Gazownictwo
Wykład 5:
Wykład 5:
- Osuszanie gazu ziemnego.
ii
- Oczyszczania g g
ygazu ziemnego
ze składników kwaśnych.
- Usuwanie rtęci i jej związków.
Usuwanie rtęci i jej związków.
System wydobycia przeróbki, przesyłu
System wydobycia, przeróbki przesyłu
i dystrybucji gazu ziemnego
1  odwiert gazowy
2  zakład przeróbki gazu
2 zakład przeróbki gazu
3  podziemny zbiornik gazu
4  stacja sprężarek
5  magistrala wysokiego ciśnienia
gy g
6  stacja redukcyjno-pomiarowa
7  sieć rozdzielcza średniego
i niskiego ciśnienia
8  indywidualne przyłacze gazowe
9  zawór bezpieczeństwa
Osuszanie gazu ziemnego
Osuszanie gazu ziemnego
Osuszanie gazu ziemnego to proces usuwania pary wodnej (oraz kropel wody)
ze strumienia gazu ziemnego wydobywanego ze złoża tak aby temperatura
ze strumienia gazu ziemnego wydobywanego ze złoża, tak aby temperatura
punktu rosy byÅ‚a niższa o 5°ðC od najniższej spodziewanej temperatury
w gazociągu lub instalacji przeróbki gazu ziemnego.
Celem osuszania gazu ziemnego jest:
1. Wyeliminowaniu zagrożenia zmniejszania się przepustowości gazociągów
poprzez:
- wyeliminowanie zjawiska wydzielania siÄ™ skroplin wody,
- wyeliminowanie zjawiska tworzenia się hydratów węglowodorów
(CnH2n+2 + H2O + wysokie ciśnienie + niska temperatura),
2. Ograniczanie korozji gazociągów,
3. Ograniczanie zakłóceń pracy urządzeń do pomiaru strumienia przepływu gazu,
g p y Ä… pp p y g
4. Ograniczanie zakłóceń pracy stacji redukcyjnych (stacji redukcji ciśnienia).
Podstawowe metody
Podstawowe metody
osuszania gazu ziemnego
Zakresy stosowania wybranych metod
Zakresy stosowania wybranych metod
osuszania gazu ziemnego
Absorpcyjne osuszanie gazu ziemnego
Absorpcyjne osuszanie gazu ziemnego
w roztworach etylenoglikoli
Absorpcyjne osuszanie gazu ziemnego w roztworach etylenoglikoli jest
najbardziej rozpowszechnioną metodą osuszania gazu ziemnego. Umożliwa
ona osuszenie gazu ziemnego do temperatury punktu rosy -30°ðC. Metoda ta
jest najczęściej stosowana do osuszania gazu przed transportem gazociągami
j j jg pg
p g
gdzie wymagana temperatura punktu rosy wynosi od -15 do -25°ðC,
Najczęściej stosowane etylenoglikole to:
DEG  glikol dietylenowy (HO-CH -CH -O-CH -CH -OH)
DEG  glikol dietylenowy (HO-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH)
(wzór sumaryczny: C4H10O3)
TEG  glikol trietylenowy (HO-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH)
( ó C H O )
(wzór sumaryczny: C6H14O4)
Absorpcyjne osuszanie gazu ziemnego
Absorpcyjne osuszanie gazu ziemnego
w roztworach etylenoglikoli
Zalety absorpcyjnego osuszania gazu ziemnego w roztworach
etylenoglikoli:
etylenoglikoli:
- duża skuteczność osuszania,
- łatwa dostępność glikoli,
łatwa dostępność glikoli,
- niskie ciśnienie par nasyconych glikoli,
- słaba rozpuszczalność w węglowodorach C4+
Wady metody:
- wysoka toksyczność glikoli,
wysoka toksyczność glikoli
- wysokie stężenia glikoli
(98% dla temperatura punktu rosy -25%)
( % p p y %)
(99,5% dla temperatura punktu rosy -40%)
Instalacja absorpcyjnego osuszania gazu
Instalacja absorpcyjnego osuszania gazu
ziemnego w roztworze DEG
Adsorpcyjne osuszanie gazu ziemnego
Adsorpcyjne osuszanie gazu ziemnego umożliwia osuszanie do temp. punktu
rosy poniżej 40 °C Metoda ta czÄ™sto konieczna jest przed skraplaniem gazu
rosy poniżej -40 C. Metoda ta często konieczna jest przed skraplaniem gazu
ziemnego.
