УСТАНОВКА ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА НИЗКОГО И СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к системам сбора и подготовки нефти и газа в нефтедобывающей промышленности преимущественно с давлением 0,3-1,5 МПа. Она может быть эффективно использована на промысловых установках подготовки нефти и газа (УКПГ), а также и на объектах типа нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) для получения бензина газового стабильного (БГС), смеси пропан-бутановой технической (СПБТ), пропан-бутана автомобильного (ПБА) и сухого отбензиненного газа (СОГ).
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является установка, содержащая сепаратор предварительной очистки газа, снабженной узлом ввода ингибитора гидратообразования, теплообменники-сепараторы первой и второй ступеней очистки, патрубки выхода конденсата которых соединены с коллектором, соединенным со сборником жидкости и охлаждаемой вихревой трубой [см. Патент RU №99600, МПК: B01D F25J, 2010 г]. Данная установка предназначена для получения СОГ путем очистки нефтяного попутного газа низкого давления холодным потоком подготовленного газа (осушенный ПНГ), получаемого путем энергетического разделения в вихревой трубе.
Однако при использовании ее в реальных условиях для фракционирования ПНГ, она обладает рядом недостатков, обусловленными особенностями технологической схемы. Как известно, со временем при подготовки нефти происходит изменение объема выделяемого газа, его компонентного состава, температуры и входного давления. Так как генерация холодного потока в вихревой трубе осуществляется посредством осушенного ПНГ, то все эти факторы приводят к технологическим затруднениям при использовании для целей фракционирования и дополнительным усилиям по поддержанию основного режима работы вихревой трубы с µ=1,0 (разделение ПНГ в охлаждаемой вихревой трубе происходит с долей холодного потока µ=0,8-1,0). Кроме того, изменения входных физико-химических параметров газа затрудняют провести автоматизацию технологического процесса без существенных финансовых затратах.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается во фракционировании попутного нефтяного газа низкого и среднего давления (0,3-1,5 МПа) и возможностью получения четырех видов продукции (БГС, СПБТ, ПБА и СОГ) в зависимости от объема входного попутного нефтяного газа, его компонентного состава, температуры и давления. Использование воздушного компрессора позволяет газодинамическому комплексу генерировать стабильный холодный и теплый поток, что значительно повышает его производительность, провести стабилизацию получаемых продуктов до нормативных требований и дает возможность автоматизации технологического процесса. Флуктуации входного объема ПНГ и его компонентного состава в пределах 25-30% не влияют на стабильность работы фракционирующей установки.
Эта цель (сущность) полезной модели достигается в технологической схеме установки фракционирования, которая состоит из: входного сетчатого центробежного каплеотбойника, сепараторов-теплообменников первой, второй и третей ступеней разделения, вихревого сепаратора тонкой очистки газа, газодинамического генератора получения холодного и теплого потоков воздуха, а также четырех продуктово-технологических емкостей. Газодинамический комплекс содержит вихревую газодинамическую трубу (ВГТ) и воздушный компрессор. ВГТ предназначена для создания низкотемпературного и теплового потоков, (эффект Хилша-Ранка). Генерация происходит путем подачи на тангенциальный вход потока из ресивера воздушного компрессора. На вход данного компрессора поступает воздух из замкнутой системы воздухообеспечения. Это дает дополнительную возможность по стабилизации работы вихревой газодинамической трубе и позволяет упростить процесс автоматизации технологической системы.
Осуществление полезной модели в установке может быть представлена следующим образом: исходный нефтяной насыщенный влагой газ поступает на вход центробежного каплеотбойника, где происходит его очистка от воды и механических примесей, которые затем поступают в первую емкость, а частично очищенный попутный нефтяной газ на вход в трубное пространство сепаратора-теплообменника первой ступени, выход из которого соединен с входом в трубное пространство сепаратора-теплообменника второй ступени, а его выход, в свою очередь, соединен с входом в трубное пространство сепаратора-теплообменника третей ступени. Выход из трубного пространства третей ступени соединен с входом вихревого сепаратора тонкой очистки. Сухой отбензиненный газ после выхода с вихревого сепаратора направляется в коллектор потребителя или газовую электростанцию, а продукция, получаемая в сепараторах, попадает в соответствующие емкости и транспортируется потребителю. Таким образом, во второй емкости собирается бензин газовый стабильный, в третьей емкости - смесь пропан-бутан техническая, в четвертой емкости - пропан-бутан автомобильный.
