СПОСОБ ПОДГОТОВКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА К ТРАНСПОРТУ Российский патент 2001 года по МПК B01D53/26 B01D53/14 F17D1/12 

Предлагаемое изобретение относится к газонефтяной промышленности, в частности к эксплуатации установок абсорбционной осушки углеводородного газа, и может быть использовано в процессах промысловой и заводской обработки углеводородных газов, особенно при снижении пластового давления в газовой залежи и переходе на позднюю стадию разработки месторождения.

Известен способ подготовки углеводородного газа к транспорту по методу абсорбционной осушки, использующий в качестве абсорбента гликоли, в частности диэтиленгликоль (ДЭГ) и триэтиленгликоль (ТЭГ) [1], при котором осуществляют компримирование газа машинным способом.

Недостатком указанного способа является высокий адиабатический нагрев газа и вследствие этого неэффективность проведения процесса абсорбции при высоких температурах контакта "газ-абсорбент" (выше +25^oC для ДЭГа и выше +35^oC для ТЭГа).

При переходе на позднюю стадию эксплуатации газового месторождения, которая характеризуется низкими пластовыми давлениями и падающей добычей газа, приходится дополнять вышеуказанную типовую технологическую схему абсорбционной осушки системами дополнительного компримирования и охлаждения газа с тем, чтобы поддерживать рабочее давление и температуру как в абсорберах, так и в магистральной газотранспортной системе [2].

Этот способ, выбранный в качестве прототипа, включает сепарацию сырого газа, первую ступень машинного компримирования сырого (неосушенного) газа, охлаждение сырого газа в аппаратах воздушного охлаждения (АВО), вторую ступень машинного компримирования сырого газа, охлаждение сырого газа в АВО, абсорбционную осушку газа с насосным вводом и безнасосным выводом абсорбента, третью ступень машинного компримирования осушенного газа, охлаждение осушенного газа в АВО и подачу осушенного газа в магистральную газотранспортную систему.

Данный способ требует строительства компрессорной станции первой ступени дополнительно к станциям второй и третьей ступени, а также станции охлаждения газа. Кроме того, из-за адиабатического сжатия газа, неполного охлаждения газа в АВО 1-й и 2-й ступени из-за гидратообразования сырого газа температура сырого газа, поступающего в цех осушки, превышает допустимую температуру эффективной абсорбции (+18^oC) и процесс абсорбции протекает при повышенных температурах контакта "газ-абсорбент". При этом не обеспечиваются условия для осушки газа до требований отраслевого стандарта ОСТ 5140-94 по основному показателю качества товарного газа - влагосодержанию (точке росы).

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение требований по качеству товарного газа, поставляемого в магистральную газотранспортную систему, без увеличения капитальных и эксплуатационных затрат на подготовку газа к дальнему транспорту при снижении пластового давления в период перехода к стадии падающей добычи газа.

Поставленная цель достигается тем, что способ подготовки газа к транспорту, включающий сепарацию, две ступени компримирования, охлаждение и абсорбционную осушку сырого газа, подачу и вывод насыщенного абсорбента на регенерацию, компримирование третьей ступени и охлаждение осушенного газа, отличается тем, что после компримирования третьей ступени часть осушенного газа возвращают на эжектор в технологический цикл перед компримированием сырого газа второй ступени и за счет его энергии осуществляют холодное эжекторное компримирование первой ступени.

Другое отличие состоит в том, что в технологический цикл также возвращают безнасосным способом через эжектор насыщенный абсорбент, который после частичной осушки сырого газа улавливают и направляют на регенерацию.

В предлагаемом способе часть осушенного газа высокого давления направляют в качестве активного эжектирующего потока в эжекторное устройство, а сырой отсепарированный газ низкого давления подают в эжекторное устройство в качестве пассивного эжектируемого потока. В пассивный поток сырого газа безнасосным способом вводят насыщенный абсорбент, выведенный из абсорберов установки осушки газа. Компримированная в эжекторном устройстве смесь активного потока осушенного газа и частично осушенного пассивного потока газа после эжекторного устройства поступает в фильтр-сепаратор, в котором улавливается отработанный раствор насыщенного абсорбента и выводится на регенерацию по известной схеме. Компримированный и частично осушенный в эжекторном устройстве газ подвергается дальнейшей обработке по известной схеме.

