Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА ОТ ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ

Предлагаемое изобретение относится к газовой промышленности, конкретно к технологии производства сжиженного природного газа (далее - СПГ), а также к способам разделения газовых смесей с применением охлаждения, в частности природных газов.

В настоящее время при производстве СПГ существует проблема очистки природного газа от высококипящих компонентов (тяжелых углеводородов с содержанием С₂ и выше: этан, пропан, бутан и др.). Необходимость такой очистки обусловлена, с одной стороны, требованиями к составу сжиженного газа как товарного продукта, а с другой стороны, возможностью забивки технологического оборудования в процессе сжижения из-за кристаллизации и накапливания в процессе охлаждения в виде неиспаряющегося осадка тяжелых углеводородов, нарушающих его работу.

Известны основные технологические методы извлечения тяжелых углеводородов из газа: низкотемпературная сепарация, низкотемпературная конденсация и масляная абсорбция при высоком давлении и низкой температуре.

Например, способ комплексной осушки и очистки попутного нефтяного газа центробежной сепарацией и мембранной фильтрацией с последующим вихревым сжижением (патент РФ на изобретение №2553922, опубл. 20.06.2015 г.) включает удаление водно-углеводородного конденсата, в том числе фракций С₅ и выше, кислых соединений H₂S и СО₂, включает газодинамическую сепарацию, при закрученной подаче исходного потока газа, мембранную технологию удаления кислых соединений. В указанном способе поступающий попутный нефтяной газ подвергают двухступенчатой осушке и очистке, причем первоначально производят удаление основного количества воды и тяжелых углеводородных фракций С₅ и выше в многоступенчатом основном центробежном сепараторе при низком давлении, доочищают в дополнительном центробежном сепараторе, а затем подвергают очистке методом мембранной технологии от кислых соединений H₂S и CO₂. Очищенную фракцию легких углеводородов подвергают вихревому энергоразделению в трехпоточной вихревой трубе, из которой образующийся холодный поток направляют на рекуперацию холода для охлаждения исходного потока попутного нефтяного газа, а затем выводят в качестве товарной сжиженной фракции. Отсепарированную фракцию горячего потока вихревой трубы направляют на рецикл на компрессию в смеси с предварительно отсепарированной легкой углеводородной фракцией. Горячий поток вихревой трубы выводят в качестве товарного топливного газа.

Указанный способ является капиталоемким, так как требует больших затрат на оборудование и реагенты, а также имеет место недостаточно глубокое извлечение тяжелых углеводородов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ частичного сжижения природного газа (патент РФ на изобретение №2543255, опубл. 20.11.2014 г.), включающий предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления. После охлаждения прямой поток дросселируют и разделяют в ректификационной колонне на жидкую фракцию и паровую. Паровую фракцию направляют на реконденсацию с последующим направлением части реконденсированного продукционного потока в ректификационную колонну в качестве флегмового орошения, а также дросселированием другой части реконденсированного продукционного потока и разделением ее на жидкостную фазу, являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу, направляемую далее в качестве обратного потока для охлаждения прямого потока. Жидкую фракцию из ректификационной колонны расширяют и за счет реконденсации паровой фракции из ректификационной колонны испаряют, далее нагревают прямым потоком, а после повторного дросселирования направляют в обратный поток.

К недостаткам данного способа можно отнести использование дорогостоящего оборудования, недостаточно глубокое извлечение тяжелых углеводородов при их небольшом содержании в природном газе, а также снижение производительности установки по СПГ.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности очистки природного газа от тяжелых углеводородов и снижение энергетических затрат на его производство путем использования естественных условий для отделения примесей газа, вводимого в турбодетандер.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе очистки природного газа от тяжелых углеводородов природный газ отбирают из магистрального газопровода, подвергают предварительной осушке, удаляют пары воды и направляют в турбодетандер для последующего охлаждения. Входящий в турбодетандер холодный поток газа направляют в корпус сетчатого фильтра, резко изменяют направление потока газа на 90°, что приводит к отделению частиц тяжелых углеводородов от основного потока газа, накапливают в корпусе фильтра и сливают через специальное отверстие в нем, затем поток подают в корпус направляющего аппарата турбодетандера, охлаждают поток в процессе омывания внешних поверхностей ламелей направляющего аппарата, тяжелые углеводороды, не отделившиеся от основного потока в фильтре, конденсируют, накапливают в нижней части корпуса направляющего аппарата и отводят через специальное отверстие в нем.

В способе очистки природного газа от тяжелых углеводородов примеси тяжелых углеводородов, отводимые через дренаж в нижней части корпуса фильтра, подают в распределительный газопровод.

Также в способе очистки природного газа от тяжелых углеводородов тепло от потока, циркулирующего в корпусе направляющего аппарата турбодетандера, отводят с помощью хладагента, помещенного в полости ламелей направляющего аппарата.

Кроме того, в способе очистки природного газа от тяжелых углеводородов тепло от потока, циркулирующего в корпусе направляющего аппарата турбодетандера, отводят через материал ламелей с повышенной теплопроводностью.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является то, что при описанном способе очистки природного газа от тяжелых углеводородов не требуется установка дополнительного оборудования очистки газа, а используются физические свойства существующего оборудования, в результате чего снижаются затраты на производство СПГ. В предлагаемом способе тяжелые примеси углеводородов не накапливаются на поверхностях (лопастях) турбодетандера, снижается риск дисбаланса лопастей турбодетандера и выхода из строя его деталей, при этом качество производимого СПГ соответствует предъявляемым потребительским качествам. В предлагаемом способе тяжелые примеси углеводородов, характеризующиеся большой теплотой сгорания, сливаются в газораспределительную сеть потребителю, повышая тем самым калорийность газа.

Схема для реализации способа очистки природного газа от тяжелых углеводородов (см. чертеж) включает в себя:

1 - приемное устройство,

2 - турбодетандер,

3 - сетчатый фильтр,

4 - ламели направляющего аппарата,

5 - конденсат тяжелых углеводородов,

6 - отверстие в нижней части корпуса турбодетандера;

7 - отверстие в нижней части корпуса фильтра.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Отобранный из сети газ высокого давления перед сжижением очищают от пыли в фильтре, пропускают через адсорбер (для удаления влаги), пропускают через фильтр для очистки от частиц адсорбента и направляют через приемное устройство 1, где входящий поток газа проходит через сетчатый фильтр 3, состоящий из металлического корпуса, внутри которого находится фильтрующая вставка, состоящая из слоев сетки. В фильтре частицы тяжелых углеводородов отделяются от основного потока метана (газа-носителя) вследствие резкого изменения направления, отделенная часть тяжелых углеводородов сливается через отверстие в нижней части корпуса фильтра 7 в распределительный газопровод. Далее природный газ подается в кольцевой канал корпуса детандера на входе в направляющий аппарат турбодетандерного агрегата 2, где охлаждается при контакте с внешней стороной ламелей 4 направляющего аппарата до температуры -110°, при этом тяжелые углеводороды концентрируются 5, накапливаются в корпусе турбодетандерного агрегата и затем отводятся через дренаж в нижней части корпуса фильтра 6 и подаются в газовую сеть потребителю для повышения калорийности газа. Затем очищенный таким образом природный газ направляется на лопатки турбины, выполненные из материала с высокой теплопроводностью, турбодетандерного агрегата для выработки холода при адиабатном расширении с отдачей внешней работы, при этом часть холода отводится к входящему потоку природного газа благодаря высокой теплопроводности материала ламелей для охлаждения входящего потока природного газа до температуры конденсации нежелательных примесей тяжелых углеводородов.