Устройство для глубокого охлаждения природного и попутного нефтяного газов

Изобретение относится к области подготовки природного и попутного нефтяного газов перед подачей потребителю. Устройство для глубокого охлаждения природного и попутного нефтяного газов содержит вихревую трубку Ранка-Хилша и сопла Лаваля, последовательно соединенные между собой в одном корпусе. Представляют собой две ступени охлаждения газа. Соединение ступеней охлаждения выполнено с каналами с возможностью образования и отделения жидкой составляющей пропан-бутановой фракции после первой ступени и этана после второй - в сопле Лаваля. Внутренняя стенка корпуса снабжена наклонными плоскостями для пристенного растекания абсорбента, обеспечивающего дополнительное охлаждение и поглощение газообразного этана. Вторая ступень охлаждения происходит в сопле Лаваля. Сопло Лаваля содержит внутреннюю обойму в металлическом корпусе, выполненную из эластомера с винтообразными канавками. Переменная высота подъема винта hi соответствует соотношению hi=πdi⋅tgα, где di - переменный диаметр проходного сечения сопла в данном сечении; α - угол подъема винта. Устройство также включает подачу абсорбента - охлажденного пропан-бутана, который поглощает жидкий и газообразный этан, тем самым повышает эффект разделения метана от этана. Изобретение обеспечивает большее снижение температуры газа в устройстве в оптимальном режиме. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области подготовки природного и попутного нефтяного газов перед подачей потребителю.

Известна установка для извлечения этана из смеси с метаном (патент №97277), содержащая абсорбер, отгонную секцию, десорбер, компрессор, насос, турбодетандер, ускоритель завихрения, зонт для формирования пленки жидкости-поглотителя, регулятор давления «до себя», холодильник, этановую и метановую линии. Основным элементом, обеспечивающим глубокое охлаждение метано-этановой смеси, является турбодетандер.

Недостатком технического решения является большое количество применяемого оборудования с высокой стоимостью и сложностью в эксплуатации и требует значительных увеличений капитальных и эксплуатационных затрат.

Близким по существу получения холодного потока газа является устройство по способу охлаждения газового потока, в котором охлаждение проводят двустадийно от 0°С до -20°С с микродозами воды, причем на первой стадии в вихревой трубке Ранка-Хилша с температур 20-24°С до температур от 10-14°С до 1-2°С при давлении газового потока на входе 1-4 атм и посредством сопла Лаваля до температур от 0 до -20°С на второй стадии (патент №2524871).

Недостатком данного технического решения является: низкое давление газа, ограничивающее создавать высокие перепады давления, следовательно - получать более низкую температуру газа; отсутствие элементов отвода «горячего потока», вследствие чего неиспользованное тепло «горячего потока» снижает эффективность технологии.

Заявляемое изобретение решает задачу четкого отделения высокомолекулярных углеводородов, содержащихся в природном и попутном нефтяном газах от метана, благодаря глубокому охлаждению газа. Эффект сепарации достигается в оптимальном режиме, т.е. с минимальной затратой перепада давления и количества оборудования, чему способствует наличие каналов для своевременного отвода «горячего потоков», обеспечивающих отвод каждого из компонентов по мере перехода его в жидкое состояние - сначала в аппарате Ранка-Хилша, затем в сопле Лаваля, а также наличие наклонных поверхностей, увеличивающих поверхности контакта между абсорбентом и углеводородами С2+выс. Газообразный этан, который благодаря большему молекулярному весу, чем этан, в закручивающемся потоке сопла Лаваля занимает периферийную область, т.е. ближе к абсорбенту, стекающему по внутренней стенке корпуса, и поглощается им, что также способствует более четкому отделению этана от метана.

Устройство из последовательно соединенных между собой в одном корпусе трубки Ранка-Хилша и сопла Лаваля выполнено с каналами для подачи в область течения абсорбента, растекание и пристенное движение которого поддерживается наклонными плоскостями.

Сопло Лаваля содержит внутреннюю обойму в металлическом корпусе, выполненную из эластомера с винтообразными канавками, создающими центробежные силы, причем переменная высота подъема винта hi соответствует соотношению

hi=(πdi⋅tgα),

где hi - высота подъема винта, мм; di - переменный диаметр проходного сечения сопла, мм; α - угол подъема винта, градусы.

Пример расчета высоты подъема винта

а) у входа в сопло (в расширенном интервале по среднему значению d)

h1=(3,14*120⋅tg20)=137 мм,

б) в суженном интервале (по среднему значению) сопла

h2=(3,14*88⋅tg20)=100 мм.

Суммарная длина сопла до максимального сужения

h=h1+h2=137+100=237 мм.