В предлагаемом способе осуществляется частичная рециркуляция осушенного газа через эжекторное устройство, за счет энергии которого производится холодное компримирование потока сырого газа; при этом не только повышается давление смеси осушенного и сырого газа, но и понижается влагосодержание смеси газов за счет смешения сырого газа с осушенным газом и за счет контакта с насыщенным абсорбентом, т.е. обеспечивается дополнительная (предварительная) осушка сырого газа. Смесь газов при эжекторном компримировании не подвергается нагреву, как в прототипе, при адиабатическом машинном компримировании. Кроме того, поток осушенного газа, направляемого на рециркуляцию на эжекторное устройство, содержит абсорбент в количестве 10-15 г и более на 1000 м³ газа, уносимый из абсорберов в газопроводы, который осуществляет антигидратное ингибирование смеси газов при его дальнейшей обработке, особенно при охлаждении в АВО 2-й ступени.

В результате снижения точки росы за счет смешения сырого газа с осушенным газом становится возможным обеспечение надежного безгидратного режима работы аппаратов воздушного охлаждения газа (АВО) после компрессорной станции второй ступени компримирования, особенно в холодный период года. Вследствие этого обеспечивается снижение температуры контакта газа и абсорбента в аппаратах осушки газа и соответствие качества товарного газа требованиям отраслевого стандарта.

Целесообразность применения данной технологической схемы обуславливается возникающим избытком производительности компрессорных станций 1-й и 2-й ступени из-за естественного истощения месторождения и уменьшения отбора сырого газа, поступающего на УКПГ. Таким образом, по мере выработки запасов газового месторождения и связанного с ним падения пластового давления, соответственно снижается производительность скважин и уменьшается давление сырого газа на входе в УКПГ. При неизменной производительности компрессорных станций 2-й и 3-й ступеней это дает возможность все большую часть осушенного газа возвращать на рециркуляцию в эжекторное устройство и использовать таким образом избыточную энергию компрессоров. В предлагаемом способе происходит саморегулирование технологического процесса с поддержанием его основных технологических параметров. С уменьшением давления и количества поступающего на УКПГ сырого газа все большая доля осушенного газа поступает на рециркуляцию, тем самым поддерживается необходимое постоянное давление перед машинным компримированием газа и беспомпажный режим работы центробежных нагнетателей. Соответственно обеспечивается постоянное рабочее давление в абсорбере. При этом температура в абсорбере практически сохраняется на постоянном уровне, а начальная влажность газа, поступающего на осушку в абсорбер, снижается. За счет этого обеспечиваются условия поддержания добычи газа и его качества.

Способ поясняется чертежом, на котором изображена схема проведения процесса. Схема содержит входной сепаратор 1, эжектор 2, фильтр-сепаратор 3, компрессор 1-й ступени 4, первый аппарат охлаждения 5, абсорбер-сепаратор 6, фильтр 7, компрессор 2-й ступени 8, второй аппарат охлаждения 9.

Способ осуществляют следующим образом.

