Результат интеллектуальной деятельности: АДСОРБЦИОННАЯ УСТАНОВКА ПОДГОТОВКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА К ТРАНСПОРТУ

Изобретение относится к газовой промышленности, а именно к установкам подготовки природного газа к транспорту адсорбционным способом, и может быть использовано в газовой, нефтяной и других отраслях промышленности.

При подготовке природного газа к транспорту, где применяются адсорбционные процессы, одной из проблем является применение сбросных низконапорных газов дегазации при стабилизации углеводородного конденсата. Как правило, на адсорбционных установках при осушке и отбензинивании углеводородного газа сбросные низконапорные газы дегазации, полученные при стабилизации углеводородного конденсата, отводят на факел.

Известна адсорбционная установка подготовки природного газа к транспорту (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 дроссель, 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, при этом 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 дополнительно установленным первым рекуперативным теплообменником, выход газа из которого соединен с адсорберами, линия отвода газа охлаждения соединена с печью через дополнительно установленный 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, а сепаратор высокого давления последовательно соединен с сепараторами среднего и низкого давления, при этом 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.

Недостатком известной установки является потеря газообразных С₁…С₄ и жидких углеводородных компонентов С₅₊, вследствие отвода сбросных низконапорных газов дегазации на факел.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является адсорбционная установка подготовки природного газа к транспорту (патент РФ на изобретение №2653023 С1, МПК B01D 53/00. Установка подготовки газа. / Сыроватка В.А., Холод В.В., Ясьян Ю.П.; №2017133884; заявл. 28.09.2017; опубл. 04.05.2018, Бюл. №13. - 13 с.), включающая регулирующий клапан, входной сепаратор, адсорберы, верх которых соединен с линией подачи исходного газа, линией подачи газа охлаждения и линией отвода насыщенного 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, который последовательно соединен с сепараторами среднего и низкого давления, при этом линия подачи исходного газа проходит через регулирующий клапан и соединена с входным сепаратором, выход газа из входного сепаратора соединен с первым рекуперативным теплообменником, выход газа из которого соединен с верхом адсорберов, линия отвода подготовленного газа соединена с первым фильтрующим устройством, при этом линия подачи газа охлаждения соединена с линией подачи исходного газа перед регулирующем клапаном и соединена с фильтром-сепаратором, выход газа из которого соединен с верхом адсорберов, а линия отвода газа охлаждения последовательно соединена со вторым фильтрующим устройством, вторым рекуперативным теплообменником и печью, линия подачи газа регенерации соединена с низом адсорберов, а линия отвода насыщенного газа регенерации последовательно соединена с третьим фильтрующим устройством, вторым рекуперативным теплообменником, первым рекуперативным теплообменником, пропановым холодильником и сепаратором высокого давления, при этом линия отвода газового конденсата из сепаратора высокого давления через дроссель соединена с сепаратором среднего давления, в котором линия отвода газового конденсата через дроссель соединена с сепаратором низкого давления, выход из которого соединен с линией отвода стабильного конденсата, при этом линия отвода газа дегазации с сепаратора среднего давления соединена с линией топливного газа, и линия отвода сбросного низконапорного газа дегазации от сепаратора низкого давления соединена с факельной линией, а линия отвода отработанного газа регенерации из сепаратора высокого давления соединена с линией подачи исходного газа после регулирующего клапана перед входным сепаратором, подпиточную емкость, выход которой соединен через линию подачи метанола с линией насыщенного газа регенерации между первым рекуперативным теплообменником и пропановым холодильником, и блок регенерации метанола, вход которого соединен с линией отвода технической воды содержащей метанол из сепаратора высокого давления, а выход соединен через линию подачи регенерированного метанола с линией насыщенного газа регенерации между первым рекуперативным теплообменником и пропановым холодильником.

