Разработка способов снижения содержания асфальтосмолистых и парафиновых отложений при переработке газа и газовых конденсатов

Актуальность проблемы Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение (ОНГКМ), на базе которого был создан Оренбургский газохимический комплекс, вступило в заключительную стадию разработки, в связи с этим особой остротой встают проблемы, вызванные значительным снижением объемов добычи газового конденсата и соответствующим снижением загрузки Оренбургского газоперерабатывающего завода (ОГПЗ). Эти обстоятельства привели к необходимости поддержания сырьевой базы ОГПЗ за счет разработки и эксплуатации новых месторождений, в том числе и нефтяных, а также за счет углеводородных потоков Карачага-накского нефтегазоконденсатного месторождения (КНГКМ) — отличающихся повышенным содержанием тяжелых углеводородов и кислых компонентов. Переход ОГПЗ, спроектированного и оснащенного оборудованием для переработки природного газа и газовых конденсатов, на переработку сырья со значительным содержанием высокомолекулярных парафинов и смол, выявил ряд проблем, наиболее актуальной из которых является образование асфальтосмолистых и парафиновых отложений (АСПО) и механических примесей в технологическом оборудовании, что «осложняет ведение технологического процесса переработки углеводородного сырья:. о.*.'.

Поэтому разработка эффективных методов борьбы с АСПО является первоочередной задачей для ОГПЗ.

Цели"работы — изучение причин, механизма образования АСПО и механических примесей в технологическом оборудовании при переработке газа и газовых конденсатов и разработка эффективных методов борьбы с отложениями.

Для достижения указанной цели были поставлены и решались следующие научные задачи: определение физико-химических свойств сырья, смоделированного в соответствии с фактическими и прогнозируемыми потоками жидких углеводородов, поступающих на переработку, установление природы, и изучение механизма образования АСПО на ОГПЗпоиск эффективных методов борьбы с АСПО и проведение опытно-промышленных испытаний разработанных методов борьбы с АСПО и выдача рекомендаций по их применению на ОГПЗ.

Научная новизна исследований.

Установлено, что в основе механизма образования компонентов АСПО в технологическом оборудовании ОГПЗ лежит абсорбционно-окислительный процесс. Выявлена конденсация (утяжеление) абсорбированных углеводородов в алканола-миновых растворах и их накопление в процессе эксплуатации абсорбента. Накопление утяжеленных углеводородов совместно с продуктами окисления абсорбента в растворе алканоламинов достигает 15% масс.

Получена зависимость изменения концентрации оседающей смоло-асфальтеновой взвеси в системе стабильного конденсата от времени, на основе которой установлен период наиболее интенсивного осадкообразования. Выявлено, что образование донных осадков — результат параллельно протекающих процессов накопления и межмолекулярных взаимодействий осадкообразующих компонентов.

Разработана рецептура эффективного композиционного растворителя АСПО на базе прямогонной фракции 150 — 200 °C, содержащая углеводороды (алканы, арены) С9 -Сю с добавкой реагента на основе ПАВ. Добавка реагента в количестве 20% масс, повышает эффективность прямогонной фракции 150−200 °С на Ю-%.

На защиту выносятся:

1 Экспериментально — теоретические результаты исследований состава и механизма образования АСПО в технологическом оборудовании ОГПЗ;

2 Экспериментально — аналитическое обоснование условий применения углеводородных растворителей и реагентов на основе ПАВ дляудаления АСПО, образующихся из перерабатываемого сырья ОГПЗ;

3 Разработанная технология удаления АСПО из межтрубного пространства теплообменника «амин-амин» установки сероочистки газа.

Практическая значимость исследований.

Проведены опытно-промышленные испытания предлагаемой трехступенчатой технологии удаления АСПО из теплообменника установки сероочистки газа с применением реагента СНПХ 7890, свидетельствующие о преимуществах данной технологии с применением реагентов на основе ПАВ по сравнению с существующей одноступенчатой технологией на ОГПЗ с использованием водного раствора Na3P04 .

Получены положительные результаты использования в промышленных масштабах разработанного композиционного растворителя на основе прямогонной фракции 150 — 200 °C — собственной продукции ОГПЗ.

Рекомендована для предупреждения АСПО минимально допустимая температура хранения стабильного конденсата + 7 °C ОГПЗ при его существующих физико-химических свойствах.

