Способ разделения и очистки газовых смесей до параметров потребления

Заявленное изобретение относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности. Способ включает подачу газовой смеси в мембранный газоразделительный блок. Направляют непроникший в мембранном газоразделительном блоке поток газа к потребителю. Направляют проникший поток газа на другие потребности. Часть непроникшего потока газа дросселируют и направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа. Давление смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке понижают до давления, ниже атмосферного, с помощью вакуум-компрессора и одновременно компримируют смесь проникшего и продувочного газов для направления либо на утилизацию в хранилище, либо для закачивания в природный пласт, либо на дальнейшую переработку. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение степени извлечения очищаемого газа и снижение энергозатрат при очистки газа. 5 з.п. ф-лы, 4 пр.

 

Изобретение относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Из описания к патенту RU 2021846 известен способ разделения и очистки газовой смеси, включающий подачу газовой смеси в мембранный газоразделительный блок, направление непроникшего в мембранном газоразделительном блоке потока газа к потребителю, при этом периодически часть непроникшего газа компримируют и направляют в мембранный газоразделительный блок на продувку проникшего через мембрану газа с последующим выбросом в атмосферу.

К недостаткам известного способа при использовании его для разделения природного и попутного нефтяного газов следует отнести низкую степень извлечения продукта и отсутствие возможности утилизации смеси проникшего газа и газа, поданного на продувку.

Наиболее близким к заявленному способу является способ разделения и очистки газовой смеси, известный из описания к патенту US 3256675, включающий подачу газовой смеси в мембранный газоразделительный блок, направление непроникшего в мембранном газоразделительном блоке потока газа к потребителю, при этом проникший в мембранном газоразделительном блоке поток газа компримируют и направляют на дальнейшее использование.

К недостаткам известного способа при использовании его для разделения природного и попутного нефтяного газов следует отнести низкую степень извлечения продукта и высокие энергозатраты на процесс очистки.

Задачей предлагаемого изобретения является за счет разделения газа в мембранном блоке с полупроницаемыми мембранами осуществить очистку природного газа или попутного нефтяного газа, транспортируемого к потребителю, от нежелательных примесей до параметров потребления, например от гелия, сероводорода, углекислого газа, воды и тяжелых углеводородов, и обеспечение при этом максимально возможной степени извлечения очищаемого газа при минимальных энергозатратах на процесс очистки. Дополнительно, перед подачей газовой смеси в мембранный блок, также производится предварительная очистка подаваемого природного или попутного нефтяного газа от капельной жидкости и механических примесей.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе, включающем подачу газовой смеси в мембранный газоразделительный блок, направление непроникшего в мембранном газоразделительном блоке потока газа к потребителю, направление проникшего потока газа на другие потребности, часть непроникшего потока газа дросселируют и направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа, давление смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке понижают, в том числе и до давления, ниже атмосферного, с помощью вакуум-компрессора, тем самым, обеспечивая возможность изменения отношения давлений газов в полостях высокого и низкого давления мембранного газоразделительного блока, и одновременно компримируют смесь проникшего и продувочного газов для направления либо на утилизацию в хранилище, либо для закачивания в природный пласт, либо на дальнейшую переработку. Перед подачей газовой смеси в мембранный газоразделительный блок осуществляют его сепарацию и фильтрацию для удаления конденсата и механических примесей. Непосредственно перед подачей газовой смеси в мембранный газоразделительный блок можно осуществить ее подогревание. Содержание нежелательных примесей в непроникшем потоке в мембранном газоразделительном блоке понижают более чем в два раза. В мембранном газоразделительном блоке используют один или несколько, соединенных параллельно, мембранных модулей, в которых мембраны выполнены в виде полупроницаемых полых волокон.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходную газовую смесь под давлением подают в мембранный газоразделительный блок. В мембранном газоразделительном блоке, включающем мембранные модули с полупроницаемыми мембранами, часть исходной газовой смеси проникает через мембрану, обогащаясь нежелательными примесями. Непроникший в мембранном газоразделительном блоке поток газа с пониженным содержанием нежелательных примесей направляют к потребителю. Часть непроникшего потока газа дросселируют и направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа с повышенным содержанием нежелательных примесей. Давление смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке понижают, в том числе и до давления, ниже атмосферного, с помощью вакуум-компрессора, тем самым, обеспечивая возможность изменения отношения давлений газов в полостях высокого и низкого давления мембранного газоразделительного блока, и одновременно компримируют смесь проникшего и продувочного газов для направления либо на утилизацию в хранилище, либо для закачивания в природный пласт, либо на дальнейшую переработку. За счет понижения давления смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке вакуум-компрессором, приводящего к увеличению отношения давлений в над и подмембранных пространствах, и наличия продувки проникшего газа в мембранном газоразделительном блоке обеспечивается повышение степени извлечения очищаемого газа при минимальных энергозатратах процесса. Производительность вакуум-компрессора, расход продувочного газа и соотношение давлений в полостях высокого и низкого давлений выбираются из условия максимальной для используемого мембранного газоразделительного блока степени извлечения очищенного газа, а следовательно, минимальных энергозатрат на процесс очистки.

Перед подачей газовой смеси в мембранный газоразделительный блок осуществляют его сепарацию и фильтрацию для удаления конденсата и механических примесей.

Дополнительно газовую смесь непосредственно перед подачей ее в мембранный газоразделительный блок могут подогревать.

В мембранном газоразделительном блоке в непроникшем потоке содержание нежелательных примесей понижают более чем в два раза.

