Používate zastaralý prehliadač, stránka sa nemusí zobraziť správne, môže sa zobrazovať pomaly, alebo môžu nastať iné problémy pri prehliadaní stránky. Odporúčame Vám stiahnuť si nový prehliadač tu.
jednotka adsorpčného sušenia - Nafta
1
Otvoriť Foto TU
Otvoriť galériu
Celkový pohľad na jednotku adsorpčného sušenia. Foto: Nafta
11. decembra 2012 Plyn a ropa od Energia.skSITA

Technológia úpravy plynu – Adsorpcia

Podzemný zásobník Gajary-báden je  budovaný v plynovej čapici ropo-plynového ložiska, ktorá je bohatá na vyššie uhľovodíky.  Na úpravu takého plynu nebolo možné použiť bežnú technológiu (absorpčné sušenia na báze trietylénglykolu) a preto v rámci štúdie realizovateľnosti boli podrobne porovnávané rôzne technológie, ktoré dokážu upraviť rosný bod vody aj rosný bod uhľovodíkov. Okrem ekonomického kritéria sa  pri výbere technológie zohľadňovali najmä požiadavky maximalizácie  operatívnosti prevádzky, nakoľko sa uvažovalo s napojením podzemného zásobníka aj do tranzitne sústavy (DN 1200 Lakšarská n/ves – Vysoká). Takýmito kritériami boli:

  • veľký rozsah prietokov (minimum/ maximum)
  • flexibilita v prevádzkovom tlaku
  • rýchle spustenie do prevádzky  (okamžité plnenie kvalitatívnych parametrov plynu)
  • optimalizácia  prevádzkových nákladov v pohotovostnom režime

Ďalším kritériom pri výbere technológie bola aj efektívna optimalizácia investičných nákladov pre prípadné zvyšovanie denného ťažobného výkonu. V zmysle  uvedených požiadaviek bolo rozhodnuté pri výbere technológie inštalovať adsorpčné sušenie.

Základom adsorpčného sušenie je látka (adsorbent), ktorá je schopná pohlcovať molekuly vody aj molekuly uhľovodíkov.  Vyznačuje sa veľkým povrchom – špecifický povrch je  750 m2/g (ďalšie technické údaje sú uvedené v tabuľke č. 1), čo znamená, že 10 g adsorbentu (jedna polievková lyžica) predstavuje plochu futbalového ihriska. Ak zachytávané molekuly majú porovnateľný rozmer s priemerom pórov adsorbentu, tak okrem povrchovej adsorpcie pôsobí aj sekundárny mechanizmus a to kapilárna kondenzácia pri prúdení plynu cez adsorbent. Póry v silikagely sú asymetrické, smerom do vnútra materiálu sa zužujú.

Tabuľka č.1  Základné vlastnosti silikagelov inštalovaných v kolónach

Parametre Typ H Typ WS
Chemické zloženie

SiO2 97% (váh.)

Al2O3 3% (váh.)

SiO2 97% (váh.)

Al2O3 3% (váh.)

Špecifický povrch 750 m2/g 650 m2/g
Objem pórov 0,5 cm3/g 0,45 cm3/g
Veľkosť zŕn 2-5 mm 2-5 mm
Pevnosť v tlaku 230 N 120 N
Opotrebenie 0,05 % (vah.) 0,05 % (vah.)
Odolnosť voči vode nie áno

Dodávateľom  adsorpčnej jednotky bola nemecká spoločnosť Silica  Verfahrenstechnik GmbH Berlin, ktorá má dlhoročné skúsenosti s touto technológiou.  Dodaná a inštalovaná je v podstate trojkolónová jednotka  s výstupnou filtráciou, s okruhom ohrevu a chladenia regeneračného plynu a s jednotkou stabilizácie gazolínu. Maximálny prietok   je 1.0 – 6.0 x106Sm3/d , závisí to od aktuálneho zloženia a prevádzkového tlaku. 

