Способ подготовки топливного газа
Владельцы патента RU 2444559:
Открытое акционерное общество "Тюменский проектный и научно-исследовательский институт нефтяной и газовой промышленности им. В.И. Муравленко "Гипротюменнефтегаз" (RU)
Изобретение относится к области химии и может быть использовано при подготовке попутного нефтяного газа. Топливный газ компримируют с помощью жидкостно-кольцевого компрессора, проводят сепарацию и фильтрацию от капельной жидкости и механических примесей, затем осуществляют мембранное разделение на топливный «легкий» газ и низконапорный «тяжелый» газ. Топливный «легкий» газ подают для питания газопоршневых электростанций, а низконапорный «тяжелый» газ рециркулируют на прием жидкостно-кольцевого компрессора. Изобретение позволяет повысить метановый индекс и снизить теплотворную способность газа. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области подготовки топливного газа, в частности, для повышения метанового индекса и снижения теплотворной способности и может быть использовано в энергетике для подготовки топливного газа газопоршневых (ГПЭС) электростанций, работающих на попутном нефтяном газе.
Энергомашины электростанций работают на попутном нефтяном газе, подготовленном в соответствии с техническими требованиями производителей. Величины метанового индекса и теплотворной способности газа являются основными требованиями, предъявляемыми к топливному газу для ГПЭС. Метановый индекс характеризует детонационную стойкость топливного газа (аналогично октановому числу для бензинов).
При работе на газе, не удовлетворяющем техническим требованиям, происходит детонация в двигателях внутреннего сгорания, «деградация» энергомашин и, как следствие, недостаточная выработка электроэнергии (60÷70% от номинальной мощности).
Подготовка топливного газа с целью увеличения метанового индекса и снижения теплотворной способности достигается изменением компонентного состава газа.
Так, известен способ промысловой подготовки (изменения компонентного состава) топливного газа низкотемпературной сепарацией. Способ заключается в создании холода: либо внутреннего (компримированием с последующим дросселированием), либо внешнего (применением специальных холодильных машин) и отделения сконденсировавшихся в результате охлаждения «тяжелых» углеводородов (Берлин М.А., Гореченков В.Г., Волков Н.П. Переработка нефтяных и природных газов. - М.: «Химия», 1981. - С.168; Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. - С.305, 324).
Реализация в промысловых условиях способа подготовки топливного газа низкотемпературной сепарацией на ГПЭС требует высоких капитальных и эксплуатационных затрат, что увеличивает себестоимость произведенной электроэнергии.
Также известен компрессионный способ промысловой подготовки (изменения компонентного состава) топливного газа. Способ основан на процессе сжатия в компрессоре и последующего охлаждения в воздушном или водяном холодильнике, в результате чего часть газа конденсируется («тяжелые» углеводороды). (Чуракаев A.M. Переработка нефтяных газов. Учебник для рабочих. М.: Недра, 1983. - С.98).
Наиболее близкий к заявляемому способу подготовки топливного газа приведен в патенте на изобретение №2376341 «Способ подготовки топливного газа», данный способ включает сепарацию и фильтрацию от капельной жидкости и механических примесей, подачу в топливный газ азотно-воздушной смеси с содержанием азота 90÷99 об.% и подачу топливного газа на газопоршневые электростанции, однако не позволяет подавать низконапорный газ, а также предполагает строительство азотной станции.
Предлагаемый способ промысловой подготовки топливного газа, включающий компримирование с помощью жидкостно-кольцевого компрессора, сепарацию и фильтрацию от капельной жидкости и механических примесей, заключается в том, что с целью повышения метанового индекса и снижения теплотворной способности газ направляют на мембранное разделение на топливный «легкий» газ и низконапорный «тяжелый» газ, при этом топливный газ подают для питания газопоршневых электростанций, а низконапорный «тяжелый» газ рециркулируют на прием жидкостно-кольцевого компрессора. В качестве рабочей жидкости в жидкостно-кольцевом компрессоре может использоваться как нефтепромысловая сточная вода, так и подготовленная нефть.
Способ поясняется чертежами (рис.1), где изображены принципиальные технологические схемы способа подготовки топливного газа.
Поступающий по трубопроводу 1 низконапорный попутный нефтяной газ смешивается с пермеатом, поступающим по трубопроводу 8 («тяжелый» газ мембранного газоразделения) и далее объединенный поток по трубопроводу 2 поступает на компримирование в жидкостно-кольцевой компрессор К-1. В компрессор К-1 по трубопроводу 4 подается рабочая жидкость - подготовленная нефть. Компримированная газо-жидкостная смесь по трубопроводу 3 поступает в сепаратор С-1 на разделение. Газ из сепаратора С-1 по газопроводу 5 отводится на очистку от капельной жидкости в фильтр Ф-1, а жидкость (газонасыщенная нефть с водным конденсатом) по трубопроводу 6 - на установку подготовки нефти. Очищенный в фильтре Ф-1 газ по газопроводу 7 поступает на разделение в мембранный блок МБ-1, где разделяется на «легкий» топливный газ, направляемый по газопроводу 8 на газопоршневую электростанцию и «тяжелый» газ - пермеат, циркулируемый по газопроводу 8 в приемный трубопровод компрессора К-1.
Изменение метанового индекса и теплотворной способности топливного газа приведено в таблице.
Расчеты метанового индекса выполнялись в ПО AVL Methane version 3.10а (производства AVL List GmbH), расчеты теплотворной способности в ПО Hysys 2006 (производства Aspentech).
| Таблица | ||
| Изменение метанового индекса и теплотворной способности попутного нефтяного газа при подготовке | ||
| Исходный газ | Подготовленный топливный газ («легкий») | |
| Состав, мол.% | ||
| N2 | 0,089 | 0,164 |
| СO2 | 0,183 | 0,484 |
| СН4 | 25,618 | 61,834 |
| С2Н6 | 7,126 | 10,219 |
| C3H8 | 25,159 | 16,932 |
| i-С4Н10 | 10,773 | 4,053 |
| n- C4H10 | 14,754 | 4,824 |
| i- C5H12 | 4,007 | 0,640 |
| n-С5Н12 | 3,632 | 0,551 |
| Σ-C6H14+ | 15,150 | 0,541 |
| H2O | 6,491 | 0,242 |
| Свойства | ||
| Плотность, кг/нм3 | 2,17 | 1,23 |
| Молярная масса, г/моль | 47,72 | 27,13 |
| Метановый индекс | 21,8 | 40,2 |
| Низшая теплотворная способность, МДж/нм3 | 100,15 | 58,04 |
Данные значения демонстрируют осуществление способа подготовки топливного газа в области значений метанового индекса и теплотворной способности. Подготовка топливного газа до требований спецификаций определяется в каждом конкретном случае в зависимости от состава и физико-химических свойств газа.
Реализация предлагаемого способа промысловой подготовки позволит затратами повысить метановый индекс и снизить теплотворную способность топливного газа, а как следствие, стабильность работы энергомашин.
Способ промысловой подготовки топливного газа, включающий компримирование с помощью жидкостно-кольцевого компрессора, сепарацию и фильтрацию от капельной жидкости и механических примесей, мембранное разделение на топливный «легкий» газ и низконапорный «тяжелый» газ, при этом топливный «легкий» газ подают для питания газопоршневых электростанций, а низконапорный «тяжелый» газ рециркулируют на прием жидкостно-кольцевого компрессора.