Высота винта до максимального сужения h=237 мм, следовательно, поток газа совершает два полных оборота.

При постоянном значении угла подъема винта высота подъема винта hi по мере сужения канала уменьшается, что сопровождается ускорением радиального движения потока, следовательно, повышением его центробежной силы, оптимальная его величина устанавливается исходя из условия минимизации гидравлических потерь, которые возникают от вынужденного вращательного движения потока.

Техническим результатом изобретения является большее снижение температуры газа в устройстве в оптимальном режиме.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для глубокого охлаждения природного и попутного нефтяного газов, содержащем вихревую трубку Ранка-Хилша и сопла Лаваля, последовательно соединенных между собой в одном корпусе и представляющие две ступени охлаждения газа, согласно изобретению соединение ступеней охлаждения выполнено с образованием каналов для отведения пропан-бутановой фракции после первой ступени, а этана - после второй, а внутренняя стенка корпуса снабжена наклонными плоскостями для пристенного растекания абсорбента, увеличивающими поверхности контактов между взаимодействующими компонентами.

Вторая ступень охлаждения происходит в сопле Лаваля, который содержит внутреннюю обойму в металлическом корпусе, выполненную из эластомера с винтообразными канавками, причем переменная высота подъема винта hi соответствует соотношению hi=πdi⋅tgα, где di - переменный диаметр проходного сечения сопла в данном сечении, мм; α - угол подъема винта, градусы. устройство также включает подачу абсорбента - охлажденного пропан-бутана, который поглощает жидкий и газообразный этан, тем самым повышает эффект разделения метана от этана.

Сущность изобретения поясняет приведенный чертеж на фиг. 1.

Устройство для глубокого охлаждения природного и попутного нефтяного газов содержит корпус 1, в котором помещены улитка 2 и сепарационная секция 3 трубки Ранка-Хилша; сопло Лаваля, технологически соединенное с трубкой Ранка-Хилша, включает корпус 4 и винтообразную обойму 5; патрубок 6 для образования кольцевого пространства 7 между патрубком и корпусом; тангенциальный ввод абсорбента 8; разливную наклонную поверхность 9; направляющий козырек 10; поддон для сбора жидкости 11; патрубок для отвода отделившихся от метана углеводородов (этана + высшие) 12; 13 и 14 - каналы для отвода отделившихся от метана углеводородов и подачи в область течения абсорбента. А-А - сечение наименьшего диаметра сопла Лаваля.

Устройство выполняет свое назначение в следующей последовательности. Сырой газ с линейной скоростью не менее 30 м/с поступает в улитку 2, где каждый компонент приобретает инерционные силы в соответствии с его плотностью, затем в сепарационной трубке 3 происходит их дифференциация на слои. Внешний слой имеет температуру выше первоначального, а внутренний - ниже. Внешний слой через верхний край трубки сепарационной секции поступает в поддон для сбора жидкости 11, чему способствует и сливающийся около стенки корпуса абсорбент. Охлажденный внутренний холодный поток далее поступает в сопло Лаваля 4, где дополнительно приобретает вращательное движение в винтовой обойме 5. По мере приближения потока к сечению наименьшего диаметра А-А, благодаря постепенному сокращению высоты подъема винта, возрастает ускорение потока, соответственно - и радиальные инерционные силы, отбрасывающие более тяжелый жидкий этан в периферийную область. В сопле Лаваля также происходит и температурное разделение на «холодный» и «горячий потоки». При этом «холодный поток», выработанный в сопле Лаваля, становится более охлажденным за счет передачи своего тепла «горячему потоку». К тому же, за счет закручивания путь движения газа в сопле Лаваля удлиняется, и, очевидно, процесс охлаждения газа становится более глубоким и стабильным.

После прохождения сопла Лаваля более тяжелые молекулы этана, приведенные в жидкое состояние, а заодно захваченные жидким потоком газообразные, преимущественно занимающие периферийные слои потока, смываются абсорбентом, стекающим по разливной наклонной плоскости 9.

Абсорбент, представляющий жидкий пропан-бутан, в кольцевое пространство между корпусом 1 и патрубком 6 подается через тангенциальный ввод 8 с тем, чтобы он растекался по всей внутренней поверхности корпуса, чему также способствует наклонный характер поверхностей 9 и 10. Для направления жидких фракций в область течения абсорбента имеются дополнительные каналы 13 и 14.

Изобретение направлено на извлечение высших углеводородов из смеси с метаном путем превращения высших углеводородов в жидкость, за счет использования разности молекулярных масс в поле инерционных сил и селективного поглощения этана жидким пропаном, как близким по своей природе компонентом, чем метан.

