Применение технологий пертракции и капиллярной конденсации на микропористых мембранах для комплексной подготовки нефтяного газа

UDK: 622.276.8:665.622
DOI: 10.24887/0028-2448-2018-11-51-57
Ключевые слова: нефтяной газ, пертракция, капиллярная конденсация, микропористые мембраны, сероводород, меркаптаны
Авторы: Д.И. Петухов (Фонд «НИР»; МГУ имени М.В. Ломоносова), А.А. Поярков (Фонд «НИР»; МГУ имени М.В. Ломоносова), Ар.А. Елисеев (Фонд «НИР»; МГУ имени М.В. Ломоносова), А.В. Синюков (АО «Нефтегорский ГПЗ»), К.А. Шишканов (АО «Нефтегорский ГПЗ»), Е.С. Пятков (ПАО «НК «Роснефть»), А.А. Елисеев (Фонд «НИР»; МГУ имени М.В. Ломоносова)

В рамках инновационной деятельности ПАО «НК «Роснефть»  реализуется целевой инновационный проект по разработке технологии подготовки природного и нефтяного газа с использованием оборудования на основе микропористых мембран. В статье описаны результаты промысловых испытаний опытной установки мембранной подготовки нефтяного газа проектной производительностью 10 м3/ч на базе предприятий АО «Нефтегорский ГПЗ». Опытная установка включала блок пертракции с мембранным контактором на половолоконных мембранах на основе полипропилена с размером пор 100×500 нм и использованием 20 % раствора моноэтаноламина в качестве абсорбента и блок капиллярной конденсации на нанопористых мембранах с диаметром пор селективного слоя менее 10 нм. Работа проводилась в два этапа: на низкосернистом нефтяном газе и на высокосернистом сырье. На первом этапе в качестве сырья использовался газ II ступени сепарации с объемным содержанием фракции C3+ 24,1 %, CO2 - 0,21 %, сероводорода - 24,1 мг/м3, меркаптановой серы - 49,3 мг/м3 при давлении 0,7 МПа. На втором этапе сырьем являлся газ III ступени сепарации с объемным содержанием фракции C3+ 51,2 %, CO2 - 0,87 %, сероводорода - 23 г/м3 (соответствует объемному содержанию H2S 1,95 %), меркаптановой серы - более 100 мг/м3 при давлении 0,43 МПа. В ходе экспериментов на первом этапе содержание сероводорода и меркаптановой серы удалось снизить до остаточных концентраций соответственно менее 1 мг/м3 и 9,5 мг/м3, уменьшить температуру точки росы подготовленного газа до -37 °С по воде и до -36 °С по углеводородам при производительности 12,5 м3/ч. Показана возможность увеличения производительности опытной установки до 40 м3/ч без существенного ухудшения характеристик подготовленного газа. В ходе экспериментов на втором этапе на блоке петракции содержание сероводорода и углекислого газа было снижено до остаточных концентраций соответственно менее 1 мг/м3 и 0,02 %. Последовательное включение блока капиллярной конденсации позволило подготовить нефтяной газ III ступени по показателям содержания меркаптановой серы менее 5 мг/м3, и температурам точки росы по воде и углеводородам -31°С при потоке сырьевого газа 10,2 м3/ч. Потери метана и этана при очистке составили соответственно менее 5 и 7 % исходного содержания в газах II и III ступеней сепарации. Полученные результаты промышленных испытаний подтвердили, что технологии пертракции и капиллярной конденсации могут быть использованы для подготовки природного и нефтяного газа перед транспортировкой и поставкой потребителю в соответствии с требованиями СТО Газпром 089-2010.

Список литературы

1. Kohl A.L., Nielsen R. Gas Purification. – Houston, Texas: Gulf Publishing Company, 1997. – 900 p.

2. Применение мембранной технологии разделения газов для подготовки газа в ООО «РН-Краснодарнефтегаз» / Ф.А. Бочков, А.Н. Белошапка, В.В. Рыбин [и др.]// Нефтяное хозяйство. – 2010. – № 8. –  С. 66-68.

3. Supersonic separation in onshore natural gas dew point plant / P.B. Machado, J.G.M. Monteiro, J.L. Medeiros [et al.] // Journal of Natural Gas Science and Engineering. – 2012. – V. 6. – P. 43-49.

4. Yu C.H., Huang C.H., Tan C.S. A review of CO2 capture by absorption and adsorption // Aerosol and Air Quality Research.  – 2012. – V. 12. – P. 745–769.

5. Baker R.W., Lokhandwala K. Natural Gas Processing with Membranes: An Overview // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2008. – V. 47. –  P. 2109-2121.

6. Enhanced gas separation factors of microporous polymer constrained in the channels of anodic alumina membranes / E. Chernova, D. Petukhov, O. Boytsova [et al.] // Scientific reports. – 2016. – V. 6. – art. 31183.

7. Solntsev K.A., Eliseev A.A. Experimental and Theoretical Study of Enhanced Vapor Transport through Nanochannels of Anodic Alumina Membranes in a Capillary Condensation Regime / D.I. Petukhov, M.V. Berekchiian, E.S. Pyatkov [et al.] // Journal of Phiysical Chemistry C. 26-5-2016. – V. 120. – N. 20. – P. 10982-10990.

8. Удаление тяжелых углеводородов из нефтяного газа с использованием капиллярной конденсации на микропористых мембранах / Д.И. Петухов, А.В. Лукашин, А.А. Елисеев [и др.] // Научно- технический вестник ОАО «НК» Роснефть». – 2015. – № 4. – С. 27-31.

9. Подготовка нефтяного газа с использованием капиллярной конденсации в порах асимметричных мембран анодного оксида алюминия / Е.С. Пятков, В.Н. Суртаев, Д.И. Петухов [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2016. – № 5. – С. 82-85.

10. Очистка нефтяных газов от кислых компонентов с использованием метода пертракции на микропористых мембранах / Д.И. Петухов, А.А.  Поярков, Е.А. Чернова [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2016. – № 11. – С. 55-58.

11. Klaassen R., Feron P.H.M., Jansen A.E. Membrane contactors in industrial applications // Chemical Engineering Research & Design. – 2005. – V. 83. –  P. 234-246.

12. Пат. № 2596257 РФ. Способ фракционирования смесей низкомолекулярных углеводородов с использованием капиллярной конденсации на микропористых мембранах / А.А. Елисеев, Д.И. Петухов, А.А. Елисеев, В.А. Броцман, А.В. Лукашин; заявитель и патентообладатель ПАО «НК «Роснефть». – № 2015116152; заявл. 29.04.15; опубл. 10.09.16.

13. Пат. № 2626645 РФ. Способ извлечения компонентов из природных и технологических газовых смесей пертракцией на нанопористых мембранах / А.А. Елисеев, Ар.А. Елисеев, Д.И. Петухов, А.А. Поярков, А.В. Лукашин, Е.А. Чернова, Е.С. Пятков; заявитель и патентообладатель ПАО «НК «Роснефть». – № 2016140487; заявл. 14.10.16; опубл. 31.07.17.


Внимание!
Купить полный текст статьи (формат - PDF) могут только авторизованные посетители сайта.

Библиометрия за 2016 год

SCOPUS
SNIP: 0,573
SJR: 0,205
РИНЦ
Двухлетний импакт-фактор: 0,629
Пятилетний импакт-фактор: 0,471
Показатель в рейтинге SCIENCE INDEX: 0,431
Место в рейтинге SCIENCE INDEX: 1178