Способ разделения газовых смесей



Способ разделения газовых смесей
Способ разделения газовых смесей
Способ разделения газовых смесей

 


Владельцы патента RU 2458298:

Общество с ограниченной ответственностью "АЭРОГАЗ" (RU)

Изобретение может быть использовано в установках, предназначенных для разделения газовых смесей, включая установки для обработки природных и попутных газов, в частности, для подготовки природного газа к транспорту. В предлагаемом способе разделения газовых смесей, содержащих водяные пары, входной газ расширяют во вращающемся потоке в канале циклонного сепаратора с получением на выходе из канала циклонного сепаратора потока, не содержащего гидратов, и потока, обогащенного водой, в процессе расширения часть газа, движущуюся возле стенок, подогревают, подогрев проводят таким образом, чтобы температура внутренних поверхностей канала циклонного сепаратора была всюду выше температуры гидратообразования, при этом степень расширения потока в циклонном сепараторе поддерживают таким, что Рвхоч>1.1 (где Рвх - полное давление входного газа, Роч - полное давление потока на выходе из канала циклонного сепаратора). Техническим результатом является расширение диапазона работоспособности установок разделения газовых смесей, содержащих водяные пары и использующих расширение газа в циклонных сепараторах, и обеспечения их работоспособности при условиях, благоприятных для образования гидратов в канале сепаратора. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение может быть использовано в установках, предназначенных для разделения газовых смесей, включая установки для обработки природных и попутных газов. Особый интерес изобретение представляет для газоперерабатывающих комплексов, в которых осуществляется подготовка природного газа к транспорту.

Известны способы низкотемпературного разделения газов, в которых входной газ расширяют во вращающемся потоке в канале прямоточного циклонного сепаратора, с получением на выходе из канала циклонного сепаратора потока, не содержащего гидратов. Пример такого способа приведен в патенте US 7357825, 2008 и в патенте ЕР 1131588, 2004.

Недостатком данного способа является то, что описанный метод неприемлем в случае разделения смесей газов, находящихся под высоким давлением газа и содержащих пары воды, т.к. при этих условиях в канале циклонных сепараторов на стенках образуются кристаллогидраты. Рост этих кристаллогидратов приводит к изменению геометрии канала сепаратора, что в конечном счете ведет к нарушению процесса сепарации.

Ближайшим аналогом является установка для подготовки природного и попутного газа к транспорту (см. патент RU 2336932, 2008), в которой посредством образования гидратов происходит удаление из газа сероводорода. В этой установке гидраты сепарируют в циклоне.

Недостатком данной установки является невозможность обеспечения работы установки в случае, если гидраты будут образовываться на стенках циклона.

Целью технического решения по настоящему изобретению является расширение диапазона работоспособности установок разделения газовых смесей, содержащих водяные пары и использующих расширение газа в циклонных сепараторах, и обеспечение их работоспособности при условиях, благоприятных для образования гидратов в канале сепаратора.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе разделения газовых смесей, содержащих водяные пары, входной газ расширяют во вращающемся потоке в канале циклонного сепаратора, с получением на выходе из канала циклонного сепаратора потока, не содержащего гидратов, и потока, обогащенного водой или гидратами, в процессе расширения часть газа, движущуюся возле стенок, подогревают, подогрев проводят таким образом, чтобы температура внутренних поверхностей канала циклонного сепаратора была всюду выше температуры гидратообразования, при этом степень расширения потока в циклонном сепараторе поддерживают таким, что Рвхоч>1.01 (где Рвх - полное давление входного газа, Роч - полное давление потока на выходе из канала циклонного сепаратора).

Обогащенный водой поток может быть подвергнут повторному процессу разделения с расширением потока в канале дополнительного циклонного сепаратора.

Из обогащенного водой потока перед тем как подвергнуть его повторному процессу очистки с расширением потока в канале дополнительного циклонного сепаратора можно отсепарировать жидкость и гидраты.

Перед расширением или в процессе расширения в газ можно добавлять ингибитор гидратообразования.

