Диссертация (1091805), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Наиболее эффективными дляосушки газа считаются растворы триэтиленгликоля (ТЭГ), что обусловлено егобольшейосушающейспособностью,меньшейстепеньюдеструкцииотвоздействия высоких температур и меньшими потерями при регенерации посравнению с другими абсорбентами. Несмотря на эти преимущества, технология,основанная на использовании ТЭГ в качестве абсорбента влаги, не являетсясовершенной.Температура точки росы (ТТРв) конечного продукта является нормируемымпоказателем содержания в нём влаги и напрямую зависит от качества осушающихрастворов ТЭГ. Из-за отсутствия современных методов оценки качества рабочихрастворов ТЭГ их замену на УКПГ осуществляют лишь после превышении впереработаном сырье нормируемого показателя ТТРв, что является грубым6нарушением требований к качеству ПГ, поставляемого на рынок. Кроме того, этоснижает эффективность функционирования установок осушки газа, увеличиваетриски образования гидратов и льда внутри транспортных магистралей.В настоящее время на установках осушки природного газа осуществляютмониторинг таких качественных характеристик гликолей, как цветность, рН,наличие механических примесей, а также общего содержания органическихкислот, альдегидов, углеводородов, железа и т.д.
Ни один из оцениваемыхпоказателейнепозволяетоднозначноохарактеризоватьабсорбционнуюспособность осушающих растворов ТЭГ, то есть они не являются специфичнымидля проведения чёткой классификации между пригодными к использованиюрастворами абсорбента и растворами, нуждающимися в замене. Поэтому, впоследнеевремя,отмеченоувеличениезапросовкрупнымигазоперерабатывающими предприятиями на разработку современных методикоценки качества осушающих растворов триэтиленгликоля. Внедрение подобныхметодик в производственных лабораториях позволит своевременно оцениватькачество рабочих растворов абсорбента в процессе их эксплуатации на УКПГ изаблаговременно извлекать непригодные растворы из установок до превышениянормативов ТТРв в переработанном сырье. Подобная практика контроля качестварастворовабсорбентаповыситэффективностьтехнологиипереработкиприродного газа.По некоторым данным, оценку качества рабочих растворов ТЭГ можнопроводить по индикаторным соединениям, изменение содержания которыхсигнализирует о снижении его осушающей способности, однако такие соединениядо сих пор не были установлены.
Выявить и изучить индикаторные примеси,отражающие ухудшение абсорбционной способности растворов ТЭГ, можнотолько с использованием современных аналитических методик, совмещённых схемометрическими алгоритмами обработки данных.Цель работы состояла в разработке комплекса современных методиканализа примесей, накапливающихся в растворах триэтиленгликоля при ихэксплуатации на УКПГ, выявлении с помощью разработанных методик и7подобранныххемометрическихалгоритмовобработкиданныхперечняиндикаторных соединений, указывающих на снижение осушающей способностирабочих растворов ТЭГ, иэкспресснойоценкиразработке дискриминационной модели дляосушающейспособностирастворовабсорбентапосодержанию в них индикаторных загрязнителей.Для достижения поставленных целей необходимо было решить следующиезадачи:подобрать современные аналитические методы и разработать методикианализа примесей, накапливающихся в рабочих растворах триэтиленгликоля приих эксплуатации на УКПГ;.
используя разработанные методики и подобранные хемометрические алгоритмыобработки данных, выявить в рабочих растворах абсорбента индикаторныепримеси, указывающие на снижение осушающей способности ТЭГ;разработать многомерную дискриминационную модель для экспресснойоценки осушающей способности триэтиленгликоля по содержанию в рабочихрастворах абсорбента индикаторных соединений;оценить возможность внедрения в производственных лабораториях наУКПГ разработанного алгоритма оценки осушающей способности рабочихрастворов абсорбента.Научная новизна. Разработан комплекс современных методик анализа втриэтиленгликоле неорганических элементов, летучих и нелетучих органическихсоединений методами масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой(ИСП – МС),газовойхроматографиисмасс-спектрометрическимдетектированием (ГХ – МС), высокоэффективной жидкостной хроматографии стандемным масс-спектрометрическим детектированием высокого разрешения(ВЭЖХ – МС/МС ВР), ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
С использованиемразработанногокомплексааналитическихметодикиподобранныххемометрических алгоритмов обработки данных выявлен перечень индикаторныхсоединений, указывающих на снижение осушающей способности рабочихрастворовтриэтиленгликоля.Предложеналгоритмоценкиосушающей8способности рабочих растворов триэтиленгликоля, основанный на анализеиндикаторных соединений методом ВЭЖХ-МС с последующим построениеммногмерной дискриминационной модели.Практическая значимость работы. Разработан и апробирован комплексметодик анализа неорганическиех элементов, летучих и нелетучих органическихсоединений в растворах ТЭГ методами ИСП-МС, ГХ-МС, ВЭЖХ-МС, ЯМР.Установлен перечень индикаторных примесей, увеличение содержания которыхуказывает на снижение осушающей способности рабочих растворов абсорбента.Разработан и апробирован алгоритм оценки осушающей способности рабочихрастворовтриэтиленгликоля,соединенийметодомоснованыйВЭЖХ-МСнасопределениииндикаторныхпоследующимпостроениемдискриминационной модели по полученным аналитическим данным.
