Пречистване и подготовка на природния газ

Методи за отстраняване на механичните и химичните примеси

Природният газ, добиван от газовите находища или в качеството си на съпътстващ компонент на залежите от нефт, има сложен състав. Негови основни компоненти са въглеводороди като CH4, C2H6, C3H8, I-C4H10, N-C5H12, I-C5H12, сероводород H2S, въглероден диоксид CO2, кислород O2, азот N2. Освен тях, в природния газ се съдържат още твърди частици като пясък, водни пари и други примеси. От всички тези вещества, влизащи в състава на природния газ, ценни за потребителите са само въглеводородите. Това са компонентите, които намират приложение в промишлеността и бита. Останалите вещества, съдържащи се в природния газ, се отстраняват посредством различни методи.

Механичните примеси

Наличието на твърди частици в състава на транспортирания газ създава сериозна опасност от повреди на контактуващото с газа оборудване, поради по-бързото износване. Твърдите частици могат да предизвикат запушване или повреди в газопроводната арматура и контролно-измервателните уреди. От друга страна, отлагането им върху определени участъци от газопровода води до намаляване на неговото сечение. Твърдите частици в газа могат да бъдат с различен източник. Те могат да попаднат в газа при неговото извличане от находището, от строителството на газовата мрежа и магистралните газопроводи, да са продукт от корозия и ерозия на вътрешните повърхности на газопровода и т. н. Наличието на твърди частици над определените норми може за много кратък период от време значително да намали коефициента на полезно действие на газопроводите и дори да доведе до нарушаване на работоспособността им.

Към механичните примеси се отнасят и течните примеси като кондензат и вода. Течните примеси обикновено се отлагат в ниските участъци на тръбопровода, което води до намаляване на площта на неговото напречно сечение. Наличието на течни примеси в газа също така създава реална опасност от възникване на корозия в тръбопровода, арматурата и уредите. При определени условия, наличието на влага в газопровода води до образуването на хидрати, които се отлагат под формата на твърди кристали. С течение на времето това може да доведе до пълно запушване на тръбопровода.

Отстраняване на механичните примеси

За отстраняване на механичните примеси от природния газ, обикновено се използват апарати, които според принципа си на действие се подразделят на апарати, работещи на принципа на сухо отделяне на твърдите частици, и на такива, работещи на принципа на мокрото отделяне на твърдите частици. Използват се също и различни конструкции филтри.

При апаратите, работещи на принципа на сухо отделяне на механичните примеси, отделянето на частиците протича основно с използването на гравитационните и инерционните сили. Сред най-широко използваните са апаратите, в които отлагането на твърдите или течни частици протича следствие от рязката промяна в направлението и скоростта на газовия поток. Към тези апарати се причисляват различни конструкции прахоуловители, циклони и др. Принципно, тези апарати се използват основно за улавяне на сравнително големи частици, като предпочитани са циклоните, тъй като се счита, че с тях се постига по-добра ефективност. В циклоните улавянето на частиците е под действието на центробежни сили, възникващи в резултат на спирално-постъпателното движение на газовия поток. Принципно, циклоните биват противотокови и правотокови. При противотоковите циклони отделянето на праховите частици е под действието на инерционните сили, възникващи при промяната на посоката на движение на потока на 180°. Различават се няколко основни конструкции в зависимост от начина на подаване на газовия поток в циклонния апарат. Принципът им на действие е следният: при постъпване на газовата смес в циклона, праховите частици под действието на центробежните сили се придвижват към стената на циклона. Постепенно, заедно с част от газовете, попадат в бункера на циклона. Там, под действието на възникващите в следствие на промяната на посоката на движение на газовете в противоположна посока инерционни сили, праховите частици се отделят, а освободените от праха газове се връщат в циклона през централната част на прахоотвеждащия отвор.

За ефективността на циклоните от съществено значение се оказват размерите на бункера, диаметърът на циклона и скоростта на газовия поток.

Правотоковите циклони или т. нар. вихрови прахоуловители се характеризират със сравнително малки размери и големи количества обработвани газови дебити. Скоростта на газовия поток в тези апарати е по-висока, поради което се наблюдава вторично увличане на частици, в следствие на отскачането им от стените на циклона и повторното им попадане в основния газов поток.

