КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2014 года по МПК F04D25/00 F04B41/00 

Изобретение относится к конструкции устройств для сжатия газа и может быть использовано в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для компримирования газов, содержащих легкие компоненты и пары малолетучих (тяжелых) компонентов (например, попутного нефтяного газа и природного газа), с получением сжатого газа и конденсата тяжелых компонентов, образующего, например, углеводородную и водную фазы.

Известна и широко используется компрессорная установка [Дронин А.П., Пугач И.А. Технология разделения углеводородных газов, М.: Химия, 1976 г., с.31], включающая компрессор, холодильник-конденсатор и сепаратор.

Недостатками известной компрессорной установки являются низкий выход сжатого газа из-за растворения легких компонентов в конденсате, особенно при больших давлениях компримирования, и потери тяжелых компонентов со сжатым газом, особенно при невысоких давлениях компримирования.

Наиболее близка по технической сущности к заявляемому изобретению блочнокомплектная турбокомпрессорная установка для транспортировки углеводородного газа [Патент RU №2464448, опубл. 20.10.2012 г., МПК F04D 25/00], включающая многокорпусный (многоступенчатый) компрессор с аппаратами воздушного охлаждения (холодильниками-конденсаторами) компрессата, сепараторами, линиями ввода сжимаемого газа, вывода сжатого газа и конденсата на каждой ступени компримирования, технологические трубопроводы и запорно-регулирующую арматуру.

Недостатками известной компрессорной установки при сжатии углеводородного газа являются низкий выход сжатого газа из-за растворения легких компонентов (например, азота, метана, этана и т.п.) в конденсате, особенно при больших давлениях компримирования, и потери тяжелых компонентов (например, углеводородов С₅₊) со сжатым газом, особенно при невысоких давлениях компримирования.

Кроме того, углеводородная фаза, образующаяся при расслоении конденсата, имеет высокое давление насыщенных паров из-за повышенного содержания в ней легких компонентов, что затрудняет ее дальнейшую транспортировку и переработку, а в водной фазе конденсата растворено значительное количество метана и этана, выделяющихся при снижении давления, что может привести к созданию пожаровзрывоопасных ситуаций при ее транспортировке и переработке.

Задачей изобретения является увеличение выхода сжатого газа, уменьшение потерь тяжелых компонентов со сжатым газом, получение стабильных фаз конденсата с нормативным давлением насыщенных паров и уменьшенным содержанием легких компонентов.

При реализации изобретения в качестве технического результата достигается увеличение выхода сжатого газа, уменьшение потерь тяжелых компонентов со сжатым газом и получение стабильных фаз конденсата с нормативным давлением насыщенных паров и уменьшенным содержанием легких компонентов за счет оснащения компрессорной установки по меньшей мере на последней ступени сжатия дефлегматором-стабилизатором взамен аппарата воздушного охлаждения и сепаратора.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной компрессорной установке, включающей компрессор, имеющий по меньшей мере одну ступень сжатия, а также холодильник-конденсатор, сепаратор, а также линии ввода сжимаемого газа, вывода сжатого газа и конденсата, особенность заключается в том, что в качестве холодильника-конденсатора и сепаратора используют дефлегматор-стабилизатор по меньшей мере на последней ступени компримирования, который состоит из дефлегматорной и стабилизационной секций, соединенных линией подачи нестабильного конденсата, оснащенной дроссельным вентилем, и оборудованных блоками тепломассообменных элементов, например, радиально-спирального типа, имеющих внутреннее (трубное) пространство и образующих наружное (межтрубное) пространство, при этом линия ввода сжимаемого газа соединена с низом трубного пространства блока тепломассообменных элементов стабилизационной секции, верх которого соединен с низом межтрубного пространства дефлегматорной секции, в трубное пространство блока тепломассообменных элементов которой подают хладоагент, линия вывода сжатого газа расположена на верху дефлегматорной секции, а линии вывода фаз конденсата, например, углеводородной и водной, расположены в низу стабилизационной секции, кроме того, стабилизационная секция соединена линией вывода газа стабилизации с линией ввода сжимаемого газа.

Дефлегматорную и стабилизационную секции целесообразно оснастить распределительными устройствами газа и жидкости, соответственно.

Дефлегматорная и стабилизационная секции могут выполнены в виде отдельных аппаратов.

В предлагаемой ресурсосберегающей компрессорной установке использование дефлегматора-стабилизатора в качестве холодильника-конденсатора и сепаратора по меньшей мере на последней ступени компримирования позволяет осуществить дефлегмацию компрессата за счет его охлаждения, а также стабилизацию нестабильного конденсата за счет его дросселирования и нагрева.

