Руне Йенсен, STATOIL ASA, Хендрик Райнеке, Linde AG, Михаел Ритер, ЕнвироХеми ГмбХ, Д-р. Кристоф Бонер, ЕнвироХеми ГмбХ
Природният газ е широко използван и е един от най-ефективните първични енергийни източници. Поради тази причина неговото използване нараства и съществуващите производствени съоръжения не могат да отговорят на нарасналите нужди. Затова петролните и газови компании предприемат нови дейности за откриване и разработка на нови находища.
Един от ареалите към които се проявява особено голям интерес е Баренцово море, отдалечена зона далеч от индустрията и цивилизацията. Климатичните условия, голямата дълбочина на добив и много чувствителната околна среда са голямото предизвикателство. Газът в Баренцово море се извлича от кладенци на няколко стотин мили от брега и се транспортира чрез подводни тръбопроводи, инсталирани на морското дъно до разположена на сушата станция за втечняване на газа. За жалост природния газ не протича през тръбопровода толкова лесно. Суровия газ е главно флуидна смес от въглеводороден газ-въглеводороден кондензат-вода, замърсена от продукти на корозия. Налягането в системата може да доведе до запушване на тръбопровода поради образуването на газ хидрат във вътрешността на тръбопроводите. Това е авария, която трябва да бъде предотвратена при всякакви обстоятелства. В исторически аспект е бил използван метанол за забавяне на запушването. Поради факта, че Северно Атлантическия регион и Баренцово море са много чувствителни екологични системи се използва моноетиленгликол (МЕГ) като “зелен химикал” за инхибиране в кладенците. Независимо от високата си цена МЕГ има предимството да разтваря повече соли в разтвора отколкото метанола. В този случай рециклирането не е лесно. В първия етап твърдата, газообразната и течната фракция трябва да бъдат разделени; това се извършва от калоуловител. Газът се обработва в газовата инсталация, твърдите вещества се отстраняват, а сместа МЕГ-вода се обработва допълнително. В следващ етап останалите фини частици се премахват, след това следва отстраняване на солите, последвано от дестилация до определено съотношение МЕГ-вода. В края, пречистения МЕГ се съхранява и се изпраща обратно към кладенците, за да се затвори цикълът на продукция.
При процеса на пречистване и рециклиране на МЕГ все още не е напълно решен проблемът със отстраняването на неразтворените вещества. Твърди частици, продукти на корозия и котлен камък заедно с прилепналия кондензат предизвикват образуването на накип по нагрети повърхности по продължението на тръбопровода. Нагревателите трябва периодично да бъдат спирани за механично почистване. Този престой за почистване трябва да бъде предотвратен в новото производствено предприятие, построено на полярния кръг от STATOIL близо до Хамерфест: проектът Snоhvit. Беше необходимо прилагането на нови технологии. Съществуват много технологии на филтрация за пречистване на течности. В този случай ЕнвироХеми избра мембранна филтрация с основното предимство на непрекъснатата експлоатация и ниското съдържание на неразтворени вещества във филтрата. За разлика от гравитационната филтрация при мембранната филтрация течността постъпва перпендикулярно на филтрационната повърхност. Така системата може да бъде експлоатирана при високо съдържание на неразтворени вещества в сравнение с другите филтрационни техники.
Лабораторни пилотни тестове
Първият подход беше осъществен посредством използването на пилотна инсталация с лабораторен мащаб. Проба от сместа МЕГ-вода от калоуловителя на съществуващата газова инсталация беше транспортирана до лабораторията на ЕнвироХеми. Бяха тествани различни настройки на инсталацията. Бяха използвани мембрани, изработени от различни материали, с различни размери на порите. Полимерните мембрани с тръбна конструкция бяха заменени с керамични мембрани. За филтрационните трасета бяха използвани полипропилен и PVDF. При провеждането на пилотните тестове полипропиленовите мембрани бяха с най-добра производителност според степента на филтрация за единица площ и време. Степента на филтрация беше стабилна през целия период на филтриране от едно денонощие. Въз основа на този резултат беше разработена пилотна инсталация в малък мащаб за провеждане на полеви тестове за по-дълъг период от време в съществуващата газова инсталация.
Полеви тестове
Полевите тестове са планирани за инсталация за добив на природен газ, разположена на сушата. Трябваше да бъдат взети под внимание специални мерки за сигурност, като особено внимание беше обърнато преди да се разположи инсталацията Envopur® MFI 8 на ЕнвироХеми. Окабеляването и ел.таблото бяха изпълнени съгласно нормите ATEX и специфичната за страната нормативна уредба. Тази информация беше използвана при адаптирането на тестовата инсталация, която беше инспектирана в работилницата от оторизираните от клиента власти и доставена по предназначение.
