Установка стабилизации газового кондесата Сургутского ЗСК и возможности ее модернизации

Терзич Э.С.; Елпидинский А.А.

УДК 665.625.6

Э. С. Терзич, А. А. Елпидинский

УСТАНОВКА СТАБИЛИЗАЦИИ ГАЗОВОГО КОНДЕСАТА СУРГУТСКОГО ЗСК И ВОЗМОЖНОСТИ ЕЕ МОДЕРНИЗАЦИИ

Ключевые слова: газ, конденсат, бензин, стабилизация, ректификация, колонна.

Освещены основные преимущества использования газового конденсата для производства моторных топлив, по сравнению с традиционной нефтью. Дана краткая характеристика технологическому процессу, включая специфику действующей установки стабилизации газового конденсата, описана технологическая схема, проведен обзор наиболее реализуемых и перспективных вариантов модернизации установки.

Keywords: gas condensate, stable condensate, stabilization, modernization.

A brief the main advantages of using gas condensate for the production motor fuels in comparison with traditional oil. A brief description of the technological process, including the specific features of the operating gas condensate stabilization unit, described the technological scheme, the overview of the most implementable and perspective options of modernization of installation.

Введение

Актуальность переработки газового конденсата на сегодняшний день заключается в значительно более лёгкой его, по сравнению со традиционным нефтяным сырьём, переработки и превращением в моторные топлива. Во-первых, газовый конденсат содержит в значительно меньших количествах вредные и опасные вещества, как для здоровья, так и для технологического процесса, по сравнению с традиционной нефтью. Например, практически отсутствуют серо- и азотсодержащие соединения, которые губительны как для жизни и здоровья человека, так и для каталитических процессов нефтепереработки: каталитического риформинга, гидроочистки, изомеризации и т.п. [1]. Во-вторых, газовый конденсат в значительной мере требует меньших финансовых вложений для его добычи, нежели нефть, которую с каждым годом добывать становится все труднее. Нет необходимости строить цеха отстойников и электродегидраторов, что бы избавиться от воды, добытой вместе с нефтью, что также существенно сказывается на себестоимости готового продукта, произведённого из газового конденсата [2].

В данной статье рассматривается установка стабилизации газового конденсата УСК-1 Сургутского ЗСК. Установка была спроектирована АО «ВНИИНЕФТЕМАШ» в 1976 году. В дальнейшем в связи с увеличением поступающего на переработку газового конденсата были построены и введены в эксплуатацию ещё 2 установки по стабилизации конденсата - УСК-2 и УСК-3, в результате чего общий объем поступающего на стабилизацию конденсата достиг 14 млн тонн в год. Продукт установки -стабильный конденсат - направляется на установку моторных топлив (УМТ), где он в результате ректификации разделяется на бензиновую, керосиновую, дизельную фракции и мазут, а остаточное количество стабильного конденсата направляется на смешение с добытой в западносибирских месторождениях нефтью. Полученные бензиновая, керосиновая и дизельная фракции далее направляются на гидроочистку, после чего

бензиновая фракция идёт на риформинг, а керосиновая и дизельная на депарафинизацию.

Краткая характеристика технологической схемы

Установка состоит из 5 параллельно работающих технологических ниток, а производительность всей установки составляет 6,5 млн.тонн/год [3]. В состав блока стабилизации входят: блок нагрева сырья в кожухотрубчатых теплообменниках, блок аппаратов воздушного охлаждения, блок ректификации, блок печей и блок насосов (рис. 1).

Рис. 1 - Технологическая схема УСК-1

Сырьё (нестабильный конденсат), поступая с Ново-Уренгойского месторождения и пройдя коллектор, направляется в резервуарный парк УСК-1, из которого сырьевыми насосами откачивается на установку. Далее сырьё нагревается до 180 0С, проходя три последовательных кожухотрубчатых

теплообменника, после чего направляется в колонну ректификации. Верхний продукт колонны, охлаждаясь, проходит блок аппаратов воздушного охлаждения, после чего поступает в ёмкость орошения. Газовая часть, образующаяся в результате конденсации, имеет два пути: она может направляться на сжигание в факельную

сеть, либо при нехватке топливного газа направляться, для поддержания температуры, в трубчатые печи. Жидкая часть из ёмкости откачивается насосом, часть возвращается в колонну, для создания флегмы, а балансовое количество направляется в парк ШФЛУ-1, после которого будет добавлено в товарный бензин, в качестве легколетучего компонента. Для поддержания температуры низа колонны создаётся горячая струя. Часть кубового продукта насосом направляется в трубчатую цилиндрическую печь, после которой стабильный конденсат с температурой 220 0С возвращается под первую тарелку колонны.

