Способ подготовки газа на нефтяных и газовых промыслах Российский патент 2017 года по МПК F25J3/00 

Изобретение относится к способам очистки природного или нефтяного 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, MПК 4: F25J 3/00, включающий первичную сепарацию капельной жидкости от газа, ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого газа, охлаждение этого газа путем рекуперации холода сконденсированных углеводородов и подготовленного газа, а также хладагентом, нагнетаемым в испаритель компрессором, отделение от охлажденного газа сконденсированных углеводородов и ингибитора гидратообразования.

Общими признаками известного и предлагаемого способов низкотемпературной подготовки природного или нефтяного газа являются:

- первичная очистка углеводородного газа или сепарация от капельной жидкости;

- ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого углеводородного газа;

- охлаждение этого газа путем рекуперации холода сконденсированных углеводородов и/или подготовленного газа, а также хладагентом в испарителе;

- отделение охлажденного газа от сконденсированных углеводородов и ингибитора гидратообразования;

- подача подготовленного газа и конденсированных углеводородов после рекуперации их холода потребителю.

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

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является известный способ низкотемпературной подготовки природного или нефтяного газа (Патент РФ №2439452, МПК 7: F25J 3/00; C10G 5/4), включающий его первичную очистку от сероводорода и двуокиси углерода, сепарацию от капельной жидкости, ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого углеводородного газа, охлаждение этого газа путем рекуперации холода сконденсированных углеводородов и/или подготовленного газа, а также хладагентом, нагнетаемым в испаритель эжектором, подачу подготовленного газа и конденсированных углеводородов после рекуперации его холода потребителю.

Общими признаками известного и предлагаемого способов подготовки природного или нефтяного газа являются:

- его первичная очистка от сероводорода и двуокиси углерода;

- сепарация от капельной жидкости;

- ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого углеводородного газа;

- охлаждение этого газа хладагентом в испарителе и рекуперацией холода сконденсированных углеводородов и/или подготовленного газа;

- сепарация из охлажденного газа конденсированных углеводородов и использованного ингибитора;

- регенерация использованного ингибитора;

- подача подготовленного газа и конденсированных углеводородов после рекуперации его холода потребителю.

Основным недостатком подготовки газа этим способом являются большие энергетические затраты на сжатие хладагента в эжекторе из-за его низкого к.п.д., порядка 0,3-0,35.

Задачей изобретения является повышение эффективности подготовки газа.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение энергетических затрат.

Технический результат достигается тем, что в способе подготовки газа на нефтяных и газовых промыслах, включающем очистку от сероводорода и двуокиси углерода, сепарацию от капельной жидкости, ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого газа, охлаждение этого газа хладагентом в испарителе и рекуперацией холода сконденсированных углеводородов и подготовленного газа, сепарацию из охлажденного газа конденсированных углеводородов и использованного ингибитора, регенерацию основного компонента ингибитора, подачу подготовленного газа и конденсированных углеводородов после рекуперации их холода потребителю, новым является то, что

в качестве ингибитора гидратообразования используют раствор из аммиака и газа,

газ охлаждают в испарителе хладагентом - аммиаком, регенерированным десорбцией из смеси использованного ингибитора и раствора, получаемого в процессе абсорбции из десорбционной воды и аммиака после испарителя, причем смесь на десорбцию подают насосом,

регенерацию основного компонента ингибитора и хладагента - аммиака выполняют совместно,

рекуперацию холода подготовленного газа дополнительно производят при отводе тепловой энергии в процессе абсорбции аммиака водой,

излишки воды после десорбции используют для технологических нужд промысла,

потери аммиака с подготавливаемым газом восполняют непосредственно его синтезом из азота и водорода на промысле или подводом извне.

Кроме того, синтез аммиака выполняют из азота, полученного путем разделения воздуха на мембранах, и водорода, полученного из воды электролизом.

Технический прием, заключающийся в том, что в качестве ингибитора гидратообразования используют раствор из аммиака и газа, позволяет за счет интенсивной диффузии распределить газообразный ингибитор - аммиак равномерно по объему подготавливаемого газа. Равномерное распределение ингибитора по объему газа препятствует образованию центров кристаллизации гидратов и способствует его оптимальному расходу и минимальным гидравлическим сопротивления подготавливаемого по технологическим трубопроводам и аппаратам, что способствует уменьшению энергетических затрат на перемещение газа и в конечном итоге повышает эффективность его подготовки.

Технический прием, заключающийся в том, что газ охлаждают в испарителе хладагентом - аммиаком, регенерированным десорбцией из смеси использованного ингибитора и раствора, получаемого в процессе абсорбции из десорбционной воды и аммиака после испарителя, причем смесь на десорбцию подают насосом, что приводит к минимальным энергетическим затратам, за счет более высокого к.п.д. насоса (0,7-0,75) по сравнению с эжектором (0,3-0,35).

