СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОДГОТОВКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2012 года по МПК F25J3/00 

Изобретение относится к способам очистки углеводородного газа с удалением из него воды и углеводородного конденсата путем их конденсации при охлаждении. Изобретение может быть использовано в газовой, нефтяной и нефтехимической промышленности, при подготовке углеводородных газов к транспорту и переработке.

Известен способ низкотемпературной подготовки природного газа по авторскому свидетельству СССР №1318770, МКИ 4: F25J 3/00, включающий первичную сепарацию капельной жидкости и механических примесей от газа, ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого газа, охлаждение этого газа путем рекуперации холода сконденсированной жидкости и подготовленного газа, а также хладагентом (пропаном) в компрессорной холодильной установке и расширением в дросселе, отделение от охлажденного газа сконденсированной жидкости и ингибитора гидратообразования.

Основным недостатком этого способа является обязательное применение машинного масла в компрессоре холодильной установки. Масло через неплотности попадает в хладагент и растворяется в нем, снижает эффективность охлаждения и, как следствие, резко уменьшает качество подготовки углеводородного газа. Поэтому после охлаждения углеводородного газа в компрессорной холодильной машине его дополнительно охлаждают путем расширения в дросселе. Это приводит к значительным потерям давления, которое необходимо для транспорта газа или для дальнейшей его переработки. Поэтому в дальнейшем приходиться компримировать подготовленный газ, затрачивая большое количество энергии. В целом этот недостаток значительно снижает эффективность подготовки углеводородного газа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является известный способ низкотемпературной подготовки газа, примененный в установке осушки газа второй очереди Оренбургского газоперерабатывающего завода, описанный в статье Р.А.Васильева и И.Р.Васильева «Применение низкотемпературных процессов, холодильной и криогенной техники и технологии в установках заводской переработки природных газов» (Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института природных газов и газовых технологий (ВНИИГАЗ) - «Этапы развития газоперерабатывающей подотрасли» - М.: РАО «Газпром», ВНИИГАЗ - 1998 - с.163) (прототип) - описание прилагается.

Этот способ низкотемпературной подготовки углеводородного газа включает первичную очистку и сепарацию углеводородного газа от капельной жидкости и механических примесей, ввод в поток очищенного углеводородного газа ингибитора гидратообразования - гликоля, охлаждение газа путем рекуперации холода сконденсированных углеводородов и/или подготовленного газа, а также хладагентом (пропаном) в испарителе холодильной установки, сжатие и охлаждение паров хладагента с превращением их в жидкость, подачу жидкого хладагента со сбросом давления на охлаждение углеводородного газа, отделение охлажденного газа от жидкой фазы - сконденсированных углеводородов и ингибитора гидратообразования, подачу подготовленного газа после рекуперации его холода потребителю.

Общими признаками известного и предлагаемого способов низкотемпературной подготовки углеводородного газа являются:

- первичная очистка углеводородного газа или сепарация от капельной жидкости и механических примесей;

- ввод ингибитора гидратообразования в поток очищенного углеводородного газа;

- охлаждение этого газа путем рекуперации холода сконденсированной жидкости и/или подготовленного газа, а также хладагентом,

- сжатие и охлаждение паров хладагента с превращением их в жидкость;

- подача жидкого хладагента со сбросом давления на охлаждение углеводородного газа;

- отделение охлажденного газа от жидкой фазы - сконденсированных углеводородов и ингибитора гидратообразования;

- подача подготовленного газа после рекуперации его холода потребителю.

Основным недостатком описанного способа (как и первого аналога) является обязательное применение машинного масла в компрессоре холодильной установки. Как уже указывалось, масло, попадая в хладагент, растворяется в нем и снижает эффективность охлаждения и, как следствие, уменьшает качество подготовки углеводородного газа. Для устранения этого недостатка требуется:

- дополнительное оборудование для очистки хладагента от масла, то есть повышение капитальных затрат;

- периодическая замена хладагента, то есть повышение эксплуатационных затрат;

- периодическая трудоемкая очистка теплообменных поверхностей холодильной установки от масла, то есть повышение эксплуатационных затрат;

- повышение энергетических затрат.

Технической результат предлагаемого изобретения заключается в повышение эффективности подготовки углеводородного газа, снижении капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат.

