Способ низкотемпературного разделения попутных нефтяных газов (варианты)

Предлагаемое изобретение относится к установкам низкотемпературного разделения попутных нефтяных газов и может быть использовано в газовой промышленности на газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) и установках комплексной подготовки газа к транспортировке. В способе низкотемпературного разделения попутного (природного) газа хладагент, содержащий соединения, входящие в состав исходного газа, перед сжатием смешивают с исходным газом. Сжатую смесь или ее часть охлаждают, причем процесс охлаждения проводят, по крайней мере, дважды. После одного из процессов охлаждения из смеси отбирают жидкую фазу, которую или часть которой используют в качестве хладагента или в составе хладагента, по крайней мере, в одном из процессов охлаждения. При этом хладагент дросселируют, нагревают, частично или полностью испаряют и затем смешивают с исходным газом. После одного из процессов охлаждения смесь или ее часть дросселируют и адиабатически расширяют во вращающемся потоке в канале циклонного сепаратора во вращающемся потоке в канале циклонного сепаратора. Предлагаются также способ, в котором в качестве хладагента или в составе хладагента применяется жидкий продукт, полученный с использованием ректификационной колонны. Использование изобретения позволит повысить эффективность оборудования, используемого при разделении попутного газа. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к установкам низкотемпературного разделения попутных нефтяных газов и может быть использовано в газовой промышленности на газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) и установках комплексной подготовки газа к транспортировке.

Процесс низкотемпературного разделения попутных нефтяных газов в настоящее время является одним из основных способов получения широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) и газового бензина.

Известен способ получения нестабильного конденсата из нефтяного газа (SU 1518629), в котором нефтяной газ сжимается в компрессоре, сжатый газ охлаждается за счет испарения нестабильного конденсата. Образовавшиеся пары сжимают во втором компрессоре, охлаждают в аппарате воздушного охлаждения, полученный при этом конденсат выводится из системы в качестве товарного продукта. Недостатком этого метода разделения является необходимость использования двух компрессорных агрегатов.

Известен способ низкотемпературного разделения газа (US 3596473), в котором хладагент, содержащий соединения, входящие в состав исходного газа перед сжатием смешивают с исходным газом, сжатую смесь охлаждают и дросселируют, причем процесс охлаждения проводят по крайней мере дважды, после одного из процессов охлаждения из смеси отбирают жидкую фазу, которую или часть которой используют в качестве хладагента или в составе хладагента, по крайней мере в одном из процессов охлаждения, при этом хладагент дросселируют, нагревают, частично или полностью испаряют и затем смешивают с исходным газом.

Недостатком этого метода является необходимость глубокого дросселирования охлажденной газовой смеси, это требует повышенных затрат энергии для сжатия смеси.

В основу настоящего изобретения положена задача повышения эффективности оборудования, используемого в низкотемпературном процессе разделения попутного газа, за счет использования холодильной установки, в которой при дросселировании сжатой смеси одновременно производится дополнительное, более глубокое разделение компонент попутного газа.

В предлагаемом способе низкотемпературного разделения попутного (природного) газа, хладагент, содержащий соединения, входящие в состав исходного газа, перед сжатием смешивают с исходным газом, сжатую смесь охлаждают, причем процесс охлаждения проводят по крайней мере дважды, после одного из процессов охлаждения из смеси отбирают жидкую фазу, которую или часть которой используют в качестве хладагента или в составе хладагента по крайней мере в одном из процессов охлаждения, при этом хладагент дросселируют, нагревают, частично или полностью испаряют и затем смешивают с исходным газом, после одного из процессов охлаждения смесь или ее часть дросселируют и адиабатически расширяют во вращающемся потоке в канале циклонного сепаратора.

При дросселировании и адиабатическом расширении смеси во вращающемся потоке в канале циклонного сепаратора необходимы скорости потока, в несколько раз большие, чем в каналах обычного циклонного сепаратора. За счет повышенных скоростей в процессе дросселирования достигаются большие разрежения в центральных областях потока, что приводит ввиду эффекта Джоуля-Томсона к более низким температурам в этих областях, и тем самым к повышенной конденсации целевых компонент.

В случаях, когда в схеме разделения попутного газа необходимо получить из жидкой фазы продукт необходимой частоты по растворенным легким газам, поставленная задача решается вторым способом.

