Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕКОНСТРУКЦИИ УСТАНОВКИ НТС С ЦЕЛЬЮ ИСКЛЮЧЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ФАКЕЛЬНЫХ ГАЗОВ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к способам реконструкции действующих установок низкотемпературной сепарации (НТС) и может быть использовано в газовой промышленности.

Необходимость реконструкции действующих установок НТС связана с низким выходом подготовленного газа, большим количеством факельных газов и малой степенью извлечения тяжелых углеводородов. Известные способы реконструкции предусматривают мероприятия по снижению температуры на стадии низкотемпературной сепарации за счет установки дополнительного холодильного или компрессорного оборудования.

Известен способ реконструкции установки низкотемпературной сепарации газа, включающей блоки входной и низкотемпературной сепарации, узлы рекуперации холода и редуцирования, а также блок стабилизации конденсата, заключающийся в установке на линии подачи газа входной сепарации в узел рекуперации холода компрессорной станции для дополнительного сжатия газа [Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1999. с. 307].

К недостаткам известного способа относятся высокие капитальные и эксплуатационные затраты, а также низкая эффективность разделения компонентов сырого газа на реконструированной установке.

Известен способ реконструкции установки низкотемпературной сепарации газа, включающей [Гриценко А.И., Истомин В.А., Кульков А.Н., Сулейманов Р.С. Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России. М.: ООО "Издательство «Недра", 1999. с. 379], включающей блоки входной и низкотемпературной сепарации, узлы рекуперации холода и редуцирования, а также блок дегазации конденсата, заключающийся в установке холодильника на линии подачи газа входной сепарации, обычно на байпасе рекуперативного теплообменника.

К недостаткам данного способа также относятся высокие капитальные затраты и эксплуатационные расходы из-за использования дорогостоящего холодильного оборудования, а также большое количество факельных газов, образующихся на реконструированной установке.

Наиболее близок по технической сущности к заявляемому изобретению способ реконструкции установки низкотемпературной сепарации [RU 2683091, опубл. 26.03.2019 г., МПК B01D 3/14, C10G 5/00, F25J 3/00], включающий установку дефлегматора (тепломассообменного аппарата) на линии подачи газа входной сепарации из узла рекуперации в узел редуцирования, при этом дефлегматор, охлаждается противоточно подаваемым газом низкотемпературной сепарации, а узел рекуперации оснащен линиями подачи в качестве хладоагентов частично нагретого в дефлегматоре газа низкотемпературной сепарации и редуцированной смеси конденсатов и соединен с блоком дегазации конденсата линией подачи нагретой редуцированной смеси конденсатов.

Недостатками способа являются его неэффективность при давлении на участке между узлами рекуперации и редуцирования выше критического, при котором массообмен в дефлегматоре не происходит или нестабилен, а также образование большого количества факельных газов и, следовательно, низкий выход подготовленного газа.

Задачей изобретения является предотвращение образования факельных газов, увеличение выхода подготовленного газа и жидких продуктов независимо от давления, при котором происходит подготовка газа.

В качестве технического результата достигается предотвращение образования факельных газов, увеличение выхода подготовленного газа и жидких продуктов за счет установки дефлегматора с редуцирующим устройством после узла редуцирования, а также за счет размещения тепломассообменного аппарата предложенной конструкции перед блоком дегазации конденсата, что позволяет не только возвратить часть легких углеводородов в поток подготовленного газа, но и снизить температуру подготовки газа, кроме того, осуществляют соединение линии вывода газов из блока дегазации конденсата, оборудованной компрессором, с линией вывода подготовленного газа с установки, что также увеличивает выход подготовленного газа и исключает образование факельных газов.

Предложено два варианта способа, отличающихся отсутствием/наличием низкотемпературного сепаратора.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в известном способе, включающем установку дефлегматора, охлаждаемого противоточно подаваемым в его тепломассообменную секцию газом, особенностью является то, что дефлегматор устанавливают после узла редуцирования взамен низкотемпературного сепаратора и оснащают редуцирующим устройством, расположенным на линии подачи в его тепломассообменную секцию смеси газа дефлегмации из верха дефлегматора и отходящего газа из верха контактной секции, а перед блоком дегазации конденсата размещают тепломассообменный аппарат с горизонтальной отпарной и вертикальной контактной секциями, в котором отпарная секция имеет поверхность раздела фаз, образующую паровое пространство и пространство для жидкости с горизонтальным трубным пучком, входная и выходная части которого соединены с линией подачи газа входной сепарации до и после узла рекуперации, соответственно, при этом низ пространства для жидкости со стороны входной части трубного пучка соединен с блоком дегазации конденсата линией подачи отпаренного продукта, а верх парового пространства со стороны выходной части трубного пучка соединен с нижней частью контактной секции, которая соединена также со входным сепаратором и дефлегматором линиями подачи углеводородных конденсатов, кроме того, линию вывода газов из блока дегазации конденсата оборудуют компрессором и соединяют с линией вывода подготовленного газа с установки после узла рекуперации.