Технической результат достигается тем, что в способе низкотемпературной подготовки газа, включающем его первичную очистку или сепарацию от капельной жидкости и механических примесей, ввод ингибитора гидратообразования в поток очищенного углеводородного газа, охлаждение этого газа путем рекуперации холода сконденсированных углеводородов и/или подготовленного газа, охлаждение хладагентом, сжатие и охлаждение паров хладагента с превращением их в жидкость, подачу жидкого хладагента со сбросом его давления на охлаждение очищенного углеводородного газа, отделение охлажденного газа от жидкой фазы - сконденсированных углеводородов и ингибитора гидратообразования, подачу подготовленного газа после рекуперации его холода потребителю, сжимают и охлаждают пары хладагента путем их эжектирования ингибитором гидратообразования, смесь, полученную в результате этого, разделяют на хладагент и ингибитор гидратообразования, хладагент подают на охлаждение очищенного углеводородного газа, а ингибитор гидратообразования охлаждают, восстанавливают его давление и подают на эжекционное сжатие и охлаждение паров хладагента.

В качестве хладагента используют пропан, а в качестве ингибитора гидратообразования - метанол или этиленгликоль.

Ингибитор гидратообразования регенерируют, удаляя из него водный компонент, после чего охлаждают сконденсированными потоками ингибитора гидратообразования.

Дополнительно производят разделение хладагента и ингибитора гидратообразования при охлаждении углеводородного газа хладагентом.

Хладагент перед подачей на охлаждение очищенного углеводородного газа дополнительно охлаждают потоком подготовленного газа и/или жидкой фазой, отделенной от охлажденного газа, и, по потребности, от хладагента.

Ингибитор гидратообразования охлаждают атмосферным воздухом и/или подготовленным газом.

Эжектирование паров хладагента ингибитором гидратообразования производят в несколько ступеней.

Технический прием, заключающийся в том, что сжатие и охлаждение паров хладагента производят путем их эжектирования ингибитором гидратообразования, смесь, полученную в результате этого, разделяют на хладагент и ингибитор гидратообразования, хладагент подают на охлаждение газа, а ингибитор гидратообразования нагнетают с восстановлением давления, охлаждают и подают на эжекционное сжатие и охлаждение паров хладагента, позволяет исключить традиционное компрессорное оборудование, в котором обязательно применение машинного масла. Тем самым исключается загрязнение машинным маслом хладагента. За счет этого повышается эффективность охлаждения углеводородного газа и в конечном итоге повышается эффективность подготовки углеводородного газа и снижаются энергетические затраты. Кроме того, исключается дополнительное оборудование для очистки хладагента от масла, т.е. достигается уменьшение капитальных затрат. Кроме того, исключаются периодическая замена хладагента и периодическая трудоемкая очистка теплообменных поверхностей от масла, т.е. уменьшаются эксплуатационные затраты.

Технический прием, заключающийся в том, что в качестве хладагента используют пропан, а в качестве ингибитора гидратообразования - метанол или этиленгликоль, позволяет использовать, во-первых, углеводородный компонент - пропан, который является продуктом, получаемым при низкотемпературной подготовке углеводородных природных и нефтяных газов, во-вторых, ингибиторы гидратообразования - метанол и этиленгликоль, широко используются в газовой и нефтяной промышленности, в частности в процессах низкотемпературной конденсации (НТС). Пропан, метанол и этиленгликоль не являются дефицитом. Они недороги. Поэтому их использование, в конечном итоге, приводит к уменьшению эксплуатационных затрат.

Технический прием, заключающийся в том, что ингибитор гидратообразования регенерируют, удаляя из него водный компонент, позволяет достигать низких температур без образования газовых гидратов в парах хладагента и тем самым повысить эффективность охлаждения углеводородного газа.

Технический прием, заключающийся в том, что дополнительно производят разделение хладагента и ингибитора гидратообразования при охлаждении углеводородного газа хладагентом, позволяет повысить холодильный эффект от испарения пропана и тем самым повысить эффективность охлаждения углеводородного газа.

Технический прием, заключающийся в том, что хладагент перед подачей на охлаждение очищенного углеводородного газа дополнительно охлаждают потоком подготовленного газа и/или жидкой фазой, отделенной от охлажденного газа и, по потребности, от хладагента, позволяет рекуперировать холод подготовленного газа и/или сконденсированной жидкой фазы. Это, в конечном итоге, позволяет повысить эффективность охлаждения углеводородного газа и всю его низкотемпературную подготовку.

Технический прием, заключающийся в том, что ингибитор гидратообразования охлаждают атмосферным воздухом и/или подготовленным газом, позволяет использовать холод окружающей среды и рекуперировать холод подготовленного газа, что, в конечном итоге, позволяет повысить эффективность охлаждения углеводородного газа и его низкотемпературную подготовку.

