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 при переработке газа и его подготовке к транспорту на объектах нефтяной и газовой промышленности.

Известен способ низкотемпературной обработки природного газа, включающий его предварительное охлаждение, сепарацию и расширение отсепарированного потока газа с понижением его температуры. При этом в качестве расширительного устройства используют пульсационный охладитель газа [1]
Недостатками известного способа являются отсутствие возможности компримирования расширенного потока газа, а также снижение холодопроизводительности и увеличение температуры сепарации при уменьшении расхода обрабатываемого газа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результаты к заявляемому способу является способ низкотемпературной обработки природного газа, включающий предварительное охлаждение исходного газа, сепарацию на газовую и жидкостную фазу, отвод газа и жидкости после сепарации, подачу газа после сепарации на расширение с понижением температуры и получением энергии, которую тратят на компримирование, затем нагревание газа после расширения в рекуперативном теплообменнике с одновременным охлаждением исходного газа [2]
Недостатком известного способа является снижение холодопроизводительности и увеличение температуры сепарации при уменьшении расхода обрабатываемого газа.

Настоящее изобретение направлено на стабилизацию холодопроизводительности и температуры сепарации процесса низкотемпературной обработки природного газа.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе низкотемпературной обработки природного газа, включающем предварительное охлаждение исходного газа, сепарацию на газовую и жидкостную фазу, отвод газа и жидкости после сепарации, подачу газа после сепарации на расширение с понижением температуры и получением энергии и нагрев в рекуперативном теплообмене с исходным газом, согласно изобретению после нагревания поток газа делят на два потока, один из которых отводят на компримирование с подводом энергии, полученной при расширении, часть газа после компримирования отводят и подают на смешение с потоком газа, поступающим после сепарации на расширение, при этом предварительное охлаждение исходного газа ведут в рекуперативном теплообмене с газом, поступающим после расширения.

Кроме того, часть газа после компримирования отводят на охлаждение внешним теплоносителем и подают на смешение с потоком газа, поступающим после сепарации на расширение.

При этом после расширения поток газа направляют на вторичную сепарацию.

Кроме того, процессы расширения и компримирования ведут в волновом обменнике давления.

Таким образом, реализация данного технического решения позволяет поддерживать номинальный расход газа через расширительно-компрессионный агрегат и заданный перепад температур при расширении газа, т.е. в конечном итоге достигается сохранение холодопроизводительности и температуры сепарации установки низкотемпературной обработки природного газа.

На фиг.1 изображена схема установки, реализующей способ низкотемпературной обработки природного газа; на фиг.2 изображен вариант схемы установки для реализации способа низкотемпературной обработки природного газа, в которой часть газа после компримирования отводят на охлаждение внешним теплоносителем и подают на смешение с потоком газа, поступающим после сепарации на расширение; на фиг. 3 изображен вариант схемы установки для реализации способа низкотемпературной обработки природного газа, в которой часть газа после компримирования последовательно охлаждают внешним теплоносителем и газом, прошедшим расширение, а затем подают на смешение с потоком газа, поступающим после сепарации на расширение; на фиг.4 изображен вариант схемы установки для реализации способа низкотемпературной обработки природного газа, в которой после расширения поток газа направляют на вторичную сепарацию, а процессы расширения и компримирования ведут в волновом обменнике давления. При этом часть газа после компримирования охлаждают теплоносителем и газом, прошедшим расширение; на фиг.5 изображена схема установки с обозначением технологических точек, поясняющая пример реализации способа.

Основными элементами установок, реализующих способ низкотемпературной обработки природного газа (фиг.1-4), являются теплообменники 1, 2 и 3, газожидкостные сепараторы 4 и 5, расширительно-компрессионный агрегат 6, включающий расширительную часть 6' и компрессионную 6''.

Предлагаемый способ низкотемпературной обработки природного 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 паров воды. Далее газожидкостной поток направляют в сепаратор 4, где происходит сепарация на газовую и жидкостную фазы. Жидкостную фазу отводят на дальнейшую переработку или в резервуары товарной продукции, а отсепарированный от жидкости газ подают в турбину 6 турбокомпрессорного агрегата 6, в которой он расширяется с понижением температуры. Процесс расширения газа сопровождается отводов энергии (в данном варианте реализации - механической работы). После расширения газ подают в теплообменник 1, где он нагревается в процессе рекуперативного теплообмена с исходным газом, охлаждая его при этом. Нагретый поток газа делят на два потока, один из которых отводят потребителю, а второй направляют в компрессор 6" турбокомпрессорного агрегата, где происходит сжатие газа за счет энергии (в данном случае механической работы), полученной при расширении.

По мере снижения расхода, поступающего на установку газа, происходит нарушение технологического режима эксплуатации снижается холодопроизводительность и повышается температура сепарации. Поэтому для поддержания проектного режима эксплуатации часть газа после компримирования отводят и подают на смешение с потоком газа, поступающим после сепарации на расширение, что позволяет поддерживать номинальный режим работы турбины.