Сырой углеводородный газ с кустов скважин с давлением 1,5-2,5 МПа по внутрипромысловым газопроводам-шлейфам поступает во входной сепаратор 1, где от газа отделяют механические примеси и водную фазу. Далее сырой газ в качестве пассивного потока направляют в эжектор 2. В качестве активного потока в эжектор 2 направляют осушенный газ высокого давления (5,5-6,0 МПа). Объем осушенного газа высокого давления подбирается таким образом, чтобы обеспечить определенное давление газовой смеси на выходе из эжектора (2,5 - 3,0 МПа). В поток пассивного сырого газа дополнительно впрыскивают насыщенный абсорбент (из абсорбера поз. 6) для обеспечения безгидратного режима работы эжектора, а также всей технологической схемы подготовки газа. Смесь сырого и осушенного газов направляется в фильтр-сепаратор 3, где от газа отделяют жидкую фазу насыщенного раствора абсорбента, направляемую затем под собственным давлением на регенерацию. Далее смесь газов компримируют в компрессоре 4 до давления 3,3 - 4,5 МПа и охлаждают в воздушном холодильнике 5 до температуры +10 - +20^oC. В качестве холодильника 5 используют аппараты воздушного охлаждения - АВО газа. Компримированный и охлажденный до требуемых технологических параметров газ направляют в контактный аппарат (абсорбер), где в противоток газу вводят регенерированный абсорбент и при благоприятных термодинамических условиях осуществляют осушку углеводородного газа до требований отраслевого стандарта ОСТ 51.40-94 (углеводородный газ должен осушаться до точки росы -20^oC в холодное время года и до точки росы -10^oC в теплое время года). Осушенный углеводородный газ сжимают в компрессоре 2-й ступени (8) до давления, необходимого для магистрального транспорта газа (5,5-6,0 МПа) и охлаждают в холодильнике 9. В качестве аппарата охлаждения 9 также используют аппараты воздушного охлаждения АВО газа либо холодильные машины (например, на пропан-бутановом компрессионном цикле).

Поток полностью подготовленного к дальнему транспорту товарного газа разделяют на две части: одну часть направляют в магистральную газотранспортную систему, а вторую часть - в соответствии с описанием способа - возвращают в технологический цикл и подают в эжектор 2 в качестве активной среды. Активный поток осушенного газа поступает в сопло эжектора и истекает в камеру смешения, куда поступает и пассивный поток неосушенного газа. После повышения давления в диффузоре эжектора смесь газов направляют на компримирование и последующую осушку по известной схеме.

Следует отметить основные преимущества предлагаемого способа в сравнении в прототипом.

1. Отпадает необходимость в строительстве дополнительной компрессорной станции 1-й ступени машинного компримирования и дополнительного АВО сырого газа, капитальные вложения в которые многократно превышают стоимость эжекторного устройства.

2. Затраты по эксплуатации эжекторного устройства многократно ниже по сравнению с затратами на эксплуатацию компрессорной станции 1-й ступени машинного компримирования.

3. Температура контакта в абсорбере может поддерживаться на уровне ниже 18^oC за счет безгидратного режима работы АВО сырого газа (из-за разбавления сырого газа осушенным и присутствия абсорбента в потоке неосушенного газа).

4. Обеспечивается повышение надежности эксплуатации компрессоров 2-й и 3-й ступени машинного компримирования за счет поддержания постоянных рабочих характеристик компрессоров в диапазоне беспомпажного режима.

5. Продлевается экономически эффективный период разработки газового месторождения.

Предлагаемый способ подтверждается технологическими расчетами, проведенными применительно к УКПГ-1 Уренгойского месторождения.

Пример:
Сырой газ с давлением 1,5 МПа и температурой +12^oC в количестве 24 млн м³/сут поступает на УКПГ, проходит очистку в сепараторах и подается на 1-ю ступень эжекторного компримирования в качестве пассивного потока. В качестве активного потока используется осушенный газ давлением 5,5 МПа в том же количестве с температурой +8^oC, отбираемый с выхода компрессорной станции 3-й ступени. Т. е. соотношение объема активного газа к объему пассивного газа принято 1:1.

Для устойчивого антигидратного ингибирования сырого газа, в него дополнительно безнасосным способом впрыскивается насыщенный раствор ДЭГа с установки осушки в удельном количестве ~ 10 г абсорбента на 1 м³ газа. Основной объем введенного и сателлитного ДЭГа после эжектора улавливается в фильтре-сепараторе и отводится на установку регенерации ДЭГа. Аэрозоль ДЭГа, унесенный с газом из фильтра-сепаратора, проходит вместе с газом все коммуникации, компрессорную станцию 2-й ступени машинного компримирования и, попадая в АВО, дополнительно ингибирует его от гидратообразования.

После смешения в эжекторе температура газового потока составляет +10^oC, а давление - 2,0 МПа. Объем газа, направляемого на дальнейшее компримирование и осушку, составляет 24 + 24 = 48 млн м³/сут. После компрессорной станции 2-й ступени (со степенью сжатия = 1,7) давление газа составляет 3,4 МПа, температура +45 - +60^oC. В воздушном холодильнике АВО осуществляется охлаждение газа до температуры +5 - +15^oC без опасности гидратообразования, т. к. сырой газ разбавлен осушенным газом в пропорции 1:1, частично осушен насыщенным ДЭГом и ингибирован сателлитным потоком ДЭГа. После АВО газ поступает на установку осушки, где весь сателлитный объем ДЭГа улавливается в абсорберах и возвращается в систему. В абсорберах при благоприятных термодинамических условиях происходит контакт газа с концентрированным раствором абсорбента (концентрация регенерированного ДЭГа: C_РДЭГ = 99,3 мас.%, удельная подача: q = 10 г/м³) и осуществляется его осушка до требований ОСТ51.40-94 (влагосодержание - до точки росы -20^oC). Из абсорбера осушенный газ поступает в фильтр доулавливания ДЭГа, где из него выделяется и отводится капельный ДЭГ, унесенный из абсорбера. Остаточное содержание ДЭГа в осушенном газе после фильтра составляет 10-15 мг/м³, который при дальнейшем движении газа по технологическим коммуникациям переходит из аэрозольного состояния в капельное и образует сателлитный поток ДЭГа, движущийся в виде жидкой пленки по стенкам труб. Осушенный газ компримируется до давления 5,5 МПа на компрессорной станции 3-й ступени со степенью сжатия 1,7. При адиабатическом сжатии происходит нагрев газа с +15 до +50^oC. Далее газ охлаждается в АВО до температуры +10 - +15^oC, также без опасности гидратообразования, т.к. газ уже осушен. Осушенный газ направляется в магистральную трубопроводную систему дальнего транспорта.

Источники информации
1. Методические указания по технологическим расчетам систем абсорбционной осушки газа, Тюмень, 1988, 152 страниц.

2. Актуальные проблемы освоения газовых месторождений Крайнего Севера. Сборник научных трудов ВНИИГАЗа. М., ВНИИГАЗ, 1995, стр. N 79 (прототип).

3. Инструкция по расчету и эксплуатации эжекторов. М., ВНИИГАЗ, 1988 г. 12 страниц.

Изобретение относится к газонефтяной промышленности, в частности к эксплуатации установок осушки углеводородного газа, и может быть использовано в процессах промысловой и заводской обработки углеводородных газов, особенно при снижении пластового давления в газовой залежи при переходе на позднюю стадию разработки месторождения. Способ, включающий сепарацию, компримирование, охлаждение и абсорбционную осушку газа, подачу и вывод насыщенного абсорбента на регенерацию, компримирование и охлаждение осушенного газа, отличается тем, что часть осушенного газа высокого давления направляют в качестве активного потока в эжекторное устройство и возвращают в технологический цикл. Как вариант в технологический цикл через эжектор подают насыщенный абсорбент с установки осушки для осуществления предварительной осушки сырого газа в эжекторном устройстве. После эжекторного устройства насыщенный абсорбент улавливается фильтром-сепаратором и направляется на установку регенерации абсорбента. Изобретение обеспечивает требования по качеству товарного газа без увеличения капитальных и эксплуатационных затрат на абсорбционную осушку газа. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ подготовки углеводородного газа к транспорту, включающий сепарацию, компримирование, охлаждение, абсорбционную осушку сырого газа, подачу и вывод насыщенного абсорбента на регенерацию, компримирование и охлаждение осушенного газа, отличающийся тем, что часть осушенного газа высокого давления направляют в эжектор в качестве активного потока и возвращают в технологический цикл. 2. Способ подготовки углеводородного газа к транспорту по п.1, отличающийся тем, что в эжекторном устройстве осуществляют предварительную осушку сырого газа путем подачи в эжектор насыщенного абсорбента с установки осушки, последующее его доулавливание и направление на установку регенерации абсорбента.