Влияние повышенных требований к степени извлечения гелия из природного газа на капитальные и эксплуатационные характеристики двухступенчатых мембранных установок

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрены последствия повышенных требований к степени извлечения гелия из гелийсодержащего природного газа на эффективность работы двухступенчатых мембранных установок на примере газа, близкого по составу к Ковыктинскому месторождению. При увеличении степени извлечения гелия ≥ 95%, наблюдается несоразмерный рост капитальных и эксплуатационных затрат. При этом ощутимо растут потери метана в составе “гелиевого концентрата”. Дополнительно, показана зависимость соотношения перепада давления в газоразделительных мембранах на эффективность работы мембранной установки, которая так же влияет на капитальные и эксплуатационные затраты. При малом влиянии нелинейных эффектов рекомендовано использовать в проникших через мембраны потоках (пермеате) давление 0.11–0.15 МПа абс. Рабочее давление в напорных каналах мембранных элементов фиксировалось на уровне в 10.0 МПа абс. Применение на второй ступени мембранной установки двух последовательных стадий газоразделения с разным использованием двух пермеатных потоков является более эффективным технологическим решением по основным характеристикам, чем с одностадийным мембранным блоком.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. И. Соломахин

ООО “ЭйПиАй-Технолоджи”

Автор, ответственный за переписку.
Email: svi@api-tech.ru
Россия, Москва, Научный пр., 17, п. 1, офис 14-4, 117246