Недостатком известной установки является потеря газообразных (С₁…С₄) и жидких (С₅₊) углеводородных компонентов, вследствие отвода сбросных низконапорных газов дегазации на факел, а также ограничение выработки стабильного конденсата при ступенчатой сепарации, из-за недостаточного отделения легких углеводородов (C₁…С₄).

Задачей изобретения является усовершенствование установки подготовки газа, обеспечивающее повышение эффективности ее работы при утилизации сбросного низконапорного газа дегазации и при возможности достаточного отделения легких углеводородов (С₁…С₄) при стабилизации газового конденсата методом ступенчатой сепарации.

Техническим результатом является обеспечение возможности экологизации и ресурсосбережения установки за счет получения дополнительного количества стабильного углеводородного конденсата и топливного газа.

Технический результат достигается тем, что адсорбционная установка подготовки природного газа к транспорту, включает регулирующий клапан, входной сепаратор, адсорберы, верх которых соединен с линией подачи исходного газа, линией подачи газа охлаждения и линией отвода насыщенного газа регенерации, а низ соединен с линией отвода подготовленного газа, линией отвода газа охлаждения и линией подачи газа регенерации, при этом линия подачи исходного газа проходит через регулирующий клапан и соединена со входным сепаратором, выход газа из входного сепаратора соединен с первым рекуперативным теплообменником, выход газа из которого соединен с верхом адсорберов, линия отвода подготовленного газа соединена с первым фильтрующим устройством, при этом линия подачи газа охлаждения соединена с линией подачи исходного газа перед регулирующем клапаном и соединена с фильтром-сепаратором, выход газа из которого соединен с верхом адсорберов, а линия отвода газа охлаждения последовательно соединена со вторым фильтрующим устройством, вторым рекуперативным теплообменником и первой печью, линия подачи газа регенерации соединена с низом адсорберов, а линия отвода насыщенного газа регенерации последовательно соединена с третьим фильтрующим устройством, вторым рекуперативным теплообменником, первым рекуперативным теплообменником, пропановым холодильником и сепаратором высокого давления, при этом линия отвода газового конденсата из сепаратора высокого давления через дроссель соединена с сепаратором среднего давления, в котором линия отвода газового конденсата через дроссель соединена с сепаратором низкого давления, выход из которого соединен с линией отвода стабильного конденсата, при этом линия отвода газа дегазации с сепаратора среднего давления соединена с линией топливного газа, и линия отвода сбросного низконапорного газа дегазации с сепаратора низкого давления соединена с факельной линией, а линия отвода отработанного газа регенерации из сепаратора высокого давления соединена с линией подачи исходного газа после регулирующего клапана перед входным сепаратором, подпиточную емкость, выход которой соединен через линию подачи метанола с линией насыщенного газа регенерации между первым рекуперативным теплообменником и пропановым холодильником, и блок регенерации метанола, вход которого соединен с линией отвода водометанольной смеси из сепаратора высокого давления, а выход соединен через линию подачи регенерированного метанола с линией отвода насыщенного газа регенерации между первым рекуперативным теплообменником и пропановым холодильником, при этом адсорбционная установка подготовки природного газа к транспорту дополнительно содержит технологический компрессор, вход которого соединен через линию отвода сбросного низконапорного газа дегазации с сепаратором низкого давления, а выход совмещен с линией отвода газового конденсата из сепаратора высокого давления в общую линию, которая соединена с сепаратором среднего давления, и промежуточный подогреватель, вход которого соединен с линией отвода газового конденсата от сепаратора среднего давления, а выход соединен с линией входа газового конденсата в сепаратор низкого давления.

Схема блока регенерации метанола не приводится, т.к. выбор основного и вспомогательного оборудования может быть индивидуален в каждом конкретном случае в зависимости от состава технической воды. Также, для охлаждения насыщенного газа регенерации, кроме пропанового холодильника, могут использоваться различные виды холодильного оборудования (например аммиачное, воздушное и др.), которое подбирают расчетным и опытным путем на каждом производстве газовой и нефтяной промышленности индивидуально в зависимости от состава, расхода и параметров насыщенного газа регенерации, а также затрат на эксплуатацию.

Проблема сжигания сбросного низконалорного газа при стабилизации конденсата на адсорбционных установках, где осушается и отбензинивается природный газ, присущая всем газодобывающим странам, в России является особо актуальной ввиду мирового лидерства по объему добычи и транспорта газа. Это приводит к безвозвратной потере газообразных углеводородных компонентов, которые могут использоваться в качестве топлива, а также ценнейших жидких углеводородов - сырья для газо- и нефтехимии.

Снабжение установки дополнительно установленным технологическим компрессором для отвода сбросного низконапорного газа дегазации от сепаратора низкого давления на смешение с жидкой фазой сепаратора среднего давления позволит вовлечь в переработку сбросной низконапорный газ дегазации, с целью дополнительного получения топливного газа и газового конденсата. Тем самым возрастает эффективность утилизации газа, сбрасываемого на факел, что в целом снизит отходы производства и обеспечит ресурсосбережение.

Отвод сбросного низконапорного газа дегазации от сепаратора низкого давления на смешение с жидкой фазой сепаратора среднего давления позволит дополнительно разделить и выделить газообразные и жидкие углеводороды. Согласно закономерностям тепломассобмена, при смешении углеводородов происходит смещение равновесия между фазами и дополнительное выделение из жидкой фазы легких газообразных углеводородов и поглощение тяжелых компонентов жидкими углеводородами в сепараторе среднего давления. В итоге увеличивается выделение газа дегазации и газового конденсата. При этом с сепаратора среднего давления отводится газ дегазации для промышленного назначения, который по физико-химическим свойствам соответствует требованиям ГОСТ 5542-2014 и может использоваться в качестве топлива, и газовый конденсат, который через установленный промежуточный подогреватель подается на окончательную стабилизацию в сепаратор низкого давления. Промежуточный подогреватель обеспечит получение стабильного конденсата согласно ГОСТ Р 54389 - 2011 «Конденсат газовый стабильный».

Дополнительно установленный промежуточный подогреватель, на линии отвода газового конденсата от сепаратора среднего давления в сепаратор низкого давления, позволит стабилизировать газовый конденсат, полученный при ступенчатой сепарации и смешении со сбросными низконапорными газами, путем дополнительной отгонки легких углеводородов при подогреве газового конденсата. Промежуточный подогрев обеспечит достаточное отделение легких углеводородов (С₁…С₄), для получении стабильного конденсата с давлением насыщенных паров не более 500-700 мм рт.ст при 38°С в соответствии с ГОСТ Р 54389-2011 «Конденсат газовый стабильный». В сепараторе низкого давления доля отгона газообразных компонентов (С₁…С₄), которые отводятся дополнительно установленным технологическим компрессором на смешение с газовым конденсатом, будет контролироваться заданной температурой после промежуточного подогревателя. Промежуточный подогрев позволит отделить легкие углеводороды (С₁…С₄) до заданной концентрации и выделить газовый конденсат без ограничений при ступенчатой сепарации, что увеличит выход стабильного конденсата и выработку топливного газа.

Таким образом, совокупность предлагаемых признаков позволит обеспечить экологизацию и ресурсосбережение вследствие дополнительной выработки продукции, при утилизации сбросного низконапорного газа дегазации и ступенчатой сепарации с промежуточным подогревом газового конденсата.

Оптимальный режим работы адсорбционной установки подготовки природного газа при утилизации низконапорных газов и ступенчатой сепарации с промежуточным подогревом газового конденсата подбирают расчетным и опытным путем индивидуально на предприятиях газовой и нефтяной промышленности в зависимости от состава, расхода и параметров исходного углеводородного газа, а также затрат на эксплуатацию.

На фиг. 1 представлена принципиальная технологическая схема адсорбционной установки подготовки природного газа к транспорту.

