Результат интеллектуальной деятельности: Установка для подготовки природного газа

Изобретение относится к области газовой промышленности, а именно к технике и технологии подготовки природного газа, и может быть использовано в газовой, нефтяной и других отраслях промышленности на адсорбционных установках подготовки углеводородных газов.

Известна адсорбционная установка для подготовки углеводородного газа (см. ст. «Эффективность работы установки стабилизации конденсата с промежуточным нагревом на компрессорной станции КС «Краснодарская» авторов: Ю.П. Ясьян и В.А. Сыроватка, опубл. в научном журнале «Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник)», № 1, 2015 г., стр. 89-94), содержащая входной сепаратор, регулирующий клапан и адсорберы, верх которых соединен с линией подачи газа, линией подачи газа охлаждения и линией отвода отработанного газа регенерации, а низ - с линией отвода подготовленного газа, линией отвода газа охлаждения и линией подачи газа регенерации, при этом линия отвода подготовленного газа соединена с фильтрующим устройством, линия отвода газа охлаждения соединена с печью, линия отвода отработанного газа регенерации соединена через воздушный холодильник с сепаратором высокого давления, а линия подачи газа охлаждения соединена с линией подачи исходного газа перед дросселем, а сепаратор высокого давления последовательно соединен с первым и вторым сепаратором среднего давления, подогревателем и сепаратором низкого давления, при этом линия отвода газа дегазации от сепараторов среднего давления соединена с факельной линией или линией топливного газа, а линия отвода сбросного низконапорного газа дегазации от сепаратора низкого давления соединена с факельной линией, при этом линия отвода стабильного конденсата соединена с резервуарным парком.

Недостатком известной установки является потеря углеводородных компонентов C₃₊, вследствие отвода газа дегазации от сепаратора среднего давления на факел или в топливную сеть при стабилизации конденсата методом ступенчатой сепарации.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка для подготовки природного газа (патент РФ на изобретение № 2367505 С1, МПК B01D 53/02. B01D 53/26. Установка подготовки газа / Аджиев А.Ю., Белошапка А.Н., Килинник А.В., Морева Н.П., Хуснудинова А.А., Мельчин В.В.; № 2007146495/15; заявл. 12.12.2007; опубл. 20.09.2009, бюл. № 26. - 9 с.), включающая регулирующий клапан, входной сепаратор, адсорберы, верх которых соединен с линией подачи газа, линией подачи газа охлаждения и линией отвода отработанного газа регенерации, а низ соединен с линией отвода подготовленного газа, линией отвода газа охлаждения и линией подачи газа регенерации, фильтрующее устройство, печь, сепаратор высокого давления, в которой линия отвода подготовленного газа соединена с фильтрующим устройством, линия отвода газа охлаждения соединена с печью, линия отвода отработанного газа регенерации соединена с сепаратором высокого давления, а линия подачи газа охлаждения соединена с линией подачи исходного газа перед дросселем, входной сепаратор установлен после дросселя, выход газа из входного сепаратора соединен с первым рекуперативным теплообменником, выход газа из которого соединен с адсорберами, линия отвода газа охлаждения соединена с печью через второй рекуперативный теплообменник, линия отвода отработанного газа регенерации последовательно соединена со вторым и первым рекуперативными теплообменниками и сепаратором высокого давления, а линия отвода отработанного газа регенерации из сепаратора высокого давления соединена с линией подачи исходного газа перед входным сепаратором, при этом линия подачи газа охлаждения соединена с фильтром-сепаратором, выход из которого соединен с верхом адсорберов, сепаратор высокого давления последовательно соединен с сепараторами среднего и низкого давления, а линия отвода газа дегазации от сепаратора среднего давления соединена с линией топливного газа, линия отвода сбросного низконапорного газа дегазации от сепаратора низкого давления соединена с факельной линией, и на линии отвода отработанного газа регенерации между первым рекуперативным теплообменником и сепаратором высокого давления установлен пропановый холодильник, а на линии отвода отработанного газа регенерации и на линии отвода газа охлаждения перед вторым рекуперативным теплообменником установлены фильтры.

Недостатком известной установки является потеря углеводородных компонентов вследствие отвода газа дегазации от сепаратора среднего давления в топливную сеть при стабилизации конденсата методом ступенчатой сепарации.

Задачей изобретения является усовершенствование установки подготовки газа, обеспечивающее повышение эффективности ее работы при снижении отвода углеводородных компонентов C₃₊ в топливную сеть при стабилизации газового конденсата методом ступенчатой сепарации.

