Способ разделения и очистки газовых смесей до параметров потребления


 


Владельцы патента RU 2447928:

Закрытое акционерное общество "Грасис" (RU)

Заявленное изобретение относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности. Способ включает подачу газовой смеси в мембранный газоразделительный блок. Направляют непроникший в мембранном газоразделительном блоке поток газа к потребителю. Направляют проникший поток газа на другие потребности. Часть непроникшего потока газа дросселируют и направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа. Давление смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке понижают до давления, ниже атмосферного, с помощью вакуум-компрессора и одновременно компримируют смесь проникшего и продувочного газов для направления либо на утилизацию в хранилище, либо для закачивания в природный пласт, либо на дальнейшую переработку. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение степени извлечения очищаемого газа и снижение энергозатрат при очистки газа. 5 з.п. ф-лы, 4 пр.

 

Изобретение относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Из описания к патенту RU 2021846 известен способ разделения и очистки газовой смеси, включающий подачу газовой смеси в мембранный газоразделительный блок, направление непроникшего в мембранном газоразделительном блоке потока газа к потребителю, при этом периодически часть непроникшего газа компримируют и направляют в мембранный газоразделительный блок на продувку проникшего через мембрану газа с последующим выбросом в атмосферу.

К недостаткам известного способа при использовании его для разделения природного и попутного нефтяного газов следует отнести низкую степень извлечения продукта и отсутствие возможности утилизации смеси проникшего газа и газа, поданного на продувку.

Наиболее близким к заявленному способу является способ разделения и очистки газовой смеси, известный из описания к патенту US 3256675, включающий подачу газовой смеси в мембранный газоразделительный блок, направление непроникшего в мембранном газоразделительном блоке потока газа к потребителю, при этом проникший в мембранном газоразделительном блоке поток газа компримируют и направляют на дальнейшее использование.

К недостаткам известного способа при использовании его для разделения природного и попутного нефтяного газов следует отнести низкую степень извлечения продукта и высокие энергозатраты на процесс очистки.

Задачей предлагаемого изобретения является за счет разделения газа в мембранном блоке с полупроницаемыми мембранами осуществить очистку природного газа или попутного нефтяного газа, транспортируемого к потребителю, от нежелательных примесей до параметров потребления, например от гелия, сероводорода, углекислого газа, воды и тяжелых углеводородов, и обеспечение при этом максимально возможной степени извлечения очищаемого газа при минимальных энергозатратах на процесс очистки. Дополнительно, перед подачей газовой смеси в мембранный блок, также производится предварительная очистка подаваемого природного или попутного нефтяного газа от капельной жидкости и механических примесей.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе, включающем подачу газовой смеси в мембранный газоразделительный блок, направление непроникшего в мембранном газоразделительном блоке потока газа к потребителю, направление проникшего потока газа на другие потребности, часть непроникшего потока газа дросселируют и направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа, давление смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке понижают, в том числе и до давления, ниже атмосферного, с помощью вакуум-компрессора, тем самым, обеспечивая возможность изменения отношения давлений газов в полостях высокого и низкого давления мембранного газоразделительного блока, и одновременно компримируют смесь проникшего и продувочного газов для направления либо на утилизацию в хранилище, либо для закачивания в природный пласт, либо на дальнейшую переработку. Перед подачей газовой смеси в мембранный газоразделительный блок осуществляют его сепарацию и фильтрацию для удаления конденсата и механических примесей. Непосредственно перед подачей газовой смеси в мембранный газоразделительный блок можно осуществить ее подогревание. Содержание нежелательных примесей в непроникшем потоке в мембранном газоразделительном блоке понижают более чем в два раза. В мембранном газоразделительном блоке используют один или несколько, соединенных параллельно, мембранных модулей, в которых мембраны выполнены в виде полупроницаемых полых волокон.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходную газовую смесь под давлением подают в мембранный газоразделительный блок. В мембранном газоразделительном блоке, включающем мембранные модули с полупроницаемыми мембранами, часть исходной газовой смеси проникает через мембрану, обогащаясь нежелательными примесями. Непроникший в мембранном газоразделительном блоке поток газа с пониженным содержанием нежелательных примесей направляют к потребителю. Часть непроникшего потока газа дросселируют и направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа с повышенным содержанием нежелательных примесей. Давление смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке понижают, в том числе и до давления, ниже атмосферного, с помощью вакуум-компрессора, тем самым, обеспечивая возможность изменения отношения давлений газов в полостях высокого и низкого давления мембранного газоразделительного блока, и одновременно компримируют смесь проникшего и продувочного газов для направления либо на утилизацию в хранилище, либо для закачивания в природный пласт, либо на дальнейшую переработку. За счет понижения давления смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке вакуум-компрессором, приводящего к увеличению отношения давлений в над и подмембранных пространствах, и наличия продувки проникшего газа в мембранном газоразделительном блоке обеспечивается повышение степени извлечения очищаемого газа при минимальных энергозатратах процесса. Производительность вакуум-компрессора, расход продувочного газа и соотношение давлений в полостях высокого и низкого давлений выбираются из условия максимальной для используемого мембранного газоразделительного блока степени извлечения очищенного газа, а следовательно, минимальных энергозатрат на процесс очистки.

