Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕКОНСТРУКЦИИ УСТАНОВКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА С ПРЕДОТВРАЩЕНИЕМ ОБРАЗОВАНИЯ ФАКЕЛЬНЫХ ГАЗОВ

Изобретение относится к способам реконструкции действующих установок низкотемпературной сепарации природного газа и может быть использовано в газовой промышленности.

Необходимость реконструкции связана с низким выходом подготовленного газа, большим количеством факельных газов и малой степенью извлечения тяжелых углеводородов на эксплуатируемых установках низкотемпературной сепарации. Известные способы реконструкции предусматривают мероприятия по снижению температуры на стадии низкотемпературной сепарации за счет установки дополнительного холодильного или компрессорного оборудования.

Известен способ реконструкции установки низкотемпературной сепарации газа, включающей блоки входной и низкотемпературной сепарации, узлы рекуперации холода и редуцирования, а также блок стабилизации конденсата, заключающийся в установке на линии подачи газа входной сепарации в узел рекуперации холода компрессорной станции для дополнительного сжатия газа [Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1999. с. 307].

К недостаткам известного способа относятся высокие капитальные и эксплуатационные затраты, а также низкая эффективность разделения компонентов сырого газа на реконструированной установке.

Известен способ реконструкции установки низкотемпературной сепарации газа, включающей [Гриценко А.И., Истомин В.А., Кульков А.Н., Сулейманов Р.С. Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России. М.: ООО "Издательство «Недра", 1999. с. 379], включающей блоки входной и низкотемпературной сепарации, узлы рекуперации холода и редуцирования, а также блок дегазации конденсата, заключающийся в установке холодильника на линии подачи газа входной сепарации, обычно на байпасе рекуперативного теплообменника.

К недостаткам данного способа также относятся высокие капитальные затраты и эксплуатационные расходы из-за использования дорогостоящего холодильного оборудования, а также большое количество факельных газов, образующихся на реконструированной установке.

Наиболее близок по технической сущности к заявляемому изобретению способ реконструкции установки низкотемпературной сепарации [RU 2683091, опубл. 26.03.2019 г., МПК B01D 3/14, C10G 5/00, F25J 3/00], включающий установку дефлегматора (тепломассообменного аппарата) на линии подачи газа входной сепарации из узла рекуперации в узел редуцирования, при этом дефлегматор, охлаждается противоточно подаваемым газом низкотемпературной сепарации, а узел рекуперации оснащен линиями подачи в качестве хладоагентов частично нагретого в дефлегматоре газа низкотемпературной сепарации и редуцированной смеси конденсатов и соединен с блоком дегазации конденсата линией подачи нагретой редуцированной смеси конденсатов.

Недостатками способа являются его неэффективность при давлении на участке между узлами рекуперации и редуцирования выше критического, при котором массообмен в дефлегматоре не происходит или нестабилен, а также образование большого количества факельных газов.

Задачей изобретения является предотвращение образования факельных газов и увеличение выхода подготовленного газа и жидких продуктов независимо от давления, при котором происходит подготовка газа.

В качестве технического результата достигается предотвращение образования факельных газов и увеличение выхода подготовленного газа и жидких продуктов за счет установки перед блоком дегазации конденсата тепломассообменного аппарата, позволяющего возвратить часть легких углеводородов в поток подготовленного газа и одновременно снизить температуру на стадии низкотемпературной сепарации, а также соединение линии вывода газов из блока дегазации конденсата, оборудованной компрессором, с линией вывода подготовленного газа с установки.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем установку тепломассообменного аппарата, особенностью является то, что в качестве тепломассообменного аппарата перед блоком дегазации конденсата размещают аппарат с вертикальной контактной секцией, соединенной своей нижней частью с выходной частью горизонтальной отпарной секции с паровым пространством, в котором контактная секция также соединена с входным и низкотемпературным сепараторами линиями подачи углеводородных конденсатов, входная и выходная части трубного пространства отпарной секции соединены с линией подачи газа входной сепарации до и после узла рекуперации, соответственно, а низ межтрубного пространства входной части отпарной секции соединен с блоком дегазации конденсата, кроме того, линию вывода газов из блока дегазации конденсата оборудуют компрессором и соединяют с линией вывода подготовленного газа с установки после узла рекуперации.

