Оглавление
Предисловие к русскому изданию............................................................................................15
Предисловие..........................................................................................................................16
Благодарности.......................................................................................................................17
Авторы..................................................................................................................................17
Глава 1. Базовые понятия.......................................................................................................19
Введение................................................................................................................................19
1.1. Системы единиц и пересчет величин из одной системы в другую..............................19
1.1.1. Основные величины и единицы их измерения......................................................20
1.1.2. Производные величины и единицы их измерения................................................22
1.1.3. Другие величины, важные в газопереработке........................................................24
1.1.4. Математические символы.......................................................................................24
1.2. Основные химические понятия и важнейшие физические свойства..........................25
1.2.1. Структура веществ и их классификация................................................................25
1.2.2. Важные химические свойства.................................................................................28
1.2.3. Важные физические свойства.................................................................................30
1.2.4. Смеси.......................................................................................................................40
1.3. Методы испытаний........................................................................................................44
1.3.1. Коррозия медной пластины....................................................................................44
1.3.2. Давление паров по Рейду........................................................................................45
1.4. Элементы термодинамики.............................................................................................45
1.4.1. Введение..................................................................................................................45
1.4.2. Первое начало термодинамики..............................................................................46
1.4.3. Формы энергии.......................................................................................................47
1.4.4. Функции состояния и процесса.............................................................................52
1.4.5. Важные термодинамические процессы..................................................................53
1.4.6. Диаграммы давление–энтальпия...........................................................................55
Вопросы для самопроверки.................................................................................................56
Задачи....................................................................................................................................57
Литература............................................................................................................................57
Глава 2. Насосы.....................................................................................................................59
Введение................................................................................................................................59
2.1. Теоретические основы...................................................................................................61
2.1.1. Баланс энергии........................................................................................................61
2.1.2. Напор.......................................................................................................................61
2.2. Центробежные насосы...................................................................................................63
2.2.1. Мощность и КПД насоса и нагревание жидкости.................................................65
2.2.2. Напор всасывания, высота всасывания, полный напор........................................67
2.2.3. Эффективный положительный напор всасывания и кавитация..........................68
2.2.4. Характеристики насоса...........................................................................................70
2.2.5. Характеристики гидравлической системы.............................................................74
2.2.6. Законы подобия......................................................................................................75
2.2.7. Применение насосов в гидравлических системах.................................................75
2.3. Возвратно-поступательные насосы...............................................................................77
2.3.1. Базовые сведения о возвратно-поступательных насосах......................................78
2.4. Роторные насосы............................................................................................................80
2.5. Сравнение центробежных и объемных насосов...........................................................82
2.5.1. Центробежные насосы............................................................................................82
2.5.2. Объемные насосы....................................................................................................82
Вопросы для самопроверки.................................................................................................83
Задачи....................................................................................................................................83
Литература............................................................................................................................84
Глава 3. Теплопередача........................................................................................................... 85
Введение................................................................................................................................85
3.1. Механизмы теплопередачи............................................................................................85
3.1.1. Теплопроводность...................................................................................................86
3.1.2. Конвективная теплопередача.................................................................................89
3.1.3. Теплопередача излучением.....................................................................................90
3.1.4. Коэффициент теплоотдачи..................................................................................... 91
3.2. Способы отвода и подвода тепла...................................................................................96
3.2.1. Способы отвода тепла.............................................................................................96
3.2.2. Способы подвода тепла...........................................................................................96
3.3. Типы теплообменных аппаратов...................................................................................97
3.3.1. Кожухотрубчатые теплообменники.......................................................................97
3.3.2. Теплообменники погружного типа.........................................................................99
3.3.3. Теплообменники воздушного охлаждения.......................................................... 100
3.3.4. Пластинчатые теплообменники........................................................................... 102
