Способ разделения газовых смесей

 

Союз Советски к

Социалистически к

Республик

ОП ИСАНИЕ

Н3О6РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ ()722552 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 28.08.78 (21) 2658516/23-26 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (51) М. Кл

В 01 D 3/34

F 25 J 3/00

Геоудеротеенный комитет (53) УДК 62! .593 (088.8) Опубликовано 25.03.80. Бюллетень № 11

Дата опубликования описания 05.04.80 ао аеиом изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

М. А. Берлин, В. Ф. Потапов и М. С. Потапова

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа (71) Заявитель (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Изобретение относится к способам разделения газовых смесей, преимущественно углеводородных газовых смесей, в том числе природных и нефтяных газов путем ректификации, и может применяться в нефтяной, газовой, нефтехимической и химической про- S мышленностях.

Известно, что при температуре выше критической и давлении выше 50. 105 Н/м з метан и его гомологи активно растворяют тяжелые углеводороды и углеводородные фрак- 1 ции. Снижение давления такой углеводородной газовой смеси приводит к выпадению жидкой фазы, т. е. наблюдается явление обратной конденсации.

Известен сепарационный способ разделения углеводородных газовых смесей газо- 5 конденсатных месторождений, заключающийся в многоступенчатой сепарации газовых смесей с циркуляцией выделившейся жидкой фазы, осуществляемой противотоком к газу от ступени к ступени.

Согласно этому способу разделяемый газ проходит от трех до пяти последовательно соединенных сепараторов высокого давления, где осуществляется его ступенчатая конденсация. Из последнего сепаратора газ поступает в абсорбционную колонну для улавливания легких фракций конденсата, уносимых газом. Для обеспечения лучших условий конденсации перед каждым сепаратором осуществляется впрыск конденсата из предыдущего сепаратора с помощью циркуляционных насосов. Способ позволяет использовать энергию пластового давления для разделения конденсатов на товарные фракции в процессе сепарации газа на промыслах при давлении от 50 105 Н/м до 350 10 Н/м в диапазоне температур от 10 до 100 С при соотношении газа к впрыскиваемой жидкости 1500 — 2000 л/л (1) .

Недостатками способа являются низкая чистота разделения газоконденсатной смеси на отдельные фракции; громоздкость аппаратурного оформления, металлоемкость и увеличение энергозатрат в связи с необходимостью подачи конденсата на каждую ступень разделения с помощью циркуляционных насосов.

Известен также способ ректификационного разделения углеводородных газовых смесей, основанный на явлении обратной кон722552 денсации при снижении давления и явлении обратного испарения при повышении давления разделяемой смеси.

Согласно этому способу разделение углеводородных газовых смесей производят в ректификационной колонне путем многократного, противоточного контактирования газа и конденсата при снижении давления на каждой ступени разделения и ввода конденсата из ступени разделения с меньшим давлением на ступень разделения с большим,ц давлением.

Способ осуществляют следующим образом.

Сырой газ с давлением (160 — 200) X

X 105 Н/м 2 и температурай 50 — 80 С направляют в сепаратор для отделения механических примесей и пластовой воды, унесенной газом. Очищенный газ подают в верхнюю часть ректификационного аппарата.

При этом газ проходит ректификационные устройства (например эжекторного типа) с зо большим гидравлическим сопротивлением, в которых происходит снижение давления и частичное выпадение конденсата в результате явления обратной конденсации. В то же время из каждого последующего ректификационного устройства, т. е. из зоны с зй более низким давлением, конденсат подают в предыдущие ректификационные устройства в зону с большим давлением посредством эжектирования газом. При подаче конденсата в зону с большим давлением происходит частичное его испарение в результате явления обратного испарения. Обогащенный тяжелыми компонентами конденсат подают в следующую зону с еще большим давлением, а испарившаяся часть конденсата уходит с газом и конденсируется в зоне с меньшим д давлением и т. д. Одновременно при эжекции газа происходит снижение его температуры за счет дроссель-эффекта и контакта с более холодным конденсатом. При необходимости подачу тепла или холода осуществляют искусственным путем с помощью теплообменных элементов.

Интенсификация процесса разделения (массопередача) предлагаемого способа в сравнении с известным осуществляется не за счет гравитационных сил, а за счет кон- д такта на каждой ступени разделения газовой и жидкой фаз, имеющих различные давления и температуры. Каждой ректификационной ступени (тарелке) соответствуют определенные давление и температура, которые способствуют концентрации определенного компонента или фракции. Целевые фракции выводят из аппарата в качестве боковых погонов. Снизу аппарата выводят отбензиненный газ (2).