В практиката се използват различни модификации на правотокови циклони.

Принципът на работа на апаратите с мокро прахоулавяне се основава на контакт на газовия поток с течност, обикновено вода. В повечето случаи се използва оборотна вода - течността, заедно с шлама от съоръжението, се отвежда в утаител за очистване и повторно използване; при наличието на ценни вещества в шлама, той се обезводнява. Методът се използва за улавяне на нискодисперсен прах и мъгла.

Особено ефективен за мокро очистване се явява скруберът на Вентури. При този тип апарати течността се подава в гърловината на вентуриевата тръба през дюза, разположена над гърловината или нормално на оста на тръбата в самата гърловина. Благодарение на високата скорост на газовия поток, подадената течност се пулверизира. За постигане на по-фино разпръскване се препоръчва използването на пневматичен тип дюзи, но използването им води и до по-високи енергийни разходи в сравнение с механичните дюзи.

Ефективността на вентуриевите скрубери зависи от скоростта на газовия поток, размера на частиците и размера на капките. Повишаване на ефективността на скруберите на Вентури може да се постигне посредством увеличаване на: количеството диспергирана течност, относителната скорост на газовия поток, размера на частиците и намаляване размера на капките.

Предотвратяване образуването на хидрати

Хидратите са кристални вещества, образувани при свързване на молекули на въглеводороди и вода. Натрупването им в газопровода може да предизвика частичното или пълното му запушване, нарушавайки нормалната му работа. Поради това, определянето на мястото на образуване на хидрати е от особена важност за безпроблемното функциониране на газопровода. Тъй като условията за образуването на хидрати в газопровода са свързани с определено налягане и температура и насищане на газа с водни пари, е необходимо да се знаят съставът и началната влажност на газа, а така също неговото налягане и температура в газопровода. При понижаване на налягането в газопровода, хидрати могат да се образуват при по-ниски температури. Когато налягането се понижи под определен предел, хидрати могат да се образуват при обичайната температура на газа в газопровода. Мерките, които се предприема за предотвратяване на образуването на хидрати, са свързани с предварително подгряване на газа, което за газа, транспортиран по магистралните газопроводи, се счита за не особено ефективно. Поради това този метод се прилага предимно в газоразпределителните станции, където при големи падове на налягането, следствие от дроселирането, температурата на газа може значително да се понижи. Друг метод за предотвратяване образуването на хидрати е посредством намаляване на налягането, което за магистрални газопроводи също се счита за не особено ефективно. Този метод може да се използва при аварийни ситуации за разрушаване на хидратите чрез кратковременно намаляване на налягането. Въвеждането на инхибитори в газовия поток е друг метод, използван за предотвратяване на образуването на хидрати.

При големи обеми на транспортирания газ, за ефективен и икономически целесъобразен метод се счита изсушаването на газа чрез абсорбция, адсорбция или охлаждане на газовия поток.

Отстраняване на сероводорода и въглеродния диоксид

Сред различните примеси в природния газ, като най-опасни се определят сероводородът и въглеродният диоксид. Сероводородът е сред често срещаните примеси. Дори в неголеми концентрации той може да причини активна корозия на метала. По своя химичен състав той представлява горим газ с неприятна миризма, лесно разтворим във вода. Както самия газ, така и продуктите на неговото горене се явяват силно отровни. Също така те предизвикват корозия на стоманени тръби и резервоари, което може да стане причина за утечки и аварии. Наличието на сероводород в газа ускорява процесът на образуване на хидрати. Въглеродният диоксид се явява нежелан примес основно поради факта, че той намалява калоричността на газа.

За пречистването на газа от сероводорода и въглеродния диоксид основно се използват два технологични процеса - абсорбция на течности и адсорбция на твърди вещества. В първия случай сероводородът преминава от газова в течна фаза и се разтваря в абсорбираща течност. Във втория случай, сероводородът се извлича от газа чрез концентрирането му на повърхността на твърдо вещество, и по този начин се отстранява от газа. В качеството на адсорбент се използват предимно активен въглен или железен окис. С помощта на тези мерки съдържанието на въглероден диоксид и сероводород се свежда до желаните нива.