Sveučilište u ZagrebuRudarsko-geološko-naftni fakultet

GOSPODARENJE PLINOVIMA 1

Predavanje:

OSNOVE ISTRAŽIVANJA, PROIZVODNJE I PRIPREME PLINA ZA TRANSPORT

Doc. dr. sc. Daria Karasalihović SedlarZagreb, 2010.

ISTRAŽNI RADOVI

• Geološko istraživanje – kartiranje– paleografski, stratigrafski, tektonski i morfološki

odnosi

• Geofizičko istraživanje –– gravimetrijske, magnetne, seizmičke (refleksijska i

refrakcijska) te električne metode

• Geokemijska istraživanja –– prisutnost i sadržaj CH, potencijal plinonosnosti,

podrijetlo organske tvari i svojstva migracije

• Istražno bušenje –– Jezgrovanje, karotažna mjerenja, potvrñivanje

ležišta i rezervi

GABON

ANGOLA

ISTRAŽNO BUŠENJE

OFFSHORE ISTRAŽNO BUŠENJE

BUŠAĆE POSTROJENJE

SIRIJA

NADZEMNA I PODZEMNA OPREMA PROIZVODNE PLINSKE BUŠOTINE

VUČKOVEC

SIRIJA

PROIZVODNJA PLINA

• Proizvodna bušotina• Primarna trofazna separacija – plin, kondenzat i slana

voda• Odvajači slobodne vode – slanovodi – utisne bušotine• Sabiranje • Priključni vod bušotine• Otpremna čistačka stanica - OČS• Regulatori količine protoka - RKP• Sabirni cjevovod • PLINSKA STANICA – PS• CENTRALNA PLINSKA STANICA - CPS

PLINSKA STANICA - PS

• Priključni plinovod i ulazni razdjelnik• Obrada i priprema plina za transport

– Separacija – odvajanje plina od tekućih CH i vode– Dehidracija – odvajanje vode– Pročišćavanje – odvajanje krutih čestica i ostalih

štetnih primjesa– Regulacija i mjerenje– Kompresorska stanica - otprema

• Pomoćni dijelovi– Sisaljke, grijači, skladišni prostor, pogonske zgrade

CENTRALNA PLINSKA STANICA (Molve)

SEPARACIJA KONDENZATA

• Proizvedeni plin (otopljeni plin ili plinski kondenzat) na ušću bušotine sadrži i tekuću fazu koju je potrebno izdvojiti.

– Kopno - separacija u krugu bušotine ili na najbližoj PS/CPS– Offshore – transport do PS na kopnu

• Višestupanjska separacija – kako bi se postiglo što bolje izdvajanje tekuće faze

1. Stupanj - separacija tekuće faze pri približnom tlaku ušća2. Stupanj – niski GOR, niski tlak ušća3. Stupanj – srednje-visoki GOR, umjereni tlak ušća4. Stupanj – visoki GOR, visoki tlak ušća

• Skladištenje kondenzata – atmosferski tlak –posljednji stupanj separacije

• Tro-stupanjska separacija – ekonomski optimum

VIŠESTUPANJSKA SEPARACIJA

SEPARATORI

Osnovni dijelovi separatora: • Primarna sekcija za separaciju sa diverterskom

pregradom za poticanje centrifugalnog kretanja fluida i pojačavanje gravitacijskog izdvajanja

• Sedimentacijski dio za izdvajanje tekuće faze• Izdvajanje kapljevine - za sitne kapljice na izlazu za

plin• Kontrolna i sigurnosna oprema (tlak, temp., razina)

Vrste separatora:• Vertikalni• Horizontalni• Sferični

TROFAZNI HORIZONTALNI SEPARATOR

VERTIKALNI SEPARATOR

KLASIFIKACIJA FLUIDA U LEŽIŠTU

• Razrada ležišta, režim i tehnologija proizvodnje plina –ovise o vrsti ležišta

SIROVI PRIRODNI PLIN

• Plin iz ležišta koji sadrži:– Teže ugljikovodike– Vodenu paru– Spojeve sumpora – H2S, merkaptani (RSH)– Ostale primjese – CO2, N2, He, cijanovodik, NH3,

Hg, Ar

• Utjecaj vlage i primjesa– Korozija– Smanjenje kapaciteta plinovoda– Stvaranje hidrata– Prekid protoka snižavanjem temperature.

