Установка по переработке сероводород-содержащего попутного нефтяного газа

Опубликовано: 30.09.2018

Установка подготовки ПНГ Грасис

ОАО «Волжский дизель» в настоящее время отработана и реализована Установка по переработке сероводород-содержащего попутного нефтяного газа (ПНГ) с выработкой электроэнергии и тепла. В качестве электрогенерирующего агрегата используется газопоршневой двигатель-генератор ГДГ 100 серийно выпускаемый нашим заводом. Система газоподготовки выполнена ОАО «ВНИИУС» на базе недорогого типового отечественного оборудования и использует доступные реагенты, выпускаемые несколькими химическими предприятиями России. Опытная эксплуатация установки, проведенная на базе нефтедобывающей компании «Троицкнефть» в Татарстане, показала ее бесперебойную работу с заявляемыми характеристиками при использовании в качестве топлива попутного нефтяного газа с массовой концентрацией сероводорода до 4%.

Техническое описание и характеристики используемого

Газопоршневой двигатель-генератор ГДГ 100 предназначен для выработки электроэнергии, используя в качестве топлива попутный нефтяной газ с низким содержанием метана (30% ивыше) и низким давлением перед двигателем (0,03 МПа и выше). Двигатель-генератор ГДГ 100 изготовлен на базе рядного двигателя имеющего шесть цилиндров диаметром 210 мм, ходом поршня 210 мм и 1000 об/мин вращения коленчатого вала. Низкие обороты коленчатого вала двигателя увеличивают его ресурс работы до капитального ремонта. ГДГ 100 способен вырабатывать до 500 кВт электроэнергии и 500 кВт тепловой энергии (от утилизатора выхлопных газов и первого контура охлаждения двигателя) в зависимости от состава попутного газа. Уменьшение калорийности используемого газа приводит к снижению выходной мощности газопоршневого двигатель-генератора. Так при содержании в попутном газе метана в районе 30% ГДГ 100 вырабатывает 380 кВт электроэнергии.

Аналогичные ГДГ импортного производства на таком составе газа либо не работают совсем, либо вырабатывают в два раза меньшую мощность по причине возникновения детонации и высоких температур выхлопных газов.

В ГДГ 100 нашего производства детонация отсутствует в связи с наличием в конструкции запатентованных форкамер, способных поджигать бедные смеси, при сгорании которых не возможна детонация и высокая температура сгорания. В конструкции двигатель также применена оригинальная система охлаждения камеры сгорания, что позволяет снизить температуру выхлопных газов до 480ОС (у импорных аналогов 680ОС) и тем самым повышает ресурс выхлопных клапанов. Для обеспечения повышенного ресурса выхлопных клапанов, в конструкции крышки цилиндров установлен немецкий механизм их поворота.

Для снижения расхода масла в двигателе используются немецкие азотированные втулки цилиндров с антинагарными кольцами в верхней части и немецкие поршневые кольца Гётце Верке. Благодаря этому удалось достигнуть расхода масла на угар 1 литр в сутки.

Для стабильного процесса сгорания газа на двигателе установлена мощная высоконадёжная система зажигания и свечи американской фирмы Альтроник.

Стабильность частоты вращения на двигателе обеспечивает установленный электронный регулятор скорости и смеситель газа немецкой фирмы Хайнцманн.

Высокое качество электроэнергии достигается применением генераторов таких мировых производителей, как Лерой Соммер или Стамфорд.

Дополнительной опцией к агрегату может быть поставлена отечественная система утилизации тепла выхлопных газов и воды первого контура охлаждения двигателя.

Газовый двигатель работает на дешевом отечественном масле М16 Г2ЦС, либо другом (с вязкостью 15W40 и выше) и не требует специальных масел для газовых двигателей. Масло меняется не чаще, чем через 1500 моточасов.

В систему охлаждения допускается заливать обычную умягчённую воду.

Агрегат допускает мгновенный наброс нагрузки до 30% с нуля и в дальнейшем оставшиеся 70%. Электрический шкаф управления имеет все необходимые защиты и возможность работы с электрическими сетями.

Агрегат имеет массу 8500 кг, длину 4м, ширину 1,5м, высоту 2м.

В комплекте поставки включены все необходимые комплектующие для работы (радиатор, высокоэффективный глушитель выхлопа, шкаф управления и т.д.)