В мембранном газоразделительном блоке используют один или несколько, соединенных параллельно, мембранных модулей, в которых мембраны выполнены в виде полупроницаемых полых волокон.

Пример 1

Сырой природный газ, содержащий гелий 0,6 об.%, под давлением до 10 МПа подают в мембранный газоразделительный блок. Перед подачей природного газа в мембранный газоразделительный блок осуществляют его сепарацию и фильтрацию для удаления конденсата и механических примесей и подогревают до температуры +60°C. Непроникший в мембранном газоразделительном блоке поток газа под давлением 9,8 МПа направляют к потребителю с содержанием гелия 0,1 об.%. Часть непроникшего потока газа, примерно 5%, направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа. Выходящая из мембранного газоразделительного блока смесь проникшего и продувочного газов имеет давление 0,05 МПа, обеспечиваемое вакуум-компрессором, который далее компримирует ее до давления 15 МПа. Далее смесь проникшего и продувочного газов из мембранного газоразделительного блока с содержанием гелия 4,5-5 об.% направляют либо на утилизацию в хранилище, либо для закачивания в природный пласт, либо на дальнейшую переработку. Производительность вакуум-компрессора и параметры дросселирования продувочного газа выбираются из условия поддержания величины перепада давлений на мембранах мембранного блока, близкой к оптимальной.

Пример 2

Сырьевой природный газ с давлением 2,5 МПа и температурой +25-30°C, содержащий 150 мг/м³ сероводорода, подают в мембранный газоразделительный блок. Предварительно природный газ очищают от конденсата и механических примесей. В качестве фильтра используют коалесцентный фильтр. Непроникший в мембранном газоразделительном блоке поток газа с содержанием сероводорода не более 30 мг/м³ под давлением 2.2 МПа направляют к потребителю. Часть непроникшего потока газа, примерно 5%, направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа. Выходящая из мембранного газоразделительного блока смесь проникшего и продувочного газов имеет содержание сероводорода до 1500 мг/м³ и давление 0.1 МПа, обеспечиваемое вакуум-компрессором, который далее компримирует ее до давления 0.2 МПа.

Производительность вакуум-компрессора и параметры дросселирования продувочного газа выбираются из условия поддержания величины перепада давлений на мембранах мембранного блока, близкой к оптимальной.

Пример 3

Сырьевой природный газ с давлением 2,8 МПа, температурой +45°C и относительной влажностью (по воде) 100% подают в мембранный газоразделительный блок. Перед подачей природного газа в мембранный газоразделительный блок осуществляют его сепарацию и фильтрацию для удаления конденсата и механических примесей. Непроникший в мембранном газоразделительном блоке поток газа подают к потребителю с содержанием воды не выше 0,012 об.% (что соответствует температуре точки росы по воде при вышеуказанном давлении минус 10°C). Часть непроникшего потока газа, примерно 5%, направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа. Образованная смесь проникшего газа и продувочного газа с содержанием воды до 3,0 об.% удаляется из мембранного газоразделительного блока. Вакуум-компрессор обеспечивает понижение давления смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке до 0,05 МПа и подачу данной смеси для дальнейшей переработки. Производительность вакуум-компрессора и параметры дросселирования продувочного газа выбираются из условия поддержания величины перепада давлений на мембранах мембранного блока, близкой к оптимальной.

Пример 4

Сырьевой попутный нефтяной газ с давлением 1,6 МПа и содержанием углеводородов C₄₊ 8,0 об.% охлаждают до температуры 20°C в холодильнике. Далее перед подачей в мембранный газоразделительный блок попутный газ очищают от конденсата и механических примесей в сепараторе и фильтре. Очищенный газ поступает в мембранный газоразделительный блок, из которого непроникший поток газа направляют к потребителю с содержанием углеводородов C₄₊ не более 2,0 об.%. Часть непроникшего газа направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего газа. Образованная смесь проникшего газа и продувочного газа содержит углеводородов C₄₊ 15 об.%. Вакуум-компрессор обеспечивает понижение давления смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке до 0,04 МПа и подачу данной смеси с давлением 0,12 МПа на дальнейшую переработку. Производительность вакуум-компрессора и параметры дросселирования продувочного газа выбираются из условия поддержания величины перепада давлений на мембранах мембранного блока, близкой к оптимальной.

1. Способ разделения газовых смесей и очистки до параметров потребления, включающий подачу газовой смеси в мембранный газоразделительный блок, направление непроникшего в мембранном газоразделительном блоке потока газа к потребителю, направление проникшего потока газа на другие потребности, отличающийся тем, что часть непроникшего потока газа дросселируют и направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки проникшего потока газа, давление смеси проникшего и продувочного газов в мембранном газоразделительном блоке понижают, в том числе и до давления ниже атмосферного, с помощью вакуум-компрессора, и одновременно компримируют смесь проникшего и продувочного газов для направления либо на утилизацию в хранилище, либо для закачивания в природный пласт, либо на дальнейшую переработку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед подачей газовой смеси в мембранный газоразделительный блок осуществляют его сепарацию и фильтрацию для удаления конденсата и механических примесей.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что газовую смесь непосредственно перед подачей ее в мембранный газоразделительный блок подогревают.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в мембранном газоразделительном блоке понижают в непроникшем потоке содержание нежелательных примесей более чем в два раза.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в мембранном газоразделительном блоке используют один или несколько соединенных параллельно мембранных модулей.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в мембранном газоразделительном блоке используются мембраны в виде полупроницаемых полых волокон.