Аннотация
Гасило Л. В., Дедовец И. Г. Анализ методов очистки природного газа от азота.
В работе проанализированы методы очистки природного газа от азота при различных условиях. Приведены основы технологических процессов, описаны причины необходимости удаления азота.
In the report the methods of purification of natural gas from nitrogen under various conditions were analyzed. The basics of technological processes are given, the reasons of the necessity for nitrogen removal were described.
Ключевые слова
ПРИРОДНЫЙ ГАЗ, ОЧИСТКА, АЗОТ, МЕТАН, МЕТОДЫ ОЧИСТКИ, УДАЛЕНИЕ, РАЗДЕЛЕНИЕ.
Keywords
NATURAL GAS, PURIFICATION, NITROGEN, METHANE, PURIFICATION METHODS, REMOVAL, SEPARATION.
Анализ методов очистки природного газа от азота
В связи с уменьшением количества пластовых запасов традиционного природного газа существует тенденция к снижению предложений его на рынке. Богатый азотом природный газ, в качестве мощного пополнения в последние годы, привлек большое внимание и стимулировал эффективные процессы отделения азота в системе N2 – CH4. Однако азот представляет собой газ с низкой химической активностью, что является серьезной проблемой для извлечения его из низкосортного природного газа.
Хотя азот не токсичен и не способствует коррозии, он как негорючий газ снижает теплотворную способность природного газа и выводит его из стандартного диапазона индекса Воббе и требований к газовому продукту. Кроме того, присутствие азота сказывается на стоимости перекачки газовой смеси и размерах оборудования, такого как компрессоры и трубопроводы. Согласно ГОСТам конечное значение концентрации азота после очистки должно быть меньше 1%, при этом концентрация азота в исходном газе может достигать от 5 до 15%.
Целью нашего исследования было проанализировать существующие методы очистки природного газа от азота и выбрать оптимальный метод очистки природного газа от азота, который может быть применен на относительно небольших месторождениях.
Основные доступные методы удаления азота: криогенная перегонка, абсорбция, адсорбция (селективная по азоту или селективная по СН4), мембраны и газоразделение на основе гидратов [1].
Криогенная перегонка остается ведущей технологией для крупных заводов по производству природного газа мощностью более 0,5 млн. стандартных кубометров в сутки (тыс. куб. м в сутки). В ней используются четыре основных процесса криогенного фракционирования, различающиеся по количеству колонн, внешних холодильным циклов, ребойлеров, конденсаторов, соединенных по теплу и т.д.
При мембранном методе разделение компонентов газа достигается за счет различий размеров молекул и скорости их перемещения в мембранах, а также подвижности компонентов исходного природного газа [2].
В методах с использованием адсорбции большинство коммерческих адсорбентов проявляют равновесную селективность в отношении CH4 по сравнению с N2, но существуют адсорбенты, которые проявляют кинетическую селективность в отношении N2. Некоторые металлоорганические комплексы (МОК) в смеси азота и природного газа в большей степени связывают азот. Для разделения N2 и СН4 применяются МОК, цеолиты, твердый бор, сульфид молибдена, модифицированные материалы и т.д. [3].
Склонность метана к гидратообразованию позволяет разделить компоненты смеси путем перевода метана в твердую фазу, при которых азот остается в газовой фазе.
Проводится процесс абсорбции минеральными маслами, например, прямогонной нафтой или парафиновым маслом, по существу состоящими из С5–С8, с последующим выпуском непоглощенного азота. При этом большую роль имеют молекулярные свойства N2 и CH4, включающие различия в кинетическом диаметре, поляризуемости, квадрупольном и дипольном моментах молекул.
Основные преимущества и недостатки рассмотренных методов перечислены в таблице 1. Также существуют способы обеспечения комплексного извлечения ценных примесей из природного углеводородного газа с повышенным содержанием азота.
Таблица 1 — Преимущества и недостатки основных методов отделения азота.
Выводы
Проведенный анализ показал, что перспективным методом выделения азота для относительно небольших месторождений является абсорбционный метод. Основным преимуществом данного способа является доступность минеральных масел, используемых в качестве абсорбентов и возможность проводить процесс в широком диапазоне температур. Недостатки же этого метода представляются устранимыми, если удастся найти подходящий абсорбент, который позволил бы повысить чистоту получаемого метана, а также простую и эффективную технологию регенерации абсорбента.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Rufford T. E., Smart S., Watson G. C. Y., Graham B. F., Boxall J., Diniz da Costa J. C., May E. F. The removal of CO2 and N2 from natural gas: A review of conventional and emerging process technologies / Journal of Petroleum Science and Engineering, 94–95, 2012. – p. 123–154.
2. Ohs B., Lohaus J., Wessling M. Optimization of membrane based nitrogen removal from natural gas / Journal of Membrane Science, 498, 2016. – p. 291–301.
3. Чиккарелли Л. Способ удаления азота из природного газа / Патент на изобретение RU 2185226 C2, 20.07.2002. Заявка № 2000103939/12 от 18.02.2000.