СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СРЕД Российский патент 2008 года по МПК B01D19/00 E21B21/06 

Изобретение относится к способам очистки жидкостей от газа и может быть использовано для очистки нефти от сероводорода в нефтедобывающей промышленности при промысловой подготовке нефти и газа, а также для деаэрации в системе водоподготовки питательной воды котельных установок.

Известны установка и реализованный в ней способ для разделения газожидкостных сред (патент №21356, МПК B01D 53/02, опубл. 20.01.2002 г.). Установка включает входной и выходной сепараторы, насос, абсорбер в виде скруббера Вентури, емкости для поглотительной и отработанной жидкости. Форсунка скруббера соединена с нагнетательным патрубком насоса, всасывающий патрубок которого соединен с емкостью для поглотительной жидкости. Штуцер входа газа скруббера соединен с патрубком выхода газа из входного сепаратора, а другой патрубок скруббера - диффузор соединен с выходным сепаратором, нижний штуцер которого соединен с емкостью для отработанной жидкости, а верхний - с трубопроводом подачи газа на факел. Техническое решение характеризуется низкой эффективностью разделения и большими гидравлическими потерями, особенно во входном сепараторе, в котором для перекачки нефти необходимо применить дополнительно подкачивающий насос.

Известен способ предварительной подготовки нефти на промыслах (патент РФ №2283680, МПК В01D 19/00, опубл. 20.09.2006), в котором сепарацию газожидкостной смеси проводят в блоке центробежных сепараторов, при этом в блок сепараторов подают горячую воду, нагретую до 100 градусов Цельсия тепловой энергией, выделяемой факельной установкой.

Известна установка для очистки углеводородной смеси от сероводорода и способ, реализованный в ней, наиболее близкий к предлагаемому и принятый за прототип (патент №45291, МПК B01D 19/00, опубл. 10.05.2005 г.), который основан на разделении газожидкостных сред за счет центробежных сил в центробежном сепараторе. Установка включает входной и выходной сепараторы, насос, емкости для поглотительной и отработанной жидкости, абсорбер в виде скруббера Вентури, штуцер входа газа которого соединен с патрубком отвода газа из входного сепаратора, выходной патрубок - диффузор соединен с выходным сепаратором, сообщенным с емкостью отработанной жидкости и трубопроводом подачи газа на факел, а форсунка скруббера соединена с нагнетательным патрубком насоса, всасывающий патрубок которого соединен с емкостью для поглотительной жидкости. В устройстве в качестве входного сепаратора применен центробежный газожидкостной сепаратор, содержащий цилиндрический корпус с тангенциальным входным патрубком в верхней части, центральным патрубком отвода газа и патрубком вывода нефти, подсоединенным к нижней части корпуса, выполненной в виде щелевого диффузора, сужающее-расширяющегося в осевом сечении по радиусу корпуса, при этом входной патрубок выполнен с возможностью его подсоединения к линии подвода газа отдувки, а перед патрубком установлено устройство подогрева подаваемой нефтегазовой смеси. Для разделения газожидкостных смесей наиболее эффективным и обладающим большей производительностью по газу является центробежный сепаратор.

В известном способе пограничный слой нефти, образующийся при обтекании стенки центробежного сепаратора, не подвергается действию центробежных сил из-за малых скоростей и не участвует в сепарации нефти, тем самым снижая ее эффективность.

Сложность установки обусловлена необходимостью применения поглотительной жидкости для сероводорода (воды или органической жидкости без химических реагентов); необходимость утилизации поглотительной жидкости, насыщенной сероводородом; применение газа отдувки, не содержащего сероводород, накладывает серьезные ограничения для условий промысловой подготовки нефти и газа, где такого газа нет. Кроме того, введение газа отдувки увеличивает мощностную нагрузку на узел удаления газов из сепаратора.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в интенсификации процесса сепарации газа, повышении экономичности, снижении энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что в способе разделения газожидкостных сред за счет центробежных сил в центробежном сепараторе новым является то, что в пограничный слой газожидкостной среды на внутренней стенке центробежного сепаратора нагревают до температуры, равной или большей температуры кипения жидкости.

Пограничный слой газожидкостной среды нагревают путем подачи теплоносителя на внешние стенки центробежного сепаратора с закруткой противоположной подачи газожидкостной среды, или пограничный слой нагревают электрическим током.

На чертеже приведена схема установки для очистки нефти от сероводорода.

Где: 1 - корпус центробежного газожидкостного сепаратора; 2 - тангенциальный входной патрубок газожидкостной среды; 3 - центральный верхний патрубок отвода газов; 4 - кольцевая рубашка; 5 - входной тангенциальный патрубок для ввода теплоносителя; 6 - выходной патрубок для вывода теплоносителя; 7 - патрубок вывода жидкости (нефти).

