Сжиженные углеводородные газы 1. Основные понятия

Сжиженные углеводородные газы 1. Основные понятия о СУГ 2. Источники получения СУГ 3. Состав сжиженных углеводородных газов 4. Свойства СУГ. Смеси газов 5. Диаграмма состояния индивидуальных углеводородов

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О СУГ Сжиженные углеводородные газы (СУГ и СПГ) - низшие углеводороды, которые в чистом виде или в виде смесей при сравнительно небольшом давлении и при температуре окружающей среды переходят в жидкое состояние. Групповой состав: Алканы (Cn. H 2 n+2): пропан - С 3 Н 8, бутан - С 4 Н 10 (изобутан и н-бутан) Алкены (Cn. H 2 n): этилен С 2 Н 4 пропилен - С 3 Н 6, бутилен - С 4 Н 8. Для удобства хранения и транспортировки эффективно сжижать метан, этан и этилен (давление P ≈ Pатм. , при Т ≈ -161 °С … - 90 °С).

ИСТОЧНИКИ ПОЛУЧЕНИЯ СУГ - попутные газы нефтяных месторождений; - газы стабилизации нефти; - жирные природные газы ГК месторождений; - газы нефтепереработки. Попутные газы и газы стабилизации нефти получают при добыче нефти (установки дегазации нефти и абсорбции). Жирные газы газоконденсатных месторождений содержат «тяжелые» компоненты С 5 -С 8, которые необходимо отделять от метана и этана (на установках низкотемпературной сепарации). Нефтезаводские газы – продукты процессов каталитического и термического крекинга - до 50 % от всего количества СУГ.

СОСТАВ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ Показатель Марка сжиженных газов СПБТЗ СПБТЛ БТ Компонентный состав, %: сумма метана, этилена, не более 4 6 сумма пропана и пропилена, не менее 75 Не норм. сумма бутанов и бутиленов: не менее Не норм. — 60 не более Не норм. 60 — жидкий остаток (С 5 и выше) при t = 20 °С 1 2 2 Давление насыщенных паров изб. , МПА при +45 °С, не более 1, 6 при -20 °С, не менее 0, 16 — Массовая доля сероводорода и меркап- тановой серы, %, не более 0, 015 в том числе сероводорода, %, не более 0, 003 Содержание свободной воды Отсутствует

СВОЙСТВА СУГ. СМЕСИ ГАЗОВ Критические параметры: критическое давление - давление, при котором и выше которого повышением температуры нельзя испарить жидкость. критическая температура - это такая температура, при которой и выше которой при повышении давления нельзя сконденсировать пар.

СВОЙСТВА СУГ. СМЕСИ ГАЗОВ Плотность сжиженного газа ρT= ρTo +α(T-To) Плотность смеси сжиженных газов Плотность остатка углеводородов С 5 и выше = 700 кг/м 3. Удельный объем сжиженных газов - величина, обратная плотности V=1/ρ. Объем жидкой фазы сжиженного газа V 2 ж = V 1 ж[1+β(t 2 -t 1)] Вязкость сжиженного газа

Фазовые переходы • Скрытая теплота превращения характеризует количество выделенного или поглощенного тепла при фазовых переходах. При определенной температуре вещество может быть переведено из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газообразное (процессы кипения и испарения). • Испарение - процесс парообразования, происходящий на свободной поверхности жидкости. • Кипение - процесс интенсивного испарения не только с поверхности, но и со всего объема жидкости. • Энтальпия (теплосодержание) насыщенной жидкой фазы — это количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг или 1 м 3 жидкости от 0 К до заданной температуры при постоянном давлении.

Конденсация сжиженных газов Конденсация -процесс перехода газа в жидкое состояние, когда температура охлаждения ниже температуры насыщения при его общем или парциальном давлении, если газ находится в смеси с другими газами. Три вида конденсации: • пленочная, когда конденсат стекает в виде сплошной пленки (характерно для хорошо смачиваемых или для слабо смачиваемых поверхностей при интенсивной конденсации); • капельная, когда конденсат выпадает в виде капель; • смешанная - часть поверхности покрыта пленкой, а часть поверхности - каплями. Процесс конденсации происходит с выделением тепла.

Диаграммы состояния Диаграмма состояния - это графики эксперимен- тальных зависимостей между давлением, температурой, удельным объемом, теплоемкостью, теплосодержанием для сжиженных газов (так как не подчиняются законам идеальных газов). Пограничные кривые – это линии, разделяющие параметры, соответствующие различным фазам. Диаграммы состояния строят в системах координат: • T-s (температура-энтропия); • р-i (давление-энтальпия).

ТРАНСПОРТ СУГ Доставка от производства до потребителей СУГ: • по трубопроводам; • в сосудах под давлением; • в изотермических емкостях. Классификация перевозок 1. Железнодорожные цистерны (или вагоны для перевозки баллонов). 2. Автомобильные цистерны. 3. Морские и речные суда. 4. Самолеты и вертолеты.