Najczęściej stosowane adsorbenty to:
- żel krzemionkowy (silikażel) SiO2
żel krzemionkowy (silikażel) SiO
- sita molekularne
(krystaliczne glikokrzemiany, tzw. zeolity)
- tlenek glinu Al2O3
tl k li Al O
Zalety metody:
- bardzo wysoka skuteczność osuszania,
bardzo wysoka skuteczność osuszania
- odporność adsorbentów na tzw. starzenie się,
- brak oddziaływania toksycznego i korozyjnego,
Wd d
Wady metody:
- wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne.
Instalacja adsorpcyjnego
Instalacja adsorpcyjnego
osuszania gazu ziemnego
Trzy podstawowe stadia
procesu osuszania adsorpcyjnego:
procesu osuszania adsorpcyjnego:
- adsorpcja (12-24 h) - 2a,
- regeneracja adsorbentu
w temp. 250-350°ðC (4-6 h) - 2c,
- ochładzanie adsorbentu (1-2 h) - 2b.
Proces niskotemperaturowego osuszania
Proces niskotemperaturowego osuszania
gazu ziemnego przez rozprężanie
Proces niskotemperaturowego osuszania
Proces niskotemperaturowego osuszania
z ochładzaniem czynnikiem chłodniczym
Wielokanałowe wymienniki ciepła
Składniki gazu ziemnego
Gaz ziemny wydobyty ze złoża
Składniki
Składniki
Zanieczyszczenia
Składniki
węglowodorowe
mechaniczne
niewęglowodorowe
Metan CH4
Pył
Para wodna H2O
Etan C2H6
6
Ziarna piasku
Ziarna piasku
Propan C3H8
Siarkowodór H2S
Butan C4H10
Dwutlenek węgla CO2
Pentan C5H12
Węglowodory C +
Węglowodory C6+
Rtęć (i jej związki) Hg
Azot N2
Hel He
Metody usuwania siarkowodoru i
Metody usuwania siarkowodoru i
dwutlenku węgla z gazu ziemnego
Metody usuwania siarkowodoru
i dwutlenku węgla z gazów ziemnych
M t d k
Metody mokre
Metody suche
Absorpcja Adsorpcja
Absorpcja
z reakcjÄ…
bez reakcji
chemicznÄ…
chemicznÄ…
chemicznej
h i j
Dopuszczalna zawartość związków siarki w gazie ziemnym
dostarczanym odbiorcom z sieci rozdzielczej (wg. PN-C-04753:2002):
- siarkowodór 7 mg/Nm3
- siarka merkaptanowa 16 mg/Nm3
- siarka całkowita 40 mg/Nm3
Metody absorpcyjne z reakcjÄ…
Metody absorpcyjne z reakcjÄ…
chemicznÄ… (metody mokre)
Metody absorpcyjne z reakcją chemiczną polegają na pochłanianiu H2S i/lub CO2
w ciekłych absorbentach selektywnych.
yy y
Stosowane są one gdy stężenie H2S w gazie ziemnym jest duże
(nawet rzędu 20-40 g/m3). Metody te są powszechnie stosowane.
Przykładowe absorbenty:
- wodne roztwory amin (zwiÄ…zki organiczne zawierajÄ…ce
grupÄ™ aminowÄ…  NH2):
MEA  monoetanoloamina,
DEA  dietanoloamina,
TEA  trietanoloamina,
- wodne, gorące, aktywowane roztwory węglanu potasu.
d k l
Metody absorpcyjne bez reakcji
Metody absorpcyjne bez reakcji
chemicznej ( metody mokre)
Metody absorpcyjne bez reakcji chemicznej polegają na pochłanianiu H2S i/lub
CO2 w ciekłych rozpuszczalnikach organicznych.
