра (расхода, концентрации амина в поглотителе, комбинирование различных поглотителей и соотношений их комбинаций) и выявлено наиболее целесообразное соотношение ДЭА и МДЭА в комбинации в изучаемом диапазоне его значений [6].

№ 12 (93)

A, UNI

те;

universum:

технические науки

декабрь, 2021 г.

МДЭА+ДЭА (17+15) МДЭА+ДЭА (10+15) МДЭА+ДЭА (15+10) МДЭА+ДЭА (20+5) МДЭА+ДЭА (15+15) МДЭА+ДЭА (20+10) МДЭА+ДЭА (10+20)

220 225 230 235 240 245 250 255

Расход раствора в абсорбере, т/час

260

265

270

Рисунок 1. Зависимость значения остаточного содержания Н28 от расхода и концентрации

подаваемого поглотителя и их комбинаций

Рассмотренные комбинации отличаются друг от друга [1]:

• степенью очистки от кислых компонентов;

• массовым расходом (необходимый массовый расход для достижения нормативных значений по качеству);

• объемом денежных расходов;

• размерами эксплуатационных издержек; Результаты проведенных сравнительных расчетов

по потреблению материальных ресурсов при применении различных комбинаций аминовых растворов представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнение расхода материальных ресурсов для очистки газа от кислых компонентов при применении разных комбинаций аминовых растворов

№ Соотношение реагентов Объем газа, 3 тыс. м / час Массовый расход аминового раствора, тонн Массовый расход циркули-руемой воды, тонн Массовый расход циркули-руемого ДЭА, тонн Массовый расход циркули руемого МДЭА, тонн Расходы на объем циркули-руемого ДЭА, тыс. долл. США Расходы на объем циркули-руемого МДЭА, тыс. долл. США Общая стоимость МДЭА+ ДЭА, тыс. долл. США

1 ДЭА (25%) (факт.) 340,0 255,0 85,00 0,00 151,30 0,00 151,30

2 МДЭА (5%) + ДЭА (20%) 305,0 228,8 61,00 15,25 108,58 29,74 138,32

3 МДЭА (10%) + ДЭА (15%) 258,0 193,5 38,70 25,80 68,89 50,31 119,20

4 МДЭА (10%) + ДЭА (20%) 257,5 180,3 51,50 25,75 91,67 50,21 141,88

5 МДЭА (15%) + ДЭА (15%) 252,2 176,5 37,83 37,83 67,34 73,77 141,11

6 МДЭА (15%) + ДЭА (10%) 250,0 251,0 188,3 25,10 37,64 44,68 73,40 118,08

7 МДЭА (17%) + ДЭА (15%) 249,0 169,3 37,35 42,33 66,48 82,54 149,03

8 МДЭА (20%) + ДЭА (10%) 245,0 171,5 24,50 49,00 43,61 95,55 139,16

9 МДЭА (20%) + ДЭА (5%) 236,4 177,3 11,82 47,28 21,04 92,20 113,24

10 МДЭА (25%) 181,5 136,1 0,00 45,37 0,00 88,47 88,47

11 МДЭА (30%) 155,6 108,9 0,00 46,66 0,00 90,99 90,99

№ 12 (93)

AunÎ

ж te;

universum:

технические науки

декабрь, 2021 г.

Продолжение таблицы 1

№ Соотношение реагентов Подпитка ДЭА, тонн/год Подпитка МДЭА, тонн/год Расходы на подпитку ДЭА, тыс. долл. США Общая стоимость ДЭА с учетом подпитки, тыс. долл. США Расходу на подпитку МДЭА, тыс. долл. США Общая стоимость МДЭА с учетом подпитки, тыс. долл. США Общая расходы на амин с учетом годового потребления, тыс. долл. США/год

1 ДЭА (25%) (факт.) 118,8 0,0 211,5 362,8 0,0 0,0 362,8

2 МДЭА (5%) + ДЭА (20%) 95,04 23,8 169,2 277,8 46,3 76,1 353,8

3 МДЭА (10%) + ДЭА (15%) 71,28 47,5 126,9 195,8 92,7 143,0 338,7

4 МДЭА (10%) + ДЭА (20%) 79,2 39,6 141,0 232,6 77,2 127,4 360,1

5 МДЭА (15%) + ДЭА (15%) 59,4 59,4 105,7 173,1 115,8 189,6 362,7

6 МДЭА (15%) + ДЭА (10%) 47,5 71,3 84,6 129,3 139,0 212,4 341,7

7 МДЭА (17%) + ДЭА (15%) 55,6875 63,1 99,1 165,6 123,1 205,6 371,2

8 МДЭА (20%) + ДЭА (10%) 39,6 79,2 70,5 114,1 154,4 250,0 364,1

9 МДЭА (20%) + ДЭА (5%) 23,76 95,0 42,3 63,3 185,3 277,5 340,9

10 МДЭА (25%) 0 118,8 0,0 0,0 231,7 320,1 320,1

11 МДЭА (30%) 0 118,8 0,0 0,0 231,7 322,6 322,6

Продолжение таблицы 1.

