Способ низкотемпературной сепарации промыслового газа

 

Изобретение относится к переработке промыслового газа и касается, в частности, извлечения жидких углеводородов охлаждением пластового сырья. Описывается способ низкотемпературной сепарации промыслового газа, который заключается в том, что способ включает первоначальное отделение капельной жидкости в высокотемпературном сепараторе, охлаждение затем части газа в теплообменнике, затем в дозвуковом канале энергоразделительного устройства в виде кожухотрубного теплообменника с раздельными входами для газа в сверхзвуковые и дозвуковой каналы, а потом в дросселе, при этом другую часть газа из высокотемпературного сепаратора пропускают через сверхзвуковые каналы предложенного энергоразделительного устройства, где его разгоняют до числа Маха = 1,5 - 3,0, затем охлаждают в другом теплообменнике, связанном со среднетемпературным сепаратором, и смешивают с газом, охлажденным в дросселе и отобранным из низкотемпературного сепаратора, а затем эту смесь разделяют на жидкую и газообразную фракции в среднетемпературном сепараторе. Охлаждение газа в одном и другом теплообменниках осуществляют газом, отведенным из среднетемпературного сепаратора, а отношение полного начального давления в сверхзвуковых каналах и полного давления на выходе из сверхзвуковых каналов находится в интервале 1,3 - 1,9. Технический результат - снижение температуры обрабатываемого газа и, следовательно, увеличение выхода конденсата при использовании тех же перепадов давлений. 2 ил.

Изобретение относится к переработке газа в частности к извлечению жидких углеводородов охлаждением пластового сырья.

Известен способ выделения фракции углеводородов С_2+В из природного газа с помощью двух турбодетандеров, при этом конденсат подают в ректификационную колонну, а газ предварительно охлаждают в теплообменнике отбором из ректификационной колонны (RU 2061733, С 10 G 5/06,1996).

Главным недостатком известного способа является сложность аппаратурного оформления и управления процессом.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ низкотемпературной сепарации (НТС) промыслового газа, схема которого приведена на фиг.2 (Ю.П. Коротаев, А.И. Ширковский "Добыча, транспорт и подземное хранение газа"- М.: Недра. 1984, С.307-311), и в котором сырой газ из скважины подают в сепаратор первой ступени (высокотемпературный сепаратор) 1 для отделения капельной жидкости, а затем направляют в теплообменник 2 для охлаждения газом, поступающим в межтрубное пространство из низкотемпературного сепаратора 4. Из теплообменника газ охлаждают в дросселе 3 и подают через дросселирующий штуцер в низкотемпературный сепаратор 4, в котором за счет понижения температуры в теплообменнике и на штуцере выделяется жидкость. Осушенный газ направляют в теплообменник для охлаждения газа, поступающего из скважины, и затем в промысловый газосборный коллектор.

Недостатком известного способа является низкая эффективность дросселирующего штуцера и вообще чистого дросселирования как способа понижения температуры.

Техническим результатом способа по изобретению является снижение температуры обрабатываемого газа и, следовательно, увеличение выхода конденсата при использовании тех же перепадов давлений.

Для достижения технического результата в способе НТС промыслового газа, включающем первоначальное отделение капельной жидкости в высокотемпературном сепараторе, охлаждение газа в теплообменнике, охлаждение в дросселе, отделение конденсата в низкотемпературном сепараторе и отвод газа и конденсата из низкотемпературного сепаратора, в дросселе охлаждают часть газа из высокотемпературного сепаратора, охлажденного ранее в теплообменнике, непосредственно связанном с высокотемпературным сепаратором, после того как этот газ пропущен через дозвуковой канал энергоразделительного устройства, представляющего собой межтрубное пространство кожухотрубного теплообменника, имеющего раздельные входы для дозвукового (охлаждаемого) потока и сверхзвукового (нагреваемого), представляющего собой пучок сверхзвуковых каналов с профилированными соплами и диффузорами. Другую часть газа из высокотемпературного сепаратора пропускают через сверхзвуковые каналы энергоразделительного устройства, где его разгоняют до числа Маха М=1,5-3,0, после чего его охлаждают в другом теплообменнике, непосредственно связанном со среднетемпературным сепаратором и смешивают с газом, охлажденным в дросселе и отведенным из низкотемпературного сепаратора, а далее эту смесь разделяют на жидкую и газообразную фракции в среднетемпературном сепараторе, при этом охлаждение в одном и другом теплообменниках осуществляют газом, отведенным из среднетемпературного сепаратора.

При этом соотношение полного начального давления (давления торможения) в сверхзвуковых каналах P₀ энергоразделительного устройства и полного давления (давления торможения) на выходе из сверхзвукового канала P₁ находится в интервале P₀/P₁=1,3-1,9.

Схема устройства (установки), используемого для осуществления способа по изобретению, представлена на фиг. 1 (в энергоразделительном устройстве показан только один сверхзвуковой канал).