На фиг.1 представлена принципиальная схема установки для осуществления предлагаемого способа разделения газовых смесей, содержащих водяные пары.

Установка работает следующим образом.

Сырой газ 1, содержащий пары воды, поступает на вход циклонного сепаратора 2, в котором газ закручивают в завихрителе 3, а в канале 4 циклонного сепаратора газ расширяют во вращающемся потоке, с получением на выходе из канала циклонного сепаратора потока 5, не содержащего гидратов, и потока, обогащенного водой 6. В процессе расширения часть газа, движущуюся возле стенок, подогревают, подогрев проводят таким образом, чтобы температура внутренних поверхностей канала 4 циклонного сепаратора была всюду выше температуры гидратообразования. Подвод тепла обозначен на фиг.1 стрелками 7.

Степень расширения потока в циклонном сепараторе поддерживают таким, что Рвхоч>1.01 (где Рвх - полное давление входного газа, Роч - полное давление потока на выходе из канала циклонного сепаратора) для того, чтобы обеспечить достаточно высокие скорости потока в канале циклонного сепаратора, обеспечивающие достаточный перенос тепла от стенок к части газа, находящегося возле стенки канала 4.

С целью оценки температуры теплоносителя и его расхода, достаточных для предотвращения образования кристаллогидратов на внутренних поверхностях циклонного сепаратора, необходимо проводить расчет тепловых потоков к его поверхностям.

Тепловой поток от среды к стенке в широком диапазоне чисел Маха и Рейнольдса для турбулентного пограничного слоя может быть рассчитан по соотношениям теории Сполдинга-Чи. При этом течение газа может быть как дозвуковым, так и сверхзвуковым. В этом случае тепловой поток q можно представить в виде

q=StVρ(Hw-Hr),

где St - число Стантона, V - скорость потока, ρ - плотность потока Hr - энтальпия восстановления, равная

r* - коэффициент восстановления, h1 - энтальпия, определяемая по термодинамическим параметрам на внешней границе пограничного слоя.

С другой стороны, величина теплового потока будет

q≈λ*(Tw2-Tw1)/δ,

где δ - толщина стенки, λ* - коэффициент теплопроводности материала стенки, Tw1, Tw2 - температура стенки на внутренней и внешней поверхностях стенки.

Приведенные соотношения позволяют определить необходимую температуру на внешней поверхности стенки (и тем самым выбрать параметры теплоносителя) для обеспечения необходимой температуры газа на внутренней поверхности стенки циклонного сепаратора.

Температура гидратообразования может быть рассчитана с помощью программных комплексов, таких например как HYSYS и т.п.

В случаях, когда для нагрева потока используется более сложная система нагрева, необходимо использовать специальные расчетные комплексы, позволяющие рассчитывать тепловые потоки для сложных конструкций. Примерами таких комплексов являются программы CFX, FLUENT и др.

Нагрев стенок канала циклонного сепаратора может быть проведен с использованием индукционного метода нагрева, в этом случае металлический канал должен быть окружен коаксиально расположенной индукционной катушкой, частота изменения и сила тока в которой выбираются из условия достаточной подводимой мощности.

При небольших мощностях нагрева может быть использован электронагреватель, расположенный в полости, окружающей канал. При этом полость может быть заполнена теплопроводным материалом.

В процессе расширения газа в канале циклонного сепаратора может происходить конденсация отдельных компонентов газа, образование капель жидкости и сепарация их к стенкам циклонного сепаратора. В этих случаях для правильного расчета тепловых потоков необходимо использовать специальные программные комплексы, такие как например CFX ANSYS, позволяющие рассчитывать тепловые потоки в двухфазных потоках.