V každej kolóne je inštalovaná náplň, ktorá pozostáva zo štyroch vrstiev. Kľúčovou vrstvou (adsorbentom) je vrstva silikagelu Typ KC- H (obr. č.1) ,  ktorej výška je 6182 mm.  Ďalšou vrstvou je silikagel typ KC- WS (obr.č.1), ktorá má za úlohu chrániť kľúčovú vrstvu pred prípadnou voľnou kvapalinou, ktorá by ju mohla poškodiť. Práve z tohto dôvodu rozsah  dodávky adsorpčnej jednotky zahŕňa aj vstupný separátor, aby dodávateľ technológie mal plnú kontrolu nad procesom sušenia plynu. Pre prípad zlyhania vstupného separátora alebo jeho nízkej účinnosti je silikagel typ KC-WS poslednou prekážkou pre voľnú vodu, ktorá by mohla definitívne poškodiť kľúčovú vrstvu. Ďalšie vrstvy sú tvorené keramickými guličkami, ktorých úlohou je:

  • zabezpečiť rovnomerné prerozdelenie prietoku cez kolónu
  • vyplnenie hluchého priestoru v spodnej časti kolóny predovšetkým pod a v okolí perforovaného distribútora
  • zabrániť migrácii silikagélu do spodnej časti kolóny – táto funkcia je zabezpečovaná predposlednou vrstvou keramických guličiek (priemere 12-14mm), ktorých priemer medzipriestoru je menší ako priemer silikagélu

Obr.č.1 Typy silikagelov inštalovaných v kolónach

Obrázok č.2 zobrazuje, čo sa vlastne odohráva v adsorpčnej kolóne. Zo všetkých zložiek zemného plynu silikagél najlepšie pohlcuje molekuly vody preto zóna vody sa vytvára hneď  vstupe do kolóny. Nasleduje zóna uhľovodíkov C6+. V smere toku zemného plynu sa mení zóna ťažších uhľovodíkov na zónu ľahších uhľovodíkov, za ktorou vystupuje plyn z kolóny v obchodnej kvalite. Obsah zložiek etánu a propánu je v plyne pomerne vysoký a ich zasýtenie v kolóne je v celku rýchle. Prakticky okamžite hneď na začiatku cyklu dochádza k ich prieniku cez kolónu. Obsah butánu v zemnom plyne je o niečo nižší  a k jeho prieniku dochádza po pár minútach.  Následne v cca 1/3 cyklu postupne dochádza k prieniku pentánu a hexánu. Keď sa vo výstupnom plyne začínajú objavovať  uhľovodíky C7, rosný bod uhľovodíkov sa môže začať zhoršovať. Zložka C8 už významne  ovplyvňuje rosný bod uhľovodíkov vystupujúceho plynu. Práve preto obsah zložiek C8+ je dôležitým  parametrov spolu s prietokom, tlakom a teplotou  pre návrh kolóny (rozmer, objem náplne) a následne aj pre výpočet potrebnej dĺžky adsorpčného cyklu.

Obr.č.2 Dynamika adsorpcie v kolóne

Na chromatografickej analýze je možné pozorovať vyššie popísané chovanie adsorpčného procesu (obr. č.3).  Postupné zvyšovanie a znižovanie koncentrácie uhľovodíkov (pozorovateľné predovšetkým pre zložky C3,C4 C5) je spôsobené tým ako sa jednotlivé zložky postupne uvoľňujú z adsorpčnej kolóny stále vo väčšom množstve lebo sú vytláčané ťažšími uhľovodíkmi. Následný pokles koncentrácie je spôsobený tým, že z kolóny sa začala uvoľňovať vo väčšom množstve ďalšia zložka, ktorej koncentrácia následne rastie vo výstupnom plyne na úkor zložiek, ktoré už v plyne sú. 

Obr. č.3 Koncentrácia zložiek plynu na výstupe z kolóny

Proces adsorpčného sušenia je zrejmý z obr. č.4.  Na to aby bola zabezpečená kontinuálna ťažba sú potrebné minimálne dve kolóny, nakoľko kolónu, ktorá je nasýtená uhľovodíkmi a vodou je potrebné zregenerovať. Samotná regenerácia sa skladá z dvoch častí a to z vyhriatia kolóny za účelom odparenia ťažších uhľovodíkov a vody (je to analogický proces ako vysušenie zaroseného zrkadla v kúpeľni horúcim vzduchom zo sušiča na vlasy) a z chladenia kolóny na požadovanú teplotu. 