Są one stosowane gdy stężenie składników kwaśnych jest duże, a gaz znajduje
się pod dużym ciśnieniem. Metody te są mniej rozpowszechnione niż metody
absorpcyjne z reakcjÄ… chemicznÄ….
Przykładowe rozpuszczalniki:
- N-metylopirolidon,
- węglan propylenu,
węglan propylenu
- fosforan tri-n-butylowy.
Metody adsorpcyjne (suche)
Metody adsorpcyje (tzw. metody suche) polegają na pochłanianiu H2S i/lub CO2
w złożach adsorbentu.
Mogą być one stosowane gdy stężenie H2S w gazie ziemnym nie jest duże,
tzn. mniejsze od 7,5 g/m3 (czasami granicÄ… jest 12 g/m3).
Przykładowe adsorbenty:
- węgiel aktywny (utlenianie H2S),
- tlenek żelaza III Fe2O3 (utlenianie H2S),
- sita molekularne,
it l k l
- aktywny tlenek cynku.
Usuwanie siarkowodoru i dwutlenku węgla metodą
Usuwanie siarkowodoru i dwutlenku węgla metodą
absorpcyjnÄ… z reakcjÄ… chemicznÄ…. Proces MEA (15-30%
wodny roztwór monoetanoloaminy)
Gdy temperatura reakcji jest równa bądz
niższa od 50°ðC
2HO C2H4 NH2 + H2S => (HO C2H4 NH3)2 S
2HO C2H4 NH2 + CO2 => (HO C2H4 NH3)2 CO3
Gd t t k ji j t k i 110 130°ðC
Gdy temperatura reakcji jest w zakresie 110  130°ðC
2HO C2H4 NH2 + H2S <= (HO C2H4 NH3)2 S
2HO C2H4 NH2 + CO2 <= (HO C2H4 NH3)2 CO3
Składniki gazu ziemnego
Gaz ziemny wydobyty ze złoża
Składniki
Składniki
Zanieczyszczenia
Składniki
węglowodorowe
mechaniczne
niewęglowodorowe
Metan CH4
Pył
Para wodna H2O
Etan C2H6
6
Ziarna piasku
Ziarna piasku
Propan C3H8
Siarkowodór H2S
Butan C4H10
Dwutlenek węgla CO2
Pentan C5H12
Węglowodory C +
Węglowodory C6+
Rtęć (i jej związki) Hg
Azot N2
Hel He
Hel He
Oczyszczanie gazu ziemnego
Oczyszczanie gazu ziemnego
z rtęci i jej związków
Rtęć oraz jej związki w gazie ziemnym mogą występować w postaci:
- par,
- cieczy (czysta rtęć, amalgamaty ciekłe),
cieczy (czysta rtęć amalgamaty ciekłe)
- ciała stałego (amalgamaty stałe).
Proces usuwania rtęci jest konieczny ze względu na:
Proces usuwania rtęci jest konieczny ze względu na:
- toksyczne oddziaływanie rtęci na zdrowie ludzkie,
- ograniczanie korozji rtęciowej (powstawanie amalgamatów).
Dopuszczalna zawartość rtęci w gazie ziemnym dostarczanym odbiorcom
z sieci rozdzielczej (wg. PN-C-04753:2002): nie wiÄ™ksza niż 30 mðg/Nm3
Podstawowe metody oczyszczania gazu ziemnego z rtęci:
" Usuwanie rtęci i jej związków podczas wstępnej separacji kondensatu,
" Wydzielanie kropel na specjalistycznych filtrach (wykonanych
z hydrofobowych włókien szklanych),
" Sorpcja par rtęci na sorbencie węglowym (obciążonym siarką).