Установка для комплексной очистки нефтяного и природного газов

 

Использование: при газопереработке, в частности в устройствах для осушки, очистки углеводородных газов от сероводорода с получением элементарной серы и извлечения из газов тяжелых углеводородов. Сущность: установка для очистки газов содержит реактор, абсорбер высокого давления, отстойник серы, регенератор гликоля, сборник гликоля, колонну для насыщения гликоля сернистым газом, сборник серы, котел-утилизатор, насосы, подводящие и отводящие трубопроводы. Она также снабжена адсорбером, сепаратором, десорбером и сборником тяжелых углеводородов. При этом верхняя часть абсорбера высокого давления соединена трубопроводом с нижней частью адсорбера, а котел-утилизатор - с нижней частью десорбера. 1 ил., 1 табл.

Предложение относится к области газопереработки, в частности к установкам для очистки нефтяного и природного газов, и может быть использовано для очистки их от сероводорода, тяжелых углеводородов и воды непосредственно в условиях промысла.

Известны установки для осушки, очистки от сероводорода с получением элементарной серы и извлечения тяжелых углеводородов из нефтяных и природных газов. (См. кн. А.П.Клименко. Сниженные углеводородные газы. М. Недра, 1974, с. 194, 210, 230; Д.М.Кемпбел. Очистка и переработка природных газов. М. Недра, 1977, с. 226, 267, 257, переводное издание), включающие реактор, сепаратор, печи, абсорбер, десорбер, адсорбер, теплообменники, конвертора, конденсаторы, котел-утилизатор, насосы, подводящие и отводящие трубопроводы.

Недостатком является то, что для проведения каждого процесса, например очистки от сероводорода, очистки от воды или очистки от тяжелых углеводородов, требуется своя специальная стандартная установка, т.е. например, после очистки газов от сероводорода происходит очистка его от воды и только потом от тяжелых углеводородов, или наоборот. Это требует больших материальных, энергетических и эксплуатационных затрат.

Кроме того, эффективность этих процессов не всегда удовлетворяет качеству очистки газов, требуемому по ГОСТу.

Известно также, что первоисточником современных процессов получения серы является установка Клауса (см. кн. Т.М.Бекирова "Промысловая и заводская обработка природных и нефтяных газов. М. Недра, 1980, с. 167; Д.М.Кемпбел. Очистка и переработка природных газов. М. Недра, 1977, с. 284, переводное издание), включающая сепаратор, реакционную печь, конденсаторы, каталитические конверторы, печь дожига.

Известная установка позволяет очищать природные, нефтяные газы от сероводорода с получением элементарной серы. Однако Однако промышленная эксплуатация данной установки показывает, что эффективность ее работы низкая. По данным (см. кн. Т.М.Бекирова "Промысловая и заводская обработка природных и нефтяных газов". М. Недра, 1980, с. 169) на Мубарекском газоперерабатывающем заводе практическая степень превращения сероводорода в серу в печи составляет не более 60% Для получения более высокой степени конверсии применяется двух- или трехступенчатая конверсия.

Отходящие из установок получения серы газы нуждаются в доочистке, в случае же выброса в атмосферу являются экологически опасными, так как наряду с сернистым и углекислым газами содержат такие соединения, как сероокись углерода, сероуглерод, сероводород, окись серы, окись углерода и т.д.

Низкая эффективность очистки углеводородного газа в промышленных аппаратах происходит потому, что количество полученной серы зависит от соотношения расходов воздуха и кислого газа, поступающих в реакционную часть печи, обеспечивая тем самым стехиометрическое условие реакции Клауса, т.е. объемное соотношение Н₂S: SO₂, равное 2:1. Кроме того, процесс Клауса не может быть осуществлен с газом, содержащим углеводороды (при окислении H₂S наряду с его окислением будет происходить окисление углеводородов) и поэтому требуется предварительное выделение сероводорода на установках аминовой очистки. Все это приводит к тому, что в целом для получения удовлетворительных результатов требуются высокие материальные и другие затраты.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является установка Таунсенд процесса (см. кн. А.П.Клименко "Сжиженные углеводородные газы". М. Недра, 1974, с. 218 219), включающая реактор, абсорбер высокого давления, отстойник серы, сборник серы, регенератор гликоля, сборник гликоля, котел-утилизатор, колонну для насыщения гликоля сернистым газом, насосы, подводящие и отводящие трубопроводы.

Известная установка позволяет осушать, очищать нефтяные и природные газы от сероводорода с получением элементарной серы.

