Способ низкотемпературной конденсации факельного газа Российский патент 2024 года по МПК C10G5/06 B01D53/00 B01D5/00 

Изобретение относится к технологии извлечения жидких углеводородных фракций из факельного газа при добыче нефти и направлено на дополнительное снижение выбросов углерода в окружающую среду.

Известен способ утилизации факельных газов RU 2558886 С2, опубл. 20.11.2014, который включает в себя их сжатие жидкостно-кольцевым компрессором с использованием в качестве рабочей жидкости алканоламинового абсорбента, сепарацию компрессата с получением обессеренного газа, углеводородного конденсата и насыщенного сероводородом алканоламинового абсорбента. Недостатком этого способа являются затраты на дополнительное двухступенчатое сжатие факельного газа, применение в процессе сжатия специализированного химического жидкого абсорбента, применение в технологическом процессе воды, что ограничивает работу при пониженных температурах. При этом выделяемые жидкие углеводороды имеют примеси абсорбента в своем составе, с увеличением концентрации активного вещества и степени насыщения растворителя сероводородом и другими нежелательными соединениями растет коррозионная активность алканоламиновых абсорбентов.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является способ утилизации факельных газов RU 2608038C2, опубл. 20.12.2016, включающий отбор сбросных факельных газов, компрессию и извлечение сероводорода и других кислых компонентов факельных газов регенерированным водным раствором амина, отделение полунасыщенного амина от сжатого газа, регенерацию раствора амина, отбор, компрессию и одновременную очистку утилизационных факельных газов от сероводорода и других кислых компонентов факельных газов осуществляют инжектированием этих газов из факельного коллектора в жидкостный струйный аппарат, в котором в качестве рабочей среды используют регенерированный водный раствор амина.

Недостатками этого способа являются:

- отсутствие предварительного охлаждения факельного газа в аппарате воздушного охлаждения за счет использования пониженной температуры окружающей среды,

- использование водного раствора амина не позволяет работать при температуре окружающего воздуха ниже минус 17°С,

- в эжекторе при взаимодействии водного раствора амина с факельным газом происходит выделение тепла, т.е. факельный газ нагревается, что требует дальнейшего охлаждения всей смеси факельных газов и водного раствора амина,

- образующаяся эмульсия водного раствора амина и жидких углеводородов требует дальнейшего разделения, образовавшийся сероводород и водный раствор амина увеличивают коррозионную активность на технологическом оборудовании,

- водный раствор амина требует дальнейшей регенерации на установке аминовой сероочистки газов, появляются дополнительные эксплуатационные затраты на приобретение раствора, что отрицательно влияет на работу катализаторов в случае дальнейшей переработки факельного газа.

Задачей изобретения является создание технологии извлечения из факельного газа жидких углеводородов со сниженными в сравнении с известными способами энергетическими и материальными затратами.

Техническим результатом заявляемого изобретения является реализация способа, обеспечивающего получение из факельного газа содержащихся в нем жидких углеводородных фракций от С5 и выше при минимальных затратах энергии, при этом не требующего дальнейшей технологической обработки полученных продуктов для их стабилизации при атмосферном давлении, а также повышение безопасности процесса получения жидких углеводородов из факельного газа.

Технический результат достигается тем, что реализуют способ низкотемпературной конденсации факельного газа, включающий отбор факельного газа путем эжектирования, разделение его на двухфазный газожидкостный поток, охлаждение и последующее отделение жидкой углеводородной фракции и смеси углеводородных газов в сепараторе. При этом после отбора факельный газ частично конденсируют в аппарате воздушного охлаждения, затем образовавшийся охлажденный двухфазный газожидкостный поток смешивают в эжекторе с жидкой углеводородной фракцией, которую подают из сепаратора через теплообменный аппарат, выполненный с возможностью охлаждения внешней холодильной установкой, при этом отделение жидкой углеводородной фракции в сепараторе осуществляют фильтрацией фильтрующим элементом, при этом в эжекторе формируют область пониженного давления для отбора факельного газа из факельного коллектора. Согласно предлагаемому способу жидкую углеводородную фракцию можно дополнительно охлаждать в теплообменном аппарате путем подключения внешней холодильной установки при повышении температуры окружающего воздуха выше температуры кипения самого низкокипящего компонента факельного газа. Фильтрующий элемент сепаратора функционирует при отрицательных температурах и обладает коалесцентными свойствами.

Изобретение позволяет выделять жидкие углеводородные фракции из факельного газа без повышения давления выше 0,07 МПа, и соответственно, без увеличения затрат дополнительной энергии на сжатие газа и его последующую стабилизацию на специальной установке до давления насыщенных паров не более 0,066 МПа при температуре 20°С, а также отсутствие необходимости осуществлять сероочистку «сухого» факельного газа после извлечения из него жидких углеводородных фракций в отдельном технологическом процессе. В предлагаемом способе реализуют не повышение, а снижение давления факельного газа перед входом в аппарат воздушного охлаждения за счет разрежения, создаваемого жидкостно-газовым эжектором, размещенным непосредственно за аппаратом воздушного охлаждения.