Оснащение дефлегматорной секции блоками тепломассообменных элементов, например, радиально-спирального типа, позволяет осуществить дефлегмацию компрессата за счет его охлаждении хладоагентом (например, водой или воздухом), подаваемым противотоком или перекрестным током в трубное пространство тепломассообменных элементов, путем массообмена компрессата с пленкой сконденсировавшихся тяжелых компонентов, стекающей по наружным поверхностям тепломассообменных элементов, и уменьшить таким образом потери тяжелых компонентов со сжатым газом.

Оснащение стабилизационной секции блоками тепломассообменных элементов, например, радиально-спирального типа, позволяет отогнать легкие компоненты из нестабильного конденсата, подаваемого с низа дефлегматорной секции и стекающего в виде пленки по наружным поверхностям тепломассообменных элементов, за счет нагрева компрессатом, подаваемым противотоком в трубное пространство тепломассообменных элементов, и получить стабильный конденсат с нормативным давлением насыщенных паров и уменьшенным содержанием легких компонентов.

Установка дроссельного вентиля на линии подачи нестабильного конденсата из дефлегматорной секции в стабилизационную секцию позволяет осуществить более глубокую стабилизацию конденсата за счет снижения давления стабилизации, способствующего отгонке из конденсата легких компонентов, и снизить таким образом давление насыщенных паров конденсата и увеличить выход сжатого газа.

Оснащение дефлегматорной и стабилизационной секции распределительными устройствами газа и жидкости позволяет обеспечить оптимальные гидродинамические условия в дефлегматорной и стабилизационной секциях, а также стабильность их работы.

Заявленный технический результат достигается только за счет применения предложенной конструкции ресурсосберегающей компрессорной установки, позволяющей использовать для технологических нужд вторичные энергоресурсы - тепло и давление компрессата, безвозвратно теряющиеся в известных компрессорных установках.

Предлагаемая ресурсосберегающая компрессорная установка (на схеме показана одноступенчатая установка) состоит из компрессора 1 и дефлегматора-стабилизатора 2, состоящего из дефлегматорной 3 и стабилизационной 4 секций, оснащенных блоками тепломассообменных элементов 5 и 6, соответственно, линией 7 ввода сжимаемого газа, линией 8 вывода сжатого газа, линией 9 подачи/вывода хладоагента (показана противоточная подача хладоагента), линией 10 подачи нестабильного конденсата с размещенным на ней дроссельным вентилем 11, линией 12 подачи компрессата в стабилизационную секцию 4, линией 13 подачи охлажденного компрессата в дефлегматорную секцию 3, а также линией 14 вывода стабильного конденсата и линией 15 подачи газа стабилизации в линию 7 ввода сжимаемого газа.

В многоступенчатой ресурсосберегающей компрессорной установке каждая последующая ступень компримирования связана с предыдущей ступенью линией подачи сжатого газа и оснащена линией вывода стабильного конденсата.

При образовании расслаивающегося конденсата (например, на углеводородную и водную фазы) стабилизационную секцию оснащают линиями вывода фаз конденсата по их числу.

Ресурсосберегающая компрессорная установка работает следующим образом. Сжимаемый газ (I), подаваемый по линии 7, смешивают с газом стабилизации (II) и сжимают в компрессоре 1. Компрессат (III) по линии 12 подают для охлаждения в трубное пространство блока тепломассообменных элементов 6 стабилизационной секции 4, и выводят по линии 13 в низ дефлегматорной секции 3, где он разделяется на нестабильный конденсат (IV), выводимый по линии 12, и газ, который подвергается дефлегмации в секции 3 за счет охлаждения хладоагентом (V), подаваемым в трубное пространство блока тепломассообменных элементов 5 по линии 9, с получением сжатого газа (VI), который выводят с установки по линии 8. Нестабильный конденсат (IV) выводят с низа дефлегматорной секции 3 по линии 10, дросселируют на дроссельном вентиле 11 и подают в верхнюю часть стабилизационной секции 4, где он стабилизируется за счет нагрева компрессатом (III), подаваемым противотоком в трубное пространство блока тепломассообменных элементов 6 по линии 12, с получением стабильного конденсата (VII), выводимого с установки по линии 14, и рециркулируемого газа стабилизации (II), подаваемого по линии 15 на смешение со сжимаемым газом (I).

Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером.