Техническим результатом является обеспечение возможности ресурсосбережения установки за счет выработки добавочной продукции широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) и дополнительного количества стабильного конденсата и топливного газа.

Технический результат достигается тем, что установка для подготовки природного газа, включает регулирующий клапан, входной сепаратор, адсорберы, верх которых соединен с линией подачи газа, линией подачи газа охлаждения и линией отвода отработанного газа регенерации, а низ соединен с линией отвода подготовленного газа, линией отвода газа охлаждения и линией подачи газа регенерации, фильтрующее устройство, печь, сепаратор высокого давления, в которой линия отвода подготовленного газа соединена с фильтрующим устройством, линия отвода газа охлаждения соединена с печью, линия отвода отработанного газа регенерации соединена с сепаратором высокого давления, а линия подачи газа охлаждения соединена с линией подачи исходного газа перед дросселем, входной сепаратор установлен после дросселя, выход газа из входного сепаратора соединен с первым рекуперативным теплообменником, выход газа из которого соединен с адсорберами, линия отвода газа охлаждения соединена с печью через второй рекуперативный теплообменник, линия отвода отработанного газа регенерации последовательно соединена со вторым и первым рекуперативными теплообменниками и сепаратором высокого давления, а линия отвода отработанного газа регенерации из сепаратора высокого давления соединена с линией подачи исходного газа перед входным сепаратором, при этом линия подачи газа охлаждения соединена с фильтром-сепаратором, выход из которого соединен с верхом адсорберов, сепаратор высокого давления последовательно соединен с сепараторами среднего и низкого давления, а линия отвода газа дегазации с сепаратора среднего давления соединена с линией топливного газа, а линия отвода сбросного низконапорного газа дегазации от сепаратора низкого давления соединена с факельной линией, и на линии отвода отработанного газа регенерации между первым рекуперативным теплообменником и сепаратором высокого давления установлен пропановый холодильник, а на линии отвода отработанного газа регенерации и на линии отвода газа охлаждения перед вторым рекуперативным теплообменником установлены фильтры, при этом линия отвода газа дегазации от сепаратора среднего давления через регулирующий клапан соединена с дополнительно установленным третьим рекуперативным теплообменником, который сообщен последовательно с дополнительно установленным вторым пропановым холодильником через первую охлажденную линию отвода газа дегазации от сепаратора среднего давления и далее через вторую охлажденную линию отвода газа дегазации от сепаратора среднего давления с дополнительно установленным первым низкотемпературным сепаратором топливного газа, в котором линия отвода ШФЛУ соединена с резервуарным парком, а линия первого отвода топливного газа соединена через регулирующий клапан с топливной сетью на собственные нужды, и также линия подготовленного газа соединена через дроссель с линией отвода части подготовленного газа, которая последовательно соединена с дополнительно установленным третьим рекуперативным теплообменником и далее через охлажденную линию отвода части подготовленного газа с дополнительно установленным вторым низкотемпературным сепаратором топливного газа, у которого линия отвода углеводородного конденсата через дроссель соединена с линией отвода углеводородного конденсата от сепаратора среднего давления в сепаратор низкого давления, а линия второго отвода топливного газа соединена через регулирующий клапан с топливной сетью на собственные нужды.

На установке для подготовки углеводородного газа отвод газа дегазации от сепаратора среднего давления соединен последовательно с третьим рекуперативным теплообменником, вторым пропановым холодильником и первым низкотемпературным сепаратором топливного газа, с целью вовлечения газа дегазации от сепаратора среднего давления в низкотемпературную переработку при двухступенчатом охлаждении и снижения потерь ценных углеводородов С₃₊ в составе газа дегазации от сепаратора среднего давления на собственные нужды. Снабжение установки подготовки углеводородного газа дросселем обеспечивает снижение температуры части подготовленного газа до минус 20-25°С. Достижение таких температур происходит за счет понижения давления части подготовленного газа в дросселе до 0,8-1,0 МПа при давлении подготовленного газа от 6,0 МПа до 9,6 МПа. Дроссель, сообщен с третьем рекуперативным теплообменником, который сообщен с отводом газа дегазации от сепаратора среднего давления, это необходимо для первоначального охлаждения до температуры минус 20-25°С в третьем рекуперативном теплообменнике газа дегазации от сепаратора среднего давления с помощью охлажденного через дроссель части подготовленного газа. Для более глубокого охлаждения до температуры минус 10-40°С первоначально охлажденный газ дегазации от сепаратора среднего давления после третьего рекуперативного теплообменника с температурой минус 20-25°С направляют на вторую ступень охлаждения во второй пропановый холодильник. Соединение газа дегазации от сепаратора среднего давления последовательно с третьем рекуперативным теплообменником и вторым пропановым холодильником позволяет охладить до температуры минус 30-40°С и направить охлажденный газ дегазации от сепаратора среднего давления в первый низкотемпературный сепаратор топливного газа, в котором осуществляется низкотемпературная сепарация (НТС), с повышенным извлечением C₃₊. В первом низкотемпературном сепараторе топливного газа в жидкую фазу переходит в большей степени углеводороды С₃₊, а в поднимающиеся газовые потоки - легкие углеводороды С₁ и C₂. НТС в первом низкотемпературном сепараторе топливного газа позволяет сконденсировать и отделить углеводороды С₃₊ от газовой фазы и получить добавочную продукцию ШФЛУ. При этом полученные легкие газы из первого низкотемпературного сепаратора топливного газа с наименьшими потерями углеводородов C₃₊ направляют по линии первого отвода топливного газа в топливную сеть на собственные нужды.

