Способ низкотемпературной подготовки низконапорного нефтяного газа на промысле

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.