Устройство для низкотемпературной сепарации газа и способ его работы

Группа изобретений относится к устройствам и способам подготовки природного газа к транспортировке путем низкотемпературной сепарации и может быть использовано в нефтегазовой промышленности. Устройство для низкотемпературной сепарации газа содержит предварительный, промежуточный и низкотемпературный сепараторы и устройство редуцирования газа. В качестве промежуточного сепаратора установлен двухсекционный дефлегматор-стабилизатор, включающий верхнюю дефлегмационную и нижнюю стабилизационную секции, оборудованные блоками тепломассообменных элементов с внутренним пространством для прохода теплоносителя или хладагента и внешним массообменным пространством. При этом блок тепломассообменных элементов дефлегмационной секции состоит из двух частей, одна из которых оснащена линией подачи конденсата низкотемпературной сепарации и соединена с зоной питания линией подачи нагретого конденсата, к которой примыкает линия подачи охлажденного газа предварительной сепарации, а другая оснащена линией подачи газа низкотемпературной сепарации и линией вывода товарного газа. Кроме того, блок тепломассообменных элементов стабилизационной секции оснащен линиями ввода и вывода газа предварительной сепарации, низ стабилизационной секции оснащен линией вывода стабилизированного конденсата, а верх дефлегмационной секции оснащен линией вывода газа промежуточной сепарации. Способ низкотемпературной сепарации газа включает охлаждение газа предварительной сепарации, его промежуточную сепарацию с получением конденсата и газа, который охлаждают газом низкотемпературной сепарации, дросселируют и подвергают низкотемпературной сепарации на газ, выводимый с установки после нагрева, и конденсат. Для низкотемпературной сепарации используют предлагаемое устройство, при этом газ предварительной сепарации сначала охлаждают во внутреннем пространстве блока тепломассообменных элементов стабилизационной секции, затем смешивают с нагретым конденсатом низкотемпературной сепарации и сепарируют в средней части дефлегматора-стабилизатора на конденсат, который направляют в стабилизационную секцию, где стабилизируют за счет нагрева газом предварительной сепарации, и газ, который направляют в дефлегмационную секцию, где в условиях дефлегмации осуществляют его дальнейшее охлаждение газом и конденсатом низкотемпературной сепарации. Кроме того, с низа стабилизационной секции выводят стабилизированный конденсат, а с верха дефлегмационной секции выводят охлажденный газ промежуточной сепарации. Техническим результатом является повышение выхода товарного газа и снижение температуры точки росы товарного газа. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам и способам подготовки природного газа к транспорту путем низкотемпературной сепарации и может быть использовано в нефтегазовой промышленности.

Известна установка низкотемпературной сепарации газа [Николаев В.В. и др. Основные процессы физической и физико-химической переработки газа. - М.: ОАО Издательство "Недра", 1998. с. 6], включающая предварительный сепаратор, низкотемпературный сепаратор, трехфазный сепаратор, два рекуперативных теплообменника, дроссели охлажденного газа и конденсата, эжектор, установки стабилизации конденсата и регенерации гликоля (ингибитора гидратообразования).

При работе установки осуществляют предварительную сепарацию сырого газа с получением газа, углеводородного и водного конденсатов, смешение газа предварительной сепарации с гликолем, охлаждение газом низкотемпературной сепарации и выветренным конденсатом, эжектирование газа выветривания и смешение с дополнительным количеством гликоля, редуцирование и низкотемпературную сепарацию полученной смеси с получением газа, выводимого после нагрева в качестве товарного, и конденсата, который дросселируют и сепарируют с получением газа выветривания, выветренного конденсата, направляемого совместно с углеводородным конденсатом предварительной сепарации на установку стабилизации конденсата, а также водного раствора гликоля, направляемого совместно с водным конденсатом предварительной сепарации на установку регенерации гликоля.

Недостатками известных установки и способа являются низкая степень извлечения тяжелых углеводородов и низкое качество товарного газа из-за отсутствия промежуточного сепаратора и снижения температурной депрессии вследствие потери давления при эжектировании.