В случаях, когда необходимо обеспечить более глубокое разделение газовой смеси, обогащенный водой поток подвергают повторному процессу разделения с расширением потока в канале дополнительного циклонного сепаратора. В этом случае, как показано на фиг.2, обогащенный водой поток 6 направляется в циклонный сепаратор 8, в канале 9 циклонного сепаратора газ расширяют во вращающемся потоке, с получением на выходе из канала циклонного сепаратора потока 10, не содержащего гидратов, и потока, обогащенного водой 11. В процессе расширения часть газа, находящуюся возле стенок, при необходимости можно подогревать, как, например, это показано на фиг.3. Поток тепла в дополнительном циклонном сепараторе указан цифрой 12.

Для увеличения степени разделения газовой смеси из обогащенного водой потока 6 можно отсепарировать жидкость 13, как это показано на фиг.3. Сепарацию жидкости можно проводить, например, с помощью дополнительного сепаратора 14. Газовая фаза 15 из сепаратора 14 направляется в дополнительный циклонный сепаратор 8.

При необходимости, для предотвращения отложения кристаллогидратов на стенках сепаратора 14, его стенки могут быть тоже подвергнуты нагреву.

Для уменьшения мощности обогрева канала циклонных сепараторов перед расширением или в процессе расширения в газ можно добавлять ингибитор гидратообразования.

1. Способ разделения газовых смесей, содержащих водяные пары, в котором входной газ расширяют во вращающемся потоке в канале циклонного сепаратора с получением на выходе из канала циклонного сепаратора потока, не содержащего гидратов, и потока, обогащенного водой или гидратами, отличающийся тем, что в процессе расширения часть газа, движущуюся возле стенок канала, подогревают, подогрев проводят таким образом, чтобы температура внутренних поверхностей канала циклонного сепаратора была всюду выше температуры гидратообразования, при этом степень расширения потока в циклонном сепараторе поддерживают такой, что Рвхоч>1,01 (где Рвх - полное давление входного газа; Роч - полное давление потока на выходе из канала циклонного сепаратора).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обогащенный водой или гидратами поток подвергают повторному процессу разделения с расширением потока в канале дополнительного циклонного сепаратора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обогащенный водой или гидратами поток сепарируют от жидкости и гидратов и подвергают повторному процессу очистки с расширением потока в канале дополнительного циклонного сепаратора.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед расширением или в процессе расширения в газ добавляют ингибитор гидратообразования.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к установкам подготовки нефтяного и природного газов для дальнейшей переработки или для подачи в транспортный трубопровод и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтехимической, химической отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройству для удаления вредных газов из атмосферы. .

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к установкам по обработке природного газа. .

Изобретение относится к технике низкотемпературной обработки многокомпонентных углеводородных газов (природных и нефтяных), а именно для осушки газа путем конденсации из него водного и (или) углеводородных компонентов.

Изобретение относится к газовой промышленности и, в частности, к установкам по обработке природного газа. .

Изобретение относится к области очистки попутного нефтяного газа от тяжелых углеводородов при использовании низких температур непосредственно на газопроводе и может найти применение при сжигании в энергетических установках газообразного топлива, содержащего тяжелые углеводороды, в частности нефтяного попутного газа.

Изобретение относится к технике подготовки углеводородных газов к транспорту на установки последующей переработки с получением товарных продуктов и может быть использовано в газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к технологии разделения стабильных изотопов, в частности к очистке изотопов ксенона, полученных на каскаде центрифуг с заданным изотопным составом и используемых в ядерной физике для определения массы нейтрино.

Изобретение относится к технике тепловой обработки и сепарации газовых и газоконденсатных смесей от влаги и тяжелых углеводородов, а именно к установкам комплексной подготовки природного газа на газовых промыслах нефтегазоконденсатных месторождений

Изобретение относится к способу подготовки углеводородного газа, включающий ступенчатую сепарацию, охлаждение газа между ступенями сепарации, отделение углеводородного конденсата начальных ступеней сепарации, охлаждение его конденсатом последней низкотемпературной ступени сепарации и использованием в качестве абсорбента

Изобретение относится к способу удаления сульфида водорода из потока природного газа

Изобретение относится к технике получения сжиженных углеводородных газов и их очистки от метанола и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности

Изобретение относится к конструкциям теплообменных аппаратов для ожижения паров смешанных - многокомпонентных продуктов при их охлаждении холодоносителем через промежуточные стенки труб

Изобретение относится к наземным средствам охлаждения и очистки гелия и может быть использовано, в частности, при создании систем заправки газообразным гелием бортовых баллонов ракетоносителей при их подготовке к пуску на стартовом комплексе

Изобретение может быть использовано в установках, предназначенных для дегидратации газов, содержащих углекислый газ. Способ дегидратации газа, содержащего CO2, основан на получении двухфазной смеси при ее расширении и выделении из смеси жидкой фазы в сепараторе. Сырой газ охлаждают, подмешивая к нему жидкий CO2 с растворенной в нем водой, полученную смесь разделяют на газовую фазу и жидкую фазу, содержащую воду, газовую фазу расширяют с получением жидкости, содержащей жидкий CO2 и воду, жидкость частично или полностью направляют на смешение с сырым газом, при этом расширение проводят до температуры ниже температуры гидратообразования. Техническим результатом является обеспечение глубокой степени дегидратации газа. 8 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

(57) Изобретение относится к газовой и нефтяной отраслямпромышленности и может использоваться при подготовке газа нефтяных и газоконденсатных месторождений для снижения капитальных и эксплуатационных затрат. Задачей изобретения является создание установки для первичной подготовки газа от кустов газовых скважин, работающей без обслуживающего персонала за счет использования программного комплекса автоматического регулирования подготовкой газа. Установка для подготовки газа снабжена системой автоматического управления (САУ), связанной с запорно-регулирующей арматурой, которая представляет собой первый клапан-регулятор на линии подачи газа, второй клапан-регулятор, установленный на линии, соединяющей первичный и низкотемпературный сепараторы, третий и четвертый клапаны-регуляторы, установленные на линиях, соединяющих выходы соответственно первичного и низкотемпературного сепараторов для газожидкостной смеси с дегазатором, пятый клапан-регулятор, установленный на линии сброса жидкости из дегазатора, и шестой клапан-регулятор, установленный на линии сброса газа из дегазатора. Установка снабжена первым расходомером на линии подачи газа и вторым расходомером на линии отвода газа из низкотемпературного сепаратора, соединенными с САУ с возможностью регулирования степени открытия-закрытия первого клапана-регулятора, датчиком температуры на входе низкотемпературного сепаратора, соединенным с САУ с возможностью регулирования степени открытия-закрытия второго клапана-регулятора, датчиками уровня жидкости в первичном и низкотемпературном сепараторах и в дегазаторе, связанными с САУ с возможностью регулирования степени открытия-закрытия соответственно третьего, четвертого и пятого клапанов-регуляторов, и датчиком давления в дегазаторе, связанным с САУ с возможностью регулирования давления в дегазаторе, а система подачи ингибитора гидратообразования связана с САУ с возможностью регулирования расхода ингибитора в зависимости от давления газа на линии подачи или его расхода. В САУ применен программный комплекс автоматического регулирования подготовки газа, которая включает в себя регулирование параметров технологического процесса в автоматическом режиме. 1 ил.

Изобретение относится к области теплотехники. Устройство для компримирования и осушки газа содержит многоступенчатый компрессор со ступенью низкого давления, ступенью высокого давления и нагнетательным патрубком и адсорбционный осушитель с зоной осушения и зоной регенерации, причем между ступенью низкого давления и ступенью высокого давления помещен промежуточный холодильник, и при этом устройство дополнительно снабжено теплообменником, имеющим главную камеру с входной частью и выходной частью для первой первичной текучей среды, а концы трубок теплообменника соединены с отдельной входной камерой и выходной камерой для каждого трубного пучка; и при этом первый трубный пучок образует охлаждающий контур промежуточного холодильника, служащий для разогрева газа из ступени высокого давления для регенерации адсорбционного осушителя. Технический результат - упрощение конструкции и монтажа, снижение себестоимости устройства. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх