СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 1997 года по МПК F25B9/00 F25J3/08 

Изобретение относится к области низкотемпературной обработки природного газа и может быть использовано в газовой и нефтяной промышленности в процессах осушки и отбензинивания при подготовке газа к транспорту.

Известен способ низкотемпературной обработки газа, заключающийся в охлаждении, сепарации и расширении газового потока с производством и отводом энергии в виде теплоты. При этом в качестве расширительного устройства используется пульсационный охладитель газа (Применение аппаратов пульсационного охлаждения газа в газовой промышленности. /Д.М. Бобров, Ю.А. Лаухин и др. Обзор. инф. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата М. ВНИИЭгазпром, 1985, вып. 7, с. 58).

Недостатком известного способа является невозможность компримирования расширенного газа.

Известен способ низкотемпературной обработки газа, заключающийся в предварительном охлаждении, сепарации, расширения с понижением температуры при производстве и отводе механической энергии, нагреве и компримировании газа с подводом произведенной механической энергии. При этом расширение и компримирование газового потока осуществляют в детандерно-компрессорном агрегате [1]
Недостатками известного способа являются повышенные затраты вследствие высокой стоимости изготовления, низкой надежности и сложности технологического обслуживания детандерно-компрессорного агрегата, процессы расширения и сжатия в котором осуществляются в машинах лопаточного типа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является способ низкотемпературной обработки газа, заключающейся в его предварительном охлаждении в рекуперативном теплообмене, сепарации, расширении с понижением температуры в режиме генерации волн сжатия, нагрев при рекуперации холода и компримировании этого же газового потока энергией волн сжатия [2]
Для расширения и сжатия в установках низкотемпературной сепарации, реализующих указанный способ, применяют волновой обменник давления, который в отличии от турбокомпрессорного агрегата, характеризуется повышенной эксплуатационной надежностью, простотой технического обслуживания и контроля параметров.

Недостатком известного способа является невозможность компримирования стороннего потока, что приводит к неэффективному использованию перепада давления на объекте и ограничивает область применения этого способа. Это связано с проведением всех технологических операций с одним и тем же потоком газа. В то же время на практике существует потребность в охлаждении, сепарации, расширении и нагреве при регенерации холода одного технологического потока, сочетающаяся с необходимостью компримирования второго (стороннего) технологического потока.

Изобретение направлено на достижение возможности компримирования стороннего потока газа.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе низкотемпературной обработки природного газа, включающем предварительное охлаждение в рекуперативном теплообмене, сепарацию, расширение с понижением температуры в режиме генерации волн сжатия, нагрев при рекуперации холода и компримирование энергией волн сжатия, нагретый поток полностью отводят за пределы процесса, а энергию волн сжатия подводят к стороннему потоку.

Кроме того, сторонний компримируемый поток вынуждают двигаться по замкнутому контуру.

Реализация данного технологического решения позволяет компримировать сторонний поток газа. Благодаря этому достигается рациональное использование перепада давления на объекте, расширяются функциональные возможности установки низкотемпературной обработки природного газа и область их применения.

На фиг. 1 изображена схема установки, реализующей способ низкотемпературной обработки природного газа, в которой нагретый поток полностью отводят из процесса, а энергию волн сжатия подводят к стороннему потоку; на фиг. 2 -схема установки для реализации способа низкотемпературной обработки природного газа, в которой нагретый поток полностью отводят из процесса, а энергию волн сжатия подводят к стороннему потоку, движущемуся по замкнутому контуру; на фиг. 3 схема установки для реализации способа низкотемпературной обработки природного газа, в которой газовый поток после расширения повторно сепарируют от жидкости.

Основными элементами установок, реализующих способ низкотемпературной обработки природного газа, являются теплообменники 1 и 2, газожидкостные сепараторы 3 и 4, волновой обменник давления 5, включающий детандерную часть 5^' и компрессорную 5^'', дросселирующее устройство 6.

Основным элементом волнового обменника давления является цилиндрический ротор с прямоугольными каналами, расположенными по его периметру т открытыми на торцах. С обоих торцов ротора установлены газораспределители с соплами для подвода и диффузорами для отвода расширительного и компенсируемого газов образующие детандерную и компрессорные части волнового обменника давления. При вращении ротора в определенные моменты времени торец каждого из каналов совмещается с соплом подачи компримируемой среды. Она поступает в канал и после его заполнения из детандерной части аппарата вводится расширяемая среда. Ее впуск сопровождается образованием волн сжатия, под действием которых сжимается компримируемая среда. Затем торец канала совмещается с диффузором отвода скомпримированной среды, и далее через определенный промежуток времени противоположный торец канала совмещается с диффузором отвода расширяемой среды. Давление в канале понижается, после чего его торец совмещается с соплом впуска компримируемой среды. Она поступает в канал и рабочий цикл повторяется в указанной выше последовательности.

Таким образом, расширяемая среда совершает работу сжатия компримируемой среды. Этот процесс происходит при контакте сред посредством волн сжатия. В результате такого взаимодействия расширяемая среда охлаждается, т.к. от нее отводится энергия, а компримируемая повышает давление и температуру.