№ Соотношение реагентов Подпитка воды, тонн/час Расходы на воду в системе, тыс. долл. США/час Общее водопотреб-ление, тонн/год Расходы на воду, долл.США за тонн Расходы на воду для подпитки, тыс. долл. США/час Общие расходы на воду, тыс. долл. США/год Общие расходы на производства, тыс. долл. США/год

1 ДЭА (25%) (факт.) 2,70 0,033 21639 0,13 2,780 2,813 366

2 МДЭА (5%) + ДЭА (20%) 2,42 0,030 19411 0,13 2,494 2,523 356

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3 МДЭА (10%) + ДЭА (15%) 2,05 0,025 16420 0,13 2,109 2,135 341

4 МДЭА (10%) + ДЭА (20%) 1,91 0,023 15296 0,13 1,965 1,988 362

5 МДЭА (15%) + ДЭА (15%) 1,87 0,023 14981 0,13 1,925 1,948 365

6 МДЭА (15%) + ДЭА (10%) 1,99 0,024 15976 0,13 2,052 2,077 344

7 МДЭА (17%) + ДЭА (15%) 1,79 0,022 14368 0,13 1,846 1,868 373

8 МДЭА (20%) + ДЭА (10%) 1,82 0,022 14553 0,13 1,870 1,892 366

9 МДЭА (20%) + ДЭА (5%) 1,88 0,023 15045 0,13 1,933 1,956 343

10 МДЭА (25%) 1,44 0,018 11552 0,13 1,484 1,502 322

11 МДЭА (30%) 1,15 0,014 9245 0,13 1,188 1,202 324

Экономическая эффективность является одним из основных показателей любого производственного процесса. В связи, с чем при изменении технологических параметров процесса основное внимание уделяется на улучшение не только технологическую основу, но также на получение значительного экономического эффекта.

На основе полученных результатов расчетов технологического процесса был произведен принципиальный экономический расчет для определения и

обоснования экономической эффективности внедрения комбинированного раствора на основе МДЭА и ДЭА.

Основными статьями при экономических расчетах были приняты:

• потребление воды;

• потребление пара;

• потребление энергии;

• расход аминовых реагентов;

№ 12 (93)

universum:

технические науки

декабрь, 2021 г.

Для выполнения расчетов экономической эффективности за стоимостные значения были приняты фактические цены покупки ресурсов, осуществляемые со стороны производственного предприятия:

• стоимость МДЭА - 1950,0 долл.США/тонна;

• стоимость ДЭА - 1780,0 долл.США/тонна;

• стоимость воды - 0,13 долл.США/тонна;

• стоимость электроэнергии - 0,04 долл.США/kW;

• стоимость пара - 3,12 долл. США/тонна;

В таблицах 2 и 3 приведены сравнения технико-экономических показателей фактического и предлагаемых новых комбинаций аминового раствора.

Таблица 2.

Сравнение технико-экономических параметров процесса сероочистки при применении новых комбинаций поглотителей с фактическим поглотителем ДЭА

Наименование параметра Базовый вариант -ДЭА (25%) МДЭА (15%) + ДЭА (10%) МДЭА (10%) + ДЭА (15%)

Первичный расход реагентов

Расход раствора, тонн 340 251 258

МДЭА, тонн 0 37,64 25,8

ДЭА, тонн 85 25,1 38,7

Вода, тонн 255 188,26 193,5

Эксплуатационные расходы реагентов

Потребление энергии, кВт/ч 4240000 3144000 3224000

Потребление пара, тонн 361600 252000 264000

Потребление амина (подпитка) МДЭА/ДЭА, тонн/г -/118,8 71,3/47,5 47,5/71,3

Потребление воды (подпитка), тонн/г 21639 15976 16420

Денежные расходы на производства

Общие расходы на энергию, тыс. долл. США в год 169,6 125,7 128,9

Общие расходы на пар, тыс. долл. США в год 1128,2 786,2 823,7

Общие расходы на раствор (амин+вода), тыс. долл. США в год 366 344 341

Общая стоимость на производства, тыс. долл. США в год 1663,8 1256 1293,6

Разница в стоимости в год, тыс. долл. США - 407,8 370,2

Таблица 3.