Последовательное соединение линии части подготовленного газа после дросселя с третьем рекуперативным холодильником и со вторым низкотемпературным сепаратором топливного газа через линию подачи охлажденной части подготовленного газа, позволяет направить охлажденную часть подготовленного газа во второй низкотемпературный сепаратор топливного газа, в котором осуществляется НТС, с повышенным извлечением C₅₊. Во втором низкотемпературном сепараторе топливного газа в жидкую фазу переходит в большей степени углеводороды С₅₊, а в поднимающиеся газовые потоки - легкие углеводороды С₁-С₄. НТС во втором низкотемпературном сепараторе позволяет сконденсировать и отделить в большей степени углеводороды C₅₊ от газовой фазы и получить дополнительно углеводородный конденсат. И соединение второго низкотемпературного сепаратора топливного газа через линию отвода углеводородного конденсата с линией отвода углеводородного конденсата от сепаратора среднего давления в сепаратор низкого давления позволяет направить дополнительно отделившийся углеводородный конденсат на стабилизацию в сепаратор низкого давления, где происходит окончательная стабилизация углеводородного конденсата. В результате увеличивается общее количество полученного стабильного углеводородного конденсата в сепараторе низкого давления. При этом полученные легкие газы из второго низкотемпературного сепаратора топливного газа с наименьшими потерями тяжелых углеводородов C₅₊ направляют по линии второго отвода топливного газа в топливную сеть на собственные нужды.

Охлаждение части подготовленного газа до температуры минус 20-25°С и газа дегазации от сепаратора среднего давления до минус 30-40°С позволяет значительно выделить углеводороды С₅₊ и C₃₊ в жидкую фазу соответственно.

В итоге получается добавочный продукт ШФЛУ и увеличивается выработка стабильного углеводородного конденсата и топливного газа. А именно, от первого и второго низкотемпературных топливных сепараторов отводится газ дегазации для промышленного назначения, который по физико-химическим свойствам соответствует требованиям ГОСТа 5542 и может использоваться в качестве топлива. От первого низкотемпературного топливного сепаратора отводится добавочный продукт ШФЛУ марки Б или В согласно ТУ 38.101524, который подается в резервуарный парк на хранение и отгрузку, а от второю низкотемпературного топливного сепаратора дополнительно вырабатывается углеводородный конденсат, который доводится до стабильного конденсата в сепараторе низкого давления до ГОСТа Р 54389 «Конденсат газовый стабильный».

Таким образом, совокупность предлагаемых признаков позволит обеспечить ресурсосбережение вследствие дополнительной и добавочной выработки продукции, при низкотемпературной сепарации части подготовленного газа и газа дегазации от сепаратора среднего давления соответственно.

На фиг. 1 представлена технологическая схема установки подготовки природного газа.