Наиболее близка по технической сущности к заявляемому изобретению установка низкотемпературной сепарации газа, описанная в монографии [Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1999. с. 290], включающая сепаратор первой ступени (предварительный сепаратор), сепаратор второй ступени (промежуточный сепаратор), сепаратор третьей ступени (низкотемпературный сепаратор), два трехфазных разделителя (сепаратора), два рекуперативных теплообменника, дроссели охлажденного газа и конденсата (редуцирующие устройства), а также эжектор газа выветривания. Установка может быть оснащена линиями ввода свежего и линиями вывода отработанного ингибитора гидратообразования.

При работе данной установки сырой газ подвергают предварительной сепарации на конденсат и газ, который охлаждают частично нагретым газом низкотемпературной сепарации, подвергают промежуточной сепарации на конденсат, который смешивают с конденсатом предварительной сепарации и разделяют на газ отдувки и нестабильный конденсат, и газ, который охлаждают газом низкотемпературной сепарации, смешивают с газом отдувки и газом выветривания, дросселируют и подвергают низкотемпературной сепарации на газ, выводимый с установки после нагрева, и конденсат, который дросселируют и разделяют на газ выветривания и конденсат, выводимый с установки совместно с нестабильным конденсатом. При необходимости предусматривают ввод свежего и вывод отработанного ингибитора гидратообразования.

Недостатками данных установки и способа являются низкий выход товарного газа из-за потери легких компонентов газа с нестабильным конденсатом вследствие отсутствия оборудования для рекуперации холода нестабильного конденсата и высокая температура точки росы из-за потери давления на эжектирование вследствие оснащения установки оборудованием для стабилизации конденсата при низком давлении.

Задачей изобретения является повышение выхода и снижение температуры точки росы товарного газа.

Техническим результатом, получаемым при использовании предлагаемого изобретения, является повышение выхода и снижение температуры точки росы товарного газа за счет дефлегмации газа предварительной сепарации и стабилизации конденсата путем оснащения установки дефлегматором-стабилизатором.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве, включающем предварительный, промежуточный и низкотемпературный сепараторы и устройство редуцирования газа, особенностью является то, что в качестве промежуточного сепаратора установлен двухсекционный дефлегматор-стабилизатор, включающий верхнюю дефлегмационную и нижнюю стабилизационную секции, оборудованные блоками тепломассообменных элементов с внутренним пространством для прохода теплоносителя или хладоагента и внешним массообменным пространством, при этом блок тепломассообменных элементов дефлегмационной секции состоит из двух частей, одна из которых оснащена линией подачи конденсата низкотемпературной сепарации и соединена с зоной питания линией подачи нагретого конденсата, к которой примыкает линия подачи охлажденного газа предварительной сепарации, а другая оснащена линией подачи газа низкотемпературной сепарации и линией вывода товарного газа, кроме того, блок тепломассообменных элементов стабилизационной секции оснащен линиями ввода и вывода газа предварительной сепарации, низ стабилизационной секции оснащен линией вывода стабилизированного конденсата, а верх дефлегмационной секции оснащен линией вывода газа промежуточной сепарации.

При необходимости предусматривают оснащение устройства линиями ввода свежего ингибитора гидратообразования в поток газа предварительной и/или промежуточной сепарации и вывода отработанного ингибитора гидратообразования с низа дефлегматора-стабилизатора. В качестве устройства редуцирования могут быть использованы, например, дроссельный вентиль, газодинамический сепаратор, вихревая труба или турбодетандер.

В известном способе, включающем охлаждение газа предварительной сепарации, его промежуточную сепарацию с получением конденсата и газа, который охлаждают газом низкотемпературной сепарации, дросселируют и подвергают низкотемпературной сепарации на газ, выводимый с установки после нагрева, и конденсат, особенностью является то, что для низкотемпературной сепарации используют предлагаемое устройство, при этом газ предварительной сепарации сначала охлаждают во внутреннем пространстве блока тепломассообменных элементов стабилизационной секции, затем смешивают с нагретым конденсатом низкотемпературной сепарации и сепарируют в средней части дефлегматора-стабилизатора на конденсат, который направляют в стабилизационную секцию, где стабилизируют за счет нагрева газом предварительной сепарации, и газ, который направляют в дефлегмационную секцию, где в условиях дефлегмации осуществляют его дальнейшее охлаждение газом и конденсатом низкотемпературной сепарации, кроме того, с низа стабилизационной секции выводят стабилизированный конденсат, а с верха дефлегмационной секции выводят охлажденный газ промежуточной сепарации. При необходимости перед промежуточной и/или низкотемпературной сепарацией газ смешивают со свежим ингибитором гидратообразования, отработанный раствор которого выводят с низа стабилизационной секции.

