Способ переработки попутных нефтяных газов

Способ может быть использован при подготовке нефти и утилизации попутных нефтяных газов при добыче, сборе и транспорте продукции нефтяных скважин на месторождениях. При переработке попутных нефтяных газов проводят термический пиролиз нефтяного сырья, включающий генерацию высокотемпературного теплоносителя путем частичного окисления углеводородного газа кислородом, и одновременную подачу потоков высокотемпературного теплоносителя и нефтяного сырья в пиролизную камеру с последующей закалкой и разделением продуктов реакции на фракции. Углеводородные газы C₁-C₄ сжимают вместе с нефтью до растворения в ней фракций С₂-С₄, нерастворенный газ C₁ (метан) направляют на генерацию высокотемпературного теплоносителя с температурой 1000-1500°С, а нефть с растворенными газами С₂-С₄ распыляют в пиролизной камере между потоком теплоносителя и стенками камеры до охлаждения реакционной смеси до температуры 500-800°С. Технический результат заключается в увеличении степени конверсии нефтяных газов в жидкие углеводородные фракции. 1 ил.

 

Изобретение относится к области добычи, сбора и транспорта продукции нефтяных скважин на месторождениях и может быть использовано при подготовке нефти и утилизации попутных нефтяных газов, выделяемых из продукции скважин на промысловых объектах подготовки нефти, в частности на дожимных насосных станциях (ДНС).

Известен способ переработки природного газа в синтетические дизельные и реактивные топлива на малогабаритных установках низкого давления (Каган Д.Н., Лапидус А.Л., Крылова А.Ю. Разработка малостадийной технологии переработки природного газа в синтетические дизельные и реактивные топлива на малогабаритных установках низкого давления. Газохимия в XXI веке. Проблемы и перспективы; Труды московского семинара по газохимии 2000-2002 гг. М, 2003, с.131-170).

Способ включает в себя две основные последовательные стадии: получение синтез-газа конверсией метана и синтез Фишера-Тропша, позволяющий получать высокие выходы фракций С₇-С₂₀.

Известен способ получения моторных топлив, при котором получают синтез-газ некаталитической газофазной окислительной конверсией природного газа кислородом воздуха при температуре 800-1500°С и давлении 1-10 МПа. Затем проводят каталитическую конверсию синтез-газа в реакторе синтеза диметилового эфира с последующим охлаждением полученной газовой смеси и разделением ее на жидкую и газовую фазу. При этом из жидкой фазы выделяют диметиловый эфир, который направляют в каталитический реактор синтеза бензина, а газовую фазу, содержащую непревращенные компоненты синтез-газа, направляют на повторную каталитическую конверсию в дополнительный реактор синтеза диметилового эфира без смешения с исходным синтез-газом (Патент РФ №2226524, опубл. 10.04.2004 г.).

Недостатком известных способов является их большая энергоемкость, особенно на стадии получения синтез-газа, а также сложность синтеза жидких углеводородов методом Фишера-Тропша.

Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки углеводородного сырья термическим некаталитическим пиролизом углеводородного, в частности нефтяного, сырья, включающий генерацию высокотемпературного теплоносителя путем частичного окисления углеводородного газа кислородом воздуха и одновременную подачу потоков высокотемпературного теплоносителя и нефтяного сырья в пиролизную камеру с последующей закалкой и разделением продуктов реакции на фракции (Патент РФ №2188846, опубл. 10.09.2002 г.).

При таком способе переработки углеводородного сырья активированные при высокой температуре ионы газов C₁-C₄ вступают в химическое взаимодействие с продуктами крекинга нефтяного сырья (нефти), за счет чего достигается высокий выход фракций С₇-С₂₀. При этом способе переработки значительно снижается энергоемкость процесса, потому что синтез фракций С₇-С₂₀ осуществляется не из элементарных ионов C₁, а из более тяжелых углеводородных радикалов, образующихся в пиролизной камере и не разрушающихся до элементарного состояния вследствие быстрого охлаждения продуктов реакции в процессе закалки.

Недостатком прототипа является низкая степень конверсии при переработке попутных нефтяных газов состава C₁-C₄, связанная с тем, что воздействию высоких температур подвергаются все компоненты нефтяного газа от С₁ до С₄. Действительно, при нагреве газа до температур менее 800°С не происходит активации молекул метана (C₁H₄) и последний практически не подвергается переработке при контактировании с нефтяным сырьем. Если же смесь газов C₁-C₄ нагревают до температур выше 800°С, то происходит глубокая термодеструкция молекул газов C₂-C₄ и выход фракций С₇-С₂₀ существенно снижается, а выход газообразных углеводородов напротив повышается.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение степени конверсии нефтяных газов в жидкие углеводородных фракции за счет синтеза углеводородных радикалов C₁-C₄ между собой и продуктами крекинга нефти.

Поставленная задача в заявляемом изобретении достигается за счет того, что в способе переработки попутных нефтяных газов термическим пиролизом углеводородного, в частности нефтяного, сырья, включающем генерацию высокотемпературного теплоносителя путем частичного окисления углеводородного газа кислородом и одновременную подачу потоков высокотемпературного теплоносителя и нефтяного сырья в пиролизную камеру с последующей закалкой и разделением продуктов реакции на фракции, отличительной особенностью является то, что углеводородные газы C₁-C₄ сжимают вместе с нефтью до растворения в ней фракций С₂-С₄, нерастворенный газ C₁ направляют на генерацию высокотемпературного теплоносителя с температурой 1000-1500°С, а нефть с растворенными газами С₂-С₄ распыляют в пиролизной камере между потоком теплоносителя и стенками камеры до охлаждения реакционной смеси до температуры 500-800°С.

Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.