Во втором способе низкотемпературного разделения попутного (природного) газа, в котором хладагент, содержащий соединения, входящие в состав исходного газа, перед сжатием смешивают с исходным газом, сжатую смесь или ее часть охлаждают, причем процесс охлаждения проводят, по крайней мере, дважды, после одного из процессов охлаждения смесь или ее часть направляют на переработку в ректификационную колонну с получением газообразного и жидкого продуктов, газообразный продукт охлаждают с получением жидкой фазы, полученную жидкую фазу или ее часть отбирают и используют в качестве хладагента или в составе хладагента, по крайней мере, в одном из процессов охлаждения, при этом хладагент дросселируют, нагревают, частично или полностью испаряют и затем смешивают с исходным газом.

В этом варианте способа дополнительная конденсация компонент газа, истекающего из ректификационной колонны, и возвращение сконденсированных компонент в исходный газ позволяет получить более глубокую очистку смеси от целевых компонент.

Жидкую фазу или ее часть можно отбирать вместе с частью газовой фазы и затем отобранные жидкую и газовую фазы совместно дросселировать. В этом случае отпадает необходимость в использовании устройств разделения жидкой и газообразной фаз.

В тех случаях когда в исходном газе концентрации некоторых компонент недостаточно для получения необходимого количества эффективного хладагента, хладагент перед сжатием можно смешивать с исходным газом и с газом, содержащим соединения, входящие в состав исходного газа, либо в жидкую фазу или в хладагент перед дросселированием добавлять в газообразном или жидком виде соединения, входящие в состав исходного газа. Аналогичного эффекта можно также достичь, если в процессе сжатия или после сжатия в смесь добавить соединения, входящие в состав исходного газа.

В хладагент, и/или в исходный газ, и/или в смесь можно добавлять ингибитор гидратообразования. В этом случае процесс гидратообразования можно исключить и без осушки смеси.

Смесь или ее часть можно осушить от влаги, что позволяет предотвратить процесс гидратообразования в элементах установки разделения нефтяного (природного) газа.

Один из процессов охлаждения можно проводить с использованием аппарата воздушного или водяного охлаждения (АВО). Использование АВО позволяет проводить охлаждение смеси с минимальными энергетическими затратами.

После одного из процессов охлаждения смесь или ее часть можно подвергнуть адиабатическому расширению в турбодетандере или в сопле. В этом случае после турбины или в сопле температура газа будет существенно ниже, чем в случае простого дросселирования смеси, и поэтому будет достигаться более глубокое разделение смеси.

Перед смешением с исходным газом хладагент можно отсепарировать от жидкой фазы. В этом случае отсепарированная жидкая фаза может быть использована в качестве одного из продуктов низкотемпературного разделения газа

Смешение хладагента и исходного газа может быть проведено в эжекторе. В тех случаях, когда давления исходного газа, поступающего в компрессор, и хладагента различны, использование эжектора позволяет уменьшить потребную степень сжатия компрессора.

Ниже предлагаемое изобретение поясняется схемами, на которых представлены различные варианты реализации заявляемого способа низкотемпературного разделения попутного нефтяного газа.

На Фиг.1 представлен пример схемы установки низкотемпературного разделения попутного (природного) газа по заявляемому в п.1 формулы изобретения способу. Исходный газ 1 до входа в компрессор 2 смешивается с хладагентом 3, смесь 4 сжимается в компрессоре 2 и охлаждается, причем процесс охлаждения проводят по крайней мере дважды, например, посредством теплообменников 5. После охлаждения смеси в рекуперативном теплообменнике 5 из смеси в циклонном сепараторе 6 отбирают жидкую фазу 7, при этом часть жидкости дросселируют в клапане 8 и используют в составе хладагента 3. Газ 9 отводится из сепаратора 6, а часть 10 жидкой фазы, не использованной в качестве хладагента, используется в качестве сырья для дальнейшей переработки.

На Фиг.2 представлен пример схемы установки по заявленному в п.2 формулы изобретения способу. Из смеси 4 исходного газа 1 с хладагентом 3 после ее сжатия в компрессоре 2 и охлаждения в теплообменниках 5 в сепараторе 11 отделяется жидкая фаза 12, часть 14 которой после дросселирования в вентиле 8 используется в составе хладагента 3, а часть смеси 13 дросселируют в вентиле 8 и далее в канале циклонного сепаратора при адиабатическом расширении ее во вращающемся потоке, при этом жидкую фазу из циклонного сепаратора отбирают вместе с газовой фазой и двухфазный поток 7 дросселируют в вентиле 8 и используют в составе хладагента 3 для охлаждения потока смеси в теплообменнике 5. Очищенный газ 9 направляется в рекуперативный теплообменник 5, где используется в одном из процессов охлаждения смеси 4, далее нагретый газ 9 отправляется потребителю.