Второй вариант отличается установкой дефлегматора с редуцирующим устройством, охлаждаемого противоточно подаваемым в его тепломассообменную секцию газом низкотемпературной сепарации, между узлом редуцирования и низкотемпературным сепаратором.

Контактная секция оснащена насадочными или тарельчатыми контактными устройствами, а в пространстве отпарной секции, заполненном жидкостью, установлены направляющие перегородки, обеспечивающие противоточное движение паровой и жидкой фаз и отсутствие застойных зон. В качестве редуцирующих устройств могут быть установлены дроссельные вентили, газодинамические устройства или детандеры. В обоих вариантах между узлами рекуперации и редуцирования может быть размещен сепаратор, соединенный линией подачи остатка сепарации с контактной секцией тепломассообменного аппарата, а линией подачи газа - с узлом редуцирования.

Размещение дефлегматора взамен низкотемпературного сепаратора (вариант 1) или между узлом редуцирования и низкотемпературным сепаратором (вариант 2) позволяет использовать холод редуцированного газа для дефлегмации газа входной сепарации и фракционирования флегмы, что приводит к обогащению подготовленного газа легкими компонентами, увеличивая его выход, и к обогащению флегмы тяжелыми компонентами, увеличивая выход жидких продуктов и снижая количество газа дегазации конденсата, что снижает энергозатраты на его сжатие и подачу в качестве компонента в поток подготовленного газа и дополнительно увеличивает его выход.

Установка в обоих вариантах тепломассообменного аппарата описанной конструкции перед блоком дегазации позволяет осуществить в контактной секции массообмен между движущимися противотоком углеводородными конденсатами и парами, поступающими из межтрубного пространства отпарной секции. Эти пары образуются за счет нагрева жидкой фазы, движущейся в межтрубном пространстве по направлению от места примыкания контактной секции к линии ее вывода, частью газа входной сепарации, который движется в противоположном направлении в трубном пространстве отпарной секции. При этом происходит противоточный тепломассообмен между паровой и жидкой фазами. Нагретую стабилизированную жидкую фазу выводят из низа межтрубного пространства со стороны входной части отпарной секции. При этом часть газа входной сепарации, движущаяся в трубном пространстве, охлаждается, из нее выпадает конденсат тяжелых углеводородов, далее образовавшуюся газо-жидкостную смесь направляют в линию газа входной сепарации после узла рекуперации. Горизонтальное расположение труб в отпарной секции принципиально важно, поскольку позволяет осуществить противоточный теплообмен между двумя двухфазными средами.

За счет массообмена в контактной секции смесь углеводородных конденсатов частично дегазируется, а легкие компоненты концентрируются в газе, выводимом из верха контактной секции в поток подготовленного газа, что увеличивает выход подготовленного газа и значительно уменьшает количество газа, выводимого из блока дегазации, что позволяет с небольшими затратами энергии компримировать его до давления подготовленного газа и смешать с последним, что предотвращает образование факельных газов и увеличивает выход подготовленного газа. За счет охлаждения в трубном пространстве отпарной секции части газа входной сепарации снижается температура в низкотемпературном сепараторе, вследствие чего увеличивается выход жидких продуктов.

Реконструкция действующей установки низкотемпературной сепарации газа по предлагаемому способу может быть осуществлена независимо от комплектации узлов и блоков установки тем или иным оборудованием.

