СПОСОБ РЕКОНСТРУКЦИИ УСТАНОВКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR RECONSTRUCTION OF A LOW-TEMPERATURE GAS SEPARATION PLANT FOR THE PRODUCTION OF LIQUEFIED NATURAL GAS (OPTIONS)

Изобретение относится к способам реконструкции действующих установок низкотемпературной сепарации природного газа и может быть использовано в газовой промышленности.
Необходимость реконструкции установок низкотемпературной сепарации связана, как правило, с низким качеством подготовленного природного газа, низким извлечением газового конденсата и большим количеством факельных газов. Известные способы реконструкции предусматривают мероприятия по снижению температуры на стадии низкотемпературной сепарации за счет установки дополнительного холодильного или компрессорного оборудования, но не могут обеспечить получение сжиженного природного газа (СПГ), для использования, например, в качестве газомоторного топлива для собственных нужд.
Так, известен способ реконструкции установки низкотемпературной сепарации газа, включающей блоки входной и низкотемпературной сепарации, узлы рекуперации холода и редуцирования, а также блок стабилизации конденсата, заключающийся в установке на линии подачи газа входной сепарации в узел рекуперации холода компрессорной станции для дополнительного сжатия газа [Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1999. с. 307].
Известен способ реконструкции установки низкотемпературной сепарации газа, включающей [Гриценко А.И., Истомин В.А., Кульков А.Н., Сулейманов Р.С. Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России. М.: ООО "Издательство «Недра", 1999. с. 379], включающей блоки входной и низкотемпературной сепарации, узлы рекуперации холода и редуцирования, а также блок дегазации конденсата, заключающийся в установке холодильника на линии подачи газа входной сепарации, обычно на байпасе рекуперативного теплообменника.
К недостаткам известных способов относятся высокие капитальные затраты и эксплуатационные расходы, большое количество факельных газов, образующихся на реконструированной установке, а также невозможность получения СПГ.
Наиболее близок по технической сущности к заявляемому изобретению способ реконструкции установки низкотемпературной сепарации газа с предотвращением образования факельных газов [RU 2718073, опубл. 30.03.2020 г., МПК B01D 3/14], включающий установку между блоком дегазации конденсата (фракционирования) и блоком низкотемпературной сепарации, содержащим редуцирующее устройство и низкотемпературный сепаратор, двухсекционного аппарата (деметанизатора) с контактной и отпарной секциями, в котором контактная секция соединена с входным и низкотемпературным сепараторами линиями подачи углеводородных конденсатов, а отпарная секция соединена с линией подачи газа входной сепарации до и после узла рекуперации, при этом линию вывода отходящего газа из блока фракционирования оборудуют компрессором и соединяют с линией вывода подготовленного природного газа после узла рекуперации.
Данный способ реконструкции позволяет исключить образование факельных газов, однако также не дает возможности получения СПГ из-за отсутствия соответствующего оборудования для очистки, захолаживания и редуцирования переохлажденного природного газа с получением СПГ.
Задачей изобретения является получение СПГ.
Предложено четыре варианта способа реконструкции, отличающиеся выходом и составом получаемого СПГ, а также расположением рекуперативного теплообменника блока СПГ.
Техническим результатом во всех вариантах является получение СПГ за счет соединения линии газа входной сепарации или линии подготовленного природного газа с блоком получения СПГ, соединенным с линией газа низкотемпературной сепарации в качестве хладоагента.
Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в известном способе реконструкции установки низкотемпературной сепарации, содержащей узел рекуперации, блоки входной сепарации с линией газа входной сепарации и низкотемпературной сепарации с линией газа низкотемпературной сепарации, соединенные с блоком фракционирования линиями подачи конденсатов, включающем соединение дополнительного оборудования с блоком низкотемпературной сепарации, особенностью является то, что в качестве дополнительного оборудования с блоком низкотемпературной сепарации соединяют рекуперативный теплообменник, располагая последний на линии газа низкотемпературной сепарации, при этом рекуперативный теплообменник, входящий в состав блока СПГ совместно с компрессором, соединенным с детандером, холодильником, узлом очистки и осушки газа и сепаратором, соединяют с линией газа входной сепарации линией продукционного газа, оснащенной компрессором, холодильником, а также узлом очистки и осушки газа, кроме того, рекуперативный теплообменник соединяют линией охлажденного продукционного газа с детандером и сепаратором, оснащенным линией вывода СПГ и линией вывода газа сепарации с расположенным на ней рекуперативным теплообменником.
Второй вариант отличается соединением рекуперативного теплообменника линией продукционного газа с линией подготовленного природного газа. Третий и четвертый варианты отличаются от первого и второго, соответственно, размещением рекуперативного теплообменника на линии подачи части газа низкотемпературной сепарации в линию подготовленного природного газа после узла рекуперации.
При необходимости снижения количества, или исключения вывода газов на факельное сжигание, линия отходящего газа, а также линия нагретого газа сепарации во всех вариантах могут быть соединены с блоком низкотемпературной сепарации. Недостаток энергии для привода компрессора может быть восполнен подачей энергии (например, электрической) со стороны.
Компрессор соединен с детандером посредством известных кинематических и/или электрических и/или магнитных и/или гидравлических устройств. Блок входной сепарации включает манифольд и трехфазный сепаратор. Узел рекуперации состоит из по меньшей мере одного теплообменника. Блок низкотемпературной сепарации включает редуцирующее устройство и по меньшей мере один сепаратор. Сепараторы выполнены, например, в виде объемных сепараторов и могут быть оснащены гидродинамическими устройствами. Блок фракционирования выполнен, например, в виде сепараторов и/или ректификационных колонн в количестве и с характеристиками, обусловленными заданным ассортиментом и качеством жидких продуктов. В качестве остальных элементов установки могут быть установлены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
Во всех вариантах размещение рекуперативного теплообменника блока СПГ на линии газа низкотемпературной сепарации или его части позволяет охладить сжатый компрессором за счет энергии, производимой детандером, очищенный и осушенный газ до такой температуры, при которой его редуцирование с помощью детандера приводит к образованию жидкой фазы, выводимой в качестве СПГ.
Реконструкция действующей установки низкотемпературной сепарации газа по предлагаемым способам может быть осуществлена независимо от комплектации узлов и блоков установки тем или иным оборудованием.
При реконструкции действующей установки низкотемпературной сепарации газа (фиг. 1), состоящей, например, из блока входной сепарации 1, узла рекуперации (условно показан рекуперативный теплообменник) 2, блока низкотемпературной сепарации 3, а также блока фракционирования 4, установку дополняют блоком СПГ, состоящим из рекуперативного теплообменника 5, компрессора 6, соединенного (показано штрих-пунктиром) с детандером 7, холодильника 8, узла очистки и осушки газа 9 и сепаратора 10, следующим образом:
По первому варианту способа (фиг. 2) на линии газа низкотемпературной сепарации 11 после блока 3 размещают теплообменник 5, соединяют его с линией газа входной сепарации 12 перед узлом 2 линией продукционного газа 13, оснащенной компрессором 6, холодильником 8, а также узлом очистки и осушки газа 9, кроме того, теплообменник 5 соединяют линией охлажденного продукционного газа с детандером 7 и сепаратором 10, оснащенным линией вывода СПГ 14 и линией вывода газа сепарации 15 с расположенным на ней теплообменником 5. Вновь устанавливаемые аппараты выделены серым цветом. Линии подачи ингибитора гидратообразования и вывода водных конденсатов условно не показаны.
По второму варианту способа (фиг. 3), в отличие от первого, теплообменник 5 соединяют линией продукционного газа 13 с линией подготовленного природного газа 16 после узла 2. Третий и четвертый варианты (фиг. 4 и фиг. 5, соответственно) отличаются от первого и второго вариантов, соответственно, размещением теплообменника 5 на линии 17 подачи части газа низкотемпературной сепарации в линию 16 после узла 2.
При работе установки, реконструированной по первому варианту, сырой природный газ по линии 18 поступает в блок 1, из которого выводят углеводородный конденсат, который по линии 19 направляют в блок 4, и газ, который разделяют на две части. Первую часть в качестве продукционного газа отбирают по линии 13, сжимают в компрессоре 6, охлаждают в холодильнике 8, очищают от углекислого газа и осушают в блоке 9, охлаждают в теплообменнике 5, редуцируют с помощью детандера 7 и разделяют в сепараторе 7 с получением СПГ, выводимого по линии 14 и газа сепарации, который выводят с установки после нагрева в теплообменнике 5. Вторую часть газа охлаждают в узле 2, редуцируют и сепарируют в блоке 3 с получением углеводородного конденсата, который по линии 20 направляют в блок 4, и газа, который выводят по линии 11, нагревают в теплообменнике 5, узле 2 и выводят по линии 16 в качестве подготовленного природного газа. Углеводородные конденсаты фракционируют в блоке 4 с получением продуктов в заданном ассортименте, выводимых по линиям 21, и отходящего газа, выводимого с установки по линии 22.