KLASIFIKACIJE PRIRODNOG PLINA

• Klasifikacija prema sadržaju težih ugljikovodika:– SUHI PLIN – prirodni plin koji sadrži male količine CH

težih od CH4 (< 0,0134 dm3 gazolina /1m3 plina) koje nije komercijalno isplativo izdvojiti.

– VLAŽNI PLIN – prirodni plin koji sadrži količine CH težih od CH4 koje je potrebno izdvojiti kako bi plin bio pogodan za transport (> 0,04 dm3 gazolina/1m3 plina).

• Klasifikacija prema sadržaju sumpora i CO2:– SLATKI PLIN – prirodni plin koji ne sadrži ili sadrži

izrazito male količine sumpora ili spojeva sumpora. – KISELI PLIN – sadrži sumpor, spojeve sumpora i/ili

CO2 koje je potrebno odstraniti kako bi se mogao izravno koristiti u širokoj potrošnji.

PLIN ZA IZRAVNU UPORABU

Maksimalne dopuštene količine primjesa u pročišćenom prirodnom plinu

DEHIDRACIJA

• Voda – tehnološki problemi zbog kondenzacije, stvaranja hidrata, korozije

• DEHIDRACIJSKE METODE– APSORPCIJA – ADSORPCIJA– MEMBRANSKA– HLAðENJE

DEHIDRACIJA - APSORPCIJOM

• Plin se suši u koloni u protustrujnom sudaranju s otapalom koje veže vodu,

• Glikol - najčešće otapalo • Plin izlazi na vrhu kolone, a glikol na dnu te se

glikol regenerira destilacijom i reciklira• Svojstva otapala –

– vežu vodu, nekorozivni, ne vežu CH i kisele plinove, termički stabilni, jednostavno se regeneriraju, mala viskoznost, slabo topivi u CH, ne stvaraju pjene ni emulzije, jeftini

• Komercijalni glikoli EG, DEG, TEG – najčešće se upotrebljava, T4EG

DEHIDRATOR

DEHIDRACIJA - ADSORPCIJOM

• Fino pročišćavanje plina - čvrsto adsorpcijsko sredstvo velike specifične površine (mikroporoznost), koje selektivno upija komponente

• Nemogućnost kontinuirane cirkulacije – fiksni slojevi, periodična adsorpcija i desorpcija

• Plin se usmjerava na adsorpcijsko sredstvo koje selektivno zadržava vodu, kad se postigne zasićenost adsorbenta, vrući plin regenerira adsorpent i nakon toga se hladi

• Desorpcija – smanjenjem tlaka, čišćenje inertnim plinom, zagrijavanjem

• Svojstva adsorbenta – visoka moć adsorpcije, mogućnost regeneracije, brza adsorpcija, kemijska inertnost, mali pad tlaka

• Najčešći adsorbenti - aktivni aluminij, silikonski gel, aktivni ugljen

DEHIDRACIJA - ADSORPCIJOM

DEHIDRACIJA - MEMBRANSKA

• Velika permeabilnost membrane za vodu ili kisele plinove, nepropusnnost membrane za metan

• Potrebna velika površina membrane – spiralni modul i modul sa snopom šupljikavog vlakna

• Korištenje različitih polimera za izradu membrana• Jednostupanjski proces – nema recikliranja i

rekompresije membrane • Ograničena uporaba - ekonomičniji i kompaktniji proces

– offshore proizvodnja

DEHIDRACIJA - MEMBRANSKA

DEHIDRACIJA - HLAðENJEM

• Zbog zahtjeva transporta – sprečavanje stvaranja tekuće faze - problem pada tlaka i temperature pri transportu

• Smanjenjem temperature izdvajaju se tekuće faze:– Benzin ili kondenzat C5+

– UNP – C3 i C4 (NGL – benzin i LPG)– UPP – CH4 i C2

IZDVAJANJE KISELIH PLINOVA (CO2, H2S, RSH)