Установка в качестве промежуточного сепаратора двухсекционного дефлегматора-стабилизатора, секции которого оборудованы блоками тепломассообменных элементов, имеющими внутреннее пространство для прохода теплоносителя или хладоагента, и внешнее массообменное пространство, позволяет осуществлять фракционирование (дефлегмацию и стабилизацию) технологических потоков за счет внутриаппаратной рекуперации тепла, без использования внешних источников тепла и холода, что повышает выход и снижает температуру точки росы товарного газа.

При этом дефлегмация газа уменьшает содержание в нем тяжелых углеводородов, что снижает температуру точки росы товарного газа.

Охлаждение газа предварительной сепарации в стабилизационной секции позволяет рекуперировать дополнительное количество холода и одновременно стабилизировать конденсат за счет его нагрева, что приводит к снижению содержания легких компонентов газа в конденсате и увеличению выхода товарного газа.

В предлагаемом способе исключено образование газа выветривания и необходимость его эжектирования, что позволяет предотвратить потерю давления на эжектирование, увеличить перепад давления при дросселировании, уменьшить температуру промежуточной и низкотемпературной сепарации и, соответственно, снизить температуру точки росы товарного газа.

Устройство включает двухсекционный дефлегматор-стабилизатор 1, состоящий из верхней дефлегмационной и нижней стабилизационной секции, редуцирующее устройство 2, низкотемпературный сепаратор 3 и насос 4, линии подачи газа предварительной сепарации I, линии вывода товарного газа II и стабилизированного конденсата III, а также линии подачи технологических потоков IV-IX. При необходимости устройство может быть оснащено линиями ввода ингибитора гидратообразования X и XI и вывода отработанного водного раствора ингибитора гидратообразования XII.

При осуществлении предлагаемого способа газ предварительной сепарации, подаваемый по линии I, охлаждают во внутреннем пространстве блока тепломассообменных элементов стабилизационной секции дефлегматора-стабилизатора 1, охлажденный газожидкостный поток выводят по линии IV и смешивают с нагретым конденсатом низкотемпературной сепарации, подаваемым по линии V, полученную смесь по линии VI направляют в среднюю часть дефлегматора-стабилизатора 1, с верха которого, после охлаждения газом и конденсатом низкотемпературной сепарации в условиях дефлегмации, по линии VII выводят газ промежуточной сепарации редуцируют его на устройстве 2 и разделяют в низкотемпературном сепараторе 3 на газ и конденсат, который насосом 4, расположенным на линии VIII, подают сначала во внутреннее пространство одной из частей блока тепломассообменных элементов дефлегмационной секции и подают на смешение с охлажденным газожидкостным потоком. Газ низкотемпературной сепарации по линии IX подают в качестве хладоагента во внутреннее пространство другой части блока тепломассообменных элементов дефлегмационной секции и выводят по линии II в качестве товарного газа. Конденсат средней части дефлегматора-стабилизатора 1 направляют в стабилизационную секцию, где стабилизируют за счет нагрева газом предварительной сепарации, стабилизированный углеводородный конденсат выводят по линии III.

При низкотемпературной сепарации влажного сырого газа в потоки газа перед промежуточной и низкотемпературной сепарацией по линиям X и XI подают ингибитор гидратообразования, а отработанный водный раствор ингибитора гидратообразования выводят с установки из низа дефлегматора-стабилизатора по линии XII.