Установка для подготовки природного газа содержит регулирующий клапан 1, входной сепаратор 2, соединенный с адсорберами 3-6 через первый рекуперативный теплообменник 7. Верх адсорберов 3-6 соединен с линией подачи исходного газа I, линией подачи газа охлаждения II и линией отвода насыщенного газа регенерации III, а низ - с линией отвода подготовленного газа IV, линией отвода газа охлаждения V, и линией подачи газа регенерации VI. Адсорберы 3-6 работают периодически: два адсорбера работают параллельно в цикле адсорбции, один находится в цикле регенерации, один в цикле охлаждения. Линия подачи исходного газа I через регулирующий клапан 1 последовательно соединена с входным сепаратором 2, первым рекуперативным теплообменником 7 и с верхом адсорберов 3-6. Линия подачи газа охлаждения II соединена с верхом адсорберов 3-6 через фильтр-сепаратор 8. Линия отвода подготовленного газа IV из адсорберов 3-6 соединена с фильтрующим устройством 9. Линия отвода газа охлаждения V из адсорберов 3-6 последовательно соединена с фильтрующим устройством 10, вторым рекуперативным теплообменником 11 и печью 12, выход которой через линию подачи газа регенерации VI соединен с низом адсорберов 3-6. Линия отвода насыщенного газа регенерации III из адсорберов 3-6 последовательно соединена с фильтрующим устройством 13, вторым рекуперативным теплообменником 11, первым рекуперативным теплообменником 7, пропановым холодильником 14 и сепаратором высокого давления 15. Линия отвода отработанного газа регенерации VII из сепаратора высокого давления 15 соединена с линией подачи исходного газа I после регулирующего клапана 1 перед входным сепаратором 2. Линия отвода газового конденсата VIII из сепаратора высокого давления 15 через дроссель 16 соединена с сепаратором среднего давления 17, у которого линия отвода углеводородного конденсата IX через дроссель 18 соединена с сепаратором низкого давления 19, а линия газа дегазации от сепаратора среднего давления X последовательно соединена через клапан 20 с третьим рекуперативным теплообменником 21, вторым пропановым холодильником 22, через первую охлажденную линию газа дегазации от сепаратора среднего давления Х(А) и далее через вторую охлажденную линию газа дегазации от сепаратора среднего давления Х(В) с первым низкотемпературным сепаратором топливного газа 23, у которого линия первого отвода топливного газа XI через клапан 24 соединена с топливной сетью на собственные нужды, а линия отвода ШФЛУ XII соединена с резервуарным парком. При этом линия отвода части потока подготовленного газа IV(A) последовательно соединена с дросселем 25, третьим рекуперативным теплообменником 21 и далее через охлажденную линию отвода части потока подготовленного газа IV(B) со вторым низкотемпературным сепаратором топливного газа 26, у которого линия второго отвода топливного газа XIII через клапан 27 соединена с топливной сетью на собственные нужды, а линия выхода углеводородного конденсата XIV через дроссель 28 соединена с линией отвода углеводородного конденсата IX от сепаратора среднего давления 17 в сепаратор низкого давления 19, у которого линия отвода стабильного конденсата XV соединена с резервуарным нарком стабильного конденсата, а линия отвода низконапорного газа XVI через клапан 29 соединена с факельной линией. Все трубопроводы снабжены запорно-регулирующей арматурой.

