Устройство для подготовки к транспорту нефтяного газа и способ подготовки нефтяного газа

 

Использование: изобретение относится к способам и устройствам для подготовки нефтяных газов к транспорту до газоперерабатывающего завода и других потребителей. Сущность изобретения: извлекается часть тяжелых углеводородов из газов, обычно конденсирующихся в газопроводах при достижении ими температуры грунтов. В специальном устройстве -вымораживателе змеевикового типа, состоящем из отдельных трубных элементов, на вертикальных участках вмонтированы тепломассобменные устройства, например наладочного типа, а на горизонтальных участках предусмотрены перепускные трубы, обеспечивающие поток, образующийся в конце вышележащего участка в начало нижнего участка. Способ предусматривает многоступенчатые тепломассообмен, которому на каждой ступени подвергается лишь газовая фаза, а образующаяся жидкая фаза с каждой степени переводится в голову прописей на предыдущей ступени. 1 ил.

Изобретение относится к области подготовки нефтяных газов первой ступени сепарации нефти к транспорту их до газоперерабатывающих заводов и других потребителей и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности.

Известны способы подготовки нефтяных газов (К.С.Каспарьянц "Промысловая подготовка нефти и газа", Москва, Недра, 1973), позволяющие с высокой эффективностью производить процессы подготовки и переработки газов, в то же время отличающиеся высокой капиталлоемкостью, энергоемкостью и технологической сложностью (адсорбция, абсорбция, низкотемпературная ректификация и низкотемпературная конденсация).

Известен также и способ вымораживания газов перед подачей их в газопровод (принятый в качестве прототипа Смирнов А.С. "Транспорт и хранение газа", Гостомтехиздат, Москва, 1950, стр. 127), отличающийся своей простотой исполнения, производимых в двух или нескольких трубопроводных (или змеевиковых) потоках, в которых газ охлаждается за счет теплообмена с окружающим воздухом в осенне-, зимне-, весенние периоды времени, когда температура грунтов, в зоне которых укладывается трубопровод, отличается низкими уровнями (от +5 до -10^oС и ниже).

При этом за счет теплообмена с холодом окружающего воздуха нефтяные газы в трубах рабочих потоков змеевиковых холодильников вымораживателей приобретают (или стремятся приобрести) температуру окружающей среды. Часть водяных паров и тяжелых углеводородов при этом выпадает в конденсат (без массообмена). Поэтому в образовавшемся конденсате, который сбрасывается, как правило, в окружающую среду, ухудшая ее экологическую чистоту, содержится большое количество и легких углеводородных компонентов, также включая и такие вредные компоненты, как сероводород и углекислоты.

Особенностью образовавшегося конденсата как в трубопроводах, так и змеевиках вымораживателей является то, что при определенных значениях температуры, давления, соотношения молекул воды и углеводородных компонентов создаются условия образования кристаллогидратов ( твердых снегообразных соединений), перекрывающих в отдельных случаях полностью сечение газопроводов и выводящих из строя газопроводные системы, создавая таким образом аварийные ситуации (с нарушением экологического баланса районов нефтегазодобычи). В известных вымораживающих системах забитый гидратами змеевик переключается на резервную нитку, а в это время остановленный змеевик освобождается от гидратов одним из известных способов: снижением давления, повышением температуры, подачей соответствующего ингибитора, повышающего общую упругость паров системы. Распавшиеся на жидкость и пары гидраты отводятся либо, как правило, сбрасываются в атмосферу. Недостатком этого способа является низкая эффективность и надежность системы вымораживания (цикличность работы змеевиковой системы, связанная с необходимостью освобождения змеевиковых элементов от образовавшихся кристаллогидратов воды и углеводородов), неэкономичность в связи с большими потерями легких углеводородов, нестабильное и произвольное отделение влаги и части легких и тяжелых углеводородов, в обычных условиях сбрасываемых в окружающую среду (воздух, земля, открытые водоемы) в определенных точках трассы газопроводов с уменьшением объема газа, поступающего на последующую переработку или потребление. Задачей предполагаемого изобретения является повышение надежности и стабильности работы систем газопроводов, транспортирующих нефтяные газы, созданием условий перед их транспортом на переработку или потребление, сокращающих конденсатообразование в газопроводах за счет извлечения из газов части тяжелых углеводородов, и создания условий и средств интенсифицирующих тепломассообмен газа с образующимся конденсатом, изменяющий соответственно концентрации углеводородов в газе и конденсате (рост концентрации низкокипящих компонентов НКК в газе и высококипящих компонентов ВКК в конденсате), обеспечивая таким образом и увеличение объемов газов и нефти, передаваемых на переработку и потребление, сокращение безвозвратных потерь углеводородов и повышение экологической чистоты как систем сбора и транспорта нефтяных газов, так и в целом районов нефтегазодобычи.

Поставленная задача решается предлагаемыми способом и устройством.