• KEMIJSKI PROCESI (MEA, DEA, aMDEA, DGA, DIPA, Ucarsol, Benfield)

• FIZIKALNI PROCESI (Selexsol, Purisol, Rectisol)• FIZIKALNO-KEMIJSKI PROCESI (Sulfinol-D, Amisol,

Optisol)• ADSORPCIJSKI (SUHI) PROCESI (Zinc oxide,

molekularna sita, aktivni ugljen)• MEMBRANSKI PROCESI• FRAKCIJSKO IZDVAJANJE• PROCESI IZRAVNE KONVERZIJE (Stretford, Perox,

Lo-Cat)

KEMIJSKI PROCESI

• Upotreba kemijskih otapala - protustrujno kretanje plina i apsorpcijske otopine u apsorber-koloni = apsorbiranje kiselih plinova na apsorpcijsku otopinu

regeneracijska kolona (striper-kolona) izdvajanje kiselih plinova iz otopine daljnja obrada kiselih plinova

• AMINSKI - aminska otapala – nerkorozivna (inhibitorikorozije)– MEA, DEA, MDEA, aMDEA, DGA, DIPA

• KABRONATNI – otapalo K2CO3 - koncentriranija otapala, za veće sadržaje CO2 u plinu– Catacarb, Benfield

FIZIKALNI PROCESI

• Upotreba fizikalnih otapala - isti postupak kao kod kemijskih otapala (metanol, polietilen glikol)

• Koriste se ukoliko je prisutan visok tlak plina, niska koncentracija težih CH, visok sadržaj kiselih plinova, ili kod selektivnog izdvajanja H2S/CO2.

• Fizikalni procesi ne zahtijevaju dodatnu toplinu za izdvajanje kiselih plinova iz otapala.

• Najznačajniji postupci - Selexsol, Purisol, Rectisol

• FIZIKALNO-KEMIJSKI PROCESI (Sulfinol-D, Amisol, Optisol) – kombinacija otapala

OBRADA PLINA APSORPCIJOM

OSTALI PROCESI

ADSORPCIJSKI PROCESI• Prikladni kad se zahtjeva izrazita čistoća plina• Korištenje molekularnih sita – simultano izdvajanje vode i kiselih

plinova• Fiksni adsorpcijski slojevi, regeneracija – zagrijavanjem• Najčešći postupci ovisno o adsorpcijskom sredstvu - Zinc oxide,

molekularna sita, aktivni ugljenMEMBRANSKI PROCESI• Simultano izdvajanje vode i CO2 čime se smanjuje gubitak metana

preko membrane• Mali kapaciteti izdvajanja, kod visokih sadržaja CO2 i neodreñenih

finalnih specifikacija• Istraživanje polimera – razvoj novih učinkovitijih, otpornijih i

ekonomičnijih membrana

OSTALI PROCESI

FRAKCIJSKO IZDVAJANJE• Nisko temperaturna destilacija • Kod visokih koncentracija CO2

• Ryan-Holmes, CFZ (Controled Freezing Zone)

PROCESI IZRAVNE KONVERZIJE• Pretvaranje H2S u elementarni sumpor kako bi se

izbjegla emisija H2S u atmosferu – oksidacija• Kod visokih sadržaja H2S u plinu• Više stupanjskom katalizacijom (2-3) se izdvaja 98%

sumpora • Stretford, Perox, Lo-Cat

OSTALI PROCESI

UKLANJANJE DUŠIKA• Dušik je potrebno ukloniti radi specifikacija ogrjevne

vrijednosti plina• Kriogena destilacija, apsorpcija i membranska

separacija

UKLANJANJE HELIJA• Kriogeni procesi• Uklanjanje istovremeno s dušikom

UKLANJANJE ŽIVE• Prisustvo žive, čak u tragovima, izaziva koroziju• Metode uklanjanja – aktivni ugljen, sakupljački medij,

oksidacija, cinkov oksid

CENTRALNA PLINSKA STANICA (Molve)

• Separacija ulaznog fluida - izdvajanje slojne vode – slanovod – utisna bušotina