Получен актвнедрения в Федеральном государственном унитарном предприятии «НЦ«Сигнал» (ФГУП «НЦ «Сигнал») комплекса разработанных методик оценкикачества осушающих растворов ТЭГ на УКПГ Оренбургского и Ямбургскогоместорождений.Методы исследования. При выполнении работы использовали метод массспектрометрии с индуктивно связанной плазмой, метод газовой хроматографии смасс-спектрометрическимжидкостнойдетектированием,хроматографиисметодтандемнымвысокоэффективноймасс-спектрометрическимдетектированием высокого разрешения, метод ядерного магнитного резонанса,комплекс хемометрических алгоритмов обработки аналитических данных.Положения, выносимые на защиту:комплекс методик анализа в ТЭГ неорганических элементов, летучих инелетучих органических соединений методами ИСП – МС, ГХ – МС, ВЭЖХ –МС/МС ВР, ЯМР;хемометрическийподходкобработкеаналитическихданных,направленный на выявление в рабочих растворах абсорбента индикаторныхпримесей, сигнализирующих о снижении осушающей способности ТЭГ;9алгоритмоценкиосушающейспособностирабочихрастворовтриэтиленгликоля, основаный на определении в них индикаторных соединенийметодом ВЭЖХ-МС с последующим построением дискриминационной модели пополученным аналитическим данным.Степеньрезультатовдостоверности и апробация результатов.
Достоверностьпроведённогоисследованияобеспечиваласьпосредствомиспользования современного оборудования и поверенных средств измерений(СИ), внесённых в Государственный реестр СИ, разрешённых к применению натерриторииРоссийскойФедерации.ЛабораторноеборудованиеиСИсвоевременно обслуживались в соответствии с инструкциями по их эксплуатации.ОсновныерезультатыработыдокладывалисьиобсуждалисьнаМеждународной конференции молодых учёных и аспирантов «Ломоносов 2015»,(Москва, 2015 г.).Структура и объём работы.
Диссертационная работа состоит из введения,четырёх глав, результатов и их обсуждений, выводов, списка цитирумойлитературы. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит25 рисунка, 15 таблиц, 3 приложения.Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 4 статьяхжурналов, включённых Высшей АттестационнойКомиссией в переченьрецензируемых научных изданий, рекомендованных к публикациям основныхнаучных результатов диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук.10ГЛАВА 1.
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР1.1.Обзор современного состояния технологии гликолевой осушкиприродного газа1.1.1. Современный подход к процессу гликолевой осушки природного газаПриродные газы в условиях пласта находятся в контакте с водой инасыщаются её парами. Количество влаги в добываемом газе зависит от давления,температуры системы, а также от состава газа и минерализации пластовой воды[5, 9]. Наличие влаги в сырье вызывает трудности при его транспорте, главнымобразом коррозию материалов трубопроводов, образование гидратов и льдавнутри транспортных магистралей.
Для исключения подобных проблем притранспорте природного газа на конечной стадии его переработки обязательнотребуется удалять влагу из сырья.В настоящее время активно используются два способа осушки газа:адсорбционный способ – с использованием твёрдых поглотителей влаги, такихкак силикагели и цеолиты; и абсорбционный способ – с использованием жидкихосушителей[37].Каждыйизперечисленныхспособовосушкигазахарактеризуется своими особенностями, однако абсорбционный способ осушкиимеет ряд преимуществ над адсорбционным: простота и автоматизированностьуправления установкой осушки; непрерывность процесса; возможность осушатьгазы до ТТР – 70 °С; возможность осушки газов, содержащих вещества,отравляющие твёрдые адсорбенты и т.д.
[31, 33, 37].На газовых месторождениях России около 70 % осушки газов производитсяабсорбционным способом извлечения влаги. В качестве абсорбентов применяют,как правило, концентрированные растворы гликолей, диэтиленгликоль (ДЭГ) итриэтиленгликоль [26, 42].Принципиальных отличий между использованием ДЭГ и ТЭГ в качествеабсорбентов нет – оба абсорбента обладают высокой гигроскопичностью, нетоксичны [33], довольно широко распространены в промышленности [20, 44].11Однако триэтиленгликоль менее летуч, и обладает более высокой температуройтермического разложения (около 206 °С), чем диэтиленгликоль (коло 164,44 °С)[20, 27].
В качестве недостатков можно противопоставить только более высокуюцену ТЭГ, связанную с большей себестоимостью его производства, но эта разницанивелируется в процессе эксплуатации установки осушки газа за счёт болеенизких потерь триэтиленгликоля при его регенерации. В связи с этим в последнеевремя наблюдается динамика перевода установок осушки природного газа наиспользование ТЭГ в качестве абсорбента [3, 29, 41].Контроль содержания влаги в переработанном газе осуществляется потемпературе точки росы, которая характеризует минимальную температуру, вышекоторой конденсации водяных паров из объёма газа не происходит [16].Требования к ТТРв прописаны в нормативных документах [15, 45] и отличаютсядля макроклиматических районов в зависимости от периода добычи сырья.
ТакТТРв для умеренного климата с 01.05 по 30.09 составляет – 3 °С, а с 01.10 по 30.04составляет – 5 °С; для холодного климата с 01.05 по 30.09 составляет – 10 °С, а с01.10 по 30.04 составляет – 20 °С [45]. Определение ТТРв осуществляется сзаданной периодичностью по [16].Абсорбционная осушка газа осуществляется, как правило, в тарельчатыхабсорберах при контролируемых температуре, давлении, скорости потоковосушаемого газа и абсорбента, после предварительной сепарации сырья откапельной жидкости. Сырой газ и абсорбент движутся по колонне в противотоке,после чего газ, проходя через сепарационные фильтры, очищается от капельунесённого абсорбента и поступает в коллекторы сухого газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