Адсорбционная установка подготовки природного газа к транспорту 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 после дросселя 16 совмещена с линией отвода сбросного низконапорного газа дегазации IX, через компрессор 17, от сепаратора низкого давления 18 в общую линию, которая соединена с сепаратором среднего давления 19, линия дегазации газа которого X соединена с топливной сетью, а линия отвода газового конденсата XI через дроссель 20 соединена последовательно с подогревателем 21 и сепаратором низкого давления 18, у которого линия отвода стабильного конденсата XII соединена с резервуарным парком стабильного конденсата, а линии выхода сбросного низконапорного газа дегазации IX и IХ(А) соответственно соединены с входом в компрессор 17 и факельной линией.

Линия подачи метанола XIII из подпиточной емкости 22 соединена с линией отвода насыщенного газа регенерации III между первым рекуперативным теплообменником 7 и пропановым холодильником 14.

Линия отвода технической воды XIV, содержащая метанол, из сепаратора высокого давления 15 соединена с блоком регенерации метанола 23, а линия отвода регенерированного метанола XV из блока регенерации метанола 23 соединена с потоком насыщенного газа регенерации по линии отвода насыщенного газа регенерации III между пропановым холодильником 14 и первым рекуперативным теплообменником 7. Также линия отвода технической воды XVI из блока регенерации метанола 23 и линия отвода технической воды XVII из сепаратора высокого давления 15 соединены с дренажем.

Все трубопроводы снабжены залорно-регулирующей арматурой.

Установка работает согласно примера: исходный газ с давлением 63 атм. и температурой 20°С в количестве 1 900 000 нм³/ч и с плотностью 0,699 кг/м³ 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 113400 кг/ч 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 61 атм., объединяется с отработанным газом регенерации из линии отвода отработанного газа регенерации IX, выходящим из сепаратора высокого давления 11 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 3,4 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 3,4, 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. Подготовленный газ по линии отвода подготовленного газа IV из адсорберов 3,4 поступает в фильтрующее устройство 9, где происходит улавливание унесенной потоком газа пыли адсорбента и затем поступает в магистральный газопровод. После завершения цикла адсорбции адсорберы 3, 4 переводят в цикл регенерации и далее - охлаждения.

В качестве газа регенерации и охлаждения используется часть потока исходного газа из линии подачи исходного газа I, отбираемого перед регулирующим клапаном 1. Газ охлаждения по линии подачи газа охлаждения II с расходом 113400 кг/ч проходит фильтр-сепаратор 8 и поступает в адсорбер 5 сверху вниз. 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°С (температурный режим печи зависит от вида адсорбента и избыточного давления режима регенерации) 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 III 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. Например, при содержании в насыщенном газе регенерации 0,87% мас. воды, что соответствует расходу 990,9 кг/ч воды при расходе газа регенерации 113400 кг/ч, температура гидратообразования насыщенного газа регенерации составляет 11°С. Выработка стабильного конденсата при температуре 11°С насыщенного газа регенерации составляет 8708 кг/ч, а количество топливного газа - 705 кг/ч.

При снижении температуры насыщенного газа регенерации до 5°С, в поток насыщенного газа регенерации подают ингибитор гидратообразования - метанол, в количестве 180 кг/ч. Метанол предотвратит образование гидратов при температуре насыщенного газа регенерации 5°С. При этом концентрация метанола в технической воде сепаратора высокого давления 15 составит 14% масс. При концентрации метанола в технической воде равной 14% температура замерзания составит минус 10°С, что не приведет к замерзанию технической воды в сепараторе высокого давления.

После подачи концентрированного метанола по линии подачи метанола XIII (первоначально метанол подается из подпиточной емкости 22) в количестве 180 кг/ч в поток насыщенного газа регенерации III между первым рекуперативным теплообменником 7 и пропановым холодильником 14, насыщенный газ регенерации по линии отвода насыщенного газа регенерации III направляют в пропановый холодильник 14 на охлаждение до температуры 5°С, а затем в сепаратор высокого давления 15, где от насыщенного газа регенерации отделяются техническая вода в количестве 1120 кг/ч с содержанием метанола 14% и углеводородный конденсат в количестве 9992 кг/ч.

