Способ высокотемпературной переработки газового конденсата и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: газовый конденсат перерабатывают в плазменной струе газоконденсата. Полученные продукты закаливают сжиженным углеводородом с одновременным дросселированием и повторно закаливают сжиженным углеводородом. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к переработке газонефтепродуктов и может быть использовано для получения серы, сероуглерода, сажи, газообразных углеводородов из газового конденсата газоконденсатных месторождений.

Известен способ переработки газового конденсата, включающий разделение газового конденсата на жидкие и газообразные нефтепродукты с осушкой их от диоксида углерода СО₂ и сероводорода H₂S аминами с последующим окислением последнего в ректификационных колонках для получения серы или серной кислоты [1].

Известный способ имеет достаточно высокую производительность, однако сложен в осуществлении, так как требует строительства специальных заводов по переработке газового конденсата и переработке сероводорода с весьма несовершенной технологией конверсии последнего с образованием сернистого газа SO₂ последующего получения из него серы или серной кислоты. Для разделения углеводородов и очистки их от СО₂ и H₂S требуется производство аминов, представляющих производные продукты тех же углеводородов, получаемых на специализированных химических заводах.

Известно устройство для высокотемпературной переработки сероводорода, содержащее плазмотрон с устройством ввода плазмообразующего нейтрального газа, аргона, водоохлаждаемую реакционную камеру, выполненную с полыми стенками и с патрубками подвода и отвода охлаждающей воды, полость реакционной камеры соединена с патрубком для подачи сероводорода, нижняя части реакционной камеры примыкает к дросселирующему устройству, сообщающемуся с емкостью для сбора конечной продукции, в которой установлены водяные трубчатые теплообменники, а в днище выполнены устройства выгрузки твердых и газообразных продуктов [2].

Известное устройство имеет сложную конструкцию из-за наличия большого количества оборудования для охлаждения и очистки воды, а также не обеспечивает экологическую безопасность из-за возможности образования в нем токсичных соединений азота, находящегося в составе конденсата, с углеродом из углеводородных примесей сероводорода, которые могут выделяться в окружающую среду.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является способ высокотемпературной переработки жидкого нефтяного сырья путем его диссоциации в плазменной струе водорода с последующей закалкой полученных продуктов [3].

Известный способ имеет невысокую производительность и сложность переработки сырья за счет использования дефицитного водорода, что в сочетании с закалкой продуктов диссоциации водой может создать условия для образования перекис водорода Н₂О₂, вызывающей высокоскоростную коррозию используемого оборудования системы.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является устройство для высокотемпературной переработки газового конденсата, содержащее плазмотрон с тангенциальным вводом плазмообразующего газа, встроенный в стенку охлаждаемой реакционной камеры, выполненной с полой стенкой, имеющей патрубки подвода и отвода охлаждающей среды, сообщающейся с устройством ввода исходного сырья, патрубки подачи закалочной среды, дросселирующее устройство, примыкающее к реакционной камере и сообщающееся с другой стороны, с размещенными в герметичном корпусе емкостью для сбора конечной продукции, снабженной устройствами выгрузки твердых и газообразных конечных продуктов [4].

Данное устройство имеет сложную конструкцию за счет чрезмерной концентрации громоздкого сложного оборудования, занимающего значительную площадь, а также не обеспечивает экологической безопасности работы устройства за счет возможности выброса токсичных соединений нейтрального газа в окружающую среду.

В основу изобретения положена задача разработать способ и устройство высокотемпературной переработки газового конденсата в плазменной струе, который обеспечивал бы экологически чистую и безотходную переработку исходного сырья.

Поставленная задача решается тем, что в способе высокотемпературной переработки газового конденсата в плазменной струе, включающем закалку полученных продуктов и их разделение, согласно изобретению процесс ведут в плазменной струе газоконденсата с последующей закалкой полученных продуктов сжиженным углеводородом с одновременным их дросселированием и повторной закалкой ее сжиженным углеводородом.

Заявленный способ реализуется в устройстве для высокотемпературной переработки газового конденсата, содержащем плазмотрон с тангенциальным вводом плазмообразующего газа, встроенный в стенку охлаждаемой реакционной камеры, выполненный с полой стенкой, имеющей патрубки подвода и отвода охлаждающей среды, сообщается с устройством ввода исходного сырья, патрубки подачи закалочной среды, емкость для сбора конечных продуктов, снабженную устройствами выгрузки твердых и газообразных конечных продуктов, согласно изобретению, патрубок подвода охлаждающей среды соединен с устройством ввода исходного сырья и устройство содержит дросселирующее устройство, примыкающее к реакционной камере, а боковая стенка его выполнена в виде коноидальной насадки и снабжена отверстиями для подачи закалочной среды, к которым присоединены патрубки подачи закалочной среды, и с другой стороны сообщающаяся с размещенной в герметичном корпусе емкостью для сбора конечной продукции, в боковых стенках которой выполнены отверстия, снабженные патрубками для повторной подачи закалочной среды.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для высокотемпературной переработки конденсата, в разрезе; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Устройство высокотемпературной переработки газового конденсата содержит плазмотрон 1 с тангенциальным вводом плазмообразующего газа, встроенный в стенку 2 охлаждаемой реакционной камеры 3, выполненной с полой стенкой 2, имеющей патрубки подвода 4 и отвода 5 охлаждающей среды. Реакционная камера 3 выполнена сообщающейся с устройством 6 ввода исходного сырья и патрубками 7 подачи закалочной среды, расположенными в средней части дросселирующего устройства 8.