• Izdvajanje žive– Gruba adsorpcija – aktivni ugljen impregniran

sumporom – HgS– Fina adsorpcija – nakon izdvajanja štetnih plinova-

izlazna koncentracija < 10 ng/m3

• Dehidracija – uklanjanje vode, glikol-apsorpcijska otopina

• Degazolinaža - ekstrakcija C2+

CENTRALNA PLINSKA STANICA (Molve)

• Izdvajanje kiselih plinova (CO2, H2S, RSH)– Benfield (topli karbonatni) proces

• tlak 52 bara i T=110°C• apsorpcijska otopina – vodena otopina K2CO3, katalizator i

inhibitor korozije

– aMDEA (aminski) proces• tlak 52 bara i T=85°C• apsorpcijska otopina – vodena otopina metildietanolamina

aktivirana piperazinom

CENTRALNA PLINSKA STANICA (Molve)

• Odsumporavanje - Lo-Cat postrojenje - smjesa CO2 i sumpornih spojeva – izdvajanje H2S i prevoñenje u elementarni sumpor– 3 apsorberske kolone i venturi predapsorberima –prvi kontakt

struje kiselih plinova i apsorpcijske otopine - protustrujno kretanje kiselih plinova i otopine u koloni – apsorpcija preostalog H2S, CO2 i RSH odlaze u RTO

– procesna otopina – vodena otopina s kelatnim željezom– apsorpcijska otopina zasićena s H2S – filtriranje – izdvajanje

elementarnog sumpora u obliku sumpornog mulja – sušenje –Petrokemija Kutina

– regeneracija otopine upuhivanjem zraka u oksidatoru

CENTRALNA PLINSKA STANICA (Molve)

• RTO - Regenerativna termička oksidacija –spaljivanje preostalih sumpornih spojeva

• Rekompresija otpremnog prirodnog plina• Obrada otpadnih voda –

– napojna kotlovska, rashladana i tehnološka voda– isparavanje na rashladnim sustavima, cirkulacija u

tehnološkom procesu, obrada otpadnih voda

obrada (praćenje parametara kakvoće) –

ispuštanje u vodotokove ili utiskivanje u utisne bušotine

CENTRALNA PLINSKA STANICA (Molve)

Shema tehnoloških Procesa obrade plinana CPS Molve

DEGAZOLINAŽA - IZDVAJANJE C2+ FRAKCIJA

1. Separacija2. Dehidracija3. Kompresorska stanica -27 bar4. Apsorpcijska kolona – protustruja s plinskim uljem –

apsorbiraju se C2+ , a metan se izdvaja u magistralni plinovod (27 bar i 27°C)

5. Kolona za izdvajanje etana iz smjese CH zbog redukcije tlaka na 10 bar

6. Destilacijska kolona – predgrijana (200°C) smjesa CH iz koje se izdvaja apsorpcijsko ulje- (izdvajanje frakcija različitih vrelišta ovisno o tlaku u kolonama)

DEGAZOLINAŽA - IZDVAJANJE C2+

FRAKCIJA

7. Prva frakcijska kolona C3 – izdvajanje propana (14,5 bar i 42°C)

8. Druga frakcijska kolona C4 – izdvajanje butana (5 bar)

9. Deizobutanizer – izdvojeni butan se frakcionira na n-butan i i-butan

10. Posljednja frakcijska kolona C5– izdvajanje pentana na vrhu i izdvajanje primarnog benzina na dnu kolone (3,5 bar)

TEHNOLOŠKA SHEMA RADA

DEGAZOLINAŽE

Izdvajanje frakcija iz prirodnog plina-etan, propan, n-butan, i-butan, C5+ sirovi gazolin (primarni benzin).

EKSTRAKCIJA C2+

• Izdvojene frakcije – sirovina za proizvodnju etilena, petrokloretilena i trikloretilena

• Etan, propan – etilen, nitroalkana, kloriranihugljikovodika, aerosola, ukapljenog goriva, rashladno sredstvo

• n-butan – butadien, octena kiselina, metil-etil-ketona• i-butan – metil-t-butil-etera, propilen oksida i t-butanola• C5+ - etilen, motorni benzin• n-pentan – poliesteri

HVALA NA PAHVALA NA PAŽŽNJI !NJI !