Минимизация затрат энергии достигается возможностью работы способа без дополнительных затрат энергии на охлаждение факельного газа, если температура окружающего воздуха достигает значений в два раза ниже температуры кипения пентановой фракции, которая присутствует в газовой смеси из факельного газа. Например, за счет снижения температуры в аппарате воздушного охлаждения и эжекторе конденсация жидких углеводородов С5 и выше из факельного газа эффективно происходит уже при температуре плюс 16°С: изопентан начинает переходить в газообразное состояние при температуре плюс 28°С, остальные углеводороды с числом атомов углерода выше пяти кипят при более высоких температурах. Дополнительное снижение температуры газожидкостной смеси в эжекторе за счет его смешения с жидкой углеводородной фракцией, выделенной в сепараторе и дополнительно охлажденной в теплообменнике с независимой холодильной установкой, позволяет уменьшить зависимость охлаждающей способности аппарата воздушного охлаждения от колебаний температуры окружающей среды в случае ее повышения выше температуры кипения изопентана, как самого низкокипящего компонента газовой смеси из факельного газа. В случае понижения температуры окружающей среды более чем в 2 раза ниже температуры кипения самого низкокипящего компонента газовой смеси из факельного газа независимая внешняя холодильная установка отключается и переходит в режим ожидания до следующего пуска, экономя таким образом затраты энергии на ее работу.

Внешняя холодильная установка с независимым холодильным контуром за счет применения промежуточного теплоносителя повышает безопасность процесса низкотемпературной конденсации попутного нефтяного газа, т.к. охлаждаемая жидкая углеводородная фракция не взаимодействует напрямую с хладагентом в холодильной установке, а только через промежуточный теплоноситель. В случае разгерметизации трубного пространства теплообменника охлаждаемые жидкие углеводороды, в которых может присутствовать сконденсированная вода из факельного газа не попадут в холодильную установку, а будут смешиваются с промежуточным теплоносителем изменяя его состав, что проявится при периодическом лабораторном контроле качества теплоносителя. В случае отсутствия промежуточного низкотемпературного теплоносителя смешение жидких углеводородов с газообразным фреоном в испарителе холодильной установки может привести к попаданию жидкой фазы на вход компрессорной установки для сжатия газообразного фреона и создания аварийной ситуации.

Предлагаемый способ позволяет проводить низкотемпературную конденсацию факельного газа без дополнительного ввода ингибиторов гидратообразования, т.к. технологический процесс идет при низких давлениях, которые не создают условия для образования гидратных пробок в технологических трубопроводах.

Предлагаемый способ обеспечивает максимальную промышленную безопасность процесса получения товарной нефти на месторождении в целом: в случае внезапного прекращения подачи попутного нефтяного газа от установки второй ступени сепарации подготовки нефти на низкотемпературную конденсацию или внеплановой остановки технологического оборудования не требуется аварийного переключения запорной арматуры, т.е. газ начинает движение непосредственно к факельной установке по существующей технологической линии за счет постоянно открытых задвижек подачи попутного газа на факельный трубопровод.

Изобретение поясняется следующими иллюстрациями.

На фиг. 1 изображена технологическая схема способа низкотемпературной конденсации факельного газа. На фиг. 2 показан вариант параллельного, наиболее безопасного, встраивания предлагаемого способа низкотемпературной конденсации факельного газа в существующие технологические линии подготовки нефти.

Согласно предлагаемому способу факельный газ с температурой 40-60°С подают в аппарат воздушного охлаждения 1 за счет создаваемого эжектором 2 пониженного давления (фиг. 1) из факельного коллектора установки подготовки нефти концевой ступени сепарации (на фиг. 1 не показан). В аппарате воздушного охлаждения 1 часть присутствующих в факельном газе углеводородов С₅ и выше начинает конденсироваться за счет их охлаждения. Из практики известно, что аппарат воздушного охлаждения позволяет охладить углеводороды С₅ и выше, при этом температура образовавшегося в аппарате двухфазного газожидкостного потока устанавливается примерно на 10°С выше температуры окружающей среды. Например, при температуре окружающей среды минус 16°С температура в аппарате воздушного охлаждения 1 будет около минус 6°С, при температуре окружающей среды 0°С - около плюс 10°С. Затем образовавшийся после аппарата воздушного охлаждения 1 двухфазный газожидкостный поток подают в эжектор 2, где он смешивается с жидкой углеводородной фракцией, непрерывно циркулирующей через эжектор 2 из сепаратора 3 при помощи насоса 4, отбирающего часть жидкой углеводородной фракции и направляющего ее в эжектор 2 через теплообменный аппарат 5. При повышении температуры окружающего воздуха выше температуры кипения пентановой фракции факельного газа жидкую углеводородную фракцию, подаваемую из сепаратора 3, дополнительно охлаждают в трубном пространстве теплообменного аппарата 5 за счет циркулирующего через межтрубное пространство теплообменника антифриза на основе водных растворов гликолей или спиртов. Антифриз в свою очередь охлаждают во внешней холодильной установке 6.