Превращение высших углеводородов в жидкость осуществляется путем охлаждения газа. Первую ступень охлаждения у нас представляет трубка Ранка-Хилша, вторую - сопло Лаваля. Возможность получения холода глубиной минус 50°С в предложенном устройстве, при котором 60…70% этана переходит в жидкое состояние, подтверждает следующий расчет первой ступени охлаждения.

Расчет вихревой камеры.

Рассчитать температуру охлаждения внутреннего холодного потока газа, поступающего в вихревую камеру температурой Т1=15°С, давлением р1=6,4 МПа. Давление холодного потока на выходе из вихревой камеры Рх=1,6 МПа, средняя теплоемкость газа Ср=0,24 ккал/кг⋅°С; показатель адиабаты равен 1,4.

Если давление газа у входа, p1 задано (следовательно, известна степень расширения газа λ, то температурную эффективность η находим по формуле

где Δtx - эффект охлаждения в вихревой камере; Δts - охлаждение при изоэнтропном расширении газа.

В вычислительных работах используем обобщенную характеристику вихревой камеры, составленной А.П. Меркуловым (фиг. 2).

Параметр η введен Р. Хилшем и выражается как отношение эффекта охлаждения в вихревой камере к эффекту охлаждения при изоэнтропном расширении газа с совершением внешней работы от параметров у входа.

1. Потребный эффект охлаждения для получения температуры газа минус 30 градусов составляет

Δtx=T1-Tx=15+30=45°С.

2. Задаемся относительным массовым расходом холодного потока μ, который для максимального охлаждения газа принимается μ=0,3.

3. По кривым фиг. 2 находим μ⋅η=0,15.

4. Вычисляем η=0,15/0,3=0,5.

5. Степень расширения газа в вихревой камере находим по формуле

где k - показатель адиабаты.

,

что согласуется с условием поставленной задачи.

Таким образом, пропустив газовую смесь через аппарат Ранка-Хилша, получили 0,3 доли газа с температурой минус 30 градусов. Эта доля газа, по логике центробежного разделения компонентов, состоит из метана и этана.

Дальнейшее их разделение требует большего их охлаждения, для чего предусмотрена вторая ступень - сопло Лаваля. В данном случае применение сопла Лаваля с винтообразной поверхностью помимо получения большого охлаждения газа обеспечивает и большие радиальные скорости газового потока, при котором молекулы этана, независимо от превращения этана в жидкость, центробежными силами будут отброшены в периферийную зону и сливаться в один поток с абсорбентом.

1. Устройство для глубокого охлаждения природного и попутного нефтяного газов, состоящее из трубки Ранка-Хилша и сопла Лаваля, последовательно соединенных между собой в одном корпусе и представляющих две ступени охлаждения газа, отличающееся тем, что соединение ступеней охлаждения выполнено с каналами с возможностью образования и отделения жидкой составляющей пропан-бутановой фракции после первой ступени и этана после второй - в сопле Лаваля, а внутренняя стенка корпуса снабжена наклонными плоскостями для пристенного растекания абсорбента, обеспечивающего дополнительное охлаждение и поглощение газообразного этана.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сопло Лаваля содержит внутреннюю обойму в металлическом корпусе, выполненную из эластомера с винтообразными канавками, причем переменная высота подъема винта hi соответствует соотношению hi=πdi⋅tgα, где di - переменный диаметр проходного сечения сопла в данном сечении; α - угол подъема винта.



 

Похожие патенты:

Изобретение описывает способ комплексной подготовки газа, при котором газ входной сепарации подвергают дефлегмации за счет охлаждения газом низкотемпературной сепарации с получением газа дефлегмации и флегмы, которую смешивают с конденсатом входной сепарации, и выветривают с получением выветренного конденсата и газа выветривания, который совместно с редуцированным газом дефлегмации подвергают низкотемпературной сепарации с получением газа и конденсата, а при стабилизации смеси конденсатов получают газ стабилизации и стабильный конденсат, отличающийся тем, что сырой газ перед входной сепарацией редуцируют и смешивают с газом стабилизации с помощью эжектирующего устройства, газ входной сепарации охлаждают редуцированным выветренным конденсатом и предварительно нагретым газом низкотемпературной сепарации, а смесь конденсата входной сепарации и флегмы редуцируют и смешивают с конденсатом низкотемпературной сепарации с помощью эжектирующего устройства перед выветриванием.

