ФРАКЦИОНИРУЮЩИЙ ХОЛОДИЛЬНИК-КОНДЕНСАТОР
FRACTIONATING REFRIGERATOR-CAPACITOR

Изобретение относится к аппаратам для подготовки газа, а именно, к конструкции сепарационных устройств, и может быть использовано, например, в нефтегазовой промышленности для комплектования установок осушки и отбензинивания природных газов методом низкотемпературной сепарации (конденсации), а также в других отраслях промышленности при охлаждении и сепарации многокомпонентных паров (газов) с частичной конденсацией низколетучих компонентов.
Известна система низкотемпературной сепарации газа газоконденсатного месторождения [Патент РФ №2432535, опубл. 27.10.2011 г., МПК F25J 3/00], которая в качестве устройства для конечной ступени сепарации содержит фракционирующий конденсатор со спиральной насадкой, в котором производится массообмен между газом и конденсатом.
Недостатком устройств является неэффективность работы фракционирующего конденсатора из-за инверсии температур (увеличение температуры снизу верх по высоте фракционирующего аппарата), возникающей из-за подачи наиболее холодного газа конечной ступени сепарации в низ тепломассообменной секции фракционирующего конденсатора для массообмена с более теплым конденсатом первой ступени сепарации, подаваемым на верх тепломассообменной секции. Вследствие этого происходит нагревание газа конечной ступени сепарации и обогащение его тяжелыми компонентами, входящими в состав конденсата, что приводит к ухудшению степени подготовки товарного газа (повышению точки росы по углеводородам).
Наиболее близко по технической сущности к заявляемому изобретению сепарационное устройство, которое используется, например, на промежуточной ступени сепарации установок низкотемпературной сепарации [Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. -М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1999. с.290] и состоит из сепаратора и холодильника сырьевого газа, охлаждаемого обратным потоком товарного газа, и оснащенного линиями ввода сырьевого газа и охлажденного товарного газа, линией вывода товарного газа и линией подачи газожидкостной смеси, соединяющей теплообменник с сепаратором, оснащенный, кроме того, линиями вывода газа сепарации, нестабильного конденсата и водного раствора ингибитора гидратообразования.
Недостатком известного устройства является большая металлоемкость, а также потери тяжелых (низколетучих) компонентов с газом сепарации вследствие работы устройства в режиме однократной конденсации с высоким равновесным содержанием тяжелых компонентов в товарном газе, соответствующим их содержанию в нестабильном конденсате.
Задача изобретения - снижение потерь тяжелых компонентов и снижение металлоемкости оборудования.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа:
- снижение потерь тяжелых компонентов из сырьевого газа за счет его дефлегмации в процессе охлаждения,
- снижение металлоемкости за счет сокращения количества единиц оборудования.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве, оснащенном холодильником, сепаратором и линиями ввода сырьевого газа и охлажденного товарного газа, линиями вывода товарного газа, газа сепарации, нестабильного конденсата и водного раствора ингибитора гидратообразования, особенностью является то, что в качестве устройства используют вертикальный фракционирующий холодильник-конденсатор, состоящий из дефлегматора и сепарационной секции, примыкающей к нему снизу, которые заключают между собой зону питания, оснащенную линией ввода сырьевого газа, дефлегматор оснащен линией ввода охлажденного товарного газа и линиями вывода газа сепарации и товарного газа, а сепарационная секция оснащена линиями вывода нестабильного конденсата и водного раствора ингибитора гидратообразования, при этом дефлегматор оборудован блоком тепломассообменных элементов, например, спирально-радиального типа, имеющих внутреннее пространство для прохода хладагента и образующих внешнее массообменное пространство, при этом линия ввода охлажденного товарного газа расположена в верхней части, а линия вывода товарного газа - в нижней части блока тепломассообменных элементов.
При необходимости между зоной питания и фракционирующей секцией может быть размещено газораспределительное устройство.
Использование вертикального фракционирующего холодильника-конденсатора, состоящего из дефлегматора и сепарационной секции, примыкающей к нему снизу, которые заключают между собой зону питания, оснащенную линией ввода сырьевого газа, позволяет снизить металлоемкость за счет совмещения в одном аппарате функции холодильника-конденсатора и сепаратора, а также осуществить дефлегмацию сырьевого газа в процессе его охлаждения, за счет чего снизить потери тяжелых компонентов из сырьевого газа.
Оборудование дефлегматора блоком тепломассообменных элементов, например, спирально-радиального типа, имеющих внутреннее пространство для прохода хладагента и образующих внешнее массообменное пространство, позволяет осуществлять дефлегмацию сырьевого газа при охлаждении холодным товарным газом, подаваемым во внутреннее пространство тепломассообменных элементов, за счет чего снизить потери тяжелых компонентов из сырьевого газа.
Расположение линии ввода охлажденного товарного газа в верхней части, а линии вывода товарного газа в нижней части блока тепломассообменных элементов обеспечивает оптимальный профиль температур для фракционирования сырьевого газа в дефлегматоре с постепенным возрастанием температуры сверху вниз.
Размещение газораспределительного устройства между зоной питания и дефлегматором обеспечивает благоприятный гидродинамический режим работы устройства за счет равномерного распределения сырьевого газа по сечению дефлегматора.
Важным является то, что сепарация сырьевого газа в предлагаемом устройстве происходит без образования капельной жидкости, поскольку пленка конденсата образуется на поверхностях тепломассообменных элементов и далее стекает по ним без отрыва, что исключает образование и унос капельной жидкости и повышает сепарационную эффективность устройства.
Фракционирующий холодильник-конденсатор состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, дефлегматора 2, состоящего из блока тепломассообменных элементов с линией ввода холодного товарного газа 3 и линиями вывода товарного газа 4 и газа сепарации 5, сепарационной секции 6 с линиями вывода нестабильного конденсата 7 и водного раствора ингибитора гидратообразования 8, а также зоны питания 9 с линией ввода сырьевого газа 10. Между зоной питания 9 и дефлегматором 2 целесообразно разместить газораспределительное устройство 11 (рис.1).
Фракционирующий холодильник-конденсатор работает следующим образом.
Сырьевой газ (I) по линии 10 подают в зону питания 9 и далее через газораспределительное устройство 11 направляют дефлегматор 2, где за счет охлаждения холодным товарным газом (II), поступающим по линии 3 с конечной ступени сепарации (на схеме не показана) в верхнюю часть внутреннего пространства блока тепломассообменных элементов, в режиме дефлегмации конденсируют и фракционируют тяжелые компоненты сырьевого газа, и получают газ сепарации (III), выводимый по линии 5 с верха дефлегматора 2 и направляемый далее на конечную ступень сепарации, а также нестабильного углеводородного конденсата (IV) и водного раствора ингибитора гидратообразования (V), выводимых с низа сепарационной секции 6 по линиям 7 и 8 соответственно. Нагретый во внутреннем пространстве блока тепломассообменных элементов товарный газ (VI) выводят из нижней части внутреннего пространства блока тепломассообменных элементов по линии 4.
Таким образом, предлагаемый фракционирующий холодильник-конденсатор позволяет осуществлять эффективную сепарацию газа при снижении металлоемкости, снижении потерь тяжелых компонентов с товарным газом и может найти применение, например, в нефтегазовой промышленности.