Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПРИМИРОВАНИЯ ГАЗА

Изобретение относится к способам и устройствам для компримирования газа и может быть использовано в нефтегазовой и других отраслях промышленности для компримирования газа, содержащего пары малолетучих (тяжелых) компонентов, в том числе попутного нефтяного газа, с получением сжатого газа и конденсата тяжелых компонентов.

Известен способ компримирования газа [Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. - 3-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.8] путем сжатия в струйном компрессоре рабочей средой, в качестве которой используют газ или жидкость, и последующей сепарации компрессата с получением сжатого газа, конденсата или отработанной рабочей среды в смеси с конденсатом. Способ осуществляют с использованием устройства, состоящего из струйного компрессора, оснащенного линиями ввода газа и рабочей среды и соединенного линией подачи смеси компрессата и рабочей среды с сепаратором, оборудованным линиями вывода сжатого газа и конденсата (или смеси конденсата с отработанной рабочей средой).

Основным недостатком известных способа и устройства являются большие энергозатраты из-за низкого к.п.д. струйных аппаратов. Кроме того, получаемый сжатый газ загрязнен компонентами рабочей среды, а конденсат является нестабильным и имеет высокое давление насыщенных паров.

Наиболее близки по технической сущности к заявляемому изобретению способ и устройство для компримирования газа [Дронин А.П., Пугач И.А. Технология разделения углеводородных газов, М.: Химия, 1976 г., с.31], которое состоит из компрессора, оснащенного линией ввода газа и линией вывода компрессата, на которой установлен холодильник, оборудованный линиями ввода/вывода внешнего хладоагента, соединенный линией подачи охлажденного компрессата с сепаратором, оборудованным линиями вывода сжатого газа и конденсата. При этом газ сжимают с помощью компрессора с получением компрессата, который охлаждают внешним хладоагентом (например, водой или воздухом) и сепарируют с получением сжатого газа и конденсата. При компримировании газа, образующего расслаивающийся конденсат, его сепарируют с получением легкого и тяжелого конденсатов, а сепаратор дополнительно оборудуют линией вывода легкого конденсата. При компримировании попутного нефтяного газа, при необходимости, из сжатого газа путем дросселирования может быть получен топливный газ для газопоршневых установок.

Недостатками известных способа и устройства являются:

- относительно высокая температура сжатого газа, что затрудняет его дальнейшую переработку, например, путем адсорбционной очистки, низкотемпературной сепарации и пр.,

- высокое давление насыщенных паров конденсата из-за растворения в нем компонентов газа, что затрудняет его дальнейшее использование,

- потери тяжелых компонентов (например, углеводородов C₅₊ при компримировании попутного нефтяного газа),

- высокая температура точки росы по воде и углеводородам топливного газа, получаемого дросселированием сжатого попутного нефтяного газа, что затрудняет эксплуатацию газопоршневых установок.

Задачей изобретения является снижение температуры сжатого газа, снижение давления насыщенных паров конденсата, уменьшение потерь тяжелых компонентов, а также получение из попутного нефтяного газа топливного газа со сниженной температурой точки росы по воде и углеводородам.

При реализации изобретения в качестве технического результата достигается:

- увеличение объемного выхода сжатого газа, уменьшение потерь тяжелых компонентов со сжатым газом и снижение давления насыщенных паров конденсата за счет охлаждения компрессата в дефлегматоре,

- снижение температуры сжатого газа, а также получение из попутного нефтяного газа топливного газа со сниженной температурой точки росы по воде и углеводородам за счет дополнительного охлаждения компрессата в дефлегматоре топливным газом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем сжатие газа с помощью компрессора, охлаждение компрессата внешним хладоагентом и его сепарацию с получением сжатого газа и конденсата, особенность заключается в том, что охлаждение компрессата осуществляют в дефлегматоре, при этом компрессат после охлаждения внешним хладоагентом подвергают дополнительному противоточному охлаждению дросселированной циркулирующей частью сжатого газа, сжатый газ разделяют на балансовую и циркулирующую части, последнюю дросселируют и подают в качестве хладоагента в дефлегматор, а в качестве конденсата получают стабилизированный конденсат.

Стабилизированный конденсат может быть при необходимости дополнительно охлажден до температуры транспортировки или переработки.

При компримировании газа, образующего при охлаждении расслаивающийся конденсат, последний целесообразно дополнительно сепарировать.