Технический прием, заключающийся в том, что регенерацию основного компонента ингибитора и хладагента - аммиака выполняют совместно, позволяет объединить такие технологические процессы, как регенерацию ингибитора и хладагента, а также подачу хладагента на охлаждение подготавливаемого газа. Как известно, совмещение технологических процессов обычно приводит к снижению энергопотребления за счет комплексного использования энергии и уменьшения ее потерь.

Технический прием, заключающийся в том, что рекуперацию холода подготовленного газа дополнительно производят при отводе тепловой энергии в процессе абсорбции аммиака водой, приводит к уменьшению затрат энергии, подводимой извне на выполнение этого процесса.

Технический прием, заключающийся в том, что излишки воды после десорбции используют для технологических нужд промысла, например для поддержания пластового давления, способствует в конечном итоге снижению затрат энергии на добычу углеводородов.

Технический прием, заключающийся в том, что потери аммиака с подготавливаемым газом восполняют непосредственно его синтезом из азота и водорода на промысле или подводом извне: в первом случае способствует повышению эффективности технологии подготовки газа за счет использования малотоннажного локального производства аммиака, которое имеет невысокое энергопотребление, а во втором исключается энергопотребление на производство аммиака.

Технический прием, заключающийся в том, что синтез аммиака выполняют из азота, полученного путем разделения воздуха на мембранах, и водорода, полученного из воды электролизом, является наиболее рациональным с энергетической точки зрения процессом, объединяющим современные наименее энергоемкие мембранные и электролитические технологии.

Авторам не известно из существующего уровня техники повышение эффективности подготовки газа путем уменьшения энергетических затрат подобным образом.

На фиг. 1 представлена схема, иллюстрирующая технологическую и техническую стороны реализации способа подготовки природного или нефтяного газа на промыслах.

Подготовка природного или нефтяного газа на промыслах осуществляется следующим образом.

По линии 1 подается исходный природный или нефтяной газ. В блоке 2 производят его очистку от сероводорода и двуокиси углерода. После чего производят сепарацию подготавливаемого газа от капельной жидкости в аппарате 3. В поток 4 подготавливаемого газа вводят ингибитор гидратообразования. В качестве ингибитора гидратообразования используют раствор из газа и аммиака. Раствор готовят в смесителе 5, в который газ подают по линии 6, а аммиак по линии 7.

Подготавливаемый газ охлаждают в рекуперативных теплообменниках 8 и 9 холодом сконденсированных углеводородов и подготовленного газа, а также хладагентом - аммиаком в испарителе 10. В аппарате 11 из охлажденного газа сепарируют конденсированные углеводороды и использованный ингибитор, причем в ингибиторе могут содержаться следы углеводородов.

Подают потребителю по линиям 12 подготовленный газ и 13 конденсированные углеводороды.

Хладагент и ингибитор - аммиак регенерируют в десорбере 14 из водного аммиачного раствора, который предварительно приготавливают в смесителе 15 из использованного ингибитора, подаваемого по линии 16 и раствора, получаемого в абсорбере 17 из десорбционной воды, подаваемой по линии 18, и аммиака, подаваемого по линии 19 из испарителя 10. Затем водно-аммиачный раствор подают в десорбер 14 насосом 20.

Из десорбера 14 по линии 21 подают раствор углеводородного газа аммиака в смеситель 5, а хладагент - по линии 22 через дроссель 23 в испаритель 10.

В абсорбере 17 производят отвод тепловой энергии холодным подготовленным газом. Газ подают по линиям 24 и 25.

Излишки воды, отводимой по линии 26 из десорбера 14, используют для технологических нужд промысла, например для поддержания пластового давления с целью повышения его нефте- и газоотдачи.

Потери аммиака с подготавливаемым газом восполняют непосредственно его синтезом из азота и водорода в реакторе 27 или подводом извне из емкости 28.

Синтез аммиака выполняют из азота, полученного в блоке 29 путем разделения воздуха на мембранах, и водорода, полученного из воды в блоке 30 электролизом.

Десорбер 14 снабжен нагревателем 31, охладителем 32, рефлюксной емкостью 33, рекуперативным теплообменником 34, управляемым клапаном 35 по уровню жидкости в десорбере 14.

Абсорбер 17 снабжен охладителем 36, дросселем 37 по воде и обратным клапаном 38 по газу.

Установка синтеза аммиака помимо блоков 29, 30 и реактора 27 снабжена охладителями 39 и 40, емкостью 41 для сбора жидкого аммиака и компрессором 42 циркуляционного газа.

Реализация способа иллюстрируется примером.

ПРИМЕР

Подготовка попутного (нефтяного) газа на промыслах осуществляется по описанному способу следующим образом.

По линии 1 (фиг. 1) подается исходный газ с расходом 300 тыс. нм³/сут. при начальной температуре, в зависимости от зимнего или летнего периода, 20-35°С и давлении 3,5 МПа. В блоке 2 производят его очистку от сероводорода и двуокиси углерода аминовыми растворами. После чего производят сепарацию подготавливаемого газа от капельной жидкости в аппарате 3. В поток 4 подготавливаемого газа вводят ингибитор гидратообразования. В качестве ингибитора гидратообразования используют раствор из газа и аммиака. Раствор готовят в смесителе 5, в который подают газ в количестве 450 кг/сут. по линии 6, а аммиак с расходом аммиака 45 кг/сут. по линии 7. По линии 21 подают раствор аммиака и углеводородов, десорбированных из использованного ингибитора.