Модернизация установки

В результате изучения периодической научной и патентной литературы были предложены следующие возможности модернизации установки с учетом существующей технологии и получаемых продуктов.

1) На данный момент сырьё перед входом в колонну проходит три последовательных кожухотрубчатых теплообменника. Одним из очевидных вариантов усовершенствования работы данной установки является замена двух теплообменников данного типа на один спиральный (рис. 2) [4].

Рис. 2 - Схема теплообмена в спиральном теплообменнике

Принимая такое решение, мы исходили из того, что спиральный теплообменник более лёгок в обслуживании, а коэффициент теплопроводности у него выше, чем у кожухотрубчатого. Данное решение позволит, во-первых: сэкономить на обслуживании теплообменных аппаратов, во-вторых: исходя из того, что с недавнего времени в конденсат поступающий с месторождений добавляют нефть, сырьё поступающее на установку утяжелилось, отсюда возникла необходимость поднять температуру сырья перед входом в колонну стабилизации. Поднятие температуры сырья до необходимого значения позволит интенсифицировать тепло- и массообменные процессы, что улучшит качество продукта (стабильного конденсата) [5].

2) Улучшение системы автоматизации. На данный момент система автоматизации на действующей установке сильно устарела, показания с датчиков, установленных в поле воспринимаются вторичными самопишущими приборами, которые выводят данные не на монитор компьютера, а представляют на графиках в виде кривых линий.

На НПЗ западных стран эффективно прорабатывают возможности улучшение

автоматизации, что позволяет использовать контактные устройства с меньшим КПД, но при этом не пренебрегая качеством. Данные приборы обладают высокой скоростью обработки и передачи данных, что позволяет оперативно, в случае необходимости, принимать решения об изменении параметров процесса.

Отдельные возможности модернизации установки мы связываем с использованием сбросного газа. Варианты следующие:

3) Реализация процесса когенерации на установке посредством установки газовой турбины, топливом для которой может служить сбросной газ (газ, образующийся в результате конденсации дистиллята в ёмкости орошения). На данный момент установкой производится порядка 553201,773 тн/год сбросного газа, большая часть которого сжигается на факеле и лишь незначительная часть используется как топливо для печей. Нами предложена газовая турбина марки CAPSTONE C1000, производящая 1000 кВт/ч с расходом топливного газа на номинальном режиме 1800 кг/ч. Рассчитано, что данная газовая турбина при средней цене электричества 2,17 рублей за кВт создаст экономию в 17 967 600 рублей в год. Таким образом при цене данной турбины в 30 млн.руб. она выйдет на самоокупаемость уже на второй год.

Также появляется возможность полезного использования образующихся в турбине дымовых газов, которые могут направляться в конвекционную зону печей, что приведёт к снижению потребления топливного газа, который закупается у сторонней организации [6].

4) Использование дымовых газов, образующихся в результате сгорания топливного газа в печах. Данный вид тепловой энергии можно использовать для нагрева топливного газа в котле-утилизаторе, что по существу является теплообменником. В трубное пространство котла направляется топливный газ, а в межтрубное -дымовой. В результате предварительного нагрева топливный газ лучше распыляется через форсунки горелок печей, что ведёт к лучшему смесеобразованию с воздухом. Таким образом топливный газ сгорает полностью, что ведёт к более экономичному его использованию.

5) Одним из основных путей модернизации установки мы считаем использование возможности дополнительного производства таких товарных продуктов как этановая фракция марки «А», а также пропан-бутановой фракции (пропан-бутан технический). Сырьём для получения данных продуктов будет являться сбросной газ, который состоит в основном из пропана - 50 %, бутана - 30 %, этана - 18 % и метана - 2 % (% масс.). Товарный этан согласно ТУ 0272-02200151638-99 должен на 97 % состоять из этана. Пропан-бутановая фракция должна включать не менее 96 % выше указанных компонентов. Достижения данной степени чистоты мы предлагаем добиться по средством использования мембранных технологий.