Устройство для очистки нефти от сероводорода включает центробежный газожидкостной сепаратор, имеющий цилиндрический корпус 1 с тангенциальным входным патрубком 2 в верхней части, центральным верхним патрубком 3 отвода газов и патрубком вывода нефти 7, подсоединенным к нижней части корпуса 1. Корпус 1 центробежного газожидкостного сепаратора снабжен кольцевой рубашкой 4 с входным тангенциальным патрубком 5 в верхней части и с выходным 6 в нижней для, соответственно, ввода и вывода теплоносителя, входные тангенциальные патрубки 2 и 5, соответственно, корпуса 1 и рубашки 4 расположены на диаметрально противоположных сторонах сепаратора.

Устройство для очистки нефти от сероводорода работает следующим образом. Исходная смесь, содержащая газы, в том числе и сероводород, с температурой 50÷60°С поступает через тангенциальный входной патрубок 2 в корпус 1 центробежного газожидкостного сепаратора. Нефтегазовая смесь поступает в цилиндрическую камеру центробежного газожидкостного сепаратора, где под действием центробежных сил происходит сепарация жидкой и газовой фаз. Пограничный слой жидкости, возникающий при обтекании нефтью внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 сепаратора, подогревается теплоносителем, подаваемым в рубашку 4 сепаратора, до температуры, равной или большей температуры кипения отделяемой жидкости, при этом происходит кипение пленки нефти с выделением оставшихся в нефти газов, интенсифицируя тем самым процесс сепарации. Теплоноситель подается в рубашку 4 через верхний тангенциальный патрубок 5 с диаметрально противоположной стороны патрубка 2 подачи нефти, что создает противоположную закрутку потоков теплоносителя и нефти и также повышает интенсивность выделения газа из пристеночного слоя нефти. Подогрев пограничного слоя в газожидкостном сепараторе может быть осуществлен электрическим током, например, установкой вокруг наружной стенки сепаратора электрических ТЭНов, или индукционного нагревателя (на чертеже не показано). Газовая фаза, включая сероводород, выделившаяся из нефти, собирается в центральной области сепаратора, а жидкая фаза (нефть), очищенная от сероводорода - на периферии. Для отвода выделившихся из нефти газов служит центральный верхний патрубок 3 отвода газов, выполненный, например, в виде вихревого эжектора, активным газом в котором может служить любой газ с давлением 0,2÷0,4 МПа. В результате торможения в диффузоре вихревого эжектора повышается давление газа, и он легко транспортируется в линию газопереработки. Очищенная от газов нефть по патрубку вывода жидкости 7, выполненному в виде сужающее-расширяющегося диффузора, переходящего в спиральный диффузор, где происходит повышение давления нефти, поступает в товарный парк.

Способ очистки нефти от сероводорода с использованием гидродинамических методов с подогревом пограничного слоя жидкости дает экономические выгоды на стадии изготовления и эксплуатации установок, реализующих предлагаемый способ.

Таким образом, предлагаемый способ разделения газожидкостных сред за счет нагрева только пограничного слоя жидкости в центробежном газожидкостном сепараторе позволяет интенсифицировать процесс выделения газа при его высокой экономичности, что позволит снизить содержание газа в жидкости, например, концентрацию сероводорода в нефти, а также уменьшить энергетические затраты на решение этой важной народнохозяйственной задачи.

Изобретение может найти применение в нефтедобывающей промышленности при промысловой подготовке нефти и газа, а также в других областях промышленности, где требуется деаэрация жидкостей, например в системе водоподготовки питательной воды в котельных установках. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс сепарации газа, повысить экономичность, снизить энергозатраты. В способе разделения газожидкостных сред за счет центробежных сил в центробежном сепараторе новым является то, что пограничный слой газожидкостной среды на внутренней стенке центробежного сепаратора нагревают до температуры, равной или большей температуры кипения отделяемой жидкости. Пограничный слой нагревают путем подачи теплоносителя на внешние стенки центробежного сепаратора с закруткой противоположной подачи газожидкостной среды, или пограничный слой нагревают электрическим током. Технический результат заключается в интенсификации процесса сепарации газа, повышении экономичности, снижении энергозатрат. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ разделения газожидкостных сред за счет центробежных сил в центробежном сепараторе, отличающийся тем, что пограничный слой газожидкостной среды, образованный на внутренней стенке центробежного сепаратора, нагревают до температуры, равной или большей температуры кипения отделяемой жидкости.2. Способ разделения газожидкостных сред по п.1, отличающийся тем, что нагрев пограничного слоя осуществляют путем подачи теплоносителя на внешние стенки центробежного сепаратора с закруткой противоположной подачи газожидкостной среды.3. Способ разделения газожидкостных сред по п.1, отличающийся тем, что нагрев пограничного слоя осуществляют электрическим током.