В эжекторе 2 двухфазный газожидкостный поток из аппарата воздушного охлаждения 1 смешивается с жидкой углеводородной фракцией, подаваемой из сепаратора 3, с образованием газожидкостной смеси, в которой вырастает объём жидкой фазы по отношению к газовой фазе. При этом в эжекторе 2 происходит передача ей дополнительной кинетической энергии от циркулирующей жидкой углеводородной фракции, поступающей через сопло, расположенное во всасывающей камере эжектора 2, поперечное сечение которого меньше, чем диаметр входного патрубка, через который подводится двухфазный газожидкостный поток к всасывающей камере эжектора 2. Поступая в камеру смешения эжектора 2 через сопло с уменьшающимся диаметром, жидкая углеводородная фракция приобретает дополнительное ускорение, что способствует формированию в камере смешения области с пониженным давлением, которая создает разрежение во всасывающей камере для поступающего двухфазного газожидкостного потока. Снижение давления в эжекторе последовательно по технологическому трубопроводу передается на вход аппарата воздушного охлаждения 1.

После эжектора 2 газожидкостная смесь в виде дисперсной фазы поступает в теплоизолированный сепаратор 3 с установленным в нем фильтрующим элементом для отделения жидкой фазы. В сепараторе 3 происходит процесс укрупнения капель, обусловленный действием сил межмолекулярного притяжения. Фильтрующий элемент улавливает капли жидкой углеводородной фракции размером до 0,3 мкм, которая затем под действием силы тяжести собирается в нижней части сепаратора 3. В фильтрующем элементе как правило устанавливают фильтрующие материалы, функционирующие при отрицательных температурах и обладающие коалесцентными свойствами. Из сепаратора 3 часть жидкой углеводородной фракции подают насосом 4 через теплообменный аппарат 5 в эжектор 2. Образующийся балансовый избыток жидких углеводородов С₅ и выше выводят из нижней части сепаратора 3 центробежным насосом 7 в резервуарный парк. Образовавшуюся в сепараторе 3 смесь углеводородных газов C1+C4 выводят из верхней части сепаратора 3 и направляют на факел или дальнейшую переработку.

Необходимо отметить, что в предлагаемом способе при температуре окружающей среды ниже температуры кипения пентановой фракции факельного газа независимая холодильная установка 6 выключается, т.к. для охлаждения факельного газа достаточно работы аппарата воздушного охлаждения 1. Таким образом независимая холодильная установка 6 в предлагаемом способе служит для сглаживания колебаний температуры окружающей среды, влияющей на работу аппарата воздушного охлаждения 1, и обеспечения поддержания температуры охлаждения факельного газа ниже температуры кипения пентановой фракции факельного газа.

Предлагаемый способ может быть реализован следующим образом (фиг. 2).

В известный из уровня техники факельный коллектор установки подготовки нефти концевой ступени сепарации, идущий от сепаратора второй ступени 8, устанавливают шаровый кран 9, через который факельный газ с температурой 40-60°С подают из факельного коллектора в аппарат воздушного охлаждения 1 за счет понижения его давления перед шаровым краном 9, создаваемого эжектором 2. Затем факельный газ подвергают низкотемпературной конденсации вышеописанным способом. После извлечения жидких углеводородных фракций из факельного газа смесь углеводородных газов С1+С4 из сепаратора 3 направляют на дальнейшую переработку через шаровый кран 10 или возвращают через обратный клапан 11 и шаровый кран 12 в факельный сепаратор 13, из которого смесь углеводородных газов С1+С4 направляется на факел 14. В случае прекращения работы предложенного способа факельный газ без перекрытия шаровых кранов 9 и 12 самостоятельно направляется через известный факельный коллектор в факельный сепаратор 13 и далее на факел 14.

Параллельное подключение предлагаемого способа позволяет в случае его непредвиденных аварийных остановок не оказывать влияния на работу установок подготовки нефти, позволяя сразу без технологических переключений запорной арматуры направить движение факельного газа в существующий факельный коллектор.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Способ низкотемпературной конденсации факельного газа при температуре окружающей среды плюс 28°C.