3.3.5. Пластинчато-ребристые теплообменники........................................................... 103
3.3.6. Пластинчатые теплообменники с вытравленными каналами............................ 106
3.3.7. Конденсаторы....................................................................................................... 106
3.4. Ребойлеры.................................................................................................................... 107
3.4.1. Ребойлер с паровым пространством..................................................................... 108
3.4.2. Вертикальный рециркуляционный термосифонный ребойлер.......................... 109
3.4.3. Горизонтальный однопроходной термосифонный ребойлер.............................. 109
3.4.4. Вертикальный однопроходной термосифонный ребойлер................................. 110
3.4.5. Встроенные ребойлеры......................................................................................... 111
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 111
Задачи.................................................................................................................................. 112
Литература.......................................................................................................................... 112
Глава 4. Процессы разделения............................................................................................... 113
Введение.............................................................................................................................. 113
4.1. Перегонка..................................................................................................................... 114
4.1.1. Базовые понятия................................................................................................... 114
4.1.2. Типы колонн.......................................................................................................... 123
4.2. Абсорбция..................................................................................................................... 125
4.2.1. Базовые понятия................................................................................................... 125
4.2.2. Физическая абсорбция.......................................................................................... 125
4.2.3. Химическая абсорбция......................................................................................... 126
4.2.4. Выбор абсорбента.................................................................................................. 126
4.2.5. Регенеративный процесс абсорбции.................................................................... 127
4.3. Контактные устройства колонн.................................................................................. 129
4.4. Адсорбция.................................................................................................................... 132
4.4.1. Базовые понятия................................................................................................... 132
4.4.2. Процесс адсорбции............................................................................................... 136
4.5. Мембранное разделение.............................................................................................. 140
4.5.1. Базовые понятия................................................................................................... 140
4.5.2. Процесс мембранного разделения....................................................................... 142
4.6. Выводы......................................................................................................................... 147
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 148
Задачи.................................................................................................................................. 149
Литература.......................................................................................................................... 149
Глава 5. Оборудование для разделения фаз............................................................................ 151
5.1. Газожидкостные сепараторы....................................................................................... 152
5.1.1. Первичное разделение.......................................................................................... 153
5.1.2. Гравитационное разделение газа и жидкости....................................................... 153
5.1.3. Каплеулавливание................................................................................................. 154
5.1.4. Гравитационное разделение жидкостей............................................................... 158
5.2. Фильтр-сепараторы и коалесцирующие фильтры...................................................... 158
5.3. Циклонные сепараторы............................................................................................... 160
5.4. Жидкостные сепараторы............................................................................................. 161
5.5. Время удержания сепараторов различного назначения............................................. 162
5.6. Фильтры........................................................................................................................ 163
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 165
Литература.......................................................................................................................... 166
Глава 6. Общие сведения о газовой промышленности............................................................. 169
6.1. Введение....................................................................................................................... 169
6.1.1. Мировое производство и потребление природного газа..................................... 171
6.1.2. Производство и потребление природного газа в США....................................... 172
6.2. Источники природного газа........................................................................................ 176
6.2.1. Сведения из геологии............................................................................................ 176
6.2.2. Запасы.................................................................................................................... 177
6.2.3. Традиционные источники.................................................................................... 178
6.2.4. Нетрадиционные источники................................................................................ 180
6.3. Состав природного газа............................................................................................... 184
6.3.1. Типичный состав газа из некоторых источников................................................ 184
6.3.2. Состав газа угольных залежей............................................................................... 186
6.3.3. Состав сланцевого газа.......................................................................................... 186
6.3.4. Примеси................................................................................................................. 188
6.4. Классификация природных газов............................................................................... 188
6.4.1. Содержание жидкостей......................................................................................... 188
6.4.2. Содержание серы.................................................................................................. 190
6.5. Основные продукты и рынки...................................................................................... 190
6.5.1. Метан..................................................................................................................... 191
6.5.2. Этан........................................................................................................................ 191