Изобретение относится к устройствам подготовки путем отбензинивания попутного нефтяного газа и газа дегазации конденсата. Блок отбензинивания низконапорного тяжелого углеводородного газа включает компрессор, установленный на линии сырьевого газа, и дефлегматор с линией вывода конденсата и тепломассообменным блоком, охлаждаемым хладагентом.

Изобретение относится к устройствам переработки низконапорных газов и конденсатов, образующихся при транспортировке газа, и может быть использовано в нефтегазовой промышленности.

Группа изобретений относится к способам подготовки газа путем низкотемпературной конденсации и может быть использована в газовой промышленности для промысловой подготовки скважинной продукции газоконденсатных месторождений.

Изобретение относится к способам компримирования газа и может быть использовано в различных отраслях промышленности для компримирования многокомпонентных газов, содержащих пары тяжелых компонентов.

Изобретение относится к способам переработки низконапорных газов и конденсатов, образующихся при трубопроводном транспорте газа. Газ сжимают и охлаждают в условиях дефлегмации и стабилизации флегмы на начальных ступенях компримирования совместно с газами стабилизации низкого давления, с получением конденсата низкого давления и сжатого газа, который осушают, очищают и смешивают с газом стабилизации высокого давления, сжимают и охлаждают в условиях дефлегмации и стабилизации флегмы на третьей ступени с использованием в качестве хладоагента газа низкотемпературной сепарации с получением пропан-бутановой фракции и сжатого газа.

Изобретение относится к криогенной технике. Малогабаритная установка сжижения природного газа включает в себя участок газопровода, криогенную газовую машину (КГМ), работающую по обратному циклу Стирлинга, теплообменники вымораживатели-конденсаторы природного газа (ПГ), криогенную емкость для сжиженного природного газа (СПГ), газодувку и подогреватель азота.

Изобретение относится к способам подготовки углеводородных газов путем низкотемпературной сепарации и может быть использовано для подготовки попутного нефтяного газа в нефтяной промышленности.

Изобретение относится к способам подготовки углеводородных газов методом низкотемпературной сепарации и может быть использовано для подготовки попутного нефтяного газа в нефтяной промышленности.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложены способы конденсации диоксида углерода (СО2) из потока СО2. Способ включает (i) сжатие и охлаждение потока СО2 с образованием частично охлажденного потока CO2, причем частично охлажденный поток СО2 охлаждают до первой температуры.

Изобретение может быть использовано в нефтегазовой и химической промышленности. Способ повышения эффективности абсорбции абсорбционным маслом включает подачу жидкости (11) холодного испарительного барабана (12А) ко входу холодной отпарной колонны (12) для получения потока результирующего пара головного погона холодной отпарной колонны (12), обогащенного сжиженным нефтяным газом, и отдельную подачу жидкости (21) горячего испарительного барабана ко входу (22А) горячей отпарной колонны (22) для получения потока результирующего пара головного погона горячей отпарной колонны (22), обогащенного водородом.

Изобретение относится к области извлечения углекислого газа из воздуха, изменившегося вследствие жизнедеятельности людей, работы технических устройств и др. Установка включает подсистемы абсорбции и десорбции, где подсистема абсорбции содержит в рабочем пространстве перфорированный трубопровод для подачи потока очищаемого воздуха на спиралевидную насадку, увеличивающую поверхность контакта воздух/абсорбент, с выходным патрубком системы вентиляции в верхней части рабочего пространства, а подсистема десорбции выполнена как электрохимический десорбер, состоящий из трехкамерных электрохимических ячеек, с двумя катионообменными мембранами, разделяющими рабочее пространство на катодную камеру, камеру декарбонизации и анодную камеру, с возможностью принудительной подачи прореагировавшего раствора поглотителя в катодную камеру и камеру декарбонизации, с выходами из катодной камеры водорода и раствора поглотителя в сепаратор фазового разделения и последующей подачей раствора поглотителя на распылительную форсунку абсорбера, а компримированного водорода по трубопроводу, содержащему клапан «до себя», в анодную камеру, с выходами из камеры декарбонизации углекислого газа и воды в сепаратор фазового разделения и последующей подачей воды в сборную емкость абсорбера, а компримированного углекислого газа по трубопроводу, содержащему клапан «до себя», в систему утилизации углекислого газа.

