ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕМБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ СЕВЕРНОГО КАСПИЯ: ОБЗОР

APPLICATION OF MEMBRANE TECHNOLOGY IN THE FIELDS OF THE NORTH CASPIAN SEA: OVERVIEW

Yulia Karpushova

Master of Astrakhan State Technical University,

Russia, Astrakhan

АННОТАЦИЯ

Цель статьи заключается в рассмотрении особенностей современной мембранной технологии адсорбции, а также её сравнение с методом сверхзвуковой сепарации. При анализе мембранной технологии было предложено её использование на месторождениях Северного Каспия, а именно на месторождении имени Ю. Корчагина. Углубленное сравнение данного метода с технологией сверхзвуковой сепарации позволило более полно выявить все преимущества и недостатки представленных технологий.

ABSTRACT

The purpose of the article is to consider the features of modern membrane adsorption technology, as well as its comparison with the method of supersonic separation. When analyzing the membrane technology, it was proposed to use it in the fields of the Northern Caspian, namely, the Korchagin field. An in-depth comparison of this method with the supersonic separation technology allowed us to more fully identify all the advantages and disadvantages of the presented technologies.

Ключевые слова: адсорбция, газ, мембранная технология, месторождение, сверхзвуковая сепарация, УВ.

Keywords: adsorption, gas, membrane technology, field, supersonic separation, hydrocarbons.

Адсорбция - увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности раздела двух фаз вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе фаз.

Поглощаемое вещество, ещё находящееся в объёме фазы, называют адсорбтив, поглощённое - адсорбат. В более узком смысле под адсорбцией часто понимают поглощение примеси из газа или жидкости твёрдым веществом (в случае газа и жидкости) или жидкостью (в случае газа) — адсорбентом.

На поверхности раздела двух фаз помимо адсорбции, обусловленной в основном физическими взаимодействиями (главным образом, это Ван-дер-Ваальсовы силы), может идти еще и химическая реакция, этот процесс называется хемосорбцией. Однако четкого разделения на хемосорбцию и адсорбцию возможно не всегда. Одним из главных параметров, с помощью которых возможно различить два этих явления, является тепловой эффект. Тепловой эффект хемосорбции во много раз выше теплоты сжижения адсорбата, а вот тепловой эффект физической адсорбции близок к нему. Помимо этого хемосорбция является необратимой и локализованной нежели адсорбция. Примером промежуточных вариантов, сочетающих черты и адсорбции и хемосорбции, является реакция водорода на никеле и кислорода на металлах: при малых температурах они адсорбируются по законам адсорбции, однако при незначительном увеличении температуры начинает происходить хемосорбция.

Современной технологией адсорбции является мембранное разделение газов. Мембранная технология основана на разности скоростей проникновения отдельных компонентов газовой смеси через специальное устройство - мембрану. На выходе из мембранного модуле по итогу получают два различных потока газа. Один поток обогащен легкопроникающими компонентами газовой смеси, а другой потом - труднопроникающими компонентами.

Принципиальная схема распределения газовых потоков в мембранном модуле приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема распределения газовых потоков в мембранном модуле

Раньше, до недавнего времени, мембранный метод разделения газовой смеси применялся в процессах выделения азота, получения водорода из водородсодержащих газовых смесей, выделения углекислого газа и гелия из природного газа. Это было обусловлено следующими причинами:

• наличием в нефтяном газе соединений, которые разрушают или пластифицируют мембраны;
• селективными свойствами традиционных мембран: концентрацией тяжелых углеводородов в подготовленном газе и метана в проникшем потоке, что требует компримирования газа для дальнейшего использования.

В результате традиционные мембраны применялись только для удаления из нефтяного газа воды и углекислого газа.

После разработки принципиально новых половолоконных мембран стало возможным использовать их с целью подготовки нефтяного газа с большим содержанием тяжелых УВ, воды и серы. Отличительными особенностями новой мембраны от традиционных являются половолоконная конфигурация, другая последовательность скоростей проникновения компонентов нефтяного газа, высокая химическая устойчивость ко всем компонентам углеводородных смесей, а также большая селективность высших углеводородов по отношению к метану. Последнее свойство представляет наибольший интерес для достижения целей настоящей работы.

Степень извлечения тяжелых компонентов из газа посредством мембранной установки достигает 98-99%, что сопоставимо с показателями технологии сверхзвуковой сепарации, применяемой на многих месторождениях углеводородов. Однако по сравнению с мембранной технологией, существенный недостаток сверхзвуковых сепараторов - снижение давления потока на 20%, что создает необходимость дополнительного компримирования газа после сепарации для дальнейшего использования.

Например, расположение сверхзвуковых сепараторов по выходу из системы подготовки газа на месторождении Северного Каспия имеет значительный недостаток – снижение давления с 15,0 МПа до 11,0 МПа, что является существенным изменением и накладывает определенные ограничения на использование данной технологии.

Производители половолоконных мембран заявляют, что они не имеют технологических ограничений и могут работать в достаточно широком диапазоне параметров – давление, температура, расход.   

Оптимальная схема внедрения мембранной установки на месторождении  имени Ю. Корчагина на рисунке 2.

Рисунок 2. Расположение мембранной установки в системе подготовки пластовой продукции МЛСП месторождения им. Ю. Корчагина

Таким образом, можно сделать вывод, что при применении мембран отсутствуют проблемы, отмеченные в технологии сверхзвуковой сепарации. Это является основанием для более тщательной проработки вариантов реализации данного направления и дальнейшего технико-экономического обоснования применения технологии на месторождениях Северного Каспия.

Список литературы:

1.    Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и газа - М.: Химия, 1999. – 567 с.

2.    Лапидус А.Л., Голубева И.А., Жагфаров Ф.Г. Газохимия часть I. Первичная переработка углеводородных газов. М.: Нефть и газ РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004. -243 с.

3.    Грасис  ведущий разработчик, производитель и EPC - подрядчик в области газоразделения. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.grasys.ru/tehnologii/membrannoe-razdelenie-gazov/ (дата обращения: 20.08.2020)