В способе по п.3 перед сжатием хладагент смешивают с газом, содержащим соединения, входящие в состав исходного газа (поз.15 на Фиг.3).

В способе по п.4 в процессе сжатия или после сжатия в смесь добавляют соединения, входящие в состав исходного газа (поз.16 на Фиг.3).

В способе по п.п.5, 6 в хладагент, в исходный газ и/или в смесь добавляют ингибитор гидратообразования (поз.17 на Фиг.3).

Для предотвращения образования гидратов возможно введение в тракт подачи хладагента ингибитора гидратообразования (поз.17 на Фиг.3). Ингибитор гидратообразования может быть введен непосредственно в тракт движения смеси, либо перед подачей хладагента, либо после компрессора.

В случае необходимости во всех случаях использования заявленных изобретений возможно применение осушки смеси или ее части (см. поз.18 на Фиг.4).

Первый из процессов охлаждения наиболее экономично может быть проведен с использованием аппарата воздушного или водяного охлаждения, например, в качестве теплообменника 5 на Фиг.1-4.

При адиабатическом расширении охлажденной смеси или ее части в турбине детандера или в сопле перед расширением в циклонном сепараторе 6 (поз.19 на Фиг.4) можно получить дополнительное понижение температуры газа, и за счет этого дополнительную конденсацию продуктов низкотемпературной сепарации. В этом случае возможно также более глубокое охлаждение смеси при использовании рекуперативного теплообменника 5 (Фиг.4), через нагреваемые каналы которого пропускается смесь из турбины детандера.

В ряде случаев более рационально смешивать с исходным газом хладагент в газообразном виде, в этом случае хладагент сепарируется от жидкой фазы в сепараторе 21 (Фиг.4).

Для предотвращения повреждений компрессора смесь перед сжатием очищается от жидких и механических примесей в сепараторе 22 (Фиг.4).

Для рационального использования энергии потоков смешение исходного газа 1 и хладагента 3 целесообразно проводить в эжекторе 23 (Фиг.4).

На Фиг.5 приводится схема реализации способа по п.11, в котором хладагент 3 перед сжатием смешивают с исходным газом 1, сжатую смесь 4 сжимают в компрессоре 2, охлаждают в теплообменниках 5, после процесса охлаждения смесь пропускают через сепараторы 11, 6 и направляют в ректификационную колонну 24, в которой получают газообразный 25 и жидкий 10 продукты, газообразный продукт охлаждают в теплообменнике 5 и получают из нее жидкую фазу 26, часть 3 жидкой фазы используют в качестве хладагента при охлаждении смеси 4, причем хладагент 3 дросселируют в клапане 8, нагревают и частично или полностью испаряют в теплообменнике 5 и смешивают с исходным газом 1. Часть жидкой фазы 29 направляется с помощью насоса 28 для орошения колонны. Очищенный газообразный поток 27 после прохождения рекуперативного теплообменника отправляется потребителю. Нагреватель 30 используется для подачи нагретой жидкости в нижнюю часть колонны. Остальные обозначения на Фиг.5 идентичны обозначениям на Фиг.1-4.

В варианте способа по п.12 часть 3 жидкой фазы из сепаратора 11 может быть отобрана вместе с частью газовой фазы, и далее жидкую и газовую фазы совместно дросселируют с помощью клапана 8 (Фиг.5).

В варианте способа по п.13 хладагент перед сжатием смешивают с исходным газом и газом, содержащим соединения входящие в состав исходного газа (поз.15 на Фиг.5).

В варианте способа по п.14 в жидкую фазу или хладагент перед дросселированием добавляют в газообразном или жидком виде соединения, входящие в состав исходного газа (поз.16 на Фиг.5).

В варианте способа по п.15 в процессе сжатия или после сжатия в смесь добавляют соединения, входящие в состав исходного газа.

В варианте способа по п.16 смесь или ее часть осушают от влаги (аналогично способу по п.7, см. поз.18 и Фиг.4).

В варианте способа по п.17 в хладагент добавляют ингибитор гидратообразования (поз.17 на Фиг.5).

В варианте способа по п.18 в исходный газ и/или в смесь добавляют ингибитор гидратообразования (поз.17 на Фиг.5).

В варианте способа по п.19 один из процессов охлаждения проводят с использованием аппарата воздушного или водяного охлаждения. Такой аппарат может быть использован в качестве первого из теплообменников 5, установленного после компрессора 2 (см. Фиг.5).