Реакционная камера 3 примыкает к дросселирующему устройству 8, сообщающемуся с емкостью 9 для сбора конечной продукции, снабженной устройствами выгрузки твердых 10 и газообразных 11 конечных продуктов. Патрубок отвода 5 охлаждающей среды соединен с устройством 6 ввода исходного сырья. Боковая стенка дросселирующего устройства 8 выполнена в виде коноидальной насадки и снабжена отверстиями 12 для подачи закалочной среды, к которым присоединены патрубки 7 подачи закалочной среды. В боковых стенках емкости 9 для сбора конечной продукции выполнены отверстия 13, снабженные патрубками 14 для повторной подачи закалочной среды. Газовый конденсат в патрубок подвода 4 подается нагнетателем 15. Закалочная среда (сжиженный углеводород) к патрубкам 7 подачи закалочной среды подается нагнетателем 16, который соединен трубой 17 с кольцевым трубопроводом 18, соединенным с патрубками 14. Емкость 9 для сбора конечной продукции и устройства выгрузки 10 твердых конечных продуктов размещены в герметичном корпусе 19, снабженном патрубком 20 для отвода газообразных конечных продуктов.

Способ высокотемпературной переработки газового конденсата в плазменной струе осуществляют следующим образом.

Газовый конденсат нагнетателем 15 через патрубок подвода 4 охлаждающей среды подается в полую стенку 2 реакционной камеры 3, где он предварительно нагревается, охлаждая последнюю и через патрубок отвода 5 охладающей среды поступает в устройство 6 ввода исходного сырья, откуда нагретый газовый конденсат поступает на плазмотрон 1, где в электрическом разряде нагревается до 4000 К и диссоциирует под действием этой температуры, образуя плазменную струю. Полученная плазменная струя, состоящая из продуктов диссоциации газового конденсата, поступает из реакционной камеры 3 в дросселирующее устройство 8, где за счет резкого расширения объема она охлаждается. Для увеличения эффекта охлаждения за счет дросселирования одновременно из отверстий 12 через патрубки 7 подачи закалочной среды от нагнетателя 16 в дросселирующее устройство 8 подают сжиженный углеводород, например, метан.

Полученная смесь поступает в емкость 9 сбора конечной продукции, куда через отверстия 13, патрубки 14 для повторной подачи закалочной среды от кольцевого трубопровода 18 через трубу 17 поступает от нагнетателя 16 сжиженный углеводород для повторной закалки, обеспечивающей выделение сопутствующих элементов, поступающих к устройствам выгрузки твердых 10 и газообразных 11 конечных продуктов через патрубок 20. При этом герметизация устройства обеспечивается корпусом 19.

Способ осуществляли в лабораторных условиях подачей газового конденсата Уренгойского месторождения в зону электрического разряда плазмотрона мощностью 500 кВт, чем обеспечивалось образование плазменной струи, состоящей из продуктов диссоциации газового конденсата углерода, водорода, серы - нагретых до 4000 К.

Затем полученные продукты диссоциации закаливали путем ввода в них сжиженного углеводорода (метана) из расчета 1 кг на 10 м³ газового конденсата с одновременным дросселированием полученной смеси с увеличением объема смеси в 25 раз по сравнению с начальным объемом (расход газового конденсата составлял 2 м³/мин).

Скорость закалки при этом составляла 10⁷ К/с, конечная температура смеси достигала 1800 К, при которой прошли реакции рекомбинации водорода и углерода с образованием гомологов метана (метан, этан, пропан и т.д.).

Полученная смесь была подвергнута повторной закалке сжиженными углеводородами (метан) при расходе последних 1 кг на 50 м³ газовой смеси, что обеспечило закалку смеси со скоростью 10⁵ К/с до температуры 730 К, при которой рекомбинация серы и водорода не происходит. В результате повторной закалки из смеси выделялась кристаллическая сера, сажистый углерод, а остуженные углеводородные газы отводились из системы.

Переработке подвергались газовые конденсаты Уренгойского и Оренбургского газоконденсатных месторождений. Из 100 м³ Уренгойского сырья получено 1,2 кг серы, 80 м³ гомологов метана, 8 кг светлых нефтепродуктов, до 5 кг сажи, в конечных продуктах был выделен сероуглерод (до 0,2 кг).

Из 100 м³ Оренбургского конденсата получено 13 кг серы, 65 м³ гомологов метана, до 10 кг моторного топлива, до 5 м³ азота, неона и криптона и до 1,0 кг сероуглерода.

Формула изобретения

СПОСОБ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ высокотемпературной переработки газового конденсата в плазменной струе, включающий закалку полученных продуктов и их разделение, отличающийся тем, что процесс ведут в плазменной струе газоконденсата с последующей закалкой полученных продуктов сжиженным углеводородом с одновременным их дросселированием и повторной закалкой сжиженным углеводородом.

2. Устройство для высокотемпературной переработки газового конденсата, содержащего плазмотрон с тангенциальным вводом плазмообразующего газа, встроенный в стенку охлаждаемой реакционной камеры, выполненной с полой стенкой, имеющей патрубки подвода и отвода охлаждающей среды, сообщающейся с устройством ввода исходного сырья, патрубки подачи закалочной среды, емкость для сбора конечных продуктов, отличающееся тем, что патрубок отвода охлаждающей среды соединен с устройством ввода исходного сырья и устройство содержит дросселирующее устройство, примыкающее к реакционной камере, боковая стенка его выполнена в виде коноидальной насадки и снабжена отверстиями для подачи закалочной среды, к которым присоединены патрубки подачи закалочной среды, и с другой стороны сообщающееся с размещенной в герметичном корпусе емкостью для сбора конечной продукции, в боковых стенках которой выполнены отверстия, снабженные патрубками для повторной подачи закалочной среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2