ТЕРМОАКУСТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ШФЛУ ИЗ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА

Изобретение относится к технике утилизации попутного нефтяного газа. Полезная модель направлена на получение синтетической широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) путем конверсии всех углеводородных фракций попутного нефтяного газа.
Указанный технический результат достигается тем, что используется конверсия фракций попутного нефтяного газа в синтез-газ и конверсия полученной смеси в товарный продукт - ШФЛУ. Отличительной особенностью изобретения является использование термоакустического двигателя и термоакустического холодильника для выделения синтетической ШФЛУ и азота из реакционной смеси.
Российская Федерация обладает значительными запасами попутного нефтяного газа. Проблема утилизации попутного нефтяного газа весьма актуальна. Известны следующие способы утилизации попутного нефтяного газа:
- Дистилляционная сепарация компонентов нефтяного попутного газа
- Адсорбционная сепарация компонентов нефтяного попутного газа
- Мембранная сепарация компонентов нефтяного попутного газа
- Переработка попутных нефтяных газов пиролизом
- Переработка попутного нефтяного газа в пропанобутановые кристаллогидраты
- Сепарация компонентов нефтяного попутного газа путем сжижения
Существующие способы и устройства для утилизации попутного нефтяного газа представлены в следующих базовых патентах:
Дистилляционная сепарация компонентов нефтяного попутного газа
- US 4383842 - Distillative separation of methane and carbon dioxide
- US 3983711 - Plural stage distillation of a natural gas stream
- US 4936887 - Distillation plus membrane processing of gas streams
- US 4404008 - Combined cascade and multicomponent refrigeration
- US 4846863 - Separation of hydrocarbon mixtures
- US 4056444 - Vacuum separation of mixtures with similar boiling points
- US 4312652 - Separation system
- US 4158556 - Nitrogen-methane separation process and system
- US 4747858 - Process for removal of carbon dioxide from mixtures
- US 4149864 - Separation of carbon dioxide and other acid gas components from hydrocarbon feeds
- US 5442924 - Liquid removal from natural gas
- US 4061481 - Natural gas processing
- US 4657571 - Process for the recovery of heavy constituents from hydrocarbon gaseous mixtures
- US 4230469 - Distillation of methane from a methane-containing crude gas
- US 4318723 - Cryogenic distillative separation of acid gases from methane
Недостатком данного способа является необходимость использования высоких давлений, что увеличивает металлоемкость и понижает надежность изделия.
Адсорбционная сепарация компонентов нефтяного попутного газа
- RU 2342980 - АДСОРБЦИОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ И ОСУШКИ ГАЗОВ
- RU 2338734 - СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ С ИЗ ПОПУТНЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ
- US 2806552 - Absorption process
- US 4498911 - Simultaneous removal of water and hydrogen sulfide from gaseous carbon dioxide
- US 4261716 - Apparatus for recovering hydrocarbons from air-hydrocarbon vapor mixtures
- US 4370156 - Process for separating relatively pure fractions of methane and carbon dioxide from gas mixtures
- US 4741745 - Process for separation of carbon dioxide from other gases
Недостатком данного способа является необходимость регенерации используемых дополнительных химических веществ.
Мембранная сепарация компонентов нефтяного попутного газа
- RU 2077373 - СПОСОБ МЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ
- RU 2144842 - АСИММЕТРИЧНАЯ МЕМБРАНА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
- RU 2121393 - МЕМБРАННЫЙ РУЛОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ И ПАРОВ.
- RU 2126290 - МЕМБРАННЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ
- RU 2026725 - МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ
- US 4936887 - Distillation plus membrane processing of gas streams
- US 4645516 - Enhanced gas separation process
- US 4732583 - Gas separation
- US 5352272 - Gas separations utilizing glassy polymer membranes at sub-ambient temperatures
- US 5240472 - Moisture removal from a wet gas
- US 5772733 - Natural gas liquids (NGL) stabilization process
- US 5089033 - Process for removing condensable components from gas streams
- US 6128919 - Process for separating natural gas and carbon dioxide from a raw feed stream
- US 5964923 - Natural gas treatment train
Недостатком данного способа является низкая производительность.
Переработка попутных нефтяных газов пиролизом
- RU 2330058 - СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПОПУТНЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ
- RU 2188846 - СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
Недостатком данного способа является невозможность получения товарного моторного топлива.
Сепарация компонентов нефтяного попутного газа путем сжижения
- RU 2047061 - СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
- RU 2272972 - СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ПОПУТНЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ
- RU 2004102104 - СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ПОПУТНЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ
- RU 2297267 - СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫХ СРЕД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
- RU 2225971 - СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА
- US 4356014 - Cryogenic recovery of liquids from refinery off-gases
- US 4272269 - Cryogenic expander recovery process
- US 4878932 - Cryogenic rectification process for separating nitrogen and methane
- US 4654047 - Hybrid membrane/cryogenic process for hydrogen purification
- US 4923493 - Method and apparatus for cryogenic separation of carbon dioxide
- US 4012212 - Process and apparatus for liquefying natural gas
- US 4548618 - Process and apparatus for the separation of a mixture of gases
- US 4312652 - Process for fractionation of a gaseous mixture
- US 4272269 - Cryogenic expander recovery process
Недостатком данного способа являются большие энергетические затраты на сепарацию путем сжижения компонентов.