Однако очищенный на установке Таусенд газ перед потреблением нуждается в доочистке, так как его качество (по содержанию тяжелых углеводородов) не соответствует качеству потребляемого сухого газа. Кроме того, при транспортировании по газопроводам происходит их частичная конденсация, затрудняя при этом их эксплуатацию, способствуя потере ценного углеводородного сырья и нарушению экологии окружающей среды. Доочистка газа требует дополнительных материальных затрат.

В предлагаемой установке для комплексной очистки нефтяного и природного газов тепло, необходимое для получения водяного пара или горячего газа регенерации, рекуперуется из установки осушки и очистки газа от сероводорода с получением элементарной серы (Таунсенд процесса), в частности тепло, выделяемое при сгорании элементарной серы в котле-утилизаторе. Это обуславливает высокую термодинамическую обратимость процессов в целом и обеспечивает значительный технико-экономический эффект при подготовке сероводородсодержащего газа в промысловых условиях, не требует строительства специальных источников тепла.

Целью предполагаемого изобретения является снижение затрат на очистку нефтяного и природного газов за счет создания комплексной установки для очистки газов от сероводорода, воды и тяжелых углеводородов в промысловых условиях, а также повышение эффективности процесса за счет улучшения качества очистки.

Поставленная цель достигается описываемой установкой для комплексной очистки нефтяного и природного газов, включающей реактор, абсорбер высокого давления, отстойник серы, регенератор гликоля, сборник гликоля, колонну для насыщения гликоля сернистым газом, сборник серы, котел-утилизатор, насосы, подводящие и отводящие трубопроводы.

Новым является то, что установка дополнительно снабжена адсорбером, сепаратором, десорбером и сборником тяжелых углеводородов, при этом верхняя часть абсорбера высокого давления 7 соединена трубопроводом с нижней частью адсорбера, а котелутилизатор с нижней частью десорбера.

На рисунке представлена технологическая схема установки для комплексной очистки нефтяного и природного газов, общий вид.

Установка содержит: реактор 1 для извлечения сероводорода из газа, термокаталитического превращения его в элементарную серу и частично воды; отстойник серы 2 для отделения гликоля от серы, который связан с регенератором гликоля 3 трубопроводом Т-1 через теплообменник 4; сборник гликоля 5 для сбора регенерированного гликоля, колонну 6 для насыщения гликоля сернистым газом, абсорбер высокого давления 7 для улавливания воды и летучего сернистого газа из потока, уходящего с верхней части реактора 1, сборник серы 8 для сбора полученной элементарной серы, котел-утилизатор 9 для сжигания 1/3 полученной элементарной серы в его горелках, откуда образовавшийся сернистый газ направляется в колонну 6, предназначенную для насыщения гликоля сернистым газом.

Очищенный от воды и сероводорода газ поступает в адсорбционный блок.

Адсорбционный блок служит для очистки предварительно очищенного от воды и сероводорода газа от тяжелых углеводородов.

Адсорбционный блок состоит из адсорбера 10, десорбера 11, сепаратора 12, сборника тяжелых углеводородов 13. Адсорбер 10 и десорбер 11 периодического действия, работающие попеременно в режимах поглощения углеводородов из газа и их регенерации. Сепаратор 12 служит для отделения тяжелых углеводородов от воды и легколетучих газов и сборник тяжелых углеводородов 13 служит для приема и накопления тяжелых углеводородов.

Установка содержит: насосы Н-1, Н-2, Н-3; подводящие трубопроводы Г-1; отводящие трубопроводы Г-3, С-2; промежуточные трубопроводы Г-2, Г-4, Т-1, Т-2, Т-3, Т-4, Т-5, С-1, С-3.

Регенератор гликоля 3 традиционно оборудован холодильником 14, сепаратором 15 и испарителем 16.

Установка работает следующим образом (совместно с примером конкретного выполнения).

Нефтяной (природный) газ с содержанием сероводорода 15 30 г/м³, насыщенный водой, под давлением при обычной температуре по газопроводу Г-1 вводится в нижнюю часть реактора 1. Сверху реактора 1 для орошения подается 98-процентный гликоль, предварительно насыщенный сернистым газом в колонне 6. Уходящий из верхней части реактора 1, обессеренный и частично обезвоженный газ поступает в нижнюю часть абсорбера высокого давления 7, где чистым 98-процентным гликолем улавливаются летучий сернистый газ и вода.