Технический прием, заключающийся в том, что эжектирование паров хладагента ингибитором гидратообразования производят в несколько ступеней, позволяет повысить степень сжатия хладагента и осуществить его сжижение при высоких температурах в жарких климатических районах, что расширяет возможности применения данного способа и, соответственно, повышает его эффективность.

Из существующего уровня техники авторам и заявителям не известны способы, в которых аналогичным образом достигалось бы повышение эффективности подготовки углеводородного газа, снижение капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат.

На фиг.1-3 представлены три варианта принципиальных схем установок, иллюстрирующие технологическую и техническую стороны реализации способа низкотемпературной подготовки углеводородного газа.

Согласно этим схемам (фиг.1-3) первичная очистка или сепарация от капельной жидкости и механических примесей углеводородного газа, подаваемого по линии 1, производится в сепараторе 2. Ввод ингибитора гидратообразования в поток очищенного углеводородного газа производится через смеситель 3.

Ингибитор гидратообразования подается насосом 4 по линии 5. Поток очищенного углеводородного газа подается по линии 6. Охлаждение очищенного углеводородного газа производят в теплообменнике 7 (фиг.1) путем рекуперации холода сконденсированной жидкости и/или в теплообменнике 8 (фиг.1-3) рекуперацией холода подготовленного газа. Сконденсированная жидкость подается по линии 9 (фиг.1), подготовленный газ по линии 10 (фиг.1-3), а очищенный углеводородный газ по линиям 11 (фиг.1) и 12 (фиг.1-3). Очищенный углеводородный газ охлаждают в испарителе 13 (фиг.1-3) хладагентом. Из испарителя 13 по линии 14 подают пары хладагента на сжатие и охлаждение с превращением их в жидкость. Подачу жидкого хладагента на охлаждение углеводородного газа производят по линии 15 со сбросом его давления на дросселе 16. В сепараторе 17 производят отделение охлажденного газа от сконденсированной жидкой фазы (линия 9) и ингибитора гидратообразования (линия 18). Подачу подготовленного газа после рекуперации его холода потребителю производят по линии 19.

Сжатие и охлаждение паров хладагента (фиг.1-3), подаваемых по линии 14, производят в струйном нагнетателе 20 путем их эжектирования ингибитором гидратообразования, подаваемым насосом 21 по линии 22. Смесь, полученную в результате этого, разделяют в сепараторе 23 на хладагент, отводимый по линии 15, и ингибитор гидратообразования (отводимый к насосу 21 по линии 24). Хладагент по линии 15 подают на охлаждение газа, а ингибитор гидратообразования нагнетают насосом 21, охлаждают в аппарате воздушного охлаждения (АВО) 25 и подают в струйный нагнетатель 20 на эжекционное сжатие и охлаждение паров хладагента.

В установках, представленных на фиг.1-3, в качестве хладагента используют пропан, а в качестве ингибитора гидратообразования - метанол или этиленгликоль.

Ингибитор гидратообразования регенерируют (фиг.1-3) в блоке 26, удаляя из него водный компонент. В блок 26 ингибитор гидратообразования, насыщенный водным компонентом, подают из сепаратора 17 по линии 18.

Дополнительно производят разделение хладагента и ингибитора гидратообразования (фиг.1-3) в испарителе 13 при охлаждении углеводородного газа хладагентом. Ингибитор гидратообразования из испарителя 13 подают по линии 27 в блок 26. Регенерированный ингибитор гидратообразования после охлаждения в теплообменнике 43 насосом 4 подают по линии 5 в смеситель 3 и по питательной линии 28 в сепаратор 23.

В установке на фиг.2 хладагент из сепаратора 23 перед подачей по линии 29 на охлаждение очищенного углеводородного газа дополнительно охлаждают потоком подготовленного газа в теплообменнике 30 и/или в теплообменниках 31 и 32 жидкой фазой, отделенной от охлажденного газа в сепараторе 17 и от хладагента в испарителе 13. Подготовленный газ подается по линиям 10, 33, 34 и 36. Жидкая фаза - по линиям 9, 18 и 27.

В этой установке (фиг.1-3) ингибитор гидратообразования охлаждают атмосферным воздухом в АВО 25 и подготовленным газом в теплообменнике 35 (фиг.2). В теплообменник 35 подготовленный газ подается по линиям 33 и 36. Охлажденный ингибитор гидратообразования подается в струйный нагнетатель 20 по линиям 22 и 37.