Устройство специальный тепломассовый модуль, установленный на потоке газов 1-й ступени сепарации перед подачей их в газопровод, состоящий из вертикально установленного змеевикового трубного вымораживателя, включающего отдельные трубные элементы, монтируемые на фланцевых соединениях, на вертикальных участках которого вмонтировано специальное тепломассообменное устройство, заполненное одним из видов насадки, на горизонтальных участках предусмотрены перепускные трубы, обеспечивающие переток образующегося конденсата с вышележащего горизонтального охлаждающего элемента на нижележащий, в верхнюю часть массообменного элемента, обеспечивая таким образом необходимую движущую силу массообмена, сборники конденсата ( с насосами) систему подачи ингибиторов для снижения содержания влаги в вредных компонентов (CO₂, H₂S и др.).

Отличительными существеннными признаками в заявляемом устройстве в сравнении с прототипом являются: тепломассообменные элементы на вертикальных участках вымораживателя и трубные устройства для перетока образующего конденсата с верхних горизонтальных элементов вымораживателя ни нижележащие (т.е. с каждой последующей ступени на предшествующую); Способ вымораживания холодом окружающего воздуха (в зимне-, осенне-, весенний периоды), при котором образующийся конденсат, перепускаемый с каждой последующей ступени на предшествующую, вступает в тепломассообмен в специальном устройстве, смонтированном на вертикальном участке модуля вымораживателя, при котором происходит перераспределение углеводородов в восходящем потоке газа и нисходящем конденсате, увеличивая концентрации низкокипящих компонентов (НКК) в потоке газа и высококипящих компонентов (ВКК) в нисходящем потоке конденсата, обеспечивая таким образом достижение поставленной цели.

Проведенные технологические расчеты по обоим вариантам показали преимущество изобретения.

На чертеже представлена принципиальная схема способа и устройства одного тепломассообменного модуля вымораживателя, число которых может быть принято в зависимости от количества подаваемого в газопровод газа, его характеристики и параметров, а также от климатологических особенностей окружающей среды в районе нефтегаздобычи.

Основными элементами предлагаемого теплообменного модуля (вымораживателя) для реализации способа подготовки нефтяного газа являются (см. черт) вертикальные и горизонтальные трубчатые элементы, объединенные в единое змеевиковое устройство.

На вертикальных участках смонтированы специальные массообменные секции (1,2,3,3а), начиненные насадкой одного из известных типов (АВР, кольца Рашига и т. п.), эквивалентной соответствующему расчетному числу теоретических массообменных тарелок, а в горизонтальных участках 12 установлены переточные трубы 4, по которым образовавшийся конденсат с каждой последующей ступени охлаждения и массообмена перетекает на предшествующую, поступая в соответствующую вертикальную массообменную насадку.

Устройство подготовки газа к транспорту работает следующим образом.

Нефтяной газ первой ступени сепарации поступает в нижнюю часть теплообменного модуля, размещенного на специальных конструкциях ( или закрытых башнях), охлаждаемых окружающим воздухом за счет естественной тяги (в летний период может быть предусмотрен вариант орошения водой из системы заводнения или специальной оборотной системы). За счет теплообмена с воздухом газы охлаждаются, при этом часть наиболее тяжелых углеводородов и паров воды конденсируются и стекают к перегородкам 15, установленным в горизонтальных участках 12 змеевика, откуда по переточным трубам перетекают в соответствующие нижележащие вертикальные секции массообмена (1,2,3,3а), попадая в конденсатосборник 14, из которого стекают в сборную емкость 7. Л вертикальных секциях ступени конденсат, вступая в тепломассообмен с восходящим потоком газа, осуществляя фракционированную конденсацию его, изменяет концентрации в них углеводородных компонентов (повышая НКК в потоке газа и ВКК в конденсате).

Конденсат из емкости 7 насосом 6 подается в нефть перед ДНС (увеличивая ее объем) либо на газоперерабатывающий или нефтестабилизационный заводы. Газ с верхней секции змеевикового устройства поступает в концевой сепаратор (скруббер) 5, после чего выдается в газопровод до ГПЗ. Отделившийся в сепараторе конденсат насосом 6 может возвращаться в вертикальную секцию За в качестве орошения. Во избежание гидратообразования в систему предусматривается возможность подачи диэтиленгликоля или соответствующего ингибитора.

В тех случаях, когда в газах 1-й ступени сепарации нефти содержатся и вредные (агрессивные) компоненты, система может быть используема также и для первичного воздействия на газ с целью их частичного извлечения. Для этого в верхнюю секцию системы может быть подан регенерированный (свежий) поглотительный раствор (МЭА, МДЭА и др.). Насыщенный раствор отделяется в емкости 7, откуда в качестве насыщенного раствора направляется на регенерацию (на ЦПС или ГПЗ в зависимости от места окончательной подготовки газа).

Формула изобретения

1. Устройство для подготовки к транспорту нефтяного газа, включающее вертикальный змеевиковый трубный холодильник-вымораживатель, охлаждаемый окружающим воздухом, отличающееся тем, что горизонтальные участки его снабжены трубными устройствами для перетока образующегося конденсата с конца вышележащего участка змеевика в начало нижнего участка, а вертикальные участки снабжены тепломассообменными устройствами, например насадочного типа.

2. Способ подготовки нефтяного газа путем его многоступенчатого тепломассообмена, отличающийся тем, что тепломассообмену на каждой последующей ступени подвергают лишь газовую фазу, причем жидкую фазу каждой ступени тепломассообмена переводят в голову процесса на предыдущей ступени.

РИСУНКИ

Рисунок 1