При температуре теплоносителя 1000-1500°С молекулы нерастворенного газа C₁ (преимущественно метана) активируются до алкил-ионов CH₃ ⁺, которые не разлагаются далее на С и Н, и при смешении с нефтью и растворенными в ней газами С₂-С₄ активно взаимодействуют с радикалами, образующимися в зоне реакции при нагревании газов С₂-С₄, и парами углеводородов, получаемых в результате крекинга нефти. При температуре реакционной смеси в газовой фазе 500-800°С происходит интенсивный крекинг нефти, но при этом не происходит расщепления радикалов углеводородов С₂ и выше до элементарных ионов C₁, и, как следствие, максимальное количество активных радикалов газовых молекул синтезируется между собой и с продуктами крекинга нефти в тяжелые углеводородные фракции состава C₅ и выше (преимущественно С₇-С₂₀) при минимальных энергетических затратах.

Заявляемый способ поясняется схемой установки переработки попутных нефтяных газов.

Установка размещена на дожимной насосной станции (ДНС) нефтяного месторождения. ДНС предназначена для дегазации продукции нефтяных скважин (газоводонефтяной смеси) в сепараторе 1, обезвоживании дегазированной нефти в отстойнике 2 и перекачки дегазированной и обезвоженной нефти дожимным насосом 3 от ДНС до центрального товарного парка (ЦТП), на котором производится сбор, подготовка и учет всей нефти, добываемой на месторождении. Выделенная в отстойнике 3 вода отводится на компрессорную насосную станцию (КНС), а выделенный из продукции скважин попутный нефтяной газ поступает из сепаратора 1 на переработку по предлагаемому способу.

Способ осуществляют следующим образом.

Попутный нефтяной газ состава C₁-C₄ из сепаратора 1 поступает через газожидкостный струйный компрессор 4 в сепаратор высокого давления 5. Рабочей средой в струйном компрессоре 4 является часть потока нефти, забираемая с выхода из дожимного насоса 3 с давлением 3-10 МПа. В сепараторе высокого давления 5 попутный газ и нефть сжимают до растворения в нефти газовых фракций С₂-С₄ (этан-пропан-бутановых фракций). Нерастворенный в нефти газ, содержащий в своем составе С₁ (метан), поступает в печь 6 и нагревается до температуры примерно 700°С. При этом в качестве топлива для печи 6 используется часть этого же газа, поступающего в зону горения через регулятор 7. Нагретый в печи 6 газ поступает в камеру окисления 8, где происходит генерация высокотемпературного теплоносителя за счет частичного окисления (сжигания) углеводородной составляющей газа подаваемым в камеру 8 кислородом воздуха. Температура теплоносителя регулируется изменением соотношения количества O₂:C₁H₄ в камере 8, которое составляет примерно 0,5-0,6. Поток теплоносителя с температурой 1000-1500°С из камеры окисления 8 поступает в пиролизную камеру 9, где распыляют поступающую из сепаратора высокого давления 5 нефть с растворенными газами С₂-С₄. В пиролизной камере происходит резкое испарение легких фракций, реакция синтеза и охлаждение (закалка) смеси газов высокотемпературного теплоносителя и паров углеводородов до температуры 500-800°С. При этом тяжелые высококипящие компоненты нефти подвергаются термическому крекингу и частично переходят в газовую фазу, а не успевшие прореагировать и испариться (за счет того, что нефть распыляется между потоком теплоносителя и стенками камеры) жидкие компоненты нефти стекают по стенкам на дно пиролизной камеры 9. Прореагировавшие газы и пары углеводородов из камеры 9 направляют в ректификационную колонну 10, где происходит их дальнейшее охлаждение и разделение на фракции, различающиеся температурой кипения. При этом верх колонны 10 охлаждается до температуры ниже 100°С теплообменной секцией 11, через которую проходит поток нефти и воды из сепаратора 1. Отдельные нефтяные фракции с температурой кипения выше 150°С, выводящиеся из колонны 10, охлаждаются внешними теплообменниками 12 и направляются для использования в технологических целях или как товар либо смешиваются с добываемой нефтью. Углеводородные газы состава C₁-C₄ с примесями других газов отводятся из верха ректификационной колонны 10, смешиваются с попутными нефтяными газами и рециркулируют через струйный компрессор 4 в сепаратор высокого давления 5 на контактирование с нефтью и дальнейшую переработку.

Предлагаемый способ обеспечивает переработку всего количества газообразных углеводородов C₁-C₄, содержащихся в продукции нефтяных и/или газовых скважин, технологическом оборудовании, трубопроводах, резервуарах, хранилищах и т.п., в жидкие углеводородные фракции С₅ и выше. Получаемые из газа жидкие углеводороды смешиваются с нефтью и легко транспортируются по нефтесборным коллекторам, что позволяет упростить процессы сбора и транспорта нефти и газа на месторождениях, при этом уменьшаются потери газа на собственные нужды и полностью исключается сжигание попутного нефтяного газа на факелах.

Способ переработки попутных нефтяных газов термическим пиролизом углеводородного, в частности нефтяного, сырья, включающий генерацию высокотемпературного теплоносителя путем частичного окисления углеводородного газа кислородом и одновременную подачу потоков высокотемпературного теплоносителя и нефтяного сырья в пиролизную камеру с последующей закалкой и разделением продуктов реакции на фракции, отличающийся тем, что углеводородные газы C₁-C₄ сжимают вместе с нефтью до растворения в ней фракций С₂-С₄, нерастворенный газ C₁ направляют на генерацию высокотемпературного теплоносителя с температурой 1000-1500°С, а нефть с растворенными газами C₂-C₄ распыляют в пиролизной камере между потоком теплоносителя и стенками камеры до охлаждения реакционной смеси до температуры 500-800°С.