Данная технология базируется на разделении смеси газов посредством мембран. Современные достижения науки позволили перейти от простых по структуре мембран (плоские, плёночные) к более совершенным волокнистым. На сегодняшний день самые эффективные мембраны имеют половолоконную структуру, основу которой составляют полимерные волокна, с последующим нанесённым на них слоем газоразделения. Структура полимерных волокон ассиметрична, по мере приближения к границе мембраны её плотность возрастает. Такая сложная структура позволяет применять мембраны в системах с высоким избыточным давлением (до 65 кгс/см2).

Граничный слой газоразделения имеет толщину 1 мкм, благодаря чему обеспечивается необходимая удельная проницаемость газов. Современные достижения в области разработок полимеров и наноматериалов позволяют разрабатывать мембраны с высокой избирательной способностью, что в свою очередь позволяет добиваться высокой частоты продукта. Производимые сегодня так называемые мембранные модули состоят из мембранного картриджа и корпуса (рисунок 3). Плотность загрузки модуля достигает значений 4000-4500 м2 волокна на 1 м3 объёма картриджа, что позволяет значительно снизить размеры модуля.

Рис. 3 - Мембранный модуль

Данный модуль имеет три патрубка: один для входа исходной разделяемой смеси, два других - для выхода разделённых компонентов. Разделение становится возможным за счёт возникновения на границе мембранного волокна разности парциальных давлений на внешней и внутренней его поверхностях. Так называемые «быстрые» газы проходят сквозь полимерную мембрану, после чего попадают в полимерные волокна, откуда удаляются через выходной патрубок. «Медленные» газы, проходящие

через мембрану, удаляются через второй выходной патрубок [7].

Мы считаем, что для достижения необходимой частоты необходимо двухступенчатое разделение, при котором на первом этапе будет выделяться самый «быстрый» метан, который после направится в топливную сеть, на втором этапе будет выделен этан, в результате чего мы получим два готовых товарных продукта: этановую и пропан-бутановую фракции, имеющих необходимую частоту.

После выделения необходимых фракций их необходимо перевести в жидкое состояние, для более удобной транспортировки. Данное решение будет осуществляться за счёт сжатия газа в турбодетандерах.

Предполагаемым потребителям данной продукции может стать ПАО «Казаньоргсинтез», направляющий данное сырьё на установки пиролиза. Предполагаемым способом доставки может стать перевозка железнодорожным транспортом в ж/д цистернах для сжиженного газа.

Внедрение мембранных технологий позволяет выделить товарные этан (29740 т/год) и пропан-бутановую (391500 т/год) фракции. Реализация данных товаров с учетом текущих цен позволит выручать до 2 млрд.рублей в год. Внедрение данного проекта требует финансовых вложений в размере 1 млрд.руб.

Литература

1. ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».

2. В.Е. Емельянов, И.Ф. Крылов, Автомобильный бензин и другие виды топлива. Свойства, ассортимент и применение. Астрель ACT Профиздат, Москва, 2005, 207 с.

3. http://www.pererabotka.gazprom.ru.

4. Мадышев И.Н., Дмитриева О.С., Дмитриев А.В., Николаев А.Н., Исследование гидродинамики массообменных аппаратов со струйно-барботажными контактными устройствами / Вестник технологического университета. - 2015. - Т. 15, .№ 16. - С. 34-38.

5. Дмитриев А.В., Мадышев И.Н., Разработка новых видов контактных устройств для интенсификации тепломассообмена и повышения энергосбережения / Вестник Казанского технологического университета. 2015, Т.18, №.8, С.110-112.

6. http://www.capstoneturbine.com

7. http://www.grasys.ru

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Терзич Э.С., Елпидинский А.А.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Терзич Э.С., Елпидинский А.А.

Текст научной работы на тему «Установка стабилизации газового кондесата Сургутского ЗСК и возможности ее модернизации»