Предлагаемый способ низкотемпературной обработки газа осуществляют следующим образом, (фиг. 1). Подлежащий низкотемпературной обработке газ направляют в рекуперативный теплообменник 1, где происходит его предварительное охлаждение, сопровождающееся конденсацией тяжелых углеводородов и воды. Далее газожидкостной поток направляют в сепаратор 3, где происходит сепарация газа от жидкости. Жидкость из сепаратора 3 направляют в товарный парк или на дальнейшую переработку. Отсепарированный газ направляют в детандерную часть 5^' волнового обменника давления 5, в котором его расширяют с понижением температуры. Процесс расширения в волновом обменнике давления осуществляют в режиме генерации волн сжатия, энергию которых отводят от расширяемого потока к компримируемому, вследствие чего расширяемый поток охлаждается. После расширения в волновом обменнике давления газ подают в рекуперативный теплообменник 1, где он нагревается, охлаждая при этом подлежащий сепарации газовый поток, и затем полностью выводят из установки, направляя потребителю. Сторонний поток направляют в компрессор 5'' волнового обменника давления 5, где происходит его компримирование энергией волн сжатия. Сжатый поток направляют потребителю.

В зависимости от конкретных условий осуществляют циркуляцию компримируемого потока (фиг. 2). Контур циркуляции оборудуют тепловой нагрузкой, например, в виде теплообменника 2 с целью отвода и утилизации теплоты сжатого потока. Для утилизации энергии давления сжатого потока может быть использован пневмопривод, эжектор или другие устройства, требующие для своей работы наличия перепада давления. Если необходимость в утилизации энергии давления отсутствует, то избыточное давление дросселируют на штуцере 6.

В случае конденсации и образования жидкости после расширения в волновом обменнике давления поток повторно сепарируют в сепараторе 4, (фиг. 3). Отсепарированный газ направляют в теплообменник 1, а жидкость в товарный парк или на переработку.

В зависимости от конкретных условий может иметь место конденсация жидкости после сжатия стороннего потока в волновом обменнике давления и его последующего охлаждения. В этом случае также целесообразно сепарировать сконденсировавшуюся жидкость.

Внедрение предлагаемого изобретения позволит эффективно осуществлять процесс низкотемпературной обработки газа при рациональном использовании перепада давления газа на объекте. Так, например, низкотемпературная обработка газа, отходящего из колонны стабилизатора технологической установки на газоперерабатывающем заводе, позволяет получить дополнительное количество углеводородного конденсата, а отсепарированный газ использовать в качестве топливного. Энергию волн сжатия подводят к низконапорному потоку газа, например факельному. За счет его компримирования и последующего использования в технологии предотвращается загрязнение окружающей среды и улучшается экологическая обстановка на объекте.

Пример реализации способа. Вариант схемы установки для реализации способа низкотемпературной обработки газа поясняется на фиг. 1. Исходный газ с давлением 10 МПа и температурой 290 К направляют в рекуперативный теплообменник 1, в котором его охлаждают до 255 К. Это приводит к частичной конденсации тяжелых углеводородов и воды. Выделившуюся жидкость сепарируют в газожидкостном сепараторе 3 и направляют на дальнейшую переработку. Отсепарированный поток с давлением 9,8 МПа и с температурой 255 К подают на расширение в детандерную часть 5^' волнового обменника давления 5, на выходе из которого он имеет давление 4,1 МПа и температуру 218 К, и далее направляют в рекуперативный теплообменник 1 для охлаждения исходного газа. В теплообменнике 1 газ нагревают до 256 К и полностью выводят из процесса и направляют потребителю. Сторонний поток направляют в компрессорную часть 5^'' волнового обменника давления 3, где происходит его компримирование энергией волн сжатия. При соотношении расхода стороннего потока к расходу газа, расширенного в волновом обменнике давления 3 в диапазоне 0,1 0,35 сторонний поток сжимают до давления 10,8 9,8 МПа и направляют потребителю.

Таким образом, в отличие от прототипа, использование предлагаемого изобретения позволяет компримировать сторонний поток и благодаря этому осуществлять его транспорт к потребителю. При этом компримирование стороннего потока осуществляется исключительно за счет энергии давления обрабатываемого на установке технологического потока без привлечения дополнительных технических и денежных средств.

Изобретение относится к низкотемпературной обработке природного газа, преимущественно при его заводской и промысловой обработке. Изобретение направлено на достижение возможности компримирования стороннего потока газа. Сущность изобретения: газовый поток предварительно охлаждают в рекуперативном теплообмене, сепарируют от сконденсировавшейся жидкости, расширяют с понижением температуры в режиме генерации волн сжатия, нагревают при рекуперации холода и полностью отводят за пределы процесса, а энергию волн сжатия подводят к стороннему потоку, подлежащему компримированию. Использование предлагаемого изобретения позволяет компримировать сторонний поток и благодаря этому рационально использовать энергию давления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ низкотемпературной обработки природного газа, включающий предварительное охлаждение в рекуперативном теплообмене, сепарацию, расширение с понижением температуры в режиме генерации волн сжатия, нагрев при рекуперации холода и компримирование энергией волн сжатия, отличающийся тем, что нагретый поток полностью отводят за пределы процесса, а энергией волн сжатия компримируют поток, не участвующий в предварительном охлаждении, сепарации, расширении с понижением температуры в режиме генерации волн сжатия. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сторонний компримируемый поток вынуждают двигаться по замкнутому контуру. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что газовый поток после расширения повторно сепарируют от жидкости.