Как гликоли снижают риски ЧП на газопроводах
Из природного газа перед транспортировкой по трубам удаляют воду. Распространенная технология осушки – абсорбция. Благодаря своим физическим свойствам лучшими абсорбентами (поглотителями) воды выступают этиленгликоли.
Зачем газу нужна осушка?
Природный газ сразу после добычи малопригоден для транспортировки и переработки – в нем слишком много воды. Влага в виде пара или капель опасна для газопроводных систем и другого технологического оборудования тем, что провоцирует коррозию металлических сплавов. Кроме того, при минусовых температурах намерзший лед способен повредить трубы изнутри.
Присутствие воды в газотранспортных системах чревато и образованием гидратов – соединений органических и неорганических компонентов газа и молекул воды, которые внешне напоминают снегообразную массу. Гидраты на стенках трубопроводов приводят к уменьшению внутреннего сечения и даже к полной закупорке труб. Также гидраты способны нарушить нормальную работу клапанов, регулирующих давление в газопроводах.
О влагосодержании природного газа судят по его точке росы. Это температура, ниже которой водяной пар конденсируется, то есть выпадает из газа в виде капель (росы). В России зимой принято значение точки росы – минус 20 ᵒС, летом – минус 14 ᵒС.
Осушка (удаление воды) – обязательная часть подготовки газа к транспортировке и переработке. Осушка газа снижает риски аварий на газопроводных системах. Процесс осушки применим и к природному, и к попутному нефтяному газу (ПНГ).
Об отрасли переработки газа в России мы рассказали в этой статье. Как утилизируют и во что перерабатывают ПНГ, читайте здесь.
Этиленгликоли как абсорбенты влаги
Абсорбция – процесс впитывания одного вещества другим. Осушка с помощью абсорбции – распространенный технологический процесс при подготовке газа к транспортировке.
В роли веществ-абсорбентов, поглощающих воду из газа, с 30-х годов прошлого века используют растворы диэтиленгликоля (ДЭГ) и триэтиленгликоля (ТЭГ). Абсорбенты для осушки газа должны иметь следующие свойства:
- Высокая взаиморастворимость с водой.
- Низкая вязкость при температуре абсорбции.
- Стабильность при регенерации.
- Низкая коррозионная способность.
- Небольшое пенообразование.
ДЭГ и ТЭГ обладают этими свойствами. Это вещества с повышенной гигроскопичностью, то есть способностью впитывать водяные пары. Применение моноэтиленгликоля (МЭГ, наиболее распространенный гликолевый продукт) при осушке газа менее востребовано из-за его летучести и повышенного расхода сравнительно с ДЭГ и ТЭГ.
В ТЭГ растворимость газа на 30 % выше, чем в ДЭГ. Последний также меньше вспенивается, это считается преимуществом перед ТЭГ. Но высокой степени осушки природного газа достигают и при использовании ТЭГ.
Для осушки используют разные модели специальных установок, этапы работы которых, несмотря на все вариации, можно описать следующим образом:
- Газ поступает в нижнюю часть установки. С верхней части навстречу движется раствор абсорбента.
- Насыщенный влагой осушитель идет в сепаратор, где из него удаляется поглощенный внутри установки газ.
- Подогрев и регенерация гликолей, выделение ими поглощенной влаги.
- Повторение цикла.
Процент регенерации ТЭГ доходит до 98, а ДЭГ – до 96. При этом эффективность восстановления этиленгликолей зависит от глубины степени осушки. Чем выше концентрация вещества, тем глубже степень осушки.
О том, как получают ДЭГ и ТЭГ и где их еще применяют, у нас есть отдельный материал. Гид по производителям этиленгликолей в России разместили здесь.
Другие способы осушки. Адсорбция
Адсорбция – еще одна распространенная технология осушки газа. Она основана на способности твердых материалов притягивать и удерживать молекулы, с которыми они взаимодействуют.
Соответственно, суть адсорбционной осушки газа состоит в поглощении порами твердых поглотителей молекул воды. Процесс проходит в специальных установках с неподвижным слоем адсорбента. Наиболее эффективными адсорбентами считают:
- Силикагели.
- Алюмосиликагели.
- Активированный оксид алюминия.
- Цеолиты.
- Бокситы.
Силикагель – самый распространенный адсорбент для осушки газа. Это высушенный гель кремниевой кислоты. Благодаря впитывающей способности его используют для защиты от влаги при хранении оборудования, кожаных изделий, продуктов питания.
Чтобы уменьшить сопротивление движению газа, адсорбенты выпускают в виде гранул. На первом этапе осушки газ проходит через сепаратор, где идет отделение примесей и капельной влаги. Затем газ поступает в аппарат с адсорбентом, где происходит основное поглощением влаги из газа. Далее осушенный газ поступает в газопровод.
Существуют и другие способы осушки газа. В их числе:
- Впрыск ингибиторов гидратообразования.
- Использование мембран на основе эластомеров или специальных полимеров.
- Применение гигроскопичных солей.
По разным причинам эти методы не получили такого широкого распространения, как абсорбция или адсорбция. Например, применение ингибиторов (веществ, подавляющих течение физико-химических процессов) связано с их большим расходом. Ингибиторами обычно выступают гликоли или метанол.
О том, почему рынок метанола в России в 2023-м переживает не лучшие времена, мы рассказали в этом материале.
Какой способ лучше?
У гликолевой абсорбции и адсорбции с помощью гранулированных веществ есть свои плюсы и минусы. При более качественной осушке адсорбцией, в числе главных недостатков этой технологии называют:
- Большие затраты при строительстве установок осушки высокой производительности.
- Высокий расход адсорбента.
- Большую энергоемкость.
Среди ключевых преимуществ абсорбции, помимо низких эксплуатационных затрат и простой технологической схемы, эксперты выделяют возможность осушки газов с высоким содержанием веществ, разрушающих твердые поглотители.
Экономичность работы установок абсорбционной осушки зависит от потерь гликолевых жидкостей, которые связаны с разложением и окислением при регенерации, испарением в потоке газа, уносом с конденсатом воды и ее парами.
На практике газовые компании часто сочетают использование абсорбентов и адсорбентов для осушки. Например, в «Газпром трансгаз Ставрополь» при отборе из подземного хранилища производится осушка газа с помощью жидкого абсорбента – ДЭГ. Также на предприятии применяют и адсорбцию с поглощением влаги твердым гранулированным веществом – цеолитом. Его используют в блоках подготовки импульсного газа на компрессорных станциях.
В России и за рубежом часто применяют комбинированную осушку газа – вначале жидким поглотителем, а затем твердым адсорбентом. Для лучшего удаления воды, как правило, используют адсорбционную технологию. Разнообразные установки осушки работают на сборных коллекторах, магистральных газопроводах и газоперерабатывающих заводах.