Установка работает следующим образом: исходный газ с давлением 6,4-10,0 МПа и температурой 20-40°C с плотностью 0,600-0,700 кг/м поступает на установку подготовки газа. Предварительно от общего потока исходного газа по линии подачи исходного газа I перед регулирующим клапаном 1 отбирают часть потока в линию подачи газа охлаждения II в количестве 10-20% для проведения процессов регенерации и охлаждения. По линии подачи исходного газа I основной поток газа проходит через регулирующий клапан 1, вследствие чего давление исходного потока газа снижается до давления 6,0-9,6 МПа, объединяется с отработанным газом регенерации из линии отвода отработанного газа регенерации VII, выходящим из сепаратора высокого давления 15, и поступает во входной сепаратор 2, позволяющий более полно удалить из потока газа капельную жидкость. Далее газ по линии подачи исходного газа I проходит первый рекуперативный теплообменник 7 и поступает на адсорбционную осушку, которая проводится по четырехадсорберной схеме в адсорберах 3-6 (количество адсорберов зависит от номинального расхода исходного газа). При работе установки два адсорбера 3 и 4 работают параллельно в цикле адсорбции, адсорбер 6 находится в цикле регенерации, а адсорбер 5 в цикле охлаждения. Исходный газ по линии подачи исходного газа I проходит сверху вниз через адсорберы 3 и 4, где осушается до температуры точки росы по воде от минус 5°С до минус 60°С и по углеводородам от 0°С до минус 50°С. После завершения цикла адсорбции адсорберы 3 и 4 переводят в цикл регенерации и далее охлаждения. В качестве газа регенерации и охлаждения используется часть потока исходного газа из линии подачи исходного газа 1, отбираемого перед регулирующим клапаном 1. Газ охлаждения по линии подачи газа охлаждения II проходит фильтр-сепаратор 8 и поступает в адсорбер 5 сверху вниз. Подготовленный газ по линии отвода подготовленного газа IV из адсорберов 3 и 4 поступает в фильтрующее устройство 9, где происходит улавливание унесенной потоком газа пыли адсорбента и затем поступает в магистральный газопровод. После адсорбера 5 газовый поток через линию отвода газа охлаждения V проходит через фильтрующее устройство 10, второй рекуперативный теплообменник 11, где происходит нагрев потоком газа проходящим через линию отвода насыщенного газа регенерации III, и направляется в печь 12. Нагретый до температуры 260-300°С газ по линии подачи газа регенерации VI поступает снизу-вверх в адсорбер 6 на регенерацию адсорбента. Насыщенный газ регенерации по линии отвода насыщенного газа регенерации 111 после адсорбера 6 последовательно проходит фильтрующее устройство 13, второй и первый рекуперативный теплообменники 11 и 7. Во время работы установки перед тем как снижать температуру насыщенного газа регенерации в пропановом холодильнике 14, проводят аналитический контроль содержания воды в насыщенном газе регенерации для определения температуры гидратообразования. Насыщенный газ регенерации но линии отвода насыщенного газа регенерации III направляют в холодильник 14 на охлаждение до температуры 10°С, а затем в сепаратор высокого давления 15, где от насыщенного газа регенерации отделяются техническая вода в с содержанием метанола 50-80% и углеводородный конденсат. Отработанный газ регенерации по линии отвода отработанного газа регенерации VII из сепаратора высокого давления 15 объединяется с основным потоком газа по линии подачи исходного газа I после регулирующего клапана 1. Техническая вода из сепаратора высокого давления 15 с содержанием метанола 50-80% поступает на утилизацию. Нестабильный газовый конденсат по линии отвода газового конденсата VIII из сепаратора высокого давления 15 проходит через дроссель 16, вследствие чего происходит дросселяция потока газового конденсата по линии отвода газового конденсата VIII со снижением температуры до 3-5°С и поступает в сепаратор среднего давления 17, где поддерживается давление 0,7-0,8 МПа. В сепараторе среднего давления 17 происходит за счет снижения давления частичная дегазация газового конденсата, который поступает по линии отвода углеводородного конденсата IX через дроссель 18 в сепаратор низкого давления на окончательную дегазацию в сепаратор низкого давления 19. Выделившийся газ дегазации в сепараторе среднего давления 17 (легкие углеводороды) через клапан 20 по линии газа дегазации от сепаратора среднего давления X отводится на охлаждение до температуры минус 20-25°С в рекуперативный теплообменник 21 и далее по первой охлажденной линии газа дегазации от сепаратора среднего давления Х(А) отводится на охлаждение во второй пропановый холодильник 22 до температуры минус 30-40°С, после этого охлажденный газ дегазации по второй охлажденной линии газа дегазации от сепаратора среднего давления Х(В) подается в первый низкотемпературный сепаратор топливного газа 23, где поддерживается давление 0,4-0,5 МПа и газовая фаза по линия первого отвода топливного газа XI сбрасывается через клапан 24 в топливную сеть на собственные нужды, а полученное ШФЛУ поступает в резервуарный парк по линии отвода ШФЛУ XII. В рекуперативный теплообменник 21 отводится часть охлажденного потока подготовленного газа IV(A) после дросселя 25 с температурой минус 20-25°С, который охлаждает газ дегазации среднего давления и поступает с температурой минус 20-25°С во второй низкотемпературный сепаратор топливного газа 26 установки, где поддерживается давление 0,6-0,7 МПа. Из второго сепаратора топливного газа 26 предусмотрен отвод газовой фазы по линии второго отвода топливного газа XIII через клапан 27 в топливную сеть на собственные нужды и отделение от газообразной фазы сконденсированных жидких углеводородов, которые но линии отвода углеводородного конденсата XIV поступают через дроссель 28 на смешение с углеводородным конденсатом, проходящим по линии углеводородного конденсата IX от сепаратора среднего давления 17 после дросселя 18, и полученная смесь углеводородного конденсата поступает в сепаратор низкого давления 19 с температурой 3-4°С, где поддерживается давление 0,1-0,2 МПа регулирующим клапаном 29 для окончательной дегазации (стабилизации) углеводородного конденсата. Поток полученного стабильного конденсата по линии отвода стабильного конденсата XV из сепаратора низкого давления 19 подается в резервуарный парк стабильного конденсата на хранение, а газовый ноток по линии отвода низконапорного газа дегазации XVI отводиться на факел.

Оптимальный режим работы адсорбционной установки подготовки природного газа при низкотемпературной сепарации газа дегазации среднего давления подбирают расчетным и опытным путем на каждом производстве газовой и нефтяной промышленности индивидуально в зависимости от состава, расхода и параметров исходного углеводородного газа, а также затрат на эксплуатацию.