УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА К ТРАНСПОРТИРОВКЕ ТРУБОПРОВОДНЫМ ТРАНСПОРТОМ

Настоящая полезная модель относится к области разделения газовых смесей содержащих газообразные углеводороды посредством селективно-проницаемых мембран и может найти применение в газовой, нефтяной и других отраслях промышленности.
Из описания к патенту РФ на полезную модель №93801 известна установка подготовки попутного нефтяного газа (ПНГ), содержащая сепаратор, компрессор и мембранные модули с половолоконными мембранами, в котором сепаратор, компрессор и мембранные модули, последовательно соединены между собой; ПНГ подают на вход упомянутого сепаратора, продукт, т.е. ретентат с повышенным содержанием труднопроникающих компонентов, отбирают на выходе из устройства разделения газа, часть сбросного потока подают в голову процесса, а остальное - сжигают в печах. Отсутствие дополнительного охлаждения газа после компримирования снижает эффективность подготовки газа в известной установке, а отсутствие блока фильтрационной подготовки газа после компримирования перед подачей в мембранные модули, может приводить к их выходу из строя.
Эффективность вышеупомянутой установки могла бы быть повышена посредством продувки полостей низкого давления мембранных модулей частью продукта (ретентата) в противоточном режиме, как описано в патенте РФ на изобретение №2