Оценочная эксплуатационная эффективность от применения новых комбинаций аминового раствора

по сравнению с фактическим ДЭА

Наименование статьи расхода МДЭА (15%) + ДЭА (10%) МДЭА (10%) + ДЭА (15%)

Расход раствора 126,18 124,12

Вода 126,17 124,12

Общие расходы на производства 16,01 16,83

Потребление энергии 125,85 123,96

Потребление пара |30,31 126,99

Результаты произведенных расчетов и выведенный сравнительный анализ демонстрируют, значительную положительную тенденцию достигаемой энерго-экономической эффективности по каждой статье расходов от внедрения новых комбинаций в производственный процесс по сравнению с фактическими эксплуатационными статьями расходов.

Также исходя из полученных результатов можно сделать вывод о том, что применение новых комбинированных поглотителей позволит: снизить потери абсорбента, связанные с уносом вместе с газами в процессе, эксплуатация существующих мощностей установки в условиях изменения параметров сырья без проведения модернизации, что в совокупности

№ 12 (93)

AunÎ 1Ш. te;

universum:

технические науки

декабрь, 2021 г.

предопределяет целесообразность с экономической точки зрения внедрения предлагаемых решений.

Дополнительным экономическим эффектом от применения предлагаемого комбинированного раствора амина можно считать увеличение активного объема очищенного газа на выходе из установки, за счет оптимальной степени очистки по СО2 до нормативного требования. Так как в настоящее время на ГС Шуртан за счет использования раствора ДЭА который имеет большей селективностью очистки СО2, достигается глубина очистки более 65% от исходного содержания в составе сырого газа (2,53% СО2 в сыром газе, 0,9% СО2 в очищенном газе). При этом глубина очистки превышает необходимый уровень почти 2 раза, что приводит к потере ценного объема товарного газа.

Выводы

Результаты произведенных расчетов с целью определения возможностей применения новых комбинированных растворов амина для очистки газа с

превышенным содержанием кислых компонентов по сравнению с проектными значениями, показали, что внедрение в производственный процесс предлагаемых решений даст значительную экономическую эффективность и позволит сократить расходы на энергообеспечение процесса за счет снижения потребления энергоресурсов и основных реагентов.

Исходя из выявленных зависимостей было определено, что применение раствора ДЭА 15% + МДЭА 10% взамен существующему ДЭА 25% позволит улучшить эффективность всего процесса и снизить энергоёмкость установки при эксплуатации.

Также установлено что при применении нового комбинированного абсорбента возможно достичь экономическую выгоду ориентировочно 3,0 млрд. сум в год, что окажет существенное влияние на финансово-экономическое состояние производственного предприятия.

Список литературы:

1. Исмоилов Ф.С. Исследование вопросов повышения эффективности процесса очистки природного газа от кислых компонентов с применением комбинированного раствора амина: магистерская диссертация -Ташкент, 2019 год.

2. Исмоилов Ф.С., Рахаталиев А.М., Рахмонов А.А., Абдурахимов М.А., Оптимизация технико-экономических показателей процесса аминовой сероочистки с применением новых комбинаций растворов// Вторые международные Косыгинские чтения: Энергоресурсоэффективные экологически безопасные технологии и оборудование: межд. науч-тех симп. (Москва, 29 октября - 1 ноября 2019). Москва, 2019. - Т. 2 С. 229-232.

3. Технологический регламент на эксплуатацию установки аминовой сероочистки - 2 (АСО - 2) TR 17076527-05.

4. O'z DSt 948:2016 Газы горючие природные, подаваемые в магистральные газопроводы и транспортируемые по ним. Технические условия, 2016. - 5 с.

5. O'z O'U 408:2008 Методика выполнения измерений массовой доли диоксида углерода в насыщенных и регенерированных растворов амина методом ацидиметрического титрования.

6. Oi L.E. Optimization of configurations for amine based CO2 absorption using Aspen HYSYS, L.E. Oi, T. Brathen, C. Berg, S.K. Brekne, M. Flatin, Energy Procedia. 2014, No 51. pp. 224-233.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.