Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
Использование мембран для выделения CO2 из углеводородных газов было бы невозможным без разработки мембранных материалов с соответствующими селективностью и производительностью. Промышленные образцы таких мембран были созданы в США к концу шестидесятых годов. В настоящее время на рынке технологий в области выделения CO2 ведущее место занимают мембраны с характеристиками, представленными в табл. 4.100, составленной по материалам [159, 85, 88].
Следует отметить, что лидирующее положение занимают фирмы США, причем большая часть продаж осуществляется в США и экономически развитых странах [159]. Большая часть предложений на рынке мембран для выделения CO2 приходится на спиральные мембранные аппараты с плоскими асиммет-
490
Таблица 4.100
Характеристика мебран1
Параметры Ацетат целлюлозы Ацетат целлюлозы Полисульфон с ПСН покрытием
Тип Плоская асиммет- Асимметричное Композиционное
ричная полое волокно полое волокно
CO2 123 30 29,2
H2S 204 51 -
CH4 4,3 0,94 1,8
С2НЬ 2,1 0,47 -
N2 4 0,9 5,2
Тип мембранной Спиральные Половолоконные Половолоконные
аппаратуры
Компания постав- 1, 2, 4, 5 3, 5 6
щик мембранной
аппаратуры2
1 Производительность Q = 10 м3/м2с-МПа.
2 1. A/G Technology.
2. Air Products (Separex).
3. Cynara (Dow Chemical).
4. Grace Membrane Systems.
5. International Permeation. <
6. Monsanto.
ричными мембранами на основе ацетатов целлюлозы (в отличие от рынка мембран для выделения водорода, где лидирующее положение занимают половолоконные технологии на основе полисульфоновых композиционных мембран фирмы "Monsanto", мембран на основе полиимида фирмы "UBE Industries" и полиакриламида "Medal" фирмы "L'Air Liquid").
Технологии мембранного выделения диоксида углерода из природных и попутных нефтяных газов можно классифицировать следующим образом:
1. Собственно мембранные процессы, позволяющие непосредственно на мембранных установках получать концентрированный поток CO2 и природный газ необходимых потребительских качеств. Как правило, основой такого технологического решения являются мембранные каскады с двумя - тремя ступенями. Во всех случаях газ перед подачей на мембраны подвергается тщательной подготовке, включающей сепарацию конденсирующихся углеводородов, отделение механических примесей и осушку газа, так как наличие капельной влаги (даже если не учитывать химическую стойкость мембраны) приводит к резкому снижению эффективности массообмена. Что касается ацетатцеллюлозных мембран, то капельная влага разрушает массообменный слой. Принципиальная схема организации такого технологического процесса для переработки нефтяного и природного газа с получением CO2 для закачки и
32* 491
товарного газа изображено на рис. 4.117, а [88]. Технология разработана фирмой "Grace System". Число ступеней мембранного разделения и схема каскада может изменяться в зависимости от содержания CO2 в пластовой смеси.
2. Комбинированные технологии, включающие мембранную ступень или каскад для концентрирования CO2 и абсорбционную установку для получения газа с заданными потребительскими качествами. В такой технологии могут быть использованы процессы хемосорбции (поглощение CO2 растворами аминов), физической сорбции (поглощение CO2 растворами органических растворителей диметиловым эфиром полиэтиленгли-коля - процесс "Selexol", н-метилпирролидоном - процесс "Purisol", метанолом - процесс "Rectisol" и др. [156, 153]. Принципиальная схема мембранно-абсорбционной технологии изображена на рис. 4.117, 6.
Другим вариантом комбинированного процесса с использованием мембран является метод "Fluor" усовершенствования процесса "Rian Holms" - экстрактивной криогенной ректификации, используемом для выделения CO2 из природного и нефтяного газа.
В процессе "Rian-Holms" [155] деметанизация природного газа на уровне давлений 3-5 МПа реализуется в присутствии CO2, причем для подавления вымерзания CO2 деметанизатор и колонна выделения CO2 промываются смесью сжиженных углеводородов. По методу "Fluor" (схема процесса представлена на рис. 4.118) вместо процесса аминовой абсорбции для выделения CO2 из смеси сжиженных углеводородов и этана используется мембранная установка [164].
Следует отметить, что процесс мембранного выделения CO2 организован таким образом, чтобы эффективность его была максимальной. В случае выделения CO2 из азеотропной смеси с этаном селективность ацетатцеллюлозной мембраны достигает 44-52 против 22-26 при концентрировании CO2 из исходной смеси. Использование такой технологии вместо традиционного процесса "Rian-Holms" - экстрактивной дистилляции -абсорбции - позволяет снизить капитальные вложения на 25 и эксплуатационные расходы на 20 % [161].
Представляет интерес технология, разработанная "Delta Engineering" в режиме увеличения нефтеотдачи путем закачки CO2 [128, 154]. Мембранная установка "Delsep" представляет каскад из двух ступеней. Принципиальная схема технологического процесса представлена на рис. 4.119.
С целью более полного извлечения углеводородной компоненты и повышения концентрации CO2 в потоке для закачки