Предлагаемый способ осуществляют с помощью устройства, состоящего из компрессора, оснащенного линией ввода газа и линией подачи компрессата, на которой установлен холодильник, оборудованный линиями ввода/вывода внешнего хладоагента, и сепаратор, оснащенный линией вывода сжатого газа, особенность которого заключается в том, что в качестве холодильника и сепаратора установлен дефлегматор, низ которого оборудован линией вывода стабилизированного конденсата, при этом в верхней части дефлегматора размещен тепломассообменный блок, верх которого соединен линией подачи топливного газа, оборудованной дроссельным устройством, с линией вывода сжатого газа, а низ оснащен линией вывода топливного газа, а в средней части дефлегматора выше линии подачи компрессата размещен тепломассообменный блок, оборудованный линиями ввода/вывода внешнего хладоагента.

Для охлаждения стабилизированного конденсата на линии вывода последнего может быть дополнительно установлен холодильник.

Для вывода легкого конденсата при компримировании газа, образующего при охлаждении конденсат, расслаивающийся на легкий и тяжелый конденсаты, низ дефлегматора целесообразно дополнительно оборудовать линией вывода легкого конденсата, при этом линия вывода конденсата служит линией вывода тяжелого конденсата.

В предлагаемом способе охлаждение компрессата, осуществляемое в дефлегматоре, оборудованном тепломассообменными блоками, позволяет сконденсировать тяжелые компоненты газа с образованием флегмы, а также осуществить фракционирование последней, за счет чего уменьшить потери тяжелых компонентов со сжатым газом, увеличить объемный выход последнего и снизить давление насыщенных паров конденсата.

Дополнительное противоточное охлаждение компрессата топливным газом, охлаждаемым при дросселировании за счет эффекта Джоуля-Томпсона до температуры более низкой, чем температура внешнего хладоагента, позволяет дополнительно снизить температуру сжатого газа и получить топливный газ со сниженной температурой точки росы по воде и углеводородам.

Оснащение устройства взамен холодильника и сепаратора дефлегматором, оборудованным двумя тепломассообменными блоками, охлаждаемыми топливным газом и внешним хладоагентом, позволяет осуществить предложенный способ и достичь заявленного технического результата за счет использования вторичного энергоресурса - тепла компрессата, которое в известных способах безвозвратно теряется.

В качестве дефлегматора может быть использован, например, фракционирующий аппарат с падающей пленкой.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом (фиг.). Газ (I) сжимают компрессором 2, компрессат (II) охлаждают в условиях дефлегмации сначала внешним хладоагентом (III) в тепломассообменном блоке 3 дефлегматора 4, затем топливным газом (IV) в тепломассообменном блоке 5, с верха дефлегматора 4 выводят сжатый газ (V), который разделяют на балансовую часть (VI), которую выводят с установки, и циркулирующую часть (VII), которую дросселируют с помощью устройства 6 (условно показан дроссельный вентиль), полученным охлажденным топливным газом (VIII) охлаждают компрессат в верхнем тепломассообменном блоке 5 и выводят с установки. Из низа дефлегматора выводят стабилизированный конденсат (IX).

Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером.

5000 нм³/час попутного нефтяного газа состава, % масс.: азот 4,12%, кислород 0,05%, диоксид углерода 1,33%, вода менее 0,01%, сероводород 0,02%, метан 24,47%, этан 20,11%, пропан 22,38%, C₄ 15,10%, C₅ 9,92%, C₆₊ 2,48%, метил- и этил меркаптаны 0,002%, с температурой 40°C и давлением 0,58 МПа изб. сжимают до 3,53 МПа изб., компрессат с температурой 150,9°C, охлаждают атмосферным воздухом и топливным газом в условиях дефлегмации и получают 1,33 т/час конденсата с давлением насыщенных паров по Рейду 1116 кПа и 4469 нм³/час сжатого газа с температурой 35,7°C, часть которого дросселируют до 0,58 МПа изб. и получают 2000 нм³/час топливного газа с метановым индексом 45,5 (норма 44,5), температурой точки росы по воде -11,9°C и по углеводородам -5,4°C. Потери углеводородов C₅₊ составили 0,151 т/час.

При компримировании газа в соответствии с прототипом в аналогичных условиях получено 1,63 т/час углеводородного конденсата с давлением насыщенных паров по Рейду 1688 кПа и 4259 нм³/час сжатого газа с температурой 40,1°C, дросселированием части которого получено 2000 нм³/час топливного газа с метановым индексом 45,9, температурой точки росы по воде -11,7°C и по углеводородам 1,6°C. Потери углеводородов C₅₊ со сжатым газом составили 0,572 т/час.

Из примера следует, что предложенные способ и устройство позволяют снизить температуру сжатого газа, снизить давление насыщенных паров конденсата, уменьшить потери тяжелых компонентов, а также получить топливный газ с пониженной температурой точки росы по воде и углеводородам. Изобретение может быть использовано в нефтегазовой и других отраслях промышленности.