ГДГ 100 может поставляться в блок-контейнерном исполнении с общей массой в зависимости от комплектации до 22 тонн.

На протяжении всей истории завода всего было выпущено более 10 000 дизелей на базе которых изготовлен ГДГ 100, которые были установлены на маневровых тепловозах и силовых агрегатах буровых установок.

В России и странах СНГ развита большая сеть запасных частей на основные детали двигателей.

В монтаже, наладке и пуске агрегата участвует заводская бригада специалистов.

В настоящее время аналогичные газопоршневые агрегаты (ГДГ90 с рабочим давлением газа 0,2 МПа) отработали в эксплуатации более 28 000 моточасов без серьёзных замечаний.

Техническое описание и характеристики системы газоподготовки

для очистки попутного нефтяного газа (ПНГ) от сероводорода.

Система газоподготовки, разработанная в научно-исследовательском институте ВНИИУС, ориентирована на работу с входным газом невысокого давления и начальной массовой концентрацией H2S до 5% и реализована следующим образом (см. рис.2).

Попутный нефтяной газ, содержащий сероводород, поступает в насадочный абсорбер А-1. Абсорбер частично заполнен щелочным катализаторным комплексом (КТК), который готовится в емкости Е-1. В А-1 происходит извлечение сероводорода из ПНГ по реакциям (1-2) с образованием сульфида и гидросульфида натрия.

H2S + 2NaOH Na2S + 2H2O (1)

H2S + NaOH NaHS + H2O (2)

Параллельно протекает более медленная реакция раствора с углекислым газом, входящим в состав ПНГ, по реакциям (3-4):

CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O (3)

CO2 + NaOH NaHCO3 (4)

Сероводород реагирует с образовавшимся по реакции (3) карбонатом натрия по реакциям:

H2S + Na2CO3 NaHS + NaHCO3 (5)

H2S + Na2CO3 Na2S + CO2 + H2O (6)

Очищенный от сероводорода ПНГ из А-1 направляется в сепаратор-каплеотбойник С-1 для освобождения от унесенных капель раствора КТК. Из сепаратора С-1 очищенный ПНГ направляется на дальнейшее использование в качестве топливного газа для газопоршневого двигателя.

Насыщенный раствор КТК насосом Н-1 подается в куб насадочного регенератора Р-1. В линию подачи раствора КТК дозирующим насосом НД-1 из емкости Е-2 подается небольшое количество раствора катализатора ИВКАЗ для поддержания его концентрации в КТК. В куб регенератора Р-1 компрессором ВК-1 подается расчетное количество технологического воздуха. В регенераторе Р-1 при температуре до 80оС и давлении до 0,5 МПа в присутствии катализатора ИВКАЗ происходит окисление сульфида и гидросульфида натрия до нетоксичных солей - сульфата и тиосульфата натрия по реакциям:

3Na2S + 4O2 + H2O Na2S2O3 + Na2SO4 + 2NaOH (7)

NaHS + 2O2 Na2S2O3 + H2O (8)

Регенерированный раствор КТК совместно с отработанным воздухом направляются в сепаратор С-2, в котором происходит их разделение, и с низа сепаратора раствор КТК насосом Н-2 направляется в абсорбер А-1 для очистки ПНГ. Балансовое количество отработанного КТК периодически выводится для утилизации путем смешения с дренажной водой из нефтеотстойников. Одним из вариантов утилизации является закачка отработанного раствора, содержащего нетоксичные нейтральные соли, в пласт для поддержания пластового давления (в систему ППД). Возможно использование вместо колонных аппаратов А-1 и Р-1 горизонтальных барботажных емкостей, как это реализовано в ЗАО «Троицкнефть» (см. рис.3). Расход раствора КТК зависит от содержания сероводорода и углекислого газа в сырье. Содержание сульфидной серы в стоках после очистки не превышает 20 мг/л.

При использовании очищенного газа для выработки электроэнергии остаточное содержание сероводорода после блока газоподготовки не превышает 0,05% масс. Разработанная система позволяет осуществлять более глубокую очистку ПНГ от сероводорода до требований ГОСТ 5542-87 (не более 0,02 г/м3 ) для его использования в качестве печного топливного газа. Установка сероочистки газа может быть выполнена по желанию Заказчика в блочно-модульном варианте.

Рис.2 Схема процесса очистки ПНГ от сероводорода

противопролежневый ячеистый матрас.