WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

ТЕРЕГУЛОВ РИМ КЛИМОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА И ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА

Специальность: 02.00.13 - Нефтехимия

07.00.10 - ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2009

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Мастобаев Борис Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Караев Абдулла Эльдарович

кандидат технических наук

Полетаева Ольга Юрьевна

Ведущая организация: ГУП «Институт нефтехимпереработки РБ»

Защита состоится 30 июня в 10час. 30 мин. на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д. 212.289.01 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан 30 мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, профессор Сыркин А.М.

Актуальность работы. В настоящее время, в связи с ростом энергопотребления и постоянным увеличением цен на энергоносители во всем мире, в особенности в высокоразвитых странах, таких как Япония, США, страны Западной Европы, для России становятся актуальными вопросы строительства заводов сжиженного природного газа (СПГ) и его экспорта в эти страны. Россия обладает самым большим шельфом в мире, с огромными запасами нефти и газа. Уже долгое время ведутся споры о вариантах разработки месторождений арктического шельфа (Штокмановского), а также месторождений Ямала (Харасавэйского), и все чаще рассматриваются варианты строительства заводов сжижения газа и продажи СПГ. Размеры арктических шельфовых месторождений позволяют рассчитывать на долгосрочную добычу углеводородов, что важно для СПГ-проектов. С вводом завода СПГ расширится география поставок российского газа как топлива и сырья для нефтехимии, увеличится рынок потребителей. При транспорте газа в сжиженном виде не будет необходимости платить большие пошлины за его транзит, как в случае трубопроводного транспорта. В плане развития индустрии СПГ Россия имеет много преимуществ, но дело осложняется тем, что в стране нет опыта производства и эксплуатации объектов СПГ, не хватает нормативно-технической документации и научной литературы в области криогенной техники. Вместе с тем за рубежом в этой сфере накоплен большой опыт, и для развития СПГ-промышленности в России необходимо его изучение и анализ, что свидетельствует о своевременности и актуальности данной работы.

Целью работы является изучение и анализ зарубежного опыта и технологий производства, хранения и транспорта сжиженного природного газа с целью его дальнейшего использования в России на предприятиях газопереработки, нефтехимии и теплоэнергетики..

Научная новизна. Впервые проведен комплексный анализ технологий производства СПГ, выявлены их технико-экономические показатели и особенности использования для решения задач дальнего транспорта газа, регулирования суточных и сезонных неравномерностей потребления газа, использования газа как сырья для нефтехимии.

Практическая значимость. Показана возможность применения существующих технологий производства и хранения СПГ в условиях России. Основные положения работы использованы в Уфимском государственном нефтяном техническом университете при подготовке студентов по направлениям «Нефтегазовое дело» и «Нефтехимия»

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на:

- VIII Международной научной конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела»: Уфа – 2007;

- IV Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт 2008». Уфа – 2008;

- Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук». Уфа – 2008.

Публикации и личный вклад автора. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе одна монография три статьи и три доклада.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, содержит 170 страниц машинописного текста, в том числе 11 таблиц, 76 рисунков, библиографический список использованной литературы из 116 наименований.

1 Становление и развитие производства сжиженного природного газа (СПГ)

Первый в мире завод для получения, сжиженного природного газа начали строить в 1912 году в Западной Виржинии (США). Первая партия сжиженного природного газа была получена в 1917 год. Но с развитием технологий трубопроводного транспорта о сжижении природного газа на некоторое время забыли. На основе экспериментов, проводившихся в 1937 году, первое крупномасштабное сжижение природного газа по технологии низких температур, или суперохлаждение, было произведено в Кливленде, штат Огайо в 1941. С середины 1960-х гг. начинается промышленное производство сжиженного природного газа. Компания «Sonatrach» в Алжире была первым оператором, осуществившим проект сжижения природного газа в Арзеве, Еще одно преимущество СПГ, которое стало очевидным с развитием технологий транспорта и хранения сжиженного газа, - это то, что СПГ можно было использовать для регулирования пиков потребления газа. После нефтяного кризиса в 1970-х гг. и резким ростом цен на энергоносители - производство и продажа сжиженного природного газа стало рентабельным. Это дало большой толчок для развития СПГ-индустрии. Она становится отдельной самостоятельной отраслью мировой промышленности. В зарубежной практике создавались и функционировали комплексы в основном двух назначений: комплексы для организации межконтинентальных перевозок газа большой производительности (до 1000 т/ч СПГ) и большой емкостью резервуарного парка (до 300 тыс. м3); комплексы для регулирования пиковых нагрузок газопотребления с малой производительностью (до 20 т/ч СПГ) с достаточно развитой системой хранения (объемом до 200 тыс. м3). В Советском Союзе процесс получения СПГ был освоен в 1954 г., когда на Московском заводе сжижения природного газа ввели в эксплуатацию установку, рассчитанную на производство 25 тыс. тонн СПГ в год. Тогда же был успешно проведен комплекс работ по применению жидкого газа в качестве топлива в автомобильных двигателях. Однако вскоре были открыты крупные месторождения нефти, и проблема использования сжиженного газа потеряла актуальность в СССР. В 1964г. начались поставки СПГ из Алжира в Великобританию. С тех пор Алжир стал главным мировым поставщиком СПГ на мировой рынок. К 1985 году во всем мире запасы газа который мог бы быть транспортирован в виде СПГ или по трубопроводам были весьма существенными (рисунок 1).