Работа установки, реконструированной по второму варианту, отличается тем, что продукционный газ отбирают из линии 16. Работа установки, реконструированной по третьему и четвертому вариантам отличаются от работы установок, реконструированных по первому и второму вариантам, соответственно, тем, что в теплообменнике 5 нагревают только часть газа низкотемпературной сепарации, подаваемую по линии 17, которую затем подают в линию 16 после узла 2.
При необходимости во всех вариантах отходящий газ, вместо вывода по линии 22, может быть направлен в блок 3 с помощью известных устройств. Недостаток энергии для привода компрессоров может быть восполнен подачей энергии со стороны, например, электроэнергии, по линии 23.
Работоспособность предложенного способа подтверждают примеры.
3
3
3
5+
Пример 1. На существующей установке низкотемпературной сепарации из 416,6 тыс. нм/ч сырого природного газа, содержащего 50,8 г/нм углеводородов С, при 9,0 МПа и 0°С получают продукты подготовки, в том числе 399,4 тыс. нм/час подготовленного природного газа и 20,6 т/час газового конденсата.
3
Пример 2. На установке низкотемпературной сепарации, реконструированной по прототипу, в условиях примера 1 получают в составе продуктов 410,1 тыс. нм/час подготовленного природного газа и 30,6 т/час газового конденсата.
3
3
3
3
3
3
Пример 3. На установке низкотемпературной сепарации, реконструированной по варианту 1, в условиях примера 1 сырой природный газ разделяют в блоке 1 на 18,6 т/час углеводородного конденсата и 409,6 тыс. нм/ч газа, который разделяют на два потока. 402,2 тыс. нм/ч первого потока охлаждают в узле 2, редуцируют до 5,5 МПа и разделяют в блоке 3 на 16,9 т/час углеводородного конденсата и 392,1 тыс. нм/ч газа, который нагревают в теплообменнике 5 блока СПГ и узле 2 и с температурой минус 13,6°С выводят в качестве подготовленного природного газа. 7,4 тыс. нм/ч второго потока сжимают компрессором 6 до 14,1 МПа, охлаждают в холодильнике 8 до 35°С, очищают от углекислого газа и осушают в блоке 9, охлаждают в теплообменнике 5 до минус 58,5°С, редуцируют в детандере 7 до 0,6 МПа и разделяют в сепараторе 10 с получением 3,2 т/час СПГ и 3,8 тыс. нм/час газа сепарации, который выводят после нагрева до 30°С в теплообменнике 5. Углеводородные конденсаты подают в блок 4, из которого выводят 9,6 тыс. нм/ч отходящего газа, пропан-бутановую фракцию и 20,7 т/час газового конденсата.
3
3
3
Пример 4. На установке низкотемпературной сепарации, реконструированной по варианту 2, в условиях примера 3 на охлаждение в узел 2 подают 409,6 тыс. нм/ч, а в компрессор 6 направляют 7,4 тыс. нм/ч подготовленного природного газа и при этом получают 2,4 т/час СПГ, 392,0 тыс. нм/ч СОГ и 20,7 т/час газового конденсата, а также пропан-бутановую фракцию, газ сепарации и отходящий газ.
3
Пример 5. На установке низкотемпературной сепарации, реконструированной по варианту 3, в условиях примера 3 на нагрев в теплообменник 5 из блока 3 подают 20,0 тыс. нм/ч газа, при этом получают 3,2 т/час СПГ, 392,1 тыс. нм3/ч СОГ и 20,7 т/час газового конденсата, а также пропан-бутановую фракцию, газ сепарации и отходящий газ.
3
3
Пример 6. На установке низкотемпературной сепарации, реконструированной по варианту 4, в условиях примера 4 на нагрев в теплообменник 5 из блока 3 подают 15,0 тыс. нм/ч газа, при этом получают 2,4 т/час СПГ, 392,0 тыс. нм/ч СОГ и 20,7 т/час газового конденсата, а также пропан-бутановую фракцию, газ сепарации и отходящий газ.
Таким образом, предложенный способ позволяет получать СПГ и может быть использован в газовой промышленности.