Изглед на пилотната инсталация Envopur© MFI 8
Филтрацията на МЕГ започна с многообещаващата полипропиленова мембранна система. При полевите тестове беше използвана смес от МЕГ – вода, подобна на очакваната от Баренцово море по отношение на съдържание на неразтворени вещества и вода. Беше предвидено дългосрочна употреба на мембранната система. Бяха изследвани степента на филтрация в зависимост от концентрацията на неразтворени вещества в захранващия поток. Беше определена и оптималната дължина на мембраните. Филтрацията беше започната с по-дългите модули. Понеже степента на филтрация беше по-ниска от вече наблюдаваната при тестовете в лабораторията, бяха използвани по-къси мембрани. Филтърните елементи бяха скъсени за да се намери ефективния баланс между захранващия обем и ефикасната степен на филтрация. Най-важно беше да се знае какво е времето за филтрация между два периода на почистване. Бяха разработени няколко сценария за филтрация докато се намери най-оптималния. Тестовата инсталация беше разработена за напълно автоматично функциониране, за да се осигури некъсната сигурна работа и през нощта без нарушаване на мерките за сигурност.
Диаграма 1: Процес на филтрация
Диаграмата показва степента на филтрация в зависимост от времето на работа. При по-ниска степен на филтриране температурата на системата се повишава. Циркулационната помпа добавя повече енергия към системата, в стационарно състояние в сравнение с това колко филтрата отнема от системата. Ето защо инсталацията ще бъде оборудвана със система за топлобмен. Степента на филтрация беше определена отново по отношение на налягането и дебита за един филтрационен цикъл. В последствие степента на филтрация се оптимизира чрез периодично прилагане на обратна пулсационна промивка. При спад на степента на филтрация под предварително зададена стойност се прилага процедура за химично почистване. Бяха проучени възможностите за оптимизиране на процедурата за химично почистване относно използваните химикали, температурата и времето на почистване. След почистване филтрацията започва отново със същите високи резултати. От основно значение е възможността за архивиране на стойността на концентрационния фактор. За провеждането на този експеримент беше променено разположението на оборудването, за да се постигне максимална концентрация на входящия поток от МЕГ. Целта беше концентрация на НВ от поне 5% в концентрата; това може да бъде постигнато при нормални условия на филтрация. Мембранната инсталация беше експлоатирана при несменяем работен режим и тя функционираше без значителна промяна на степента на филтрация. Тестовете бяха продължени чрез използването на други мембрани. Тестовия модул беше променен съгласно изискванията за синтетични мембрани (PVDS-мембрани) или керамични модули. Но и двата типа мембрани не можаха да постигнат високата производителност на полипропиленовата система.
Инсталация в реален мащаб
Полевите тестове описани по-горе полагат основите за разработване на инсталация в реален мащаб. Цялостното разпределение на микрофилтрационната инсталация Envopur® MFI е извършено на три основни филтрационни модула и два концентрационни модула. Допустимите граници за сигурност са спазени при 3 x 50% при проектирането на инсталацията по отношение на номиналната производителност. Цялата инсталация е достъпна за почистване на място, за всеки филтрационен модул поотделно. Всички линии могат да бъдат изпразнени напълно, за да се избегне кръстосано замърсяване на различните флуиди използвани при експлоатацията и промиване. Необходимите количества от флуиди за промиване и изплакване се намират в резервоари разположени в непосредствена близост.
Цялата инсталация е конструирана като самостоятелен модул. Всички помпи, тръбната разводка, мембранните модули и CIP-станцията са разположени в един модул.
Модулът е разположен в затворено посещение, оборудвана с климатична и вентилационна инсталация за да се избегне прегряването на модула или замръзването на промивните тръби през зимата. Оборудването имащо контакт с течностите е изработено от стомана качество Duplex . Всички други материали не са достатъчно стабилни в тази корозивна среда. Не се препоръчваше употребата на въглеродна стомана поради намаляването на ефективността на мембранната филтрационна инсталацията от корозивните продукти.
STATOIL и Linde, изпълнителната инженерингова компания за този проект изискаха една напълно автоматична инсталация . Всички превключватели, свързани с процеса и помпи са с автоматично изпълнение. Сигналите, идващи от полевото измервателно оборудване постъпват в главната контролна зала. CIP-процедурата е с ръчен старт, който трябва да бъде задействан в главната контролна зала.
Частичен изглед на инсталацията Envopur® MFI от ЕнвироХеми ГмбХ
Обобщение
Рециклирането на МЕГ е важен аспект при добива на природен газ, ако кладенеца се намира на няколко стотин мили от брега и логистиката на оборудването е затруднена. ЕнвироХеми разработва заедно с STATOIL/Linde солидна технология, за да се осигури стабилен и достъпен процес. Основния процес се базира на мембранна филтрационна технология, използваща симетрични полипропиленови мембрани. Инсталацията е оразмерена с минимум 50 % резервен капацитет. Процесът на филтриране и пречистване беше изследван в полеви тест чрез пилотна инсталация за нефтени находища.Резултатите от този тест бяха взети предвид при проектирането и разполагането на пълномащабната инсталация.
МЕГ на вход МЕГ филтрат утаен концентрат
Този сложен и интензивен инженеринг и изграждане бяха извършени при един много критичен времеви график. В крайна сметка адаптацията на мембранната филтрационна система към спецификациите на газовото находище при сурови атмосферни условия премина успешно и беше изпълнена навреме.
