Способ низкотемпературной подготовки низконапорного нефтяного газа на промысле Российский патент 2017 года по МПК F25J3/00 

Изобретение относится к способам низкотемпературной очистки низконапорных нефтяных газов с удалением из них воды и углеводородов С_3+в путем их конденсации при охлаждении. Изобретение может быть использовано в нефтяной промышленности при низкотемпературной подготовке углеводородных газов концевых ступеней сепарации нефти.

Известен способ низкотемпературной подготовки углеводородного газа по авторскому свидетельству СССР №1318770, MKH4: F25J 3/00, включающий ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого газа, охлаждение этого газа рекуперацией холода конденсированных углеводородов и подготовленного газа, а также хладагентом, нагнетаемым в испаритель компрессором, отделение от охлажденного газа жидкой фазы - конденсированных углеводородов и ингибитора гидратообразования.

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

- ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого газа;

- охлаждение этого газа рекуперацией холода подготовленного газа и испарением хладагента;

- отделение охлажденного газа от конденсированной жидкой фазы;

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

- восстановление давления хладагента перед его подачей на испарение.

Основными недостатками этого способа являются: большие капитальные, эксплуатационные и энергетические затраты. Капитальные затраты - необходимость наличия в технологии подготовки газа дорогостоящей компрессорной холодильной машины и блока регенерации ингибитора. Эксплуатационные затраты - необходимость высококвалифицированного персонала, постоянно обслуживающего холодильную машину и блок регенерации ингибитора. Повышенные энергетические затраты обуславливаются обязательным применением 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 указанные недостатки значительно снижают эффективность подготовки газа.

Некоторые указанные недостатки устраняются в следующем аналоге. 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 ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого углеводородного газа, охлаждение этого газа путем рекуперации холода сконденсированных углеводородов и/или подготовленного газа, а также испарением хладагента, нагнетаемого в испаритель эжектором, подача потребителю конденсированных углеводородов и подготовленного газа после рекуперации его холода, а использованного ингибитора на регенерацию.

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

- ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого газа;

- охлаждение этого газа рекуперацией холода подготовленного газа и испарением хладагента;

- отделение охлажденного газа от конденсированной жидкой фазы;

- подача потребителю конденсированных углеводородов и подготовленного газа после рекуперации его холода, а ингибитора гидратообразования на регенерацию;

- восстановление давления хладагента перед его подачей на испарение.

Основным недостатком подготовки газа этим способом являются повышенные капитальные и энергетические затраты. Капитальные затраты - необходимость наличия в технологии подготовки газа эжекционной холодильной машины, блока регенерации ингибитора. Эксплуатационные затраты - необходимость квалифицированного персонала, постоянно обслуживающего эжекторную холодильную машину и блок регенерации ингибитора. Энергетические затраты обуславливаются низким кпд (порядка 0,3-0,35) эжекторной холодильной машины. В целом указанные недостатки снижают эффективность подготовки газа.

Задачей изобретения является уменьшение капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат при низкотемпературной подготовке низконапорного нефтяного газа.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности подготовки газа.

Технический результат достигается тем, что в способе низкотемпературной подготовки низконапорного нефтяного газа на промысле, включающем ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого газа, охлаждение этого газа рекуперацией холода подготовленного газа и испарением хладагента, отделение охлажденного газа от конденсированной жидкой фазы, подачу потребителю конденсированных углеводородов и подготовленного газа после рекуперации его холода, а ингибитора гидратообразования на регенерацию, восстановление давления хладагента перед его подачей на испарение, новым является то, что

- определяют необходимую степень подготовки газа по температуре точки росы - температуре его охлаждения,

- рассчитывают величину давления подготавливаемого газа в диапазоне от 0,04 до 0,45 МПа по степенной зависимости

,

где Р - давление газа, МПа;

Т - температура точки росы - температура охлаждения газа, К,

- устанавливают соответствующее давление его потока,

- применяют хладагент - аммиак, которым выполняют охлаждение подготавливаемого газа до определенной температуры точки росы и его ингибирование,

- для этого хладагент подают непосредственно в поток подготавливаемого газа и испаряют его там,

- после чего из жидкой фазы, конденсированной в охлажденном газе, выделяют использованный хладагент - водно-аммиачный раствор,

- который нагнетают и этим восстанавливают давление хладагента перед его подачей на испарение,

- затем из высоконапорного использованного хладагента, полученного нагнетанием, десорбируют аммиак и воду, которую используют для технологических нужд промысла.