При реконструкции действующей установки низкотемпературной сепарации газа (фиг. 1), состоящей, например, из входного 1 и низкотемпературного 2 сепараторов, узлов рекуперации 3 и редуцирования 4, устройств редуцирования конденсата 5 и 6, а также блока дегазации конденсата 7, в первом варианте взамен низкотемпературного сепаратора 2 размещают дефлегматор 8 (фиг. 2) с тепломассообменной секцией 9, соединенной с узлом рекуперации 3 и с верхом дефлегматора 8 линией подачи смеси газа дефлегмации 10 и отходящего газа из контактной секции, оснащенной редуцирующим устройством 11, осуществляют установку контактного аппарата 12 (изображен условно) с контактной 13 и отпарной 14 секциями, соединяют среднюю часть контактной секции 13 с линиями подачи углеводородных конденсатов входной сепарации 15 и дефлегмации 16 сепарации, а верхнюю часть - линией подачи отходящего газа 17 - с линией подачи газа дефлегмации, образуя линию 10. Входную часть трубного пространства отпарной секции 14 соединяют линией 18 с линией газа входной сепарации 19 перед узлом рекуперации 3, а выходную часть -линией 20 - с той же линией, но после узла 3. Низ трубного пространства отпарной секции 14 со стороны ее входной части линией 21 соединяют с блоком 7. Линию 22 вывода газа из блока 7 оборудуют компрессором 23 и соединяют с линией 10 после узла 2, образуя линию вывода подготовленного газа 24. Вновь устанавливаемое оборудование выделено серым цветом, а новые линии подключения показаны пунктиром. Линии подачи ингибитора гидратообразования и вывода водных конденсатов условно не показаны.

Второй вариант реконструкции (фиг. 3) отличается установкой дефлегматора 8 с редуцирующим устройством 11, охлаждаемого противоточно подаваемым в его тепломассообменную секцию 9 по линии 25 газом низкотемпературной сепарации, между узлом редуцирования 4 и низкотемпературным сепаратором 2, а также соединением низкотемпературного сепаратора 2 с контактной секцией 13 линией подачи конденсата 26.

При необходимости в обоих вариантах реконструкции между узлом рекуперации 3 и дефлегматором 8 на линии газа входной сепарации 19 может быть расположен промежуточный сепаратор 27, соединенный с узлом редуцирования 4 линией подачи газа 28, а с секцией 13 - линией подачи конденсата 29. На фиг. 4 в качестве примера показана установка сепаратора 27 для первого варианта реконструкции установки НТС.

При работе действующей установки сырой газ по линии 30 поступает во входной сепаратор 1, из которого по линии 15 выводят конденсат, а по линии 19 - газ, который через узлы рекуперации 3 и редуцирования 4 направляют в низкотемпературный сепаратор 2, из которого по линии 25 газ низкотемпературной сепарации подают в узел 3, где нагревают и затем выводят в качестве подготовленного газа по линии 24. Углеводородные конденсаты из сепараторов 1 и 2 по линиям 15 и 16, после редуцирования в устройствах 5 и 6, соответственно, подают в блок 7, где разделяют на газ, выводимый по линии 22, и стабильные жидкие продукты, например, пропан-бутановую фракцию и стабильный газовый конденсат, выводимые по линии 31 (условно показана одна линия).

При работе установки, реконструированной по варианту 1, сырой газ по линии 30 поступает во входной сепаратор 1, из которого по линии 15 выводят конденсат, а по линии 19 - газ, одну часть которого через узлы рекуперации 3 и редуцирования 4 направляют в дефлегматор 8, из которого выводят газ дефлегмации, смешивают его с отходящим газом, подаваемым по линии 17, смесь газов по линии 10 направляют в устройство 11, где редуцируют и затем подают в качестве хладоагента в тепломассообменную секцию 9, где нагревают и затем направляют в узел 3, где нагревают и выводят в качестве подготовленного газа по линии 24 после смешения со сжатым газом дегазации, подаваемым по линии 22 из блока 7 с помощью компрессора 23. Другую часть газа входной сепарации по линии 18 подают во входную часть трубного пространства отпарной секции 14 и возвращают из ее выходной части в виде газо-жидкостной смеси по линии 20 в линию газа входной сепарации 19 после узла 3. Углеводородные конденсаты из сепаратора 1 и дефлегматора 8 по линиям 15 и 16, после редуцирования в устройствах 5 и 6, соответственно, подают в контактную секцию 13 аппарата 12, в нижнюю часть которой из парового пространства отпарной секции 14 поступают пары легких углеводородов. С верха секции 13 по линии 17 в линию 10 выводят отходящий газ, а с низа секции 13 в секцию 14 поступает жидкая фаза, где нагревается частью газа входной сепарации, проходящего по трубному пространству, участвует в массообмене с парами, движущимися противоточно в паровом пространстве, при этом дополнительно дегазируется и выводится по линии 21 в блок 7, где разделяется на газ, выводимый по линии 22 в линию 24 с помощью компрессора 23, и стабильные жидкие продукты, например, пропан-бутановую фракцию и стабильный газовый конденсат, выводимые по линии 31 (условно показана одна линия).

