СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 1997 года по МПК F25B11/00 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 предварительном охлаждении, в рекуперативном теплообмене, сепарации и расширении газового потока с понижением температуры, в качестве расширительного устройства используют пульсационный охладитель газа. [1]
Недостатком известного способа является невозможность компримирования расширенного газа.

Известен способ низкотемпературной обработки природного газа, заключающийся в предварительном охлаждении в процессе рекуперации, сепарации, расширении с понижением температуры, с производством и отводом механической энергии, нагреве и компримировании газа с подводом произведенной механической энергии. При этом расширение и компримирование газового потока осуществляют в детандерно-компрессорном агрегате [2]
Недостатком известного способа является изготовления, низкой затраты вследствии высокой стоимости изготовления, низкой надежности и сложности технологического обслуживания, что связано с использованием лопаточных машин в качестве детандерно-компрессорного агрегата.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является способ низкотемпературной обработки природного газа, заключающийся в его предварительном охлаждении, в рекуперативном теплообмене, сепарации, расширении с понижением температуры в режиме генерации волн сжатия, нагреве при рекуперации холода и компримирования этого же газового потока энергией волн сжатия (Патент РФ N 2002177, кл. F 25 J 3/07, 1993).

Недостатком известного способа является ограничение степени сжатия компримируемого потока, приводящее к тому, что давление сжатого газа существенно ниже давления газа перед расширением. Это приводит к трудностям при утилизации скомпримированного потока и ограничивает объем применения известного способа.

Изобретение направлено на повышение степени сжатия компримируемого газа. Это 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 энергии волн сжатия, нагретый поток частично отводят за пределы процесса, а энергию волн сжатия подводят к потоку, оставшемуся в процессе и осуществляющему не менее 10% от массы расширенного потока.

Кроме того, газовый поток после расширения повторно сепарируют от жидкости.

По мере уменьшения соотношения между массами компримируемого и расширяемого потоков газа происходит увеличение степени сжатия компримируемого газа. При доле компримируемого потока, составляющей 30.35% от массы расширенного потока, давление сжатого газа достигает давления исходного потока перед его расширением в волновом обменнике давления, а при дальнейшем уменьшении доли компримируемого потока его давление превышает давление исходного потока перед расширением. Однако снижение доли компримируемого потока менее 10% не приводит к дальнейшему росту давления, а влечен за собой срыв работы волнового обменника давления. Таким образом, снижение доли компримируемого потока ниже 10% нецелесообразно.

Таким образом, реализация данного технического решения позволяет компримировать газовый поток до давлений равных или превышающих давление исходного потока перед расширением. Это упрощает последующую утилизацию газового потока и расширяет объем внедрения установок низкотемпературной обработки газа, реализующих данный способ.

На фиг. 1 изображена схема установки реализующей способ низкотемпературной обработки газа; на фиг. 2 вариант схемы установки для реализации способа низкотемпературной обработки газа, согласно которому газ после расширения в волновом обменнике давления вторично сепарируют для отделения сконденсировавшейся жидкости.

Основными элементами установок, реализующих способ низкотемпературной обработки природного газа, являются рекуперативный теплообменник 1, газожидкостные сепараторы 2, 3 и волновой обменник давления 4, включающий расширительную часть (детандер) 4' и компрессорную часть 4".

Предлагаемый способ низкотемпературной обработки газа осуществляют следующим образом. Подлежащий обработке газ направляют в рекуперативный теплообменник 1, где происходит его предварительное охлаждение, сопровождающееся конденсацией тяжелых углеводородов и воды. Далее газожидкостной поток направляют в сепаратор 2, где происходит сепарация газа от жидкости. Жидкость из сепаратора 2 направляют в товарный парк или на дальнейшую переработку Отсепарированный газ направляют в расширительную часть 4' волнового обменника давления 4, 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 газа в волновом обменнике давления его подают в рекуперативный теплообменник 1, где он нагревается, охлаждая при этом подлежащий сепарации газовый поток, и затем его часть выводят из установки, направляя потребителю низконапорного газа. Оставшуюся часть газа, составляющую не менее 10% от расширенного потока, направляют в компрессорную часть 4" волнового обменника давления 4, где его компримируют энергией волн сжатия. Сжатый поток направляют потребителю.

В случае конденсации жидкости после расширения газового потока в волновом обменнике давления газ направляют на повторную сепарацию в газожидкостной сепаратор 3.

Использование предлагаемого способа низкотемпературной обработки газа позволяет увеличить степень сжатия компримируемого потока. Давление сжатого газа при реализации данного способа может равняться или на 5 10% превышать давление потока перед расширением. Это позволяет расширить объем внедрения способа низкотемпературной обработки газа.

Пример реализации способа. Вариант 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 предварительно охлаждают до 255 К. Это приводит к частичной конденсации тяжелых углеводородов и воды. Выделившуюся жидкость сепарируют в газожидкостном сепараторе 2 и направляют на дальнейшую переработку. Отсепарированный поток с давлением 9,8 МПа с температурой 255 К подают в расширительную часть 4' волнового обменника давления 4, 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 частично (70% от потока) выводят из процесса и направляют потребителю низконапорного газа. Оставшуюся часть (30% от расширенного потока) направляют в компрессорную часть волнового обменника давления 4, где его компримируют энергией волн сжатия до давления 10 МПа. Сжатый газ направляют потребителю.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет в отличие от прототипа компримировать газовый поток до давлений равных или превышающих давление исходного потока перед расширением. Благодаря этому может осуществляться транспорт отсепарированного и сжатого газа без привлечения дополнительных технических и денежных средств, а также расширяется объем внедрения установок, реализующих данный способ.

Область использования: к низкотемпературной обработке природного газа преимущественно при его заводской и промысловой обработке. 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 частично отводят за пределы процесса, а энергию волн сжатия подводят к потоку, оставшемуся в процессе и подлежащему компримированию и составляющему не менее 10% от массы расширенного потока. 1 з.п. ф-лы, 2 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 частично отводят за пределы процесса, а энергию волн сжатия подводят к потоку, оставшемуся в процессе и составляющему не менее 10% от массы расширенного потока. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовый поток после расширения повторно сепарируют от жидкости.