По результатам изученного механизма и причин образования' АСПО в технологическом оборудовании ОГПЗ разработаны и выданы рекомендации по технической модернизации оборудованиясистемы сепарации поступающего газа, узла теплообмена и хранения аминовых растворов установки сероочистки газа, исключающие окислительные процессы и абсорбцию тяжелых углеводородов.

Апробация результатов исследований.

Основные результаты диссертационной работы были изложены: на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Новые промышленные технологии» (г. Оренбург, 2001) — конференциипосвященной 45-летию Север-НИПИгаз (г. Ухта, 2005) — конференции молодых руководителей и специалистов ООО «Оренбурггазпром» «Улучшение качества добываемого сырья, углубление переработки газа, жидких углеводородов и расширение ассортимента выпускаемой ликвидной дорогостоящей продукции как фактор экономической стабильности ОГХК» (г. Оренбург, 2006) — 7- й Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, 2007), международной научно — технической конференции «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (г. Оренбург, 2007).

Структура и объем работы.

По материалам диссертационной работы опубликовано 14 работ. Диссертационная работа изложена на 130 страницах печатного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 138 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов, и приложения, включает 40 рисунков и 22' таблицы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1 Установлено, что* количество и интенсивность отложений возрастает по мере увеличения. в сырьевых потоках доли тяжелых нефтеконденсатных смесей ОНГКМ и КНГКМподключаемых в проектное сырье для решения проблемы загрузки завода, и несущих в своем составе тяжелые асфальтосмолопарафины и минеральные примеси, способствующие осадкообразованию.

2 Выявлено, что узлами технологического оборудования наиболее интенсивного образования АСПО являются, входные сепараторы на сырьевых потоках, теплообменники «амин-амин» установки сероочистки газа и резервуары хранения стабильного конденсата ОГПЗ.

3 Получена* зависимость изменения* концентрации оседающей смоло-асфальтеновой взвеси в системе стабильного конденсата от времени, на основе которой установлен период наиболее интенсивного-осадкообразования. Выявлено, что образование донных осадков — результат параллельно протекающих процессов образования, накопления и межмолекулярных взаимодействий осадкообразующих компонентов в застойной зоне резервуара. Рекомендована-минимально допустимая температура хранения стабильного конденсата при существующих его физико-химических свойствах — (+) 7 °C, ниже которого интенсифицируются процесс образования АСПО.

4 Установлено, что основой механизма образования компонентов АСПО в технологическом оборудовании ОГПЗ’является абсорбционно-окислительный процесс. Выявлена конденсация (утяжеление) абсорбированных углеводородов в алканоламиновых растворах и их накопление в процессе эксплуатации абсорбента. Накопление утяжеленных углеводородов совместно с продуктами окисления абсорбента в растворе алканоламинов достигает 15% масс.

5 Доказано, что сложный состав АСПО из оборудования ОГПЗ состоящий из 40−99% органических и 1−60% масс, неорганических компонентов, для удаления" требуют применения многофункциональных композиционных реагентов, интенсифицирующие их диспергирование, разрушая структурообразующие системы, состоящие из асфальтенов, смол, минеральных солей.

6 Рекомендована в качестве растворителя АСПО парафинового типа прямогонная фракция? 150 — 200 °C — собственный продукт ОГПЗ, полученный при стабилизации нефтеконденсатной смеси и разработана рецептура эффективного композиционного растворителя АСПО на базе прямогонной фракции 150 — 200 °C, содержащая углеводороды (алканы, арены) С9 -С10 с добавкой реагента на основе ПАВ. Добавка реагента в количестве 20% масс, повышает эффективность прямогонной фракции 150−200 °С на 10%.

7 Разработана трехстадийная технология очистки межтрубного пространства теплообменника «амин-амин» с использованием в качестве растворителей водных растворов реагентов на основе ПАВ. Технология испытана в промышленных масштабах. По сравнению с традиционный технологией на основе водного раствора тринатрийфосфата предлагаемый способ позволяет увеличить теплообмен на 15 °C, а время простоя установки уменьшить с 96 до 72 часов.

8 Разработаны и рекомендованы мероприятия по предотвращению и удалению АСПО: внедрение системы создания избыточных давлений в промежуточных емкостях хранения алканоламинов или создания в них «инертной подушки» для исключения попадания кислорода как окисляющего агента в раствор абсорбента и усовершенствование блока сепарации природного газа с внедрением узлов промывки сырого газа для улавливания примесей тяжелых углеводородов.