Работа установки, реконструированной по второму варианту, отличается тем, что дефлегматор 8 охлаждают противоточно подаваемым в его тепломассообменную секцию 9 по линии 25 газом низкотемпературной сепарации, в низкотемпературный сепаратор 2 по линии 10 подают смесь газа дефлегмации из верха дефлегматора 8 и отходящего газа из верха контактной секции 13, а из низкотемпературного сепаратора 2 по линии 26 в контактную секцию 13 подают конденсат.

Работоспособность предложенного способа подтверждают примеры.

Пример 1. На существующей установке низкотемпературной сепарации при подготовке 102,3 тыс.нм³/час сырого газа, состава, % об.: азот 0,46; метан 90,27; этан 5,44; пропан 1,94; бутаны 0,68; пентаны 0,37; углеводороды С_{6+ВЫСШИЕ} 0,21; вода + метанол - остальное, подаваемого с входным давлением 10,0 МПа при температуре 8°С, получают 89,8 тыс.нм³/час подготовленного газа с температурой точки росы по углеводородам минус 59,2°С при 3,45 МПа и 3°С, 5,77 т/час газового конденсата с давлением насыщенных паров по Рейду 97,4 кПа, 2,20 т/час пропана-бутана автомобильного и 10,1 тыс.нм³/час факельных газов.

Пример 2. При реконструкции существующей установки по прототипу размещение дефлегматора перед узлом редуцирования не изменяет характеристику подготовленных продуктов в связи тем, что давление на участке между узлами рекуперации и редуцирования (9,9 МПа) выше критического (псевдокритическое давление газа входной сепарации 4,53 МПа).

Пример 3. При реконструкции существующей установки, описанной в примере 1, по первому варианту предложенного способа вместо низкотемпературного сепаратора после узла редуцирования устанавливают дефлегматор с дополнительным редуцирующим устройством, в который подают 100,7 тыс нм³/час предварительно охлажденного газа входной сепарации при минус 64,5°С и 4,1 МПа, а перед блоком дегазации устанавливают контактный аппарат с горизонтальной отпарной секцией, в контактную часть которого подают 3,93 т/час углеводородного конденсата входной сепарации и 15,67 т/час конденсата низкотемпературной сепарации, а во входную часть отпарной секции в качестве теплоносителя подают 22,2 тыс.нм³/час газа входной сепарации с температурой 8°С. 3,53 тыс.нм /час газов, выводимых из блока дегазации конденсата при 2,21 МПа сжимают компрессором с приводом расчетной мощностью 47,7 кВт и подают в линию подготовленного газа. При этом получают 99,1 тыс. нм³/час подготовленного газа при 3,45 МПа и -9,4°C с температурой точки росы по углеводородам минус 55,9°С, 5,47 т/час газового конденсата с давлением насыщенных паров по Рейду 98,4 кПа и 4,24 т/час пропан-бутана автомобильного. Факельные газы отсутствуют.

Пример 4. При реконструкции существующей установки, описанной в примере 1, по второму варианту предложенного способа перед низкотемпературным сепаратором после узла редуцирования устанавливают дефлегматор с дополнительным редуцирующим устройством, в который подают 100,9 тыс нм³/час предварительно охлажденного газа входной сепарации при минус 67,6°С и 4,1 МПа, а перед блоком дегазации устанавливают контактный аппарат с горизонтальной отпарной секцией, в контактную часть которого подают 3,93 т/час углеводородного конденсата входной сепарации, 1,42 т/час углеводородного конденсата низкотемпературной сепарации, и 17,27 т/час конденсата низкотемпературной сепарации, а во входную часть отпарной секции в качестве теплоносителя подают 22,2 тыс.нм /час газа входной сепарации с температурой 8°С. 5,4 тыс. нм³/час газов, выводимых из блока дегазации конденсата при 2,21 МПа сжимают компрессором с приводом расчетной мощностью 63,7 кВт и подают в линию подготовленного газа. При этом получают 99,2 тыс. нм³/час подготовленного газа при 3,45 МПа и -3,3°C с температурой точки росы по углеводородам минус 54,7°С, 5,41 т/час газового конденсата с давлением насыщенных паров по Рейду 98,4 кПа и 4,12 т/час пропан-бутана автомобильного. Факельные газы отсутствуют.

Таким образом, предложенный способ позволяет предотвратить образование факельных газов, увеличить выход жидких продуктов и подготовленного газа, в связи с чем может быть рекомендован для использования в газовой промышленности.