Obr. č.4 Schéma linky adsorpčného sušenia

Aby bol tento proces čo najefektívnejší, sú adsorpčné jednotky buď trojkolónové alebo štvorkolónové v závislosti od toho aký prístup sa zvolí na zabezpečenie maximálneho výkonu.  Regenerácia kolóny je zabezpečená procesným plynom ktorý sa odreguluje z ťaženého plynu. Na objem (prietok) regeneračného plynu majú vplyv dva faktory: (1) čas ktorý je k dispozícii na zregenerovanie kolóny  a (2) minimálny prietok, ktorý je potrebný na zaťaženie kolóny regeneračným plynom, aby bola celá náplň rovnomerne zregenerovaná. Regeneračný plyn sa najprv predhreje v kolóne, ktorá sa predtým zregenerovala (je potrebné ju schladiť). Týmto spôsobom sa využije naakumolované množtvo tepla v kolóne a regeneračný cyklus sa zefektívni.  Následne plyn vstupuje do ohrevu kde sa dohreje na požadovanú teplotu cca 290°C. Ak teplota predhriateho plynu je dostatočne vysoká (viac ako 240°C) predhriaty plyn prechádza cez ohrev bez ďalšieho dohrievania. Na to aby bol celý proces čo najefektívnejší, každá kolóna má dvojvrstvovú vnútornú izoláciu (betónovú výstelku) v celkovej hrúbke 145 mm. Vnútorná izolácia bola inštalovaná až na mieste stavby. Vo výrobe na vnútornú stenu kolón boli navarené kotvy  (obr. č.5), ktorých úlohou bolo udržať jednotlivé vrstvy počas nanášania izolačného materiálu na steny nádoby (obr. č.6).  Vďaka vnútornej izolácii sa úplne minimalizujú teplotné straty počas regenerácie (regeneračný cyklus je kratší) a následne teplo akumulované v regenerovanej kolóne je možné dlhodobejšie využívať na predohrievanie plynu. Regeneračný cyklus je ukončený ak sa na výstupe z kolóny dosiahne cca 260°C. Konkrétna teplota sa nastavuje podľa obsahu vyšších uhľovodíkov. Priebeh teplôt plynu v regeneračnom cykle je zrejmý z obr. č.7. Plyn na výstupe z regenerovanej kolóny sa potom chladí na cca 20-25°C a získaný kondenzát sa následne spracuje stabilizačnej jednotke gazolínu. Odplyny, ktoré sa vygenerujú pri spracovaní gazolínu sú využívané ako palivový plyn pre ohrev regeneračného plynu alebo ako palivový pre kotolňu, čo zvyšuje účinnosť celého procesu. Plyn využívaný na regeneráciu kolóny sa vracia späť do prúdu ťaženého plynu (pred vstupom do kolóny), čím sa uzatvára okruh regenerácie.

Obr. č.5   Navarovanie kotiev na vnútornú stenu kolóny 

                                                                        

Obr. č. 6 Pohľad na vnútornú izoláciu v kolóne

Obr. č.7 Priebeh teplôt v kolónach v procese regenerácie

V súčasnosti je adsorbčná jednota v testovacej prevádzke, tomu však samozrejme predchádzali individuálne, predkomplexné a komplexné skúšky v jeseni minulého roka. Pred spustením do testovacej prevádzky bolo časovo najnáročnejšie  nastavovanie ohrevov. Vzhľadom na to že teplota na vstupe do ohrevu sa dynamicky mení od 240°C po 20°C je pomerne zložité nastaviť reguláciu ohrevu tak, aby sa neprekračovala požadovaná výstupná teplota. Najviac regulácia musela spoľahlivo fungovať nielen pri prevádzke jedného ohrevu, ale aj pri súčasnej prevádzke dvoch prípadne troch ohrevov.  Počas testovacej prevádzky bolo v spolupráci s dodávateľom technológie vykonaných niekoľko testov – dva výkonové testy  a jeden test spoľahlivosti zariadenia.

Výkonové testy boli zamerané (popri kontrole kvalitatívnych parametrov plynu) predovšetkým na kontrolu garantovanej spotreby plynu, ktorá sa mení v závislosti od zloženia plynu a prietoku plynu. Obidva testy boli úspešné a dosiahnuté parametre boli v garantovaných intervaloch. Zaťaženie kolón na maximálny prietok (6.0x106Sm3/deň) v súčasnosti nie je možný, nakoľko ešte  nie sú zapojené všetky sondy (zapojenie sa plánuje sa  v 3. etape výstavby), ale na druhej strane sa v súčasnosti (na konci ťažobnej sezóny) vytvárajú možnosti overenia limitu kolóny na zachytávanie vyšších uhľovodíkov pre prietok plynu 1.0 – 2.0x106Sm3/d.

Test spoľahlivosti mal preukázať minimálne 98 % dostupnosť/prevádzky-schopnosť zariadenia počas 30 dní. Opäť aj tento test preukázal, že technológia úpravy plynu je v dobrej kondícii. 