В установке на фиг.3 эжектирование паров хладагента ингибитором гидратообразования производят в две ступени I и II. Первая ступень состоит из струйного нагнетателя 20, насоса 21, нагнетающего ингибитор гидратообразования из сепаратора 23, и АВО 25. Вторая ступень содержит струйный нагнетатель 38, насос 39, сепаратор 40, АВО 41. Пары хладагента из испарителя 13 по линии 14 подают в струйный нагнетатель 20 первой ступени, в котором путем эжектирования ингибитором гидратообразования производят их первичное сжатие и охлаждение. После отделения в сепараторе 23 от ингибитора гидратообразования предварительно сжатые и охлажденные пары хладагента подают по линии 42 в струйный нагнетатель 38. В этом нагнетателе путем эжектирования ингибитором гидратообразования производят их окончательное сжатие и охлаждение. Смесь, полученную в результате этого, разделяют в сепараторе 40 на хладагент и ингибитор гидратообразования. Хладагент по линии 15 подают через дроссель 16 в испаритель 13 на охлаждение очищенного углеводородного газа. Ингибитор гидратообразования нагнетают и охлаждают в первой и второй ступенях соответственно насосами 21, 39 и АВО 25 и 41.

Реализация способа иллюстрируется примерами.

ПРИМЕР 1

Подготовка углеводородного попутного нефтяного газа (ПНГ) производится по предлагаемому способу следующим образом. Газ поступает по линии 1 (фиг.1) с расходом 360 тыс. нм³/сут. при начальной температуре, в зависимости от зимнего или летнего периода, (20-35)°С и давлении 3,35 МПа в сепараторе 2 его очищают от капельной жидкости и механических примесей. После чего в его поток (линия 6) с помощью смесителя 3 вводят ингибитор гидратообразования (метанол или этиленгликоль). В теплообменниках 7 и 8 очищенный углеводородный газ охлаждают путем рекуперации холода сконденсированной жидкости (состоящей из углеводородных компонентов С_3+в) и холода подготовленного газа. После этого углеводородный газ имеет температуру порядка минус (1-8)°С. Затем очищенный углеводородный газ охлаждается хладагентом - пропаном в испарителе 13 до температуры минус (10-14)°С. В сепараторе 17 производят отделение охлажденного газа от сконденсированной жидкой фазы, удаляемой по линии 9 и ингибитора гидратообразования, удаляемого по линии 18. Подачу подготовленного газа после рекуперации его холода потребителю производят по линии 19.

Из испарителя 13 по линии 14 подают пары хладагента на сжатие и охлаждение с превращением их в жидкость. Сжатие до давления 8,41·10⁵ Па и охлаждение паров хладагента до температуры 20°С производят в струйном нагнетателе 20 путем их эжектирования ингибитором гидратообразования, подаваемым насосом 21 под давлением (3,3-4,0)·10⁶ Па по линии 22. Смесь, полученную после эжектирования, имеющую давление 0,841 МПа и температуру 20°С, разделяют в сепараторе 23 на хладагент, отводимый по линии 15, и ингибитор гидратообразования (отводимый к насосу 21 по линии 24). Хладагент с расходом до 2,5 кг/с подают по линии 15 через дроссель 16 в испаритель 13 на охлаждение газа, а ингибитор гидратообразования нагнетают насосом 21, охлаждают в аппарате воздушного охлаждения (АВО) 25 и подают в струйный нагнетатель 20 на эжекционное сжатие и охлаждение паров хладагента. В испарителе 13 поддерживаются давление со стороны хладагента, равное 1,09-2,4)·10⁵ Па, и температура минус (19-35)°С. Затрачиваемая мощность насоса, имеющего кпд порядка 0,7, составляет (250-280) кВт.

Уносимый из сепаратора 23 вместе с хладагентом ингибитор гидратообразования дополнительно разделяют в испарителе 13 при охлаждении углеводородного газа хладагентом. Ингибитор гидратообразования из испарителя 13 подают по линии 27 в блок 26. Регенерированный ингибитор гидратообразования насосом 4 подают по линии 5 в смеситель 3 и по питательной линии 28 в сепаратор 23.

ПРИМЕР 2

Основные технологические параметры подготовки природного газа в установке, представленной на фиг.2, аналогичны технологическим параметрам подготовки в установке, представленной на фиг.1, и описанным в примере 1.

Однако с целью повышения эффективности охлаждения углеводородного газа в установке на фиг.2 несконденсированные пары хладагента из сепаратора 23 перед подачей по линии 29 на охлаждение очищенного углеводородного газа дополнительно охлаждают до температуры 15°С и сжижают потоком подготовленного газа, который имеет температуру минус 25°С, в теплообменнике 30 и в теплообменниках 31 и 32 жидкой фазой (сконденсированными углеводородами и ингибитором гидратообразования, имеющими температуру минус 25°С), отделенной от охлажденного газа в сепараторе 17 и от хладагента в испарителе 13. Подготовленный газ подается по линиям 33 и 34, жидкая фаза - по линиям 9, 18 и 27.