Кроме того, хладагент подают по потоку газа в один или более участков. Кроме того, хладагент подают в одну или более точек подачи хладагента в поперечном сечении потока.

Кроме того, при подаче хладагента им эжектируют подготавливаемый газ.

Кроме того, нагнетание жидкого использованного хладагента производят насосом.

Технический прием, заключающийся в том, что определяют необходимую степень подготовки газа по температуре точки росы - температуре его охлаждения, позволяет установить необходимую степень подготовки газа и оптимизировать энергетические затраты.

Технический прием, заключающийся в том, что рассчитывают величину давления подготавливаемого газа в диапазоне от 0,04 до 0,45 МПа по степенной зависимости

,

где Р - давление газа, МПа;

Т - температура точки росы - температура охлаждения газа, К, и устанавливают соответствующее давление его потока, позволяет рассчитать оптимальную величину давления подготавливаемого газа и установить соответствующее давление его потока для обеспечения условий достижения необходимой степени подготовки газа по точке росы, и, в конечном итоге, оптимизировать энергетические затраты.

Технический прием, заключающийся в том, что применяют хладагент - аммиак, которым выполняют охлаждение подготавливаемого газа до определенной температуры точки росы и его ингибирование, приводит к снижению вдвое капитальных затрат по сравнению с раздельным аппаратурным оформлением по отдельности технологий регенерации и хранения хладагента и ингибитора гидратообразования, соответственно, к уменьшению энергетических и эксплуатационных затрат.

Технический прием, заключающийся в том, что хладагент подают непосредственно в поток подготавливаемого газа и испаряют его там, позволяет, во-первых, повысить эффективность теплообмена между хладагентом и газом за счет непосредственного их контакта и, соответственно, уменьшить тепловые (энергетические) потери, во-вторых, отказаться от использования специальной испарительной аппаратуры, присущей традиционным холодильным установкам и, тем самым, снизить капитальные затраты.

Технический прием, заключающийся в том, что из жидкой фазы, конденсированной в охлажденном газе, выделяют использованный хладагент (водно-аммиачный раствор), позволяет повысить эффект охлаждения от испарения исходного хладагента и, тем самым, увеличить эффективность охлаждения подготавливаемого газа, что, как следствие, приводит к снижению энергетических потерь.

Технический прием, заключающийся в том, что нагнетают жидкий использованный хладагент (водно-аммиачный раствор) и этим восстанавливают давление хладагента перед его подачей на испарение, позволяет использовать наиболее энергетически выгодный метод повышения давления по сравнению с такими, например, как компрессорный или эжекторный.

Технический прием, заключающийся в том, что из высоконапорного использованного хладагента, полученного нагнетанием, десорбируют аммиак и воду, которую используют для технологических нужд промысла, позволяет повторно использовать хладагент и, тем самым, уменьшить эксплуатационные затраты на его применение, а использование десорбированной воды, например, для поддержания пластового давления способствует снижению затрат энергии на добычу углеводородов.

Технический прием, заключающийся в том, что хладагент подают по потоку газа в один или более участков, позволяет оптимизировать процесс тепломассообмена между охлаждаемым газом, испаряющимся хладагентом и конденсирующейся жидкостью. Это повышает эффективность процессов, происходящих в подготавливаемом газе: теплообмена и массообмена, что приводит к снижению общих энергетических потерь и расхода хладагента. Снижение расхода хладагента приводит к уменьшению энергетических затрат на его регенерацию.

Технический прием, заключающийся в том, хладагент подают в одну или более точек подачи хладагента в поперечном сечении потока, позволяет равномерно распределить хладагент по сечению потока и, тем самым, повысить эффективность теплообмена между хладагентом и газом за счет непосредственного их контакта, что приводит к снижению энергетических потерь на охлаждение.