Список литературы

  1. Якуцени В.П. Сырьевая база гелия в мире и перспективы развития гелиевой промышленности // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2009 (4). С.1–24.
  2. Голубева И.А., Настин А.Н., Соломахин В.И., Павловский В.В. Гелий в России сегодня: проблемы и пути решения // Газовая промышленность. 2021. № 4 (815). С. 70–78.
  3. Голубева И.А., Настин А.Н., Соломахин В.И., Павловский В.В. Мембранные технологии извлечения гелия из природных газов, перспективы развития Российской гелиевой промышленности // Газовая промышленность. 2021. № 5 (816). С. 20–26.
  4. Дытнерский Ю.И., Брыков В.П., Каграманов Г.Г. Мембранное разделение газов. М.: Химия, 1991. C. 344
  5. Richard W. Baker. Membrane technology and applications. Wiley; 3rd edition, 2012 – 590 p.
  6. US Patent 3 324 626 A. Grant 1967/06/13, Priority 1964/12/03. T. Dresser and al. Process for recovery of Helium.
  7. Соломахин В.И. Технологический способ оптимизации интегрального ресурсо- и энергосберегающего фактора в задаче мембранного извлечения гелия из подготовленного природного газа высокого давления // Мембраны и мембранные технологии. 2019. Т. 9. № 1. С. 38–46. doi: 10.1134/S2218117218060081.
  8. Патент № 145348 Российская Федерация, МПК B01D 63/00 (2006.01), B01D 53/22 (2006.01). Установка мембранного разделения газовой смеси высокого давления: № 2014122480/05: заявл. 04.06.2014 г.: опубл. 20.09.2014 г. / Соломахин В.И.; заявитель ДОАО ЦКБН ОАО “Газпром”.
  9. Лагунцов Н.И., Курчатов И.М., Карасева М.Д., Соломахин В.И. Оценка эффективности применения мембранных технологий для извлечения гелия из природного газа при повышенных давлениях // Мембраны и мембранные технологии. 2014. Т. 4. №4, С. 272-279. https://doi.org/10.1134/S2218117214040051
  10. Каграманов Г.Г., Гуркин В.Н., Фарносова Е.Н. Влияние растворимости газов на эффективность мембранных процессов, на примере разделения смесей Не/СН4 и СО2/СН4 // Мембраны и мембранные технологии. 2020. Т. 10. № 4, С. 249–256. https://doi.org/10.1134/S2218117220040069
  11. Патент № 114423 Российская Федерация, МПК B01D 53/00 (2006.01), B01D 63/02 (2006.01). Установка очистки природного газа высокого давления от гелия: № 2011145825/05: заявл.11.11.2011г.: опубл. 27.03.2012г. / Гулянский М.А., Докучаев Н.Л., Котенко А.А. и др.; заявители: ЗАО “Грасис”, ООО “Газпром развитие”.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Принципиальная двухступенчатая схема мембранного извлечения гелия и его концентрирования в соответствии с российским патентом [8], где 1 – трубопровод для подачи ГПГ при рабочем давлении, удовлетворяющий ТУ СТО Газпром 089-2010 и, прошедший тщательную фильтрацию от механических примесей; 2 – одностадийный мембранный блок МБ-1 из параллельно работающих МЭ; 3 – трубопровод отвода ретентата от МБ-1 с малым остаточным содержанием гелия; 4 – трубопровод пермеата низкого давления от МБ-1 с извлеченными газами; 5 – трубопровод для отвода объединенных двух газовых потоков (3 и 13) при рабочем давлении (от первой и второй ступеней) и с малым остаточным содержанием гелия как один из конечных результатов мембранного газоразделения – Продукт 1; 6 – трубопровод подачи газа на вход КС-1, после объединения двух пермеатных потоков низкого давления от МБ-1 и от МБ-3 с целью их сжатия до рабочего давления; 7 – многоступенчатая компрессорная станция КС-1 со вспомогательным оборудованием; 8 – трубопровод отвода сжатого потока газа из КС-1 для последующего газоразделения; 9 – одностадийный мембранный блок МБ-2 для реализации первой стадии газоразделения на второй ступени мембранной установки; 10 – трубопровод отвода ретентата от МБ-2 и его подачи в МБ-3 для последующей стадии газоразделения в составе второй ступени; 11 – трубопровод отвода пермеата от МБ-2 для формирования Продукта 2, который можно условно назвать “гелиевым концентратом”; 12 – одностадийный мембранный блок МБ-3 для реализации финальной стадии газоразделения для достижения требуемых итоговых результатов от второй ступени; 13 – трубопровод отвода ретентата от МБ-3 с малым остаточным содержанием гелия с его концентрацией, как и в ретентате от МБ-1 для объединения этих двух потоков; 14 – трубопровод отвода циркулирующего пермеата низкого давления от МБ-3 для последующей подачи совместно с пермеатом от МБ-1 на вход КС-1; 15 – многоступенчатая компрессорная станция КС-2 с целью восстановления начального рабочего давления у пермеатного потока от МБ-2 для корректной оценки суммарной удельной энергоемкости всех процессов в двухступенчатой мембранной установке; 16 – трубопровод отвода гелиевого концентрата с рабочим давлением, как второго конечного продукта – Продукт 2 для принятия решения по его дальнейшему использованию.

Скачать (182KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Наиболее характерные зависимости последствий повышенных требований к степени извлечения гелия для МБ-1 на первой ступени установки, где а) график снижения концентрации извлеченного гелия в потоке пермеата МБ-1 за счет увеличения доли проникшего/потерянного метана при требовании увеличить степень извлечения гелия более 90% и, тем более, при требовании – более 95%; б) графики относительных показателей (нормировано на значения при 85% степени извлечения гелия) в увеличении расхода пермеата МБ-1 и в увеличении капитальных вложений по требуемому количеству МЭ.

Скачать (199KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Графики зависимостей от изменений соотношений давлений на МЭ в составе МБ-1 при обеспечении одинаковой степени извлечения гелия в 90%, где а) график снижения концентрации извлеченного гелия в потоке пермеата МБ-1 за счет увеличения доли проникшего/потерянного метана; б) графики относительных показателей (нормировано на значения при давлении пермеата 0.15 МПа абс.) по влиянию на величину доли пермеата θ1 и по аналогичным изменениям капитальных вложений в количество МЭ для МБ-1.

Скачать (211KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Принципиальная двухступенчатая схема мембранного извлечения гелия и его концентрирования с “усеченным” исполнением второй ступени [11].

Скачать (190KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024