6.5.3. Пропан................................................................................................................... 192
6.5.4. Этан-пропановая смесь........................................................................................ 192
6.5.5. Изобутан................................................................................................................ 192
6.5.6. Нормальный бутан................................................................................................ 192
6.5.7. Газоконденсатные жидкости................................................................................. 193
6.5.8. Газовый бензин...................................................................................................... 193
6.5.9. Сера........................................................................................................................ 193
6.6. Требования к продуктам.............................................................................................. 193
6.6.1. Природный газ...................................................................................................... 193
6.6.2. Жидкие продукты.................................................................................................. 195
6.7. Характеристики горения............................................................................................. 197
6.7.1. Теплота сгорания................................................................................................... 197
6.7.2. Число Воббе........................................................................................................... 199
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 200
Задачи.................................................................................................................................. 200
Литература.......................................................................................................................... 201
Интернет-ресурсы.............................................................................................................. 203
Глава 7. Процессы газоперерабатывающих заводов................................................................ 204
7.1. Задачи газоперерабатывающих заводов...................................................................... 204
7.2. Процессы газоперерабатывающих заводов................................................................. 205
7.2.1. Промысловые операции и приемка газа.............................................................. 205
7.2.2. Входное компримирование.................................................................................. 207
7.2.3. Очистка газа.......................................................................................................... 207
7.2.4. Осушка................................................................................................................... 207
7.2.5. Извлечение тяжелых углеводородов.................................................................... 208
7.2.6. Отделение азота..................................................................................................... 208
7.2.7. Удаление следовых компонентов.......................................................................... 208
7.2.8. Выходное компримирование................................................................................ 208
7.2.9. Переработка углеводородных жидкостей............................................................ 209
7.2.10. Извлечение серы................................................................................................. 209
7.2.11. Хранение и транспортировка.............................................................................. 209
7.2.12. Сжижение............................................................................................................ 209
7.3. Вспомогательные системы.......................................................................................... 210
7.3.1. Энергоносители.................................................................................................... 210
7.3.2. Системы контроля технологических процессов.................................................. 213
7.3.3. Системы безопасности.......................................................................................... 213
7.4. Контрактные соглашения и экономические вопросы............................................... 214
7.4.1. Контракты с твердой суммой вознаграждения.................................................... 214
7.4.2. Контракты с правом на долю дохода от реализации продукции......................... 215
7.4.3. Контракты на покупку всего объема добываемого газа...................................... 215
7.4.4. Контракты с фиксированным процентом извлечения жидкостей..................... 215
7.4.5. Контракты на продажу газа с учетом его теплосодержания................................ 215
7.4.6. Капитальные затраты............................................................................................ 216
7.5. Производственные критерии...................................................................................... 216
7.5.1. Убыль объема газа.................................................................................................. 217
7.5.2. Энергетическая эффективность........................................................................... 217
7.5.3. Ценовой дифференциал....................................................................................... 218
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 220
Литература.......................................................................................................................... 220
Глава 8. Промысловые операции и прием газа........................................................................ 222
Введение.............................................................................................................................. 223
8.1. Промысловые операции.............................................................................................. 223
8.1.1. Операции на устье скважин.................................................................................. 223
8.1.2. Системы сбора газа............................................................................................... 226
8.1.3. Компрессорные станции...................................................................................... 226
8.1.4. Правила прокладки газопроводов........................................................................ 229
8.1.5. Скребки................................................................................................................. 229
8.1.6. Промысловый замер газа...................................................................................... 234
8.2. Газовые гидраты........................................................................................................... 235
8.2.1. Свойства газовых гидратов................................................................................... 235
8.2.2. Прогнозирование условий гидратообразования.................................................. 238
8.2.3. Ингибирование гидратообразования................................................................... 240
8.3. Прием газа.................................................................................................................... 247
8.3.1. Пробкоуловители трубного типа.......................................................................... 247
8.3.2. Пробкоуловители резервуарного типа................................................................. 249
8.3.3. Сравнение конструкций пробкоуловителей........................................................ 250
8.4. Вопросы безопасности и охраны окружающей среды................................................ 250
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 251