В тех случаях, когда температура сжатого газа высока и может происходить увеличение температуры сепарации, используют внешний теплоноситель, посредством которого, например, через теплообменник 2 отводят из процесса теплоту сжатого потока (фиг.2).

Охлаждение сторонним источником холода может осуществляться в комбинации с использованием холода расширенного потока посредством теплообменника 3 (фиг. 3). В зависимости от конкретных условий, а именно при высокой недорекуперации холода в теплообменниках 1 и 3, целесообразно использовать холод расширенных потоков, отходящих к потребителю посредством дополнительных теплообменников (на фиг. не показаны).

В тех случаях, когда имеет место конденсация жидкости после расширения и охлаждения газа, то поток расширенного газа направляют на вторичную сепарацию в сепаратор 5 (фиг.4).

Аналогичным образом осуществляется работа установки низкотемпературной обработки природного газа с использованием в качестве расширительно-компрессионного агрегата волнового обменника давления (фиг.4). Так же как и в турбокомпрессионном агрегате, охлаждение газа в процессе расширения сопровождается получением и отводом энергии, используемой для компримирования газа. Но в отличие от турбокомпрессорного агрегата процесс расширения газа в волновом обменнике давления сопровождается получением не механической работы, а волновой энергии, передача которой к компримируемому газу осуществляется в процессе непосредственного контакта между расширяемым и компримируемым газами. В сравнении с турбокомпрессорным агрегатом волновой обменник давления характеризуется повышенной эксплуатационной надежностью, простотой технического обслуживания и контроля параметров, что в ряде случаев делает предпочтительным его применение в установках низкотемпературной обработки газа.

Пример. На установку низкотемпературной обработки газа (фиг.5) направляют углеводородный газ. Расчетный режим работы установки:
расход обрабатываемого газа 60 тыс. м³/час
давление газа на входе 2,0 МПа
температура газа на входе 303 K
температура сепарации газа 273 K.

Охлаждение скомпримированного газа, возвращаемого на расширение, при снижении расхода обрабатываемого сырья, осуществляют внешними источниками - аппаратами пульсационного охлаждения и (в зимний период) аппаратами воздушного охлаждения.

Технологические параметры установки для трех режимов приведены в таблице, соответствующие точки обозначены на фиг.5. Режим N 1 характеризует ближайший аналог при номинальном расходе обрабатываемого газа. Режим N 2 характеризует ближайший аналог при сниженном расходе обрабатываемого газа. Режим N 3 характеризует работу установки, согласно изобретению, при сниженном расходе обрабатываемого газа. Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что в предлагаемом способе сепарации газа от жидкости достигается стабилизация холодопроизводительности и температуры сепарации, в то время как при использовании ближайшего аналога уменьшение расхода газа на 20% от расчетного приводит к снижению холодопроизводительности генератора холода на 25% и повышению температуры сепарации на 3 K.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет стабилизировать холодопроизводительность и температуру сепарации и, тем самым, обеспечить требуемый режим обработки газа. Благодаря этому достигается стабильность и надежность работы газотранспортных систем и одновременно устраняются вынужденные простои оборудования и связанные с этим потери газа и материальных средств.

Область использования: изобретение относится к низкотемпературной обработке природного газа преимущественно в условиях газодобывающего или газоперерабатывающего предприятия. Сущность изобретения: газовый поток подвергают предварительному охлаждению, сепарации на газовую и жидкую фазы, осуществляют отвод газа и жидкости после сепарации, при этом поток газа после сепарации подают в расширение с понижением температуры и получением энергии и направляют на нагревание в рекуперативном теплообмене с исходным газом, после нагревания поток газа делят на два потока, один из которых отводят на компримирование с подводом энергии, полученной при расширении, часть газа после компримирования отводят и подают на смешение с потоком газа, поступающим после сепарации на расширение, а предварительное охлаждение исходного газа ведут в рекуперативном теплообмене с газом, поступающим после расширения. 3 з.п. ф-лы, 1 табл. 5 ил.

1. Способ низкотемпературной обработки природного газа, включающий предварительное охлаждение исходного газа, сепарацию на газовую и жидкостную фазу, отвод газа и жидкости после сепарации, подачу газа после сепарации на расширение с понижением температуры и получением энергии, которую тратят на компримирование, затем нагревание газа после расширения в рекуперативном теплообменнике с одновременным охлаждением исходного газа, отличающийся тем, что после нагревания часть газа подают на компримирование, после чего часть газа отводят и подают на смешение с потоком газа, поступающим после сепарации на расширение. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть газа после компримирования отводят на охлаждение внешним теплоносителем и подают на смешение с потоком газа, поступающим после сепарации на расширение. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что после расширения поток газа направляют на вторичную сепарацию. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что процессы расширения и компримирования ведут в волновом обменнике давления.