Недостатками известного ректификацион- уу ного способа разделения являются: необходимость создания высоких давлений (до

350 105 Н/м ) при проведении процесса разделения углеводородных смесей, содержащих ароматические или нафтеновые углеводороды, непредельные, 40 — 60 /о тяжелых парафиновых углеводородов (гексана, октана, декана и др.), так как для этих углеводородов характерны высокие давления конденсации при снижении давления исходной смеси, особенно в присутствии метана (этана), являющегося одним из основных компонентов газовых смесей, характерных для газоконденсатных месторождений; необходимость применения высоких температур разделения в диапазоне 100 †3 С при выделении из исходной газовой смеси ароматических, нафтеновых и тяжелых парафиновых или олефиновых углеводородов с числом углеводородных атомов более шести, так как эти углеводороды кояденсируются из газовой смеси при снижении ее давления не только при высоких давлениях, но и при высоких температурах, находящихся в указанных выше пределах; необходимость применения высокопотенциального холода, т. е. применения низких температур процесса разделения (до минус 70 ) при выделении легких углеводородов, таких как этан, пропан, бутан, этилен, пропилеи при их малом содержании в исходной смеси, так как легкие углеводороды конденсируются при снижении давления из углеводородной смеси, содержащей до 10О/о всего выделяемого компонента, только в диапазоне низких температур, составляющих минус 40 — минус 70 С.

Таким образом, разделение смесей природных и нефтяных газов известными способами требует применения низких или высоких температур и больших давлений, значительных энергозатрат и обладает недостаточной чистотой.

Указанные недостатки особенно ощутимы при разделении газов низкого давления, например попутных нефтяных газов, когда для разделения газовой смеси необходимо ее сжатие до давлений 100 — 200 ° 105 Н/м с нагреванием и охлаждением.

Цель изобретения — снижение энергозатрат процессов разделения указанных газовых смесей.

Поставленная цель достигается тем, что в разделяемый газ вводят неконденсирующиеся углеводородные фракции или индивидуальные компоненты, например углекислый газ, в количестве от 5 до 15 вес. о/0 от количества поступающих на разделение газов.

В результате введения неконденсирующих фракций или компонентов снижаются давления контакта газа и конденсата, что позволяет осуществлять проведение процесса разделения при более низких давлениях и температурах, обеспечивающих наименьший расход тепла или холода, что приводит к значительному сокращению энергозатрат.

722552

Для сырого газа по известному способу

Для обогащенного газа по предлагаемому способу фракции или компоненты

Давление, Температура, Р ° 10 Н/м C

Давление, 1 10 НЬР

Температура, ОС (- 34)- (39) (- 39)-(- 36) (- 36)-(— 35) 75-62

62-60

60-50, 5

СЕ+8

СЧ

С3

55 — 50,5

50,5-50, 1

50, 1-47 (-48)-(-59) (-5 9) (-60) (-6l) ° (-63) 47

СО+С+ С 50

Формула изобретения

Составитель Г. Катенев

Редактор А. Долиинч Текред К. Шуфрнч Корректор М. Шароин

Заказ 354/25 Тираж 809 Подан сное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изо6ретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПП П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Пример. Разделение углеводородной смеси, содержа щей 25,2% г/см компонентов

Сз+в — природный газ Шатлыкского месторождения следующего состава, моль.

С 94,960; С 4,260; Сз 0,200; С4 0,08;

С4+в 0,510. Исходное сырье — газ обогащают углекислым газом перед первой ступенью для облегчения выделения тяжелых компонентов. Углекислый газ подают в количестве

10 вес. %. Расчет проведен на 100 моль исходного углеводородного газа. Состав газа после обогащения, моль. %: С 86,30; СО

9,10; С 3,90; Сз 0,18; С4 0,07; С5+а 0,45.

В таблице представлены условия (темпвратура и давление), при которых осуществля1. С. особ разделения газовых смесей в ректификационной колонне путем многократного конта кти рова ни я на каждой ступени нагретого газового потока и охлажденного конденсата в условиях противотока при снижении давления на каждой контактной ступени вводом выделившегося конденсата ступени с более низким давлением в газовый 44 поток контактной ступени с более высоким давлением, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, в разделяемую смесь вводят неконденсирующиеся газы в колиют вывод фракций или компонентов по известному и предлагаемому способам.

Зоны обратной конденсации и критические параметры газожидкостной смеси с учетом компонента, выделяемого в данной зоне, т. е. диапазоны значений давлений и температур вывода фракций, определяют расчетным путем.

Как видно из таблицы, при ректификации углеводородной смеси, обогащенной 10 вес. %. CO> обеспечивается разделение исходного сырья при использовании меньших давлений газовой смеси и менее глубокого холода, что приводит к снижению общих энергозатрат на 10 — 12%. честве 5 — 15 вес. % от количества поступающих на разделение газов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве неконденсирующихся газов используют углеводородный газ или углекислый газ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Хелиф А. Л., Суков Ю. В. Новый способ разделения конденсатов. Р5К «Переработка газа и газового конденсата», 1969, № 3, с. 19 — 24.

2. Авторское свидетельство СССР № 390339, кл. F 25 J 3/00, 03.10.74.