Технический прием, заключающийся в том, что при подаче хладагента им эжектируют подготавливаемый газ, позволяет компенсировать гидравлические потери по его дальнейшему транспорту. В конечном итоге это снижает энергетические затраты на подготовку газа.

Технический прием, заключающийся в том, что нагнетание жидкого использованного хладагента производят насосом, позволяет использовать наиболее простую и энергетически эффективную технику для повышения давления среды.

Описанные технические приемы приводят к уменьшению капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат, а их совокупность к достижению технического результата - повышению эффективности подготовки газа.

Авторам неизвестно из существующего уровня техники повышение эффективности подготовки газа подобным образом.

На фиг. 1-3 представлены схемы и рисунки, иллюстрирующие технологическую и техническую стороны реализации способа подготовки низконапорного нефтяного газа на промысле.

На фиг. 1 показана технологическая схема реализации способа подготовки низконапорного нефтяного газа на промысле.

На фиг. 2 приведено поперечное сечение потока с несколькими точками подачи хладагента.

На фиг. 3 представлен многосопловый эжекционный аппарат.

Подготовка низконапорного нефтяного газа на промысле осуществляется следующим образом.

Определяют необходимую степень подготовки потока 1 газа по температуре точки росы - температуре его охлаждения, рассчитывают величину давления подготавливаемого газа в диапазоне от 0,04 до 0,45 МПа по степенной зависимости

,

где Р - давление газа, МПа;

Т - температура точки росы - температура охлаждения газа, К.

Устанавливают и стабилизируют регулятором 2 давление потока 3 подготавливаемого газа. Газ с фиксированным давлением охлаждают рекуперацией холода подготовленного газа 4 в теплообменнике 5. Применяют хладагент - аммиак, которым выполняют охлаждение потока 6 до определенной температуры точки росы и его ингибирование. Для этого хладагент подают по линии 7 непосредственно в поток 6 и испаряют его там. После этого из жидкой фазы, конденсированной в охлажденном газе, выделяют в сепараторе 8 использованный хладагент (водно-аммиачный раствор). Использованный хладагент нагнетают насосом 9 в десорбер 10. Из высоконапорного использованного хладагента, полученного нагнетанием, десорбируют аммиак и воду, которую отводят из десорбера 10 по линии 11 и используют для технологических нужд промысла.

Хладагент подают по потоку газа 6 в один или более участков 12-15.

Хладагент подают (фиг. 2) в одну или более точек 16 подачи хладагента в поперечном сечении потока 6.

При подаче хладагента (фиг. 3) в один или более участков 12-15 им эжектируют подготавливаемый газ в одном или нескольких многосопловых аппаратах 17.

Подготовленный газ и конденсированные углеводороды подаются потребителю соответственно по линиям 18 и 19.

Десорбер 10 оснащен необходимым технологическим оборудованием: нагревателем 20, охладителем 21, рефлюксной емкостью 22, рекуперативным теплообменником 23, клапаном 24, управляемым сигналом, подаваемым по импульсной линии 25 от уровня жидкости в десорбере 10. Периодическое пополнение системы аммиаком производят по линии 26.

Реализация способа низкотемпературной подготовки низконапорного нефтяного газа на промысле иллюстрируется примером.

ПРИМЕР

Исходные данные по подготавливаемому нефтяному газу:

Расход - 30 тыс. нм³/сут;

Давление - 0,23 МПа;

Температура - 303 К (30°С).

Определяют необходимую степень подготовки газа по температуре точки росы Т=248 К (минус 25°С). Рассчитывают по степенной зависимости величину давления подготавливаемого газа

Устанавливают и стабилизируют регулятором 2 давление 0,15 МПа потока 3 подготавливаемого газа. Газ с фиксированным давлением охлаждают рекуперацией холода подготовленного газа 4 в теплообменнике 5 до температуры 268 К (минус 5°С).

Применяют хладагент - аммиак (95%), которым выполняют охлаждение потока 6 до температуры точки росы 248 К (минус 25°С) и ингибирование им гидратообразования в подготавливаемом нефтяном газе. Для этого хладагент подают с расходом 100 кг/ч по линии 7 под давлением 1,2 МПа непосредственно в поток 6 и испаряют его там при давлении 0,15 МПа. В охлажденном таким образом газе конденсируется жидкая фаза - смесь углеводородного конденсата и водно-аммиачного раствора.