Перед подачей газовой смеси в мембранный газоразделительный блок осуществляют его сепарацию и фильтрацию для удаления конденсата и механических примесей.

Дополнительно газовую смесь непосредственно перед подачей ее в мембранный газоразделительный блок могут подогревать.

В мембранном газоразделительном блоке в непроникшем потоке содержание нежелательных примесей понижают более чем в два раза.

В мембранном газоразделительном блоке используют один или несколько, соединенных параллельно, мембранных модулей, в которых мембраны выполнены в виде полупроницаемых полых волокон.

Пример 1

Сырой природный газ, содержащий гелий 0,6 об.%, под давлением до 10 МПа подают в мембранный газоразделительный блок. Перед подачей природного газа в мембранный газоразделительный блок осуществляют его сепарацию и фильтрацию для удаления конденсата и механических примесей и подогревают до температуры +60°C. Непроникший в мембранном газоразделительном блоке поток газа под давлением 9,8 МПа направляют к потребителю с содержанием гелия 0,1 об.%. Часть непроникшего потока газа, примерно 5%, направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа. Выходящая из мембранного газоразделительного блока смесь проникшего и продувочного газов имеет давление 0,05 МПа, обеспечиваемое вакуум-компрессором, который далее компримирует ее до давления 15 МПа. Далее смесь проникшего и продувочного газов из мембранного газоразделительного блока с содержанием гелия 4,5-5 об.% направляют либо на утилизацию в хранилище, либо для закачивания в природный пласт, либо на дальнейшую переработку. Производительность вакуум-компрессора и параметры дросселирования продувочного газа выбираются из условия поддержания величины перепада давлений на мембранах мембранного блока, близкой к оптимальной.

Пример 2

Сырьевой природный газ с давлением 2,5 МПа и температурой +25-30°C, содержащий 150 мг/м3 сероводорода, подают в мембранный газоразделительный блок. Предварительно природный газ очищают от конденсата и механических примесей. В качестве фильтра используют коалесцентный фильтр. Непроникший в мембранном газоразделительном блоке поток газа с содержанием сероводорода не более 30 мг/м3 под давлением 2.2 МПа направляют к потребителю. Часть непроникшего потока газа, примерно 5%, направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа. Выходящая из мембранного газоразделительного блока смесь проникшего и продувочного газов имеет содержание сероводорода до 1500 мг/м3 и давление 0.1 МПа, обеспечиваемое вакуум-компрессором, который далее компримирует ее до давления 0.2 МПа.

Производительность вакуум-компрессора и параметры дросселирования продувочного газа выбираются из условия поддержания величины перепада давлений на мембранах мембранного блока, близкой к оптимальной.

Пример 3

Сырьевой природный газ с давлением 2,8 МПа, температурой +45°C и относительной влажностью (по воде) 100% подают в мембранный газоразделительный блок. Перед подачей природного газа в мембранный газоразделительный блок осуществляют его сепарацию и фильтрацию для удаления конденсата и механических примесей. Непроникший в мембранном газоразделительном блоке поток газа подают к потребителю с содержанием воды не выше 0,012 об.% (что соответствует температуре точки росы по воде при вышеуказанном давлении минус 10°C). Часть непроникшего потока газа, примерно 5%, направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа. Образованная смесь проникшего газа и продувочного газа с содержанием воды до 3,0 об.% удаляется из мембранного газоразделительного блока. Вакуум-компрессор обеспечивает понижение давления смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке до 0,05 МПа и подачу данной смеси для дальнейшей переработки. Производительность вакуум-компрессора и параметры дросселирования продувочного газа выбираются из условия поддержания величины перепада давлений на мембранах мембранного блока, близкой к оптимальной.

Пример 4

Сырьевой попутный нефтяной газ с давлением 1,6 МПа и содержанием углеводородов C4+ 8,0 об.% охлаждают до температуры 20°C в холодильнике. Далее перед подачей в мембранный газоразделительный блок попутный газ очищают от конденсата и механических примесей в сепараторе и фильтре. Очищенный газ поступает в мембранный газоразделительный блок, из которого непроникший поток газа направляют к потребителю с содержанием углеводородов C4+ не более 2,0 об.%. Часть непроникшего газа направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего газа. Образованная смесь проникшего газа и продувочного газа содержит углеводородов C4+ 15 об.%. Вакуум-компрессор обеспечивает понижение давления смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке до 0,04 МПа и подачу данной смеси с давлением 0,12 МПа на дальнейшую переработку. Производительность вакуум-компрессора и параметры дросселирования продувочного газа выбираются из условия поддержания величины перепада давлений на мембранах мембранного блока, близкой к оптимальной.