Работоспособность предлагаемого способа иллюстрирует следующий пример. Сырой газ, содержащий, % об.: азот 0,57; углекислый газ 0,24; метан 89,06; этан 5,24; пропан 2,22; бутаны 0,96; пентан 0,44; гексан 0,43 и высшие 0,84, с температурой 27°C и давлением 12,5 МПа в количестве 205,9 тыс. нм³/ч (217,2 тыс. ст. м³/ч) подвергают предварительной сепарации и в количестве 203,0 тыс. нм³/ч подают в качестве теплоносителя в стабилизационную секцию дефлегматора-стабилизатора, а затем направляют в зону питания в смеси с нагретым до 14,1°C конденсатом низкотемпературной сепарации, при этом дефлегмационную секцию охлаждают газом и конденсатом низкотемпературной сепарации и получают 248,2 тыс. нм³/ч газа промежуточной сепарации с температурой -26,1°C, дросселируют его до 7,5 МПа и при -42,7°C разделяют в низкотемпературном сепараторе с получением 193,3 тыс. нм³/ч газа низкотемпературной сепарации, который нагревают в дефлегматорной секции до 14,0°C и выводят в качестве товарного газа, а также 67,5 т/час конденсата низкотемпературной сепарации. С низа дефлегматора-стабилизатора при 24,2°C выводят 16,2 т/час стабилизированного углеводородного конденсата. Температура точки росы товарного газа составила минус 42,7°C.

В условиях прототипа выход товарного газа с температурой точки росы минус 39,6°C составил 190,9 тыс. нм³/ч.

Таким образом, приведенный пример показывает, что низкотемпературная сепарация газа по заявляемому способу с использованием предлагаемого устройства позволяет повысить выход товарного газа и снизить его температуру точки росы.

1. Устройство для низкотемпературной сепарации газа, включающее предварительный, промежуточный и низкотемпературный сепараторы и устройство редуцирования газа, отличающееся тем, что в качестве промежуточного сепаратора установлен двухсекционный дефлегматор-стабилизатор, включающий верхнюю дефлегмационную и нижнюю стабилизационную секции, оборудованные блоками тепломассообменных элементов с внутренним пространством для прохода теплоносителя или хладагента и внешним массообменным пространством, при этом блок тепломассообменных элементов дефлегмационной секции состоит из двух частей, одна из которых оснащена линией подачи конденсата низкотемпературной сепарации и соединена с зоной питания линией подачи нагретого конденсата, к которой примыкает линия подачи охлажденного газа предварительной сепарации, а другая оснащена линией подачи газа низкотемпературной сепарации и линией вывода товарного газа, кроме того, блок тепломассообменных элементов стабилизационной секции оснащен линиями ввода и вывода газа предварительной сепарации, низ стабилизационной секции оснащен линией вывода стабилизированного конденсата, а верх дефлегмационной секции оснащен линией вывода газа промежуточной сепарации.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно оснащено линиями ввода свежего и вывода отработанного ингибитора гидратообразования.

3. Способ низкотемпературной сепарации газа, включающий охлаждение газа предварительной сепарации, его промежуточную сепарацию с получением конденсата и газа, который охлаждают газом низкотемпературной сепарации, дросселируют и подвергают низкотемпературной сепарации на газ, выводимый с установки после нагрева, и конденсат, отличающийся тем, что для низкотемпературной сепарации используют предлагаемое устройство, при этом газ предварительной сепарации сначала охлаждают во внутреннем пространстве блока тепломассообменных элементов стабилизационной секции, затем смешивают с нагретым конденсатом низкотемпературной сепарации и сепарируют в средней части дефлегматора-стабилизатора на конденсат, который направляют в стабилизационную секцию, где стабилизируют за счет нагрева газом предварительной сепарации, и газ, который направляют в дефлегмационную секцию, где в условиях дефлегмации осуществляют его дальнейшее охлаждение газом и конденсатом низкотемпературной сепарации, кроме того, с низа стабилизационной секции выводят стабилизированный конденсат, а с верха дефлегмационной секции выводят охлажденный газ промежуточной сепарации.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что перед промежуточной и/или низкотемпературной сепарацией газ смешивают с ингибитором гидратообразования, отработанный раствор которого выводят с низа стабилизационной секции.