Природный газ, как важный энергетический и сырьевой
ресурс, содержит не только метан (CH₄), но и примеси в виде сероводорода
(H₂S), углекислого газа (CO₂), воды, тяжелых углеводородов (C₂–C₅ и
выше), а также следовых количеств меркаптанов и органических соединений
азота. Для промышленного использования газ необходимо подвергнуть
комплексной очистке, обеспечивающей соответствие требованиям
транспортировки, хранения и последующей химической переработки.
Удаление механических
примесей
Первый этап подготовки природного газа включает удаление
механических примесей: песка, пыли, капель воды и нефтяных
продуктов. Применяются следующие технологии:
- Фильтры грубой очистки – используют сетчатые,
кассетные и гравитационные фильтры.
- Циклоны и центробежные сепараторы – отделяют
капельные жидкости за счет центробежной силы.
- Обезвоживание при помощи гравитационных и коалесцентных
сепараторов – эффективно удаляют свободную воду.
Эффективная механическая очистка предотвращает эрозию оборудования и
снижает коррозионное воздействие на трубопроводы.
Обезвоживание газа
Влага в природном газе приводит к образованию гидратов и коррозионных
соединений, особенно при низких температурах и высоком давлении.
Основные методы обезвоживания:
- Гликолевое обезвоживание – наиболее
распространенный метод. Газ пропускают через контактные колонны, где
вода абсорбируется жидкими диэтиленгликолями (DEG, TEG). Высокая
эффективность достигается многократной циркуляцией гликоля.
- Адсорбционное обезвоживание – применяют твердые
адсорбенты (силікагель, цеолиты). Метод обеспечивает глубокое
обезвоживание до следовых ppm H₂O, необходимое для эксплуатации
газопроводов низких температур.
- Криогенное осушение – охлаждение газа ниже точки
росы воды с последующей конденсацией влаги. Используется преимущественно
в крупных промышленных установках.
Ключевым показателем качества обезвоживания является точка росы воды,
определяющая возможность образования гидратов в транспортной
системе.
Удаление сероводорода
и углекислого газа
Присутствие H₂S и CO₂ в газе требует серной и углекислотной
очистки, так как эти компоненты вызывают коррозию и токсичны.
Основные методы:
- Аминовые процессы (газоочистка аминами) – наиболее
распространенный метод. Газ контактирует с водными растворами
моноэтаноламина (MEA), диэтаноламина (DEA) или метилдиэтаноламина
(MDEA), которые селективно поглощают H₂S и CO₂. Процесс включает
поглощение и последующую регенерацию амина при нагревании.
- Сорбционные методы – используют твердые абсорбенты,
например, оксид железа или активированный уголь, которые захватывают
серосодержащие соединения.
- Процесс Клауза – применяется для переработки
сероводородного газа с последующим получением элементарной серы. Обычно
комбинируется с аминированной очисткой.
Эффективная очистка H₂S до уровня менее 4 ppm обеспечивает
соответствие нормам безопасности и предотвращает образование серной
кислоты в трубопроводах.
Удаление тяжёлых
углеводородов и меркаптанов
Тяжёлые углеводороды (C₅+) и меркаптаны снижают теплотворную
способность и повышают конденсацию при транспортировке. Методы их
удаления включают:
- Дистилляцию и фракционирование – выделение жидких
углеводородов из газа в специальных абсорбционных колоннах.
- Адсорбцию на активированных углях – эффективна для
меркаптанов и следов тяжелых углеводородов.
- Криогенное сжижение и ректификация – используется
при производстве сжиженного природного газа (СПГ), обеспечивая глубокую
очистку и разделение фракций.
Удаление этих компонентов важно для снижения рисков образования
углеводородных конденсатов и обеспечения стабильного давления в
системе.
Дегазация и стабилизация
После удаления основных примесей природный газ проходит
финальную стадию стабилизации. Включает:
- Контроль давления и температуры для предотвращения образования
гидратов.
- Последовательное удаление следов кислорода, азота и водяных
паров.
- Испытания на соответствие стандартам газопроводной транспортировки и
химической переработки.
Контроль качества
Контроль очищенного природного газа осуществляется через:
- Газовый анализ состава (метан, этан, пропан, бутан,
CO₂, H₂S, N₂).
- Определение точки росы воды и углеводородов,
гарантирующее отсутствие конденсации в трубопроводе.
- Проверку на коррозионную активность, включая тесты
на присутствие H₂S и меркаптанов.
Только при строгом соблюдении всех этапов очистки природный газ
становится безопасным для транспортировки, сжижения и химической
переработки в синтез-газ, метанол и другие продукты нефтехимии.
Очистка природного газа — это комплексный, многоступенчатый процесс,
критически важный для энергетической, химической и нефтехимической
промышленности. Каждая стадия направлена на обеспечение стабильности,
безопасности и максимальной экономической отдачи от использования
природного газа.