Параметры факельного газа:

Производительность по входному газу - 5500 м³/сут;

Давление факельного газа в факельном коллекторе - 0,1 МПа;

Давление на входе в аппарат воздушного охлаждения - 0,07 МПа;

Давление двухфазной газожидкостной смеси перед входом в эжектор - 0,04 МПа;

Температура факельного газа на входе в аппарат воздушного охлаждения - плюс 60°С;

Температура факельного газа на выходе из аппарата воздушного охлаждения - плюс 38°С;

Температура газожидкостной смеси на выходе из эжектора - плюс 25°С;

Температура антифриза на входе в теплообменник - минус 15°С;

Температура охлажденных жидких углеводородов, выходящих из теплообменника - плюс 5°С.

Содержание целевых компонентов, которые дополнительно извлекаются предлагаемым способом из факельного газа составляет 200 г жидких углеводородов С5 и выше на один м3 факельного газа.

Выход жидких углеводородов по предлагаемому способу низкотемпературной конденсации составил:

Жидкие углеводороды - 1,1 тонн/сутки.

Смесь углеводородных газов С1+С4 - 5186 нм3/сут.

Пример 2.

Способ низкотемпературной конденсации факельного газа при температуре окружающей среды плюс 15 °C.

Параметры факельного газа:

Производительность по входному газу - 5500 м³/сут;

Давление факельного газа в факельном коллекторе - 0,1 МПа;

Давление на входе в аппарат воздушного охлаждения - 0,07 МПа;

Температура факельного газа на входе в аппарат воздушного охлаждения - плюс 40°С;

Температура факельного газа на выходе из аппарата воздушного охлаждения - плюс 27°С;

Температура газожидкостной смеси на выходе из эжектора - плюс 27°С;

Температура жидких углеводородов, выходящих из теплообменника - плюс 27°С.

Содержание целевых компонентов, которые дополнительно извлекаются предлагаемым способом из факельного газа составляет 180 г жидких углеводородов С5 и выше на один м3 факельного газа.

Выход жидких углеводородов по предлагаемому способу низкотемпературной конденсации составил:

Жидкие углеводороды - 0,99 тонн/сутки.

Смесь углеводородных газов С1+С4 - 5200 нм3/сут.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет извлекать жидкие углеводородные фракции, содержащиеся в факельном газе, без дополнительных затрат энергии на его сжатие.

Изобретение относится к технологии извлечения жидких углеводородных фракций из факельного газа при добыче нефти. Изобретение касается способа низкотемпературной конденсации факельного газа и включает отбор факельного газа путем эжектирования, разделение его на двухфазный газожидкостный поток, охлаждение и последующее отделение жидкой углеводородной фракции и смеси углеводородных газов в сепараторе. После отбора факельный газ частично конденсируют в аппарате воздушного охлаждения, затем образовавшийся охлажденный двухфазный газожидкостный поток смешивают в эжекторе с жидкой углеводородной фракцией, которую подают из сепаратора через теплообменный аппарат, выполненный с возможностью охлаждения внешней холодильной установкой, при этом отделение жидкой углеводородной фракции в сепараторе осуществляют фильтрацией фильтрующим элементом, при этом в эжекторе формируют область пониженного давления для отбора факельного газа из факельного коллектора. Технический результат - получение из факельного газа жидких углеводородных фракций от С5 и выше при минимальных затратах энергии, не требуется дальнейшая технологическая обработка полученных продуктов для их стабилизации при атмосферном давлении, повышение безопасности процесса получения жидких углеводородов из факельного газа. 2 з.п. ф-лы, 2 пр., 2 ил.

1. Способ низкотемпературной конденсации факельного газа, включающий отбор факельного газа путем эжектирования, разделение его на двухфазный газожидкостный поток, охлаждение и последующее отделение жидкой углеводородной фракции и смеси углеводородных газов в сепараторе, отличающийся тем, что после отбора факельный газ частично конденсируют в аппарате воздушного охлаждения, затем образовавшийся охлажденный двухфазный газожидкостный поток смешивают в эжекторе с жидкой углеводородной фракцией, которую подают из сепаратора через теплообменный аппарат, выполненный с возможностью охлаждения внешней холодильной установкой, при этом отделение жидкой углеводородной фракции в сепараторе осуществляют фильтрацией фильтрующим элементом, при этом эжектором формируют область пониженного давления для отбора факельного газа из факельного коллектора.

2. Способ низкотемпературной конденсации факельного газа по п.1, отличающийся тем, что жидкую углеводородную фракцию дополнительно охлаждают в теплообменном аппарате путем подключения внешней холодильной установки при повышении температуры окружающего воздуха выше температуры кипения пентановой фракции факельного газа.

3. Способ низкотемпературной конденсации факельного газа по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий элемент сепаратора функционирует при отрицательных температурах и обладает коалесцентными свойствами.