Контактная секция оснащена насадочными или тарельчатыми контактными устройствами, а в пространстве отпарной секции, заполненном жидкостью, установлены направляющие перегородки, обеспечивающие противоточное движение паровой и жидкой фаз.

Установка перед блоком дегазации тепломассообменного аппарата описанной конструкции позволяет осуществить в контактной секции массообмен между движущимися противотоком углеводородными конденсатами и парами, поступающими из межтрубного пространства отпарной секции. Эти пары образуются за счет нагрева жидкой фазы, движущейся в межтрубном пространстве по направлению от места примыкания контактной секции к линии ее вывода, частью газа входной сепарации, который движется в противоположном направлении в трубном пространстве отпарной секции. При этом происходит противоточный тепломассообмен между паровой и жидкой фазами. Нагретую стабилизированную жидкую фазу выводят из низа межтрубного пространства со стороны входной части отпарной секции. При этом часть газа входной сепарации, движущаяся в трубном пространстве, охлаждается, из нее выпадает конденсат тяжелых углеводородов, далее образовавшуюся газо-жидкостную смесь направляет в линию газа входной сепарации после узла рекуперации. Горизонтальное расположение труб в отпарной секции принципиально важно, поскольку позволяет осуществить противоточный теплообмен между двумя двухфазными средами.

За счет массообмена в контактной секции смесь углеводородных конденсатов частично дегазируется, а легкие компоненты концентрируются в газе, выводимом из верха контактной секции в поток подготовленного газа, что увеличивает выход подготовленного газа и значительно уменьшает количество газа, выводимого из блока дегазации, что позволяет с небольшими затратами энергии его компримировать до давления транспортировки подготовленного газа и смешать с последним, что предотвращает образование факельных газов и увеличивает выход подготовленного газа. За счет охлаждения в трубном пространстве отпарной секции части газа входной сепарации снижается температура в низкотемпературном сепараторе, вследствие чего увеличивается выход жидких продуктов, а также и повышается качество подготовленного газа (снижается температура точки росы по углеводородам).

Реконструкция действующей установки низкотемпературной сепарации газа по предлагаемому способу может быть осуществлена независимо от комплектации узлов и блоков установки тем или иным оборудованием.

При реконструкции действующей установки низкотемпературной сепарации газа (фиг. 1), состоящей, например, из блока входной сепарации 1, узлов рекуперации холода 2 и редуцирования 3, блока низкотемпературной сепарации 4, устройств редуцирования конденсата 5 и 6, а также блока дегазации конденсата 7, осуществляют установку контактного аппарата 8 с контактной 9 и отпарной 10 секциями (фиг. 2), соединяют среднюю часть контактной секции 9 с линиями подачи углеводородных конденсатов входной 11 и низкотемпературной 12 сепарации, а верхнюю часть - линией подачи отходящего газа 13 - с линией вывода газа низкотемпературной сепарации 14. Входную часть трубного пространства отпарной секции соединяют линией 15 с линией газа входной сепарации 16 перед узлом рекуперации 2, а выходную часть - линией 17 - с той же линией, но после узла рекуперации 2. Низ трубного пространства отпарной секции 10 со стороны ее входной части линией 18 соединяют с блоком 7. Линию вывода газа из блока 7 оборудуют компрессором 19 и соединяют с линией 14 после узла 2. Линии подключения вновь установленного оборудования показаны пунктиром. Линии подачи ингибитора гидратообразования и вывода водных конденсатов условно не показаны.