1. Способ разделения газовых смесей и очистки до параметров потребления, включающий подачу газовой смеси в мембранный газоразделительный блок, направление непроникшего в мембранном газоразделительном блоке потока газа к потребителю, направление проникшего потока газа на другие потребности, отличающийся тем, что часть непроникшего потока газа дросселируют и направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа, давление смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке понижают, в том числе и до давления ниже атмосферного, с помощью вакуум-компрессора, и одновременно компримируют смесь проникшего и продувочного газов для направления либо на утилизацию в хранилище, либо для закачивания в природный пласт, либо на дальнейшую переработку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед подачей газовой смеси в мембранный газоразделительный блок осуществляют его сепарацию и фильтрацию для удаления конденсата и механических примесей.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что газовую смесь непосредственно перед подачей ее в мембранный газоразделительный блок подогревают.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в мембранном газоразделительном блоке понижают в непроникшем потоке содержание нежелательных примесей более чем в два раза.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в мембранном газоразделительном блоке используют один или несколько соединенных параллельно мембранных модулей.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в мембранном газоразделительном блоке используются мембраны в виде полупроницаемых полых волокон.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к газодобывающей и химической промышленности и может быть использовано для выделения одного компонента из смеси газов. .

Изобретение относится к области технологических систем и процессов и может быть использовано для получении инертной технологической газовой среды преимущественно в нефтегазовой промышленности с целью предупреждения пожаров и взрывов в процессе бурения, освоения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, а также для их обработки, например удаления песчаных и глиняных пробок, осушения и обезвоживания или при проведении ремонтных работ нефтегазового оборудования, например трубопроводных систем жидких и газообразных углеводородов.

Изобретение относится к газоразделительным композиционным мембранам и мембранным модулям на их основе и может найти применение в процессах разделения газовых смесей, содержащих углекислый газ и некислородные системы, такие как водород, низшие углеводороды, азот, метан, этилен, ацетилен и др.

Изобретение относится к процессам восстановления очищенных продуктов из жидких смесей путем интегрированной фракционной перегонки, а также к устройствам перегонки и мембранного разделения.

Изобретение относится к фильтрующему устройству для удаления биологических загрязнений. .

Изобретение относится к мембранному разделению газов и служит для извлечения и кислых газов из природного газа в скважинах при добыче углеводородов. .

Изобретение относится к сорбционным методам разделения газовых смесей и дегазации жидкостей и может быть использовано в пищевой, медицинской, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к химической, нефтехимической, газовой промышленности и может быть использовано при извлечении или концентрировании целевых компонентов из многокомпонентной газовой смеси, например гелия из природного газа.
Изобретение относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности
Изобретение относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к области техники поверхностного модифицирования полимерных мембранных материалов, полимерных мембран различного вида (гомогенных, композитных, половолоконных и т.д.) и изготовленных из них газоразделительных устройств с целью придания им улучшенных газоразделительных свойств

Изобретение относится к способам очистки и разделения гелийсодержащих топливных газов, включая природный и попутный нефтяной газы

Изобретение относится к мембранным способам разделения газов, в частности к способам с применением продувочного газа на стороне пермеата мембран для удаления диоксида углерода из продуктов сжигания

Изобретение относится к технологиям трубопроводного транспорта природного газа, содержащего гелий, его очистки от гелия и распределения очищенного газа между промежуточными потребителями

Изобретение относится к приводимому в действие электричеством узлу отделения кислорода, включающему в себя по меньшей мере один трубчатый мембранный элемент, имеющий слой анода, слой катода, слой электролита, расположенный между слоем анода и слоем катода, и два слоя токоприемника, расположенные смежными с и в контакте со слоем анода и слоем катода и размещенные на внутренней стороне и наружной стороне упомянутого по меньшей мере одного трубчатого мембранного элемента; комплект проводников, соединенных с одним из двух слоев токоприемника в двух центральных разнесенных местоположениях упомянутого по меньшей мере одного трубчатого мембранного элемента и с другим из двух слоев токоприемника по меньшей мере в противоположных концевых местоположениях упомянутого по меньшей мере одного трубчатого мембранного элемента, разнесенных наружу от упомянутых двух центральных разнесенных местоположений, так что источник питания способен прикладывать электрический потенциал через набор проводников между двумя центральными разнесенными и по меньшей мере двумя противоположными концевыми местоположениями, а вызванный приложенным электрическим потенциалом электрический ток, текущий через упомянутый по меньшей мере один трубчатый мембранный элемент, делится на две части, текущие между двумя центральными разнесенными и противоположными концевыми местоположениями
Наверх