С этой целью в этой установке (фиг.2) ингибитор гидратообразования охлаждают атмосферным воздухом в АВО 25 до температуры 20°С и подготовленным газом, имеющим температуру минус 25°С в теплообменнике 35 до температуры 15°С. В теплообменник 35 подготовленный газ подается по линиям 33 и 36. Охлажденный ингибитор гидратообразования подается в струйный нагнетатель 20 по линиям 22 и 37.

ПРИМЕР 3

Подготовка углеводородного газа в установке, представленной на фиг.3, производится при повышенных температурах окружающего воздуха (порядка 40-50°С).

Основные технологические параметры подготовки природного газа в установке, представленной на фиг.3, аналогичны технологическим параметрам подготовки в установке, представленной на фиг.1, и описанным в примере 1.

Особенностью подготовки газа в этой установке эжектирование паров хладагента ингибитором гидратообразования производят в две ступени I и II.

На первой ступени сжатие паров хладагента, имеющих температуру 50°С, производят до давления 8,41·10⁵ Па, а на второй ступени до 1,8·10⁶ Па, при котором хладагент - пропан становится жидкостью.

Таким образом, в предлагаемом способе низкотемпературной подготовки газа достигается повышение эффективности подготовки углеводородного газа, снижении капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат.

Изобретение может быть использовано в газовой, нефтяной и нефтехимической промышленности, при подготовке углеводородных газов к транспорту и переработке. Способ низкотемпературной подготовки газа включает его первичную очистку или сепарацию от капельной жидкости и мехпримесей, ввод ингибитора гидратообразования в поток очищенного углеводородного газа, охлаждение этого газа путем рекуперации холода сконденсированных углеводородов и/или подготовленного газа, охлаждение хладагентом, сжатие и охлаждение паров хладагента с превращением их в жидкость, подачу жидкого хладагента со сбросом его давления на охлаждение очищенного углеводородного газа, отделение охлажденного газа от жидкой фазы (сконденсированных углеводородов и ингибитора гидратообразования), подачу подготовленного газа после рекуперации его холода потребителю. Сжатие и охлаждение паров хладагента производят путем их эжектирования ингибитором гидратообразования. Смесь, полученную в результате этого, разделяют на хладагент и ингибитор гидратообразования, хладагент подают на охлаждение очищенного углеводородного газа, а ингибитор гидратообразования охлаждают, восстанавливают его давление и подают на эжекционное сжатие и охлаждение паров хладагента. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности подготовки углеводородного газа, снижении капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ низкотемпературной подготовки газа, включающий его первичную очистку или сепарацию от капельной жидкости и мехпримесей, ввод ингибитора гидратообразования в поток очищенного углеводородного газа, охлаждение этого газа путем рекуперации холода сконденсированных углеводородов и/или подготовленного газа, охлаждение хладагентом, сжатие и охлаждение паров хладагента с превращением их в жидкость, подачу жидкого хладагента со сбросом его давления на охлаждение очищенного углеводородного газа, отделение охлажденного газа от жидкой фазы (сконденсированных углеводородов и ингибитора гидратообразования), подачу подготовленного газа после рекуперации его холода потребителю, отличающийся тем, что сжатие и охлаждение паров хладагента производят путем их эжектирования ингибитором гидратообразования, смесь, полученную в результате этого, разделяют на хладагент и ингибитор гидратообразования, хладагент подают на охлаждение очищенного углеводородного газа, а ингибитор гидратообразования охлаждают, восстанавливают его давление и подают на эжекционное сжатие и охлаждение паров хладагента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве хладагента используют пропан, а в качестве ингибитора гидратообразования - метанол или этиленгликоль.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ингибитор гидратообразования регенерируют, удаляя из него водный компонент, после чего, охлаждают сконденсированными потоками ингибитора гидратообразования.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно производят разделение хладагента и ингибитора гидратообразования при охлаждении углеводородного газа хладагентом.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что хладагент дополнительно охлаждают потоком подготовленного газа и/или жидкой фазой, отделенной от охлажденного газа и, по потребности, от хладагента перед подачей на охлаждение очищенного углеводородного газа.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что ингибитор гидратообразования охлаждают атмосферным воздухом и/или подготовленным газом.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что эжектирование паров хладагента ингибитором гидратообразования производят в несколько ступеней.