КЛАССИФИАЦИЯ ТАНКЕРОВ 1. Танкеры с резервуарами под давлением. Резервуары рассчитывают на максимальную упругость паров продукта при +45 °С - 16 кгс/см 2. 2. Танкеры с теплоизолированными резервуарами под пониженным давлением (полуизотермические - сжиженный газ транспортируется при промежуточном охлаждении (от -5 до +5 °С) и пониженном давлении (3 - 6 кгс/см 2). 3. Танкеры с теплоизолированными резервуарами под давлением, близким к атмосферному (изотермические). В изотермических танкерах сжиженные газы транспор- тируют при давлении, близком к атмосферному, и низкой отрицательной температуре (-40°С для пропана, аммиака; -103 °С - для этилена, -161°С для СПГ).

ТРАНСПОРТ СУГ Крупные промышленные потребители СУГ (рядом с ГПЗ или НПЗ) получают газ по трубопроводам. СУГ, предназначенные для бытовых потребителей, для автотранспорта и мелких промышленных потребителей: –через сеть газонаполнительных станций (ГНС - от 3 до 12 тыс. т/год). –через кустовые базы (КБ - от 25 до 100 тыс. т/год). КБ снабжают по трубопроводам, железнодорожными цистернами, автомобильными цистернами или танкерами. С ГНС или КБ сжиженные газы доставляют потребителям автотранспортом.

Схема переработки попутного газа 1 - нефтяная скважина; 2 - трап-разделитель; 3 - резервуар; 4 - трубопровод нестабильного газового бензина; 5 - абсорбер; 6 - десорбер; 7 - колонна- стабилизатор

Схема низкотемпературной сепарации газового конденсата газ; гликоль конденсат

Методы сжижения углеводородных газов 1. Испарение жидкости — холодильный цикл, основанный на испарении жидкости (каскадный метод – аммиак - этилен - метан); 2. Использование эффекта Джоуля—Томсона (охлаждение газа при дросселировании): • цикл с однократным дросселированием; • цикл с однократным дросселированием и предварительным охлаждением; • цикл с двойным дросселированием. 3. Расширение газа с отдачей работы (в сочетании с использованием эффекта Дж-Т).

Схема трехкаскадной установки сжижения газа I — газ на сжижение из газопровода; II — аммиак; III — этилен: 1 -3 - компрессоры; 4, 6, 7, 9, 10 - теплообменники; 5, 8, 11 - дроссельные вентили; 12 - сборная емкость

Схема установки, работающей по циклу Моррисона 1 - блок осушки; 2 - блок очистки от СО 2; 3 - теплообменник; 4 - скважина; 5 - сепаратор; 6 - редукционный клапан; 7 - турбодетандер; 8 - паровая турбина; 9 - компрессор с промежуточ- ным и концевым холод-ником; 10 - предварительный теплообменник; 11 - сепаратор; 12 – насос.

МЕТОДЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СУГ • использование гидростатического напора; • перемещение насосами; • перемещение компрессорами; • перемещение комбинированное (насосно- компрессорный, насосно-испарительный, инжекторно-насосный методы); • нагрев верхнего слоя жидкости в освобождаемом резервуаре и охлаждение жидкости в наполняемом резервуаре; • создание избыточного давления газа в резервуаре инертным газом.

Учет СУГ Для учета сжиженных газов приеме, отпуске и хранении применяются следующие способы: • весовой (масса газа определяется на весах) ; • объемный (определяется объем газа в емкости) ; • объемно-весовой (масса газа определяется измерением объема и плотности). Измерение уровня налива СУГ в емкостях проводится устройствами: • с постоянными трубками, опущенными во внутреннее пространство резервуара; • в виде мерного стекла; • с поворотной или скользящей трубкой; • поплавковые с механической передачей; • поплавковые с магнитной передачей.

ХРАНЕНИЕ СУГ Вертикальные цилиндрические изотермические резервуары классифицируют по признакам: • конструктивному исполнению стенок резервуара – одностенные, двустенные, с внутренней мембраной; • конструктивному исполнению внутренней крыши – самонесущая и подвесная; • типу изоляции – экранная, пористая, засыпная, жесткая; • применяемому материалу – металлические, железобетонные, комбинированные.

Конструктивные особенности резервуаров для СПГ Конструкция резервуаров обеспечивает поддержание СПГ в холодном состоянии, имеет двойную стенку. Внутренний резервуар изготовлен из стали с содержанием никеля 9% (или алюминий), а внешний - из предварительно напряженного бетона. Расчетная температура хранения – минус 165°С.

Схема типового подземного резервуара

Типовая схема наземного резервуара