Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА

Изобретение относится к способам подготовки углеводородных газов, а именно к способу подготовки природного и попутного нефтяного газа к транспорту или переработке методом низкотемпературной сепарации, и может быть использовано в нефтегазовой промышленности.

Известен способ низкотемпературной сепарации газа [Николаев В.В. и др. Основные процессы физической и физико-химической переработки газа. - М.: ОАО ″Издательство ″Недра″, 1998, с.6], включающий предварительную сепарацию сырого газа с получением газа сепарации, углеводородного конденсата и водного раствора ингибитора гидратообразования, охлаждение газа сепарации в рекуперативных теплообменниках холодным отсепарированным (товарным) газом и выветренным конденсатом, смешение охлажденного газа сепарации с газом выветривания, дросселирование полученной смеси, ее сепарацию с получением холодного товарного газа, выводимого с установки после нагрева сырым газом, и конденсата, который дросселируют и затем сепарируют с получением газа выветривания и выветренного конденсата, направляемого на охлаждение сырого газа и последующую стабилизацию в смеси с углеводородным конденсатом, а также отработанного водного раствора ингибитора гидратообразования.

Необходимость и точки ввода ингибитора гидратообразования определяют в соответствии с составом сырого газа и технологическим режимом работы установки. Смесь водных растворов ингибитора гидратообразования направляют на регенерацию.

Недостатками известного способа являются:

- высокие потери легких компонентов товарного газа из-за их растворения в углеводородном конденсате и выветренном конденсате,

- низкая степень извлечения тяжелых углеводородов из-за отсутствия промежуточной сепарации охлажденного сырого газа,

- потеря давления охлажденного сырого газа на сжатие газа выветривания, что имеет следствием снижение эффективности низкотемпературной сепарации.

Наиболее близок по технической сущности к заявляемому изобретению и широко используется способ низкотемпературной сепарации газа, который позволяет уменьшить потери товарного газа за счет частичной стабилизации конденсата [Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М.: ООО ″Недра-Бизнесцентр″, 1999, с.290]. Способ предусматривает трехступенчатую сепарацию, включающую сепарацию сырья (сырого газа) на первой ступени с получением газа и конденсата, охлаждение газа первой ступени сепарации частично нагретым газом третьей ступени сепарации, его сепарацию на второй ступени сепарации с получением газа и конденсата, при этом последний смешивают с конденсатом первой ступени сепарации и разделяют с получением газа отдувки и смеси нестабильных конденсатов. Газ второй ступени сепарации охлаждают газом третьей ступени сепарации, смешивают с газом отдувки, полученной смесью эжектируют газ выветривания, а затем дросселируют и сепарируют на третьей ступени сепарации с получением газа, выводимого с установки после последовательного нагрева газом второй и первой ступени сепарации, и конденсата, который дросселируют и сепарируют с получением газа выветривания и дросселированного конденсата, который смешивают со смесью нестабильных конденсатов и выводят с установки.

При низкотемпературной сепарации влажного газа предусматривают ввод антигидратообразователя в потоки газа перед второй и третьей ступенями сепарации и вывод отработанного водного раствора антигидратообразователя с низа каждого из сепараторов и далее с установки.

Недостатками известного способа являются:

- высокие потери легких компонентов товарного газа, растворенных в смеси нестабильных конденсатов,

- низкая степень извлечения тяжелых углеводородов из-за отсутствия сепарации охлажденного газа второй ступени сепарации перед его дросселированием,

- потеря давления охлажденного газа второй ступени сепарации на сжатие газа выветривания, что имеет следствием снижение эффективности низкотемпературной сепарации,

- вывод с установки нестабильного конденсата и отработанного водного раствора антигидратообразователя (в случае применения антигидратообразователя), при низкой температуре, что приводит к ухудшению энергоэффективности процесса из-за отсутствия рекуперации холода указанных потоков, а при дальнейшей их переработке - к повышенной нагрузке на колонну деэтанизации нестабильного конденсата и к потерям компонентов газа, растворенных в отработанном водном растворе антигидратообразователя.

Задача изобретения - увеличение выхода товарного газа, повышение степени извлечения тяжелых компонентов, исключение эжектирования газа выветривания.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа:

- увеличение выхода товарного газа и повышение степени извлечения тяжелых углеводородов за счет дефлегмации газа первой ступени сепарации, что позволяет уменьшить содержание в нем тяжелых углеводородов, а также нагреть конденсат третьей ступени сепарации и уменьшить содержание в нем легких компонентов товарного газа,

- исключение эжектирования газа выветривания за счет осуществления выветривания смеси конденсатов в трехфазном сепараторе при давлении, близком к давлению первой и второй ступени сепарации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем трехступенчатую сепарацию сырого газа с получением на первой ступени конденсата и газа первой ступени сепарации, который охлаждают товарным газом и сепарируют на второй ступени с получением конденсата и газа второй ступени сепарации, который смешивают с газом выветривания, дросселируют и сепарируют на третьей ступени с получением товарного газа, который выводят с установки после нагрева газом первой ступени сепарации, и углеводородного конденсата третьей ступени сепарации, который подвергают выветриванию с получением газа выветривания и нестабильного конденсата, выводимого с установки, особенностью является то, что на первой ступени в качестве конденсата получают углеводородный конденсат и водный конденсат, который выводят с установки, вторую ступень сепарации осуществляют с использованием дефлегматора, верхняя часть которого оборудована двумя секциями тепломассообменных элементов, при этом газ первой ступени сепарации направляют в дефлегматор, где подвергают дефлегмации за счет противоточного косвенного охлаждения товарным газом и конденсатом третьей ступени сепарации, подаваемыми в секции тепломассообменных элементов, а нагретый в дефлегматоре конденсат третьей ступени сепарации подвергают выветриванию совместно с углеводородным конденсатом и конденсатом второй ступени сепарации при давлении, близком к давлению первой и второй ступеней сепарации, при этом дополнительно получают водный конденсат, который выводят с установки.