В варианте способа по п.20 после одного из процессов охлаждения смесь или ее часть подвергают адиабатическому расширению в турбодетандере или в сопле (поз.19 на Фиг.5).

В варианте способа по п.21 после одного из процессов охлаждения смесь или ее часть подвергают адиабатическому расширению во вращающемся потоке в канале циклонного сепаратора (поз.6 на Фиг.5).

В варианте способа по п.22 перед смешением с исходным газом хладагент сепарируют от жидкой фазы.

В варианте способа по п.23 смешение хладагента и исходного газа проводят в эжекторе (поз.23 на Фиг.5).

1. Способ низкотемпературного разделения попутного (природного) газа, в котором хладагент, содержащий соединения, входящие в состав исходного газа, перед сжатием смешивают с исходным газом, сжатую смесь или ее часть охлаждают, причем процесс охлаждения проводят, по крайней мере, дважды, после одного из процессов охлаждения из смеси отбирают жидкую фазу, которую или часть которой используют в качестве хладагента или в составе хладагента, по крайней мере, в одном из процессов охлаждения, при этом хладагент дросселируют, нагревают, частично или полностью испаряют и затем смешивают с исходным газом, отличающийся тем, что после одного из процессов охлаждения смесь или ее часть дросселируют и адиабатически расширяют во вращающемся потоке в канале циклонного сепаратора во вращающемся потоке в канале циклонного сепаратора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкую фазу или ее часть отбирают вместе с частью газовой фазы и затем отобранные жидкую и газовую фазы совместно дросселируют.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что хладагент перед сжатием смешивают с исходным газом и с газом, содержащим соединения, входящие в состав исходного газа.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе сжатия или после сжатия в смесь добавляют соединения, входящие в состав исходного газа.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в хладагент добавляют ингибитор гидратообразования.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в исходный газ и/или в смесь добавляют ингибитор гидратообразования.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь или ее часть осушают от влаги.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что один из процессов охлаждения проводят с использованием аппарата воздушного или водяного охлаждения.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что после одного из процессов охлаждения смесь или ее часть подвергают адиабатическому расширению в турбодетандере или в сопле.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешение хладагента и исходного газа проводят в эжекторе.

11. Способ низкотемпературного разделения попутного (природного) газа, в котором хладагент, содержащий соединения, входящие в состав исходного газа, перед сжатием смешивают с исходным газом, сжатую смесь или ее часть охлаждают, причем процесс охлаждения проводят, по крайней мере, дважды, после охлаждения смесь или ее часть направляют на переработку в ректификационную колонну с получением газообразного и жидкого продуктов, отличающийся тем, что газообразный продукт охлаждают с получением жидкой фазы, полученную жидкую фазу или ее часть отбирают и используют в качестве хладагента или в составе хладагента, по крайней мере, в одном из процессов охлаждения, при этом хладагент дросселируют, нагревают, частично или полностью испаряют и затем смешивают с исходным газом.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что жидкую фазу или ее часть отбирают вместе с частью газовой фазы и затем отобранные жидкую и газовую фазы совместно дросселируют.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что хладагент перед сжатием смешивают с исходным газом и с газом, содержащим соединения, входящие в состав исходного газа.

14. Способ по п.11, отличающийся тем, что в жидкую фазу или в хладагент перед дросселированием добавляют в газообразном или жидком виде соединения, входящие в состав исходного газа.

15. Способ по п.11, отличающийся тем, что в процессе сжатия или после сжатия в смесь добавляют соединения, входящие в состав исходного газа.

16. Способ по п.11, отличающийся тем, что смесь или ее часть осушают от влаги.

17. Способ по п.11, отличающийся тем, что в хладагент добавляют ингибитор гидратообразования.

18. Способ по п.11, отличающийся тем, что в исходный газ и/или в смесь добавляют ингибитор гидратообразования.

19. Способ по п.11, отличающийся тем, что один из процессов охлаждения проводят с использованием аппарата воздушного или водяного охлаждения.

20. Способ по п.11, отличающийся тем, что после одного из процессов охлаждения смесь или ее часть подвергают адиабатическому расширению в турбодетандере или в сопле.

21. Способ по п.11, отличающийся тем, что после одного из процессов охлаждения смесь или ее часть подвергают адиабатическому расширению во вращающемся потоке в канале циклонного сепаратора.

22. Способ по п.11, отличающийся тем, что перед смешением с исходным газом хладагент сепарируют от жидкой фазы.

23. Способ по п.11, отличающийся тем, что смешение хладагента и исходного газа проводят в эжекторе.