Так как реакция окисления сероводорода экзотермична (Q_р=56,2 ккал/моль), температура в реакторе возрастает сверху вниз. С нижней части реактора 1 гликоль с расплавленной серой поступает в отстойник серы 2 (температура 120 135^oC). В отстойнике серы 2 гликоль отделяется от серы и направляется для регенерации в регенератор гликоля 3 после предварительного нагрева в теплообменнике 4. Регенерированный гликоль собирается в сборнике гликоля 5 и насосом Н-1 откачивается по двум трубопроводам: по трубопроводу Т-3 в колонну 6 для насыщения сернистым газом и по трубопроводу Т-4 в адсорбер высокого давления 7 для поглощения остаточного сернистого газа и воды. Расплавленная сера с низа отстойника сепаратора 2 по трубопроводу С-2 поступает в сборник серы 8, где собирается в качестве готовой продукции и направляется потребителю. Около 1/3 полученной элементарной серы сжигается в горелках котла-утилизатора 9 и в виде сернистого газа направляется в колонну 6 для насыщения гликоля. Тепло, выделяемое при сжигании элементарной серы в котле-утилизаторе, используется для нагрева газа, подаваемого по газопроводу Г-4 в нижнюю часть адсорбера 11 для регенерации адсорбента (активированного угля).

С верха абсорбера высокого давления 7 очищенный от воды (вода поглощается гликолем) и сероводорода углеводородный газ с содержанием 1,1% об. тяжелых углеводородов по газопроводу Г-2 поступает в адсорбционный блок. Адсорбционный блок состоит из адсорбера 10, десорбера 11, сепаратора 12 и сборника тяжелых углеводородов 13. Адсорбер 10 и десорбер 11 заполнены насадкой - активированным углем, предназначенным для полного улавливания тяжелых углеводородов. Они периодического действия, включаемые попеременно в режим поглощения и систему регенерации адсорбента.

Поступающий газ проходит угольную насадку снизу вверх, при этом происходит очистка его от тяжелых углеводородов. Очищенный газ от воды, сероводорода и тяжелых углеводородов поступает по газопроводу Г-3 в магистральный газопровод.

Преимуществом угольной адсорбции является то, что примесь воздуха, неизбежная при сборе газа в промыслах, не мешает угольной адсорбции.

Вторым преимуществом угольной адсорбции является возможность применения дробной отгонки (предварительное отделение легких газов от тяжелых углеводородов).

Третье преимущество периодически нагреваемый уголь имеет малую удельную теплоемкость, т. е. меньший расход горячего газа (пара), что очень ценно в промысловых условиях, где отсутствует источник энергии (котельные, печи и т. д.).

Для регенерации активированного угля в десорбере 11 необходимо поддержать температуру 230 250^oC. Температура регенерации поддерживается путем подачи в нижнюю часть адсорбера 11 по газопроводу Г-4 горячего газа (пара), полученного за счет тепла, выделяемого при сгорании элементарной серы в горелках котла-утилизатора 9, которого достаточно для поддержания режима регенерации активированного угля, то есть тепло, необходимое для регенерации активированного угля, не требует дополнительных источников энергии.

Смесь тяжелых углеводородов, выделяющихся при регенерации активированного угля, находящегося в десорбере 11, конденсируется в сепараторе 12 и поступает в сборник тяжелых углеводородов 13.

После установки комплексной очистки от воды, сероводорода и тяжелых углеводородов товарный газ имеет следующий состав: Cодержание: сероводород, г/м³ 0,02 вода, г/м³ 0,8 тяжелые углеводороды, об. следы.

Cравнительные данные содержания извлекаемых компонентов из газа до и после очистки приведены в таблице.

Из таблицы видно, что предлагаемая установка по комплексной очистке нефтяного (природного) газа позволяет получать очищенный газ с содержанием сероводорода 0,02 г/м³ согласно ГОСТу 223872 83, воды 0,8 г/м³ и тяжелые углеводороды следы.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой установки складывается за счет исключения сепарационного блока пункта приема газа; установки очистки газа от сероводорода; абсорбционного блока осушки газа на газоперерабатывающих заводах, выпадения конденсата в газопроводах и его продувки в атмосферу, способствуя оздоровлению экологии окружающей среды и сохранению значительного количества тяжелых углеводородов.

Значительно снижается коррозия трубопроводов, эксплуатирующихся под сероводородосодержащим газом, и компрессорного оборудования на промыслах и ГПЗ.

Комплексная очистка газа способствует увеличению объемов утилизации высокосернистых газов угленосного горизонта в условиях промысла и получения добавочного количества газа, подаваемого на переработку.

Формула изобретения

Установка для комплексной очистки нефтяного и природного газов, содержащая реактор, абсорбер высокого давления, отстойник серы, регенератор гликоля, сборник гликоля, колонну для насыщения гликоля сернистым газом, сборник серы, котел-утилизатор, насосы, подводящие и отводящие трубопроводы, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена адсорбером, сепаратором, десорбером и сборником тяжелых углеводородов, при этом верхняя часть абсорбера высокого давления соединена трубопроводом с нижней частью адсорбера, а котел-утилизатор с нижней частью десорбера.

РИСУНКИ

Рисунок 1