При необходимости предусматривают подачу ингибитора гидратообразования в сепарируемые потоки перед второй и/или третьей ступенями сепарации и вывод отработанного водного раствора ингибитора гидратообразования с установки.

Дефлегмация газа первой ступени сепарации за счет противоточного косвенного охлаждения товарным газом и конденсатом третьей ступени сепарации позволяет уменьшить содержание тяжелых компонентов в газе второй ступени сепарации, за счет чего повысить степень их извлечения и снизить температуру точки росы товарного газа.

Дополнительным эффектом использования товарного газа и конденсата третьей ступени сепарации в качестве хладоагентов при дефлегмации является полная рекуперация холода, полученного при дросселировании, и увеличение эффективности низкотемпературной сепарации.

Выветривание конденсата третьей ступени сепарации совместно с конденсатами первой и второй ступеней сепарации при давлении, близком к давлению первой и второй ступеней сепарации, позволяет исключить эжектирование газа выветривания, предотвратить потерю давления на его сжатие и повысить работоспособность установки при снижении давления сырого газа.

Дефлегмацию газа осуществляют известным способом, например путем конденсации флегмы (тяжелых компонентов газа) на вертикальных наружных поверхностях тепломассообменных элементов, например радиально-спирального типа, при противоточном косвенном охлаждении газа хладоагентами - товарным газом и конденсатом третьей ступени сепарации, подаваемыми во внутреннее пространство тепломассообменных элементов. При этом осуществляется также фракционирование флегмы, стекающей в виде пленки противотоком к потоку газа.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом (см. чертеж). Сырой газ (I) поступает в сепаратор первой ступени 1, из низа которого выводят водный (II) и углеводородный (III) конденсаты, а из верха - газ первой ступени сепарации (IV), который подают в сепарационную зону дефлегматора 2 и подвергают дефлегмации в верхней части дефлегматора за счет охлаждения газом (V) и конденсатом (VI) третьей ступени сепарации, подаваемыми противотоком во внутреннее пространство секций тепломассообменных элементов, с получением газа (VII) и конденсата (VIII) второй ступени сепарации, а также нагретого конденсата третьей ступени сепарации (IX) и товарного газа (X).

Газ второй ступени сепарации (VII) смешивают с газом выветривания (XI), дросселируют с помощью дроссельного устройства 3 и сепарируют в сепараторе третьей ступени 4 с получением газа (V) и конденсата (VI) третьей ступени сепарации, которые подают в дефлегматор 2, при этом конденсат третьей ступени сепарации (VI) подают с помощью насоса 5. Нагретый конденсат третьей ступени сепарации (IX) подают в трехфазный сепаратор 6 совместно с углеводородным конденсатом первой ступени сепарации (III) и конденсатом второй ступени сепарации (VIII), где разделяют с получением газа выветривания (XI), а также нестабильного конденсата (XIII) и водного конденсата (XIV), выводимых с установки.

При необходимости в линии газа первой (IV) и/или второй (VII) ступеней сепарации подают ингибитор гидратообразования (XII) (показано пунктиром), в этом случае отработанный раствор ингибитора гидратообразования (XIV) выводят с установки.

Работоспособность предлагаемого способа иллюстрируется следующим примером. Компримированный и охлажденный сырой газ (компрессат) состава, % об.: азот 0,70; углекислый газ 1,13; метан 68,8; этан 12,86; пропан 8,43; изо-бутан 1,50; н-бутан 3,63; изо-пентан 0,5; н-пентан 1,0, гексан и высшие 1,45, в количестве 44,3 тыс. нм³/час при температуре 40°C и давлении 5,5 МПа сепарируют на первой ступени с получением 5,06 т/час конденсата и 42,0 тыс. нм³/час газа первой ступени сепарации, последний подают в нижнюю часть дефлегматора с двумя встроенными тепломасообменными секциями, в которые в качестве хладоагента противотоком подают газ и конденсат третьей ступени сепарации в качестве хладоагентов. С верха дефлегматора выводят 39,4 тыс. нм³/час газа второй ступени сепарации с температурой 12,4°C, смешивают его с газом выветривания, дросселируют смесь до 1,65 МПа и далее сепарируют с получением 1,38 т/час конденсата и 38,7 тыс. нм³/час газа третьей ступени сепарации с температурой -13,9°C, который после нагрева в дефлегматоре выводят с установки в качестве товарного газа. Углеводородные конденсаты первой и второй ступени сепарации подвергают выветриванию в трехфазном сепараторе совместно с конденсатом третьей ступени сепарации, подаваемым с помощью насоса, с получением 11,8 т/час нестабильного конденсата. Выход товарного газа с температурой точки росы по углеводородам -13,9°C составил 87,5% об. При этом степень извлечения углеводородов C₄₊ составила 74,1% масс.

В условиях прототипа выход товарного газа с температурой точки росы по углеводородам -6,2°C составил 84,9% об., а степень извлечения углеводородов C₄₊ - 66,6%.

Таким образом, приведенный пример свидетельствует, что предлагаемый способ позволяет снизить температуру точки росы товарного газа, а также увеличить выход товарного газа и извлечение тяжелых компонентов.