Из жидкой фазы выделяют в сепараторе 8 использованный хладагент (75%-ный водно-аммиачный раствор). Использованный хладагент нагнетают насосом 9 до давления 1,20 МПа в десорбер 10, при этом расходуется 150 кВт⋅ч электрической энергии. Из высоконапорного использованного хладагента десорбируют аммиак и воду, которую отводят под давлением 1,2 МПа в количестве 25 кг/ч воды из десорбера 10 по линии 11 и используют для технологических нужд промысла.

Хладагент подают по потоку газа 6 в четыре участка 12-15 по 25 кг/ч на каждый участок. При этом подают (фиг. 2) в семь точек 16 в поперечном сечении потока 6.

При подаче хладагента (фиг. 3) в четыре участка 12-15 им эжектируют подготавливаемый газ в четырех многосопловых аппаратах 17 от давления 0,15 МПа до давления 0,23 МПа.

Подготовленный газ и конденсированные углеводороды подаются потребителю соответственно по линиям 18 и 19.

Таким образом, низконапорный нефтяной газ с давлением 0,23 МПа и расходом 30 тыс. нм³/сут подготавливают до температуры точки росы минус 25°С при удельных затратах электроэнергии 0,12 кВт на 1 нм³.

Изобретение относится к способам низкотемпературной очистки низконапорных нефтяных газов и может быть использовано в нефтяной промышленности. Способ включает ввод ингибитора гидратообразования в поток газа, охлаждение этого газа рекуперацией холода подготовленного газа и испарением хладагента, отделение охлажденного газа от конденсированной жидкой фазы и подачу потребителю конденсированных углеводородов и подготовленного газа. Необходимую степень подготовки газа определяют по температуре точки росы - температуре его охлаждения, рассчитывают величину давления подготавливаемого газа в диапазоне от 0,04 до 0,45 МПа по степенной зависимости и устанавливают соответствующее давление его потока. Газ охлаждают и ингибируют хладагентом - аммиаком до температуры точки росы. Для этого хладагент подают непосредственно в поток подготавливаемого газа и испаряют его там. Из жидкой фазы, конденсированной в охлажденном газе, выделяют использованный хладагент - водно-аммиачный раствор, который нагнетают и этим восстанавливают давление хладагента перед его подачей на испарение. Затем из хладагента десорбируют аммиак и воду, которую используют для технологических нужд промысла. Технический результат – повышение эффективности подготовки газа. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ низкотемпературной подготовки низконапорного нефтяного газа на промысле, включающий ввод ингибитора гидратообразования в поток подготавливаемого газа, охлаждение этого газа рекуперацией холода подготовленного газа и испарением хладагента, отделение охлажденного газа от конденсированной жидкой фазы, подачу потребителю конденсированных углеводородов и подготовленного газа после рекуперации его холода, а ингибитора гидратообразования на регенерацию, восстановление давления хладагента перед его подачей на испарение, отличающийся тем, что определяют необходимую степень подготовки газа по температуре точки росы - температуре его охлаждения, рассчитывают величину давления подготавливаемого газа в диапазоне от 0,04 до 0,45 МПа по степенной зависимости

,

где P - давление газа, МПа;

T - температура точки росы - температура охлаждения газа, K,

и устанавливают соответствующее давление его потока, применяют хладагент - аммиак, которым выполняют охлаждение подготавливаемого газа до определенной температуры точки росы и его ингибирование, для этого хладагент подают непосредственно в поток подготавливаемого газа и испаряют его там, после чего из жидкой фазы, конденсированной в охлажденном газе, выделяют использованный хладагент - водно-аммиачный раствор, который нагнетают и этим восстанавливают давление хладагента перед его подачей на испарение, затем из высоконапорного использованного хладагента, полученного нагнетанием, десорбируют аммиак и воду, которую используют для технологических нужд промысла.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что хладагент подают по потоку газа в один или более участков.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что хладагент подают в одну или более точек подачи хладагента в поперечном сечении потока.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при подаче хладагента им эжектируют подготавливаемый газ.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагнетание жидкого использованного хладагента производят насосом.