Подготавливаемый газ охлаждают в рекуперативных теплообменниках 8 и 9 холодом сконденсированных углеводородов и подготовленного газа до температуры от минус 1 до минус 5°С, а также хладагентом - аммиаком в испарителе 10 до температуры минус 20°С в зимний период времени и до температуры минус 14°С в летний период времени. В испарителе 10 поддерживается давление со стороны хладагента, равное 1,1 МПа, и температура минус 30°С. В аппарате 11 из охлажденного газа сепарируют конденсированные углеводороды и использованный ингибитор - водный 45%-ный раствор аммиака.

Подают потребителю по линиям 12 подготовленный газ и 13 конденсированные углеводороды.

Хладагент и ингибитор - аммиак регенерируют при давлении 1,1 МПа в десорбере 14 из водного аммиачного раствора, который предварительно приготавливают в смесителе 15 из использованного ингибитора, подаваемого из аппарата 11 по линии 16, и 55%-ного раствора, получаемого при давлении 0,11 МПа в абсорбере 17 из десорбционной воды, подаваемой по линии 18, и аммиака, подаваемого по линии 19 из испарителя 10. Затем водно-аммиачный раствор подают под давлением 1,2 МПа в десорбер 14 насосом 20. Затрачиваемая мощность насоса, имеющего к.п.д. порядка 0,7, составляет 100-120 кВт.

Из десорбера 14 по линии 21 подают жидкий аммиак в смеситель 5, а хладагент по линии 22 через дроссель 23 в испаритель 10.

В абсорбере 17 производят отвод тепловой энергии холодным подготовленным газом. Газ подают по линиям 24 и 25.

Излишки воды, отводимой по линии 26 из десорбера 14, в количестве 203 кг/сут. используют для технологических нужд промысла, например для поддержания пластового давления с целью повышения его нефте- и газоотдачи.

Потери аммиака с подготавливаемым газом восполняют непосредственно его синтезом из азота и водорода в реакторе 27 или подводом извне из емкости 28.

Синтез аммиака выполняют из азота, полученного в блоке 29 путем разделения воздуха на мембранах, и водорода, полученного из воды в блоке 30 электролизом. Расход электрической энергии на получение 1 кг аммиака составляет 7 кВт.

Изобретение относится к способам очистки природного или нефтяного газа. Способ подготовки газа на нефтяных и газовых промыслах включает очистку от сероводорода и двуокиси углерода, сепарацию от капельной жидкости, ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого газа, сепарацию из охлажденного газа конденсированных углеводородов и использованного ингибитора, регенерацию основного компонента ингибитора, подачу подготовленного газа и конденсированных углеводородов после рекуперации их холода потребителю, в качестве ингибитора гидратообразования используют раствор из аммиака и газа, газ охлаждают в испарителе хладагентом - аммиаком, регенерированным десорбцией из смеси использованного ингибитора и раствора, получаемого в процессе абсорбции из десорбционной воды и аммиака после испарителя, причем смесь на десорбцию подают насосом, регенерацию основного компонента ингибитора и хладагента - аммиака выполняют совместно, рекуперацию холода подготовленного газа дополнительно производят при отводе тепловой энергии в процессе абсорбции аммиака водой, излишки воды после десорбции используют для технологических нужд промысла, потери аммиака с подготавливаемым газом восполняют непосредственно его синтезом из азота и водорода на промысле или подводом извне. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ подготовки газа на нефтяных и газовых промыслах, включающий очистку от сероводорода и двуокиси углерода, сепарацию от капельной жидкости, ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого газа, охлаждение этого газа хладагентом в испарителе и рекуперацией холода сконденсированных углеводородов и подготовленного газа, сепарацию из охлажденного газа конденсированных углеводородов и использованного ингибитора, регенерацию основного компонента ингибитора, подачу подготовленного газа и конденсированных углеводородов после рекуперации их холода потребителю, отличающийся тем, что в качестве ингибитора гидратообразования используют раствор из аммиака и газа, газ охлаждают в испарителе хладагентом - аммиаком, регенерированным десорбцией из смеси использованного ингибитора и раствора, получаемого в процессе абсорбции из десорбционной воды и аммиака после испарителя, причем смесь на десорбцию подают насосом, регенерацию основного компонента ингибитора и хладагента - аммиака выполняют совместно, рекуперацию холода подготовленного газа дополнительно производят при отводе тепловой энергии в процессе абсорбции аммиака водой, излишки воды после десорбции используют для технологических нужд промысла, потери аммиака с подготавливаемым газом восполняют непосредственно его синтезом из азота и водорода на промысле или подводом извне.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез аммиака выполняют из азота, полученного путем разделения воздуха на мембранах, и водорода, полученного из воды электролизом.