Samozrejme tak ako v každej novej prevádzke aj v časti technológie úpravy plynu sa zaznamenávajú drobné nedostatky, ktoré sa budú počas odstávky odstraňovať. Dôležitým faktom však je, že tieto drobné nedostatky nenarušujú bezpečný a spoľahlivý chod technológie úpravy plynu.

Prevádzka adsorpčnej jednotky je plne automatizovaná a  je pomerne jednoduchá. Riadiaci systém prepína kolóny do jednotlivých režimov  a reguluje výkon jednotlivých ohrevov. Adsorpčná jednotka má málo rotujúcich strojných častí, čo znamená optimalizáciu  údržby. Je to jednotka, ktorá môže prakticky okamžite nabehnúť z pohotovostného režimu na maximálny ťažobný výkon. Ďalšou výhodou adsorpčnej jednotky je veľká flexibilita a to z pohľadu:

Vstupných teplôt plynu – prevádzková teplota v kolóne môže byť  prakticky od 0°C po 45°C (minimálna teplota však musí byť nad bodom tvorby hydrátov)

Vstupných tlakov – napríklad v prípade rozširovania skladovacej kapacity môže byť požiadavka na zníženie pracovného tlaku v kolóne, čo by síce znamenalo zníženie prietoku cez kolóny, ale v žiadnom prípade by to však nevyvolalo nijaké ďalšie investície na udržanie adsorpčnej jednotky v prevádzke

Prevádzkovania jednotky – štandardne sa prevádzkuje ako trojkolónová jednotka (jedna kolóna v prevádzke, jedna v regenerácii, jedna kolóna v procese chladenia). Za určitých podmienok (zloženie plynu, porucha niektorej kolóny) je možná aj dvojkolóvá prevádzka (jedna kolóna v prevádzke, druhá v regenerácii a následne v procese chladenia

Riadenia prevádzky –  k dispozícii je plne automatický režim riadenia, ktorý počíta dĺžku cyklov podľa prietoku plynu, teploty, zloženia (predefinované varianty zloženia)  a tlaku, ale tak isto je k dispozícii manuálny režim, ktorý umožňuje nastavenie/prispôsobenie dĺžky cyklov podľa zhodnotenia všetkých prevádzkových parametrov

Dĺžka cyklu by sa mala v budúcej prevádzke  postupne predlžovať na 9 – 48 hodín v závislosti od prietoku plynu), nakoľko po nábehu na cieľové kapacitné parametre by sa mal obsah vyšších uhľovodíkov v ťaženom plyne znižovať. V tomto prípade by už nebolo potrebné prispôsobovať dĺžku cyklu rosnému bodu uhľovodíkov, ale by ho bolo možné nastavovať na rosný bod vody.  Predĺženie cyklu by znamenalo zároveň aj zefektívnenie budúcej prevádzky – zníži sa počet potrebných regeneračných cyklov.

Flexibilita adsorpčnej jednotky je nepopierateľná aj pre budúce prípadné zvyšovanie ťažobných výkonov na zásobníku Gajary-báden. Adsorpčná jednotka je predpripravená (stavebne, dispozične)  na inštaláciu ďalšej kolóny, ktorá umožní nárast denného ťažobného výkonu. Samozrejme akékoľvek zvyšovanie ťažobného výkonu musí byť podložené analýzou  dát (charakterizujúcich výkonnosť sond a energiu ložiska) zbieraných a spracovávaných počas nábehového obdobia podzemného zásobníka Gajary-báden. 

Obr. č. 8 Ohrevy plynu – samotné ohrevy plynu sú umiestnené v budove z dôvodu utlmenie hluku, v externom prostredí je umiestnený vstupno-výstupný kolektor a komíny

Obr. č. 9 Celkový pohľad na jednotku adsorpčného sušenia

Analýza bola publikovaná vo februárovom čísle (2/2012) odborného plynárenského časopisu Slovgas. Autor: Tomáš Ferencz

Foto a text: NAFTA a.s.

K téme

Bezplatné novinky z Energia.sk raz týždenne:
podmienkami používania a potvrdzujem, že som sa oboznámil s ochranou osobných údajov
Copyright © iSicommerce s.r.o. Všetky práva vyhradené. Vyhradzujeme si právo udeľovať súhlas na rozmnožovanie, šírenie a na verejný prenos obsahu.