Настоящее изобретение имеет целью снижение энергетических затрат на утилизацию попутного нефтяного газа и получение синтетического пропана.
Прототипом изобретения является патент US 4973453 «Apparatus for the production of heavier hydrocarbons from gaseous light hydrocarbons» (Установка для производства тяжелых углеводородов из газообразных легких углеводородов). Недостатками прототипа является наличие блока сжигания остатков реакционной смеси и термическая неэффективность установки. Сжигание остатков реакционной смеси приводит к потерям части углеводородов, как содержащихся в исходном попутном нефтяном газе, так и вновь синтезированных в двух последовательных реакторах.
Технический результат изобретения состоит в обеспечении полного использования всех углеводородных фракций попутного нефтяного газа и их превращение в товарный продукт - синтетическую ШФЛУ.
Указанный технический результат достигается тем, что используется конверсия фракций попутного нефтяного газа в синтез-газ и двухступенчатая конверсия полученной смеси в синтетическую ШФЛУ. Выделение различных фракций ШФЛУ происходит в двухступенчатом сепараторе и в первом термоакустическом холодильнике. Выделение азота из его смеси с углекислым газом происходит во втором термоакустическом холодильнике. Очищенный от азота углекислый газ после подогрева дымовыми газами поступает на вход в реактор получения синтез-газа. В отличие от прототипа это обеспечивает полную утилизацию содержащегося в сырье углерода.
Приводом первого и второго термоакустического холодильника является термоакустический двигатель, где сжигается часть поступающего в установку попутного нефтяного газа.
Принципиальная схема термоакустической установки производства ШФЛУ из попутного нефтяного газа представлена на Фиг.1. Установка состоит из следующих основных блоков:
1. Дроссель
2. Воздуходувка
3. Блок подготовки и очистки газа
4. Теплообменник реактора синтез-газа
5. Водяной насос
6. Реактор получения синтез-газа
7. Первый реактор синтеза углеводородов
8. Воздушный теплообменник
9. Сепаратор
10. Теплообменник для нагрева потока реагента
11. Второй реактор синтеза углеводородов
12. Воздушный теплообменник
13. Сепаратор
14. Теплообменник
15. Сепаратор
16. Первый термоакустический холодильник
17. Горелка термоакустического двигателя
18. Термоакустический двигатель
19. Второй термоакустический холодильник
20. Сепаратор
21. Теплообменник
22. Воздуходувка
23. Теплообменник
Попутный нефтяной газ через узел подготовки газа 3, через теплообменник реактора синтез-газа 4 поступает в реактор получения синтез-газа 6. Одновременно в реактор синтез-газа 4 через теплообменник реактора синтез-газа 4 подаются воздух 2 и вода 5. Синтез-газ из реактора 6 через теплообменник 4 подается в первый реактор синтеза углеводородов 7. В сепараторе 9 из охлажденной в воздушном теплообменнике 8 смеси выделяется вода и жидкие фракции ШФЛУ. Газовые фракции реакционной смеси из сепаратора 9 подаются через теплообменник 10 во второй реактор синтеза углеводородов 11. В сепараторе 13 из охлажденной в воздушном теплообменнике 12 смеси выделяется вода и жидкие фракции ШФЛУ. Оставшаяся газовая смесь через теплообменник 14 подается в первый термоакустический холодильник 16, где жидкие фракции ШФЛУ в сепараторе 15 отделяются от газообразного азота и углекислого газа. Жидкие фракции ШФЛУ из сепараторов 9, 13 и 15 поступают в накопитель готовой продукции. Газообразная смесь азота и углекислого газа из сепаратора 15 поступает через теплообменник 21 поступает в второй термоакустический холодильник 19, где сжижается углекислый газ и в сепараторе 20 удаляется газообразный азот. Углекислый газ из теплообменнике 21 через теплообменник 23 поступает в реактор получения синтез-газа 6.
Термоакустические установки для получения синтетической ШФЛУ из попутного нефтяного газа являются энергетически автономными. В отличие от традиционных установок для утилизации попутного нефтяного газа, они не требуют применения мощных механических компрессоров, газотурбинных или электрических приводов, подвода силового электроснабжения.
Отсутствие движущихся механических частей, т.е. исключительная простота и надежность, а также их энергетическая автономность позволяет размещать термоакустические установки получения синтетического синтетической ШФЛУ из попутного нефтяного газа непосредственно на промыслах или узлах сбора.
Обозначения
1.
Дроссель
2.
Воздуходувка
3.
Блок подготовки и очистки газа
4.
Теплообменник реактора синтез-газа
5.
Водяной насос
6.
Реактор получения синтез-газа
7.
Первый реактор синтеза углеводородов
8.
Воздушный теплообменник
9.
Сепаратор
10.
Теплообменник для нагрева потока реагента
11.
Второй реактор синтеза углеводородов
12.
Воздушный теплообменник
13.
Сепаратор
14.
Теплообменник
15.
Сепаратор
16.
Первый термоакустический холодильник
17.
Горелка термоакустического двигателя
18.
Термоакустический двигатель
19.
Второй термоакустический холодильник
20.
Сепаратор
21.
Теплообменник
22.
Воздуходувка
23.
Теплообменник