Для охлаждения газа первой, второй и третей ступени сепарации используется холодный поток, который генерирует вихревой газодинамический комплекс и направляется в межтрубное пространство соответствующих теплообменников. Причем самый холодный поток подается на тангенциальный вход межтрубного пространства теплообменника третей ступени, с выхода которого он подается на тангенциальный вход межтрубного пространства второго теплообменника, с выхода которого он подается на тангенциальный вход межтрубного пространства первого теплообменник, а затем на вход компрессора. Для стабилизации газового бензина и легких фракций используется тепловой поток вихревой газодинамической установки, который подается в трубное пространство соответствующих емкостей.
Таким образом, основной целью предлагаемой полезной модели является получение высокой экономической рентабельности благодаря: качественного фракционирования попутного нефтяного газа и получения четыре видов продукции БГС, СПБТ, ПБА и СОГ в зависимости от объема входного попутного нефтяного газа, его компонентного состава, температуры и давления, стабильной работы вихревого газодинамического комплекса с долей холодного потока не ниже µ=0,9÷1,0 (основной рабочий режим с µ=1,0), возможности проведения автоматизации всего технологического процесса.
На чертеже представлена схема установки для фракционирования попутного нефтяного газа низкого и среднего давления.
Установка для фракционирования попутного нефтяного газа низкого и среднего давления содержит центробежный каплеотбойник 1, соединенный входным патрубком с трубопроводом подачи ПНГ. Патрубок слива воды и механических примесей из каплеотбойника 1 соединен со сборником жидкости 8, а выходной патрубок соединен с патрубком тангенциального входа нижней камеры сепаратора-теплообменника 2, соединенной с его трубным пространством. Нижняя камера сепаратора-теплообменника 2 является корпусом сепаратора конденсата, патрубок слива конденсата из которого соединен со сборником жидкости 9, при этом выходной патрубок из верхней камеры сепаратора-теплообменника 2 соединен с патрубком тангенциального входа нижней камеры сепаратора-теплообменника 3. Нижняя камера сепаратора-теплообменника 3 сообщена с его трубным пространством и также является корпусом сепаратора конденсата, патрубок слива конденсата из сепаратора соединен со сборником жидкости 10. Аналогично, выходной патрубок верхней камеры теплообменника 3 соединен с патрубком тангенциального входа нижней камеры сепаратора-теплообменника 4. Нижняя камера сепаратора-теплообменника 4 сообщена с его трубным пространством и является корпусом сепаратора конденсата, патрубок слива конденсата из сепаратора соединен со сборником жидкости 11. Выходной патрубок верхней камеры сепаратора-теплообменника 4 соединен с входным патрубком вихревого сепаратора тонкой очистки 5 центробежного типа, патрубок слива конденсата из сепаратора 5 также соединен со сборником жидкости 11. Верхний патрубок вихревого сепаратора является местом выдачи сухого отбензиненного газа из установки потребителю. Таким образом, в емкости 8 находится вода и механические примеси, в емкостях 9-11 соответственно БГС, СПБТ и ПБА.
Патрубок вывода холодного потока вихревой газодинамической трубы 6 трубопроводом соединен с нижним патрубком межтрубного пространства сепаратора-теплообменника 5, а его верхний патрубок межтрубного пространства соединен с нижним патрубком межтрубного пространства сепаратора-теплообменника 3. Верхний патрубок межтрубного пространства сепаратора-теплообменника 3 соединен с нижним патрубком межтрубного пространства сепаратора-теплообменника 2, выходной патрубок которого трубопроводом соединен со входным патрубком компрессора 7. Патрубок вывода теплого потока через магистральную трубу соединен с патрубками входа теплообменника емкостей 9-11, а их патрубки выхода через магистральный коллектор соединены с входным патрубком воздушного компрессора 7.