Задачи.................................................................................................................................. 252
Литература.......................................................................................................................... 253
Интернет-ресурсы.............................................................................................................. 253
Глава 9. Компримирование газа............................................................................................. 254
Введение.............................................................................................................................. 255
9.1. Теоретические основы................................................................................................. 256
9.1.1. Термодинамика сжатия газа.................................................................................. 256
9.1.2. Ступенчатое сжатие.............................................................................................. 260
9.1.3. Коэффициенты полезного действия компрессора.............................................. 261
9.2. Приводы компрессоров............................................................................................... 263
9.3. Типы компрессоров..................................................................................................... 264
9.3.1. Объемные компрессоры....................................................................................... 266
9.3.2. Динамические компрессоры................................................................................ 270
9.4. Расчет производительности и потребляемой мощности............................................ 276
9.4.1. Производительность............................................................................................. 277
9.4.2. Потребляемая мощность....................................................................................... 281
9.5. Сравнение возвратно-поступательных и центробежных компрессоров................... 283
9.6. Вопросы безопасности и охраны окружающей среды................................................ 284
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 285
Задачи.................................................................................................................................. 285
Литература.......................................................................................................................... 286
Глава 10. Очистка газа.......................................................................................................... 287
10.1. Введение..................................................................................................................... 288
10.1.1. Кислые газы......................................................................................................... 288
10.1.2. Концентрация кислых компонентов в природном газе.................................... 289
10.1.3. Требуемые уровни очистки................................................................................. 289
10.1.4. Утилизация кислых газов.................................................................................... 290
10.1.5. Процессы очистки............................................................................................... 290
10.2. Процессы абсорбции растворителями...................................................................... 294
10.2.1. Амины.................................................................................................................. 295
10.2.2. Соли щелочных металлов................................................................................... 307
10.3. Физическая абсорбция............................................................................................... 308
10.3.1. Свойства растворителя........................................................................................ 309
10.3.2. Типичные условия процесса............................................................................... 311
10.3.3. Смешанные процессы......................................................................................... 313
10.4. Адсорбция................................................................................................................... 314
10.5. Низкотемпературное разделение газа....................................................................... 316
10.6. Мембранная очистка.................................................................................................. 318
10.6.1. Удаление диоксида углерода из природного газа............................................... 318
10.6.2. Вопросы эксплуатации........................................................................................ 319
10.6.3. Достоинства и недостатки систем мембранного разделения............................ 321
10.7. Нерегенерируемые поглотители сероводорода......................................................... 322
10.8. Биологические процессы........................................................................................... 322
10.9. Вопросы безопасности и охраны окружающей среды.............................................. 323
10.9.1. Амины.................................................................................................................. 323
10.9.2. Адсорбенты, или твердые поглотители.............................................................. 323
10.9.3. Мембраны............................................................................................................ 324
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 324
Задачи.................................................................................................................................. 324
Литература.......................................................................................................................... 325
Глава 11. Осушка газа.......................................................................................................... 328
Введение.............................................................................................................................. 329
11.1. Содержание воды в углеводородах............................................................................ 330
11.2. Процессы осушки газа............................................................................................... 334
11.2.1. Абсорбционные процессы.................................................................................. 334
11.2.2. Адсорбционные процессы.................................................................................. 343
11.2.3. Процессы с нерегенерируемыми влагопоглотителями...................................... 357
11.2.4. Мембранные процессы....................................................................................... 357
11.2.5. Другие процессы.................................................................................................. 358
11.2.6. Сравнение процессов осушки............................................................................. 359
11.3. Вопросы охраны труда и окружающей среды........................................................... 360
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 360
Задачи.................................................................................................................................. 361
Литература.......................................................................................................................... 362
Глава 12. Извлечение углеводородов...................................................................................... 364
12.1. Введение..................................................................................................................... 365
12.1.1. Ретроградная (обратная) конденсация............................................................... 366