При работе реконструированной установки сырой газ по линии 20 поступает в блок входной сепарации 1, из которого по линии 11 выводят конденсат, а по линии 16 - газ, одну часть которого через узлы рекуперации 2 и редуцирования 3 направляют в блок 4, а другую часть по линии 15 подают во входную часть трубного пространства отпарной секции 10 и возвращают из ее выходной части в виде газо-жидкостной смеси по линии 17 в линию газа входной сепарации 16 после узла рекуперации 2. Из блока 4 по линии 14 газ низкотемпературной сепарации подают в узел 2, где нагревают и затем выводят в качестве подготовленного газа. Углеводородные конденсаты из блоков 1 и 4 по линиям 11 и 12, после редуцирования в устройствах 5 и 6, соответственно, подают в контактную секцию 9 аппарата 8, в нижнюю часть которой из парового пространства отпарной секции 10 поступают пары легких углеводородов, образовавшиеся в результате нагревания конденсата в последней. С верха секции 9 по линии 13 в линию 14 выводят отходящий газ, а с низа секции 9 в секцию 10 поступает жидкая фаза, где нагревается частью газа входной сепарации, проходящего по трубному пространству, участвует в массообмене с парами, движущимися противоточно в паровом пространстве, при этом дополнительно дегазируется и выводится по линии 18 в блок 7, где разделяется на газ, выводимый по линии 21 в линию 14 после узла 2, и стабильные жидкие продукты, например, пропан-бутановую фракцию и стабильный газовый конденсат, выводимые по линии 22 (условно показана одна линия).

При необходимости после узла рекуперации на линии газа входной сепарации может быть расположен промежуточный сепаратор 23 (фиг. 3), соединенный с узлом редуцирования 3 линией подачи газа 24, а с секцией 9 - линией подачи конденсата 25.

Работоспособность предложенного способа подтверждают примеры.

Пример 1. На существующей установке низкотемпературной сепарации при подготовке 102,3 тыс. нм³/час сырого газа, состава, % об.: азот 0,46; метан 90,27; этан 5,44; пропан 1,94; бутаны 0,68; пентаны 0,37; углеводороды C_{6+ВЫСШИЕ} 0,21; вода + метанол - остальное, подаваемого с входным давлением 10,0 МПа при температуре 8°С, получают 92,6 тыс. нм³/час подготовленного газа с температурой точки росы по углеводородам минус 59,2°С при 4,1 МПа и 3°С, 5,76 т/час газового конденсата с давлением насыщенных паров по Рейду 97,2 кПа, 2,14 т/час пропана-бутана автомобильного и 7,34 тыс. нм³/час факельных газов.

Пример 2. При реконструкции существующей установки по прототипу размещение дефлегматора перед узлом редуцирования не изменяет характеристику подготовленных продуктов в связи тем, что давление на участке между узлами рекуперации и редуцирования (9,9 МПа) выше критического (псевдокритическое давление газа входной сепарации 4,53 МПа).

Пример 3. При реконструкции существующей установки, описанной в примере 1, по предложенному способу перед блоком дегазации устанавливают контактный аппарат с горизонтальной отпарной секцией, в контактную часть которого подают 3,93 т/час углеводородного конденсата входной сепарации и 15,93 т/час конденсата низкотемпературной сепарации, а во входную часть отпарной секции в качестве теплоносителя подают 22,2 тыс. нм³/час газа входной сепарации с температурой 8°С. 3,81 тыс. нм³/час газов, выводимых из блока дегазации конденсата при 2,21 МПа сжимают компрессором с приводом расчетной мощностью 70,5 кВт до 4,1 МПа и подают в линию подготовленного газа. При этом получают 99,2 тыс. нм³/час подготовленного газа при 4,1 МПа и -4,8°C с температурой точки росы по углеводородам минус 54,6°С, 5,46 т/час газового конденсата с давлением насыщенных паров по Рейду 97,2 кПа, 4,13 т/час пропан-бутана автомобильного. Факельные газы отсутствуют.

Таким образом, предложенный способ позволяет предотвратить образование факельных газов, увеличить выход жидких продуктов и подготовленного газа, в связи с чем может быть рекомендован для использования в газовой промышленности.