Отработанный газ регенерации по линии отвода отработанного газа регенерации VII из сепаратора высокого давления 15 с расходом 102288 кг/ч объединяется с основным потоком газа по линии подачи исходного газа I, после регулирующего клапана 1.

Техническая вода по линии отвода технической воды XIV из сепаратора высокого давления 15 с содержанием метанола 14% в количестве 180 кг/ч и температурой 5°С поступает в блок регенерации метанола 23, с целью восстановления высококонцентрированного метанола (94% масс.) из технической воды, регенерированный метанол по линии отвода регенерированного метанола XV из блока регенерации метанола 23 поступает в поток насыщенного газа регенерации по линии отвода насыщенного газа регенерации III между пропановым холодильником 14 и первым рекуперативным теплообменником 7. При этом блок регенерации метанола 23 обеспечивает бесперебойную подачу концентрированного метанола (94% масс.) в поток насыщенного газа регенерации по линии отвода насыщенного газа регенерации III. Вследствие уноса метанола с отработанным газом регенерации и углеводородным конденсатом, предусмотрена подача свежего концентрированного метанола в поток насыщенного газа регенерации из подпиточной емкости 22. Поток технической воды по линии отвода технической воды XVI (концентрация метанола в технической воде по линии XVI составляет не более 6% масс.) из блока регенерации метанола 23 отводится в дренаж.

В случае вывода в резерв, ремонт и т.д. блока регенерации метанола 23 техническая вода из сепаратора высокого давления 15 по линии отвода технической воды XVII отводится в дренаж.

Нестабильный газовый конденсат по линии отвода газового конденсата X из сепаратора высокого давления 15 с расходом 9992 кг/ч проходит через дроссель 16, вследствие чего происходит дросселирование потока газового конденсата по линии отвода газового конденсата X со снижением температуры до минус 2°С и смешивается с потоком сбросного низконапорного газа IX, который утилизируется от сепаратора низкого давления 18 через компрессор 17 с температурой 132°С и давлением 8 ат., с целью дополнительного получения топливного газа и стабильного конденсата, далее общий газожидкостный поток с температурой 4,5°С поступает в сепаратор среднего давления 19, где поддерживается давление 7,3 ат. В сепараторе среднего давления 19 происходит за счет снижения давления частичная дегазация газового конденсата и при поступлении сбросного низконапорного газа дегазации IX в количестве 253 кг/ч на смешение с жидкой фазой - дополнительное выделение из жидкой фазы углеводородов в количестве 129 кг/ч (в большей степени легких газообразных компонентов) и одновременное поглощение углеводородов в количестве 124 кг/ч (в большей степени тяжелых компонентов) жидкими углеводородами. Выделившиеся при этом газ дегазации с расходом 810 кг/ч направляется в топливную сеть установки, а нестабильный газовый конденсат по линии отвода газового конденсата XI из сепаратора среднего давления 19 в количестве 9436 кг/ч проходит через дроссель 20, вследствие чего происходит дросселяция потока газового конденсата по линии отвода газового конденсата XI со снижением температуры до 2,3°С, и через промежуточный подогреватель 21, где нагревается до температуры 45°С, поступает в сепаратор низкого давления 18, в котором поддерживается давление 1,3 ат. для окончательной дегазации (стабилизации). Выделившийся при этом сбросной низконапорный газ дегазации IX с расходом 253 кг/ч утилизируется через компрессор 17 в сепаратор среднего давления 19, а поток стабильного конденсата по линии отвода стабильного конденсата XII из сепаратора низкого давления 18 с расходом 9183 кг/ч подается в резервуарный парк стабильного конденсата на хранение. В случае не работы компрессора 17 (ремонт, аварийная остановка и т.д.) сбросной низконапорный газ дегазации отводится по линии сброса газа на факел IX (А).