Рисунок 1 – Запасы газа в млрд. м3, возможные для сжижения или трубопроводного транспорта

К началу ХХI века вопросы сжижения природного газа начинают рассматриваться в России. В настоящее время в России реально начинают работать проекты «Сахалин-1» и «Сахалин-2», Завод СПГ состоит из двух технологических линий по сжижению газа, на которых будет применяться разработанная концерном «Шелл» технология двойного охлаждения смешанным хладагентом. Эта технология особенно подходит для работы в условиях холодного сахалинского климата. Проектная мощность каждой технологической линии составит 4,8 млн. т/год. Новейшим достижением в области производства СПГ является завод на острове Мелкоя. Для сжижения газа используется энергоэффективная установка, созданная компаниями «Статойл» и «Линде». Вся установка размещается на барже где установлено 24000 тонн технологического оборудования для получения сжиженного газа.

2 Развитие технологий производства сжиженного природного газа

Сжиженный природный газ – криогенная жидкость, по химическому составу представляющая собой многокомпонентную смесь углеводородов ряда C1...C8 а также азота N2 и двуокиси углерода СО2. с преобладающим содержанием метана – СН4. В таблице 1 приведен компонентный состав производимых сжиженных природных газов на первых заводах по производству СПГ. Технологическая цепь операций на заводе СПГ представлена на рисунке 2. Сырьевой газ до сжижения должен быть очищен от водяного пара, СО2 и сернистых соединений. Первоначальное удаление кислых газов осуществляется с использованием той же технологии, что и при традиционной обработке природного газа. Окончательная очистка обычно производится чаще всего при пропускании газа через многослойные молекулярные сита рис. 3. Отделение СО2 и сернистых соединений происходит в промывной колонне.

Таблица 1– Компоненты сжиженного природного газа (мольный %)

Территория

Метан

Этан

Пропан

Бутан

Азот

Аляска

99,72

0,06

0,0005

0,0005

0,20

Алжир

86,98

9,35

2,33

0,63

0,71

.

Рисунок 2– Технологическая цепь операций, осуществляемых на заводе СПГ

При длительной эксплуатации газовых месторождений качество добываемого природного газа постоянно ухудшается. Тогда как, требования к его качеству, наоборот, постоянно растут, особенно, в тех случаях, когда он направляется на сжижение. Тонкая очистка газа от следовых примесей, например от COS, ртути и особенно меркаптанов, приобретает все большее значение, наряду с давно стоящей задачей осушки и очистки от H2S и СО2. Для этих целей в настоящее время на Ближнем Востоке сооружаются установки в которых используется процесс «OMNISULF» (рисунок 4). Концепция процесса «OMNISULF» заключает в себе несколько ключевых технологий. Кислые компоненты удаляются по технологии AMDEA (фирма «BASF»). Далее очищенный газ направляется на установку DMR, где с помощью цеолитов 13Х освобождается от влаги и меркаптанов (технология Zeochem).

Рисунок 3– Схема окончательной очистки природного газа на молекулярных ситах:

1 - подвод природного газа; 2 - сепаратор на входе; 3 – осушитель; 4 - регенератор;

5 - холодильник; 6 - обратная подача в трубопровод; 7 - водоотделитель; 8 - подача осушенного газа к расширителю (-65 °С); 9 - колонна для удаления СО2; 10 - регенератор; 11 - нагреватель; 12 - отвод регенерированного газа из холодильной камеры; 13 - подача очищенного газа на сжижение при температуре -65°С, содержание СО2, - 50 частей на миллион

Рисунок 4– Процесс «OMNISULF»

Если необходимо, далее газ поступает на очистку от ртути пропитанным активированным углем. Все газовые потоки, содержащие серу, подают на установку Клауса. Для повышения коэффициента извлечения серы установку Клауса дополняют установкой очистки отходящих газов (технология Lurgi). Отбросные газы перед сбросом в атмосферу дожигают. После удаления примесей природный газ должен быть сжат, охлажден и сжижен.

Преобразование внутренней энергии в механическую при охлаждении осуществляется в основном одним из двух способов: либо сжатый газ подвергается расширению через отверстие (сопло), и его температура понижается вследствие эффекта Джоуля-Томсона, либо энергия отбирается путем совершения работы расширяющимся газом в двигателе. Сжижение газа возможно лишь при охлаждении его ниже критической температуры. Охлаждение до -100°С (173 К) принято считать умеренным, а ниже -100 °С - глубоким. Для получения жидких промышленных газов (кислорода, азота, водорода, аргона, гелия, фтора и метана) требуется глубокое охлаждение, газа Комплексы сжижения природного газа, включающие установки сжижения газа, изотермические хранилища и регазификаторы, изначально рассматривались как эффективное средство регулирования пиковых нагрузок газопотребления. Впервые такие комплексы появились в США и Канаде. Для сжижения газа в конце 70-х годов XX столетия применялись три основных цикла производства СПГ стандартный каскадный с использованием нескольких ступеней внешнего охлаждения; модифицированный каскадный, предусматривающий комбинированное охлаждение во внешнем контуре и самоохлаждение; расширительный, при котором отдача энергии происходит в процессе расширения газа находящегося под высоким давлением и проходящего через турбину для совершения работы.

Классический каскадный цикл на чистых холодильных агентах применен на первом заводе сжижения газа, построенном в Алжире в 1964-65 годах (рисунок 5). Выбор цикла был продиктован сравнительной простотой и хорошей его изученностью, позволяющей рассчитать все элементы холодильной установки с высокой степенью точности. Цикл представляет собой совокупность трех индивидуальных циркуляционных контуров, вырабатывающих холод на различных ступенчато-понижающихся температурных уровнях. В каждом контуре используется чистый однокомпонентный холодильный агент. Указанная схема была использована также на заводе сжижения в Кенае. Применение классического каскадного цикла было ограничено первыми двумя заводами сжижения газа в Арзеве (Алжир), Кенае (Аляска) и несколькими установками для покрытия пиковых нагрузок газопотребления.

Рисунок 5– Каскадный процесс фирмы Phillips

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»