35000 нм³/час попутного нефтяного газа с давлением 0,59 МПа и температурой 40°C, имеющего состав, % масс.: азот 4,09%, кислород 0,05%, диоксид углерода 1,32%, вода менее 0,001%, сероводород 0,02%, метан 24,26%, этан 19,94%, пропан 22,19%, С₄ 16,09%, С₅ 9,83%, С₆₊ 2,46%, метил- и этил меркаптаны 0,002% смешивают с газом стабилизации, сжимают до 3,53 МПа изб. и с температурой 146,6°C подают в низ трубного пространство стабилизационной секции, затем из верха трубного пространства направляют в охлаждаемую воздухом дефлегматорную секцию дефлегматора-стабилизатора и получают 33230 нм³/час сжатого газа с давлением 3,53 МПа изб. и температурой 40,0°C, 2300 нм³/час газа стабилизации с давлением 0,59 МПа и температурой 58,3°C и 5,5 т/час стабильного конденсата с давлением насыщенных паров по Рейду 64,8 кПа (норматив - 66,7 кПа), содержащего 0,96 т/час легких компонентов - азота, кислорода, диоксида углерода, сероводорода, метана и этана. Потери углеводородов С₅₊ со сжатым газом составили 1,31 т/час.

Охлаждение и сепарация компрессата с использованием устройства, описанного в прототипе, при аналогичных условиях позволила получить 29950 нм³/час сжатого газа и 11,03 т/час углеводородного конденсата с давлением насыщенных паров по Рейду 1669 кПа, содержащего 1,54 т/час легких компонентов. Потери углеводородов С₅₊ со сжатым газом составили 1,96 т/час.

Из примера следует, что сжатие газа в предлагаемой ресурсосберегающей компрессорной установке позволяет увеличить выход сжатого газа, уменьшить потери углеводородов С₅₊ со сжатым газом и получить стабильный конденсат с уменьшенным содержанием легких компонентов. Изобретение может быть использовано в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к конструкции устройств для сжатия газа и может быть использовано в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для компримирования газов, содержащих легкие компоненты и пары малолетучих (тяжелых) компонентов (например, попутного нефтяного газа и природного газа), с получением сжатого газа и конденсата тяжелых компонентов, образующего, например, углеводородную и водную фазы. Предложена ресурсосберегающая компрессорная установка, включающая компрессор и дефлегматор-стабилизатор, состоящий из дефлегматорной и стабилизационной секций, оснащенных блоками тепломассообменных элементов, линиями ввода сжимаемого газа, вывода сжатого газа, подачи/вывода хладоагента, подачи нестабильного конденсата с размещенным на ней дроссельным вентилем, подачи компрессата в стабилизационную секцию, подачи охлажденного компрессата в дефлегматорную секцию, а также линиями вывода стабильного конденсата и подачи газа стабилизации в линию ввода сжимаемого газа. В многоступенчатой ресурсосберегающей компрессорной установке каждая последующая ступень связана с предыдущей ступенью линией подачи сжатого газа и оснащена линией вывода стабильного конденсата. При образовании расслаивающегося конденсата (например, на углеводородную и водную фазы) стабилизационную секцию оснащают линиями вывода фаз конденсата по их числу. Техническим результатом является увеличение выхода сжатого газа, уменьшение потерь тяжелых компонентов со сжатым газом, получение стабильных фаз конденсата с нормативным давлением насыщенных паров и уменьшенным содержанием легких компонентов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Компрессорная установка, включающая компрессор, имеющий по меньшей мере одну ступень сжатия, а также холодильник-конденсатор, сепаратор, а также линии ввода сжимаемого газа, вывода сжатого газа и фаз конденсата на каждой ступени сжатия, отличающаяся тем, что в качестве холодильника-конденсатора и сепаратора по меньшей мере на последней ступени сжатия используют дефлегматор-стабилизатор, который состоит из дефлегматорной и стабилизационной секций, соединенных линией подачи нестабильного конденсата, оснащенной дроссельным вентилем, и оборудованных блоками тепломассообменных элементов, имеющих внутреннее (трубное) пространство и образующих наружное (межтрубное) пространство, при этом линия ввода сжимаемого газа соединена с низом трубного пространства блока тепломассообменных элементов стабилизационной секции, верх которой соединен с низом межтрубного пространства дефлегматорной секции, в трубное пространство которой подают хладоагент, линия вывода сжатого газа расположена на верху дефлегматорной секции, а линии вывода фаз конденсата расположены в низу стабилизационной секции, кроме того, стабилизационная секция соединена линией вывода газа стабилизации с линией ввода сжимаемого газа.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дефлегматорная секция оснащена газораспределительным устройством, а стабилизационная секция оснащена распределительными устройствами для жидкости.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дефлегматорная и стабилизационная секции выполнены в виде отдельных аппаратов.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве линий вывода фаз конденсата в низу стабилизационной секции расположены линии вывода углеводородной и водной фаз.