Газовый поток, выходящий из дозвукового канала энергоразделительного устройства 3, значительно охлаждается, а следовательно, понижается давление насыщенного пара при сохранении парциальных давлений компонентов сырого природного газа, что приводит к дополнительной конденсации высших углеводородов. Затем он (в дальнейшем - дозвуковой поток) направляется в дроссель 4, где из-за эффекта Джоуля-Томсона при уменьшении давления падает температура газа дозвукового потока, а следовательно, продолжает понижаться давление насыщенного пара компонентов газа при общем уменьшении парциальных давлений компонентов сырого природного газа. Понижение давления насыщенного пара компонентов газа происходит быстрее, чем уменьшение парциальных давлений компонентов газа. При реальных значениях температуры и давления сырого природного газа после дросселя 4 происходит дополнительная конденсация высших углеводородов в дозвуковом потоке, и они осаждаются в низкотемпературном сепараторе 5.

Поток, вышедший из сверхзвукового канала энергоразделительного устройства (в дальнейшем - сверхзвуковой поток), нагревается. Далее он поступает во второй теплообменник 7, который также охлаждается газом, прошедшим НТС, после чего смешивается с газом, вышедшим из низкотемпературного сепаратора 5, и подается в среднетемпературный сепаратор 6. После сепаратора 6 осушенный газ идет на охлаждение первого и второго теплообменников и затем в промысловый газосборный коллектор.

Не известны другие такие же технические решения, имеющие все признаки, сходные с признаками заявляемого изобретения.

Сущность изобретения поясняется следующим (см.фиг. 1 и 2).

Существующая схема низкотемпературной сепарации газа представлена на фиг.2. Замена дроссельного штуцера 3 в известном способе на предложенное энергоразделительное устройство дает выигрыш по охлаждению при использовании того же перепада давления, поскольку в энергоразделительном устройстве возможно применение сверхзвукового диффузора с системой косых и прямого скачков уплотнения или так называемых бесскачковых диффузоров. Данное устройство позволяет тормозить сверхзвуковой поток газа с относительно небольшими потерями полного давления.

Число Маха в сверхзвуковых каналах энергоразделительного устройства лежит в интервале М=1,5-3. При М < 1,5 эффект снижения температуры в дозвуковом потоке за счет восстановления температуры в сверхзвуковом будет слишком мал. При М > 3 течение в сверхзвуковых каналах может стать неустойчивым за счет большой влажности газа (напомним, что мы имеем дело с "сырыми" газом), а также в связи с тем, что падение давления в диффузоре становится очень большим, несмотря на применение систем скачков уплотнения или специально спрофилированных бесскачковых диффузоров.

Соотношение давлений на входе и выходе из сверхзвуковых каналов P₀/P₁ лежит в интервале P₀/P₁=1,3-1,9. При P₀/P₁) < 1,3 этого соотношения слишком мало для достаточного разгона газа в сверхзвуковых каналах. При P₀/P₁ > 1,9 давления после сверхзвуковых каналов может не хватить для закачки в промысловый газосборный коллектор. Кроме того, конденсат высших углеводородов, образующийся в сверхзвуковом канале энергоразделительного устройства, может сильно уменьшить значение коэффициента восстановления температуры. Это позволит данному устройству работать более эффективно.

Пример Сырой газ из скважины поступает в установку комплексной подготовки газа (УКПГ), в составе которой находится установка низкотемпературной сепарации (УНТС). Схема работающих в настоящее время УНТС показана на фиг. 2. Схема способа по изобретению со всеми параметрами рассматриваемого примера показана на фиг. 1.

Расход газа перед первым теплообменником (непосредственно связанным с высокотемпературным сепаратором) равен 50 кг/с, соотношение массовых расходов охлаждаемого и нагреваемого газов в энергоразделительном устройстве принято 2:1. Перепад давлений в сверхзвуковых каналах в данном способе принят таким же, как на дроссельном штуцере в известном способе.

Известно, что каждый градус понижения температуры в УНТС соответствует ~ 1% увеличения выхода конденсата. Таким образом, сравнивая распределение температур в УНТС в способе по изобретению и известном способе, можно видеть, что способ по изобретению позволяет увеличить выход конденсата не менее чем на 5%, что составляет от 2000 до 3000 т/год для одной скважины.

Формула изобретения

Способ низкотемпературной сепарации промыслового газа, включающий первоначальное отделение капельной жидкости в высокотемпературном сепараторе, охлаждение газа в теплообменнике, охлаждение в дросселе, отделение конденсата в низкотемпературном сепараторе и отвод газа и конденсата из низкотемпературного сепаратора, отличающийся тем, что в дросселе охлаждают часть газа из высокотемпературного сепаратора и охлажденного в теплообменнике, непосредственно связанном с высокотемпературным сепаратором, после того как он пропущен через дозвуковой канал энергоразделительного устройства в виде кожухотрубного теплообменника с раздельными входами для газа в дозвуковой и сверхзвуковые каналы, другую часть газа из высокотемпературного сепаратора пропускают через сверхзвуковые каналы, где его разгоняют до числа Маха М = 1,5 - 3,0, после чего его охлаждают в теплообменнике, непосредственно связанном со среднетемпературным сепаратором, и смешивают с газом, охлажденным в дросселе и отведенным из низкотемпературного сепаратора, а далее эту смесь разделяют на жидкую и газообразную фракции в среднетемпературном сепараторе, при этом охлаждение в одном и другом теплообменниках осуществляют газом, отведенным из среднетемпературного сепаратора, а отношение полного начального давления на входе в сверхзвуковые каналы и полного давления на выходе из сверхзвуковых каналов энергоразделительного устройства находятся в интервале 1,3 - 1,9.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2