12.2. Элементы процессов.................................................................................................. 367
12.2.1. Холодильная система.......................................................................................... 368
12.2.2. Турбодетандеры................................................................................................... 374
12.2.3. Теплообмен.......................................................................................................... 379
12.2.4. Газожидкостные сепараторы............................................................................... 380
12.2.5. Фракционирование............................................................................................. 380
12.3. Процессы извлечения жидкостей.............................................................................. 382
12.3.1. Контроль точки росы и кондиционирование газа............................................. 383
12.3.2. Частичное извлечение этана............................................................................... 388
12.3.3. Глубокое извлечение этана.................................................................................. 392
12.4. Вопросы охраны труда и окружающей среды........................................................... 397
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 397
Задачи.................................................................................................................................. 397
Литература.......................................................................................................................... 398
Глава 13. Удаление азота....................................................................................................... 400
Введение.............................................................................................................................. 401
13.1. Удаление азота для облагораживания газа................................................................ 401
13.1.1. Низкотемпературная ректификация.................................................................. 402
13.1.2. Адсорбция при переменном давлении............................................................... 404
13.1.3. Мембранные процессы....................................................................................... 405
13.2. Извлечение азота для операций по повышению нефтеотдачи пластов................... 406
13.3. Вопросы охраны труда и окружающей среды........................................................... 408
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 408
Задачи.................................................................................................................................. 409
Литература.......................................................................................................................... 409
Глава 14. Удаление следовых компонентов............................................................................. 411
14.1. Введение..................................................................................................................... 412
14.1.1. Водород................................................................................................................ 412
14.1.2. Кислород.............................................................................................................. 412
14.1.3. Природные радиоактивные материалы.............................................................. 413
14.1.4. Мышьяк................................................................................................................ 417
14.2. Гелий........................................................................................................................... 417
14.2.1. Введение.............................................................................................................. 417
14.2.2. Методы извлечения............................................................................................. 418
14.3. Ртуть............................................................................................................................ 421
14.3.1. Экологические факторы..................................................................................... 423
14.3.2. Ртутная коррозия................................................................................................. 423
14.3.3. Процессы удаления ртути................................................................................... 423
14.4. Бензол, толуол, этилбензол и ксилолы..................................................................... 425
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 427
Задачи.................................................................................................................................. 427
Литература.......................................................................................................................... 428
Интернет-ресурсы.............................................................................................................. 430
Глава 15. Переработка жидкостей......................................................................................... 431
Введение.............................................................................................................................. 432
15.1. Переработка конденсата............................................................................................ 432
15.1.1. Удаление кислых компонентов........................................................................... 434
15.1.2. Обезвоживание.................................................................................................... 434
15.2. Переработка газоконденсатных жидкостей.............................................................. 434
15.2.1. Удаление кислых компонентов........................................................................... 436
15.2.2. Обезвоживание.................................................................................................... 440
15.2.3. Фракционирование............................................................................................. 443
15.3. Вопросы охраны труда и окружающей среды........................................................... 443
Вопросы для самопроверки............................................................................................... 444
Задачи.................................................................................................................................. 444
Литература.......................................................................................................................... 445
Глава 16. Переработка и удаление кислых газов..................................................................... 447
16.1. Введение..................................................................................................................... 448
16.1.1. Диоксид углерода................................................................................................ 448
16.1.2. Сероводород........................................................................................................ 448
16.2. Свойства серы............................................................................................................ 449
16.2.1. Твердая фаза......................................................................................................... 449
16.2.2. Жидкая фаза........................................................................................................ 450
16.2.3. Паровая фаза....................................................................................................... 450
16.3. Процессы извлечения серы....................................................................................... 451
16.3.1. Процесс Клауса.................................................................................................... 452