Изобретение относится к области извлечения углекислого газа из воздуха, изменившегося вследствие жизнедеятельности людей, работы технических устройств и др. Установка включает подсистемы абсорбции и десорбции, где подсистема абсорбции содержит в рабочем пространстве перфорированный трубопровод для подачи потока очищаемого воздуха на спиралевидную насадку, увеличивающую поверхность контакта воздух/абсорбент, с выходным патрубком системы вентиляции в верхней части рабочего пространства, а подсистема десорбции выполнена как электрохимический десорбер, состоящий из трехкамерных электрохимических ячеек, с двумя катионообменными мембранами, разделяющими рабочее пространство на катодную камеру, камеру декарбонизации и анодную камеру, с возможностью принудительной подачи прореагировавшего раствора поглотителя в катодную камеру и камеру декарбонизации, с выходами из катодной камеры водорода и раствора поглотителя в сепаратор фазового разделения и последующей подачей раствора поглотителя на распылительную форсунку абсорбера, а компримированного водорода по трубопроводу, содержащему клапан «до себя», в анодную камеру, с выходами из камеры декарбонизации углекислого газа и воды в сепаратор фазового разделения и последующей подачей воды в сборную емкость абсорбера, а компримированного углекислого газа по трубопроводу, содержащему клапан «до себя», в систему утилизации углекислого газа.

Изобретение относится к установке, способу и катализатору для одностадийной осушки и очистки газообразного углеводородного сырья одновременно от сероводорода и меркаптанов.

Изобретение относится к способу получения потоков газообразного водорода, обогащенного сероводородом, подходящего для сульфидирования катализатора, получаемого из насыщенных аминов нефтепереработки.

Изобретение относится к способу удаления загрязняющих веществ из выходящих газов, возникающих от операций травления в очистке металлургических компонентов или листов.
Настоящее изобретение предлагает каталитическую композицию. Композиция для обработки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания содержит оксид циркония, оксид церия и: от 0,1 до 10,0 масс.% оксида лантана; от 3,0 до 20,0 масс.% оксида иттрия; от 1,0 до 15,0 масс.% оксида олова; и необязательно от 0,0 до 10,0 масс.% оксида празеодима и/или оксида неодима.

Изобретение относится к области рационального использования природных ресурсов и развития окраинных регионов и может быть использовано в газодобывающей, газоперерабатывающей, газохимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к установке для многоступенчатой термической переработки твердых бытовых и подобных им промышленных отходов.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к установке для многоступенчатой термической переработки твердых бытовых и подобных им промышленных отходов.

Изобретение предназначено для каплеулавливания. Циклон для циклонного каплеуловителя содержит внутреннюю стенку, имеющую, в общем, конфигурацию в виде усеченного конуса и охватывающую внутреннюю камеру, содержащую впускной конец, который открыт для обеспечения возможности захождения текучей среды во внутреннюю камеру через впускное отверстие, и противоположный выпускной конец; наружную стенку, имеющую, в общем, конфигурацию в виде усеченного конуса и окружающую внутреннюю стенку и отстоящую наружу от внутренней стенки для создания наружной камеры в пространстве между внутренней стенкой и наружной стенкой, при этом упомянутый противоположный выпускной конец внутренней камеры открыт для обеспечения возможности прохождения части текучей среды, когда она находится во внутренней камере, через упомянутый противоположный выпускной конец и из циклона без прохождения через наружную камеру; отверстия, выполненные во внутренней стенке для обеспечения возможности прохода другой части упомянутой текучей среды, когда она присутствует в упомянутой внутренней камере, через отверстия в наружную камеру; завихритель, расположенный у впускного конца внутренней камеры для сообщения вихревого движения упомянутой текучей среде, когда она находится в упомянутой внутренней камере; и волокнистую прокладку, расположенную в наружной камере.

Изобретение относится к области подготовки природного и попутного нефтяного газов перед подачей потребителю. Устройство для глубокого охлаждения природного и попутного нефтяного газов содержит вихревую трубку Ранка-Хилша и сопла Лаваля, последовательно соединенные между собой в одном корпусе. Представляют собой две ступени охлаждения газа. Соединение ступеней охлаждения выполнено с каналами с возможностью образования и отделения жидкой составляющей пропан-бутановой фракции после первой ступени и этана после второй - в сопле Лаваля. Внутренняя стенка корпуса снабжена наклонными плоскостями для пристенного растекания абсорбента, обеспечивающего дополнительное охлаждение и поглощение газообразного этана. Вторая ступень охлаждения происходит в сопле Лаваля. Сопло Лаваля содержит внутреннюю обойму в металлическом корпусе, выполненную из эластомера с винтообразными канавками. Переменная высота подъема винта hi соответствует соотношению hiπdi⋅tgα, где di - переменный диаметр проходного сечения сопла в данном сечении; α - угол подъема винта. Устройство также включает подачу абсорбента - охлажденного пропан-бутана, который поглощает жидкий и газообразный этан, тем самым повышает эффект разделения метана от этана. Изобретение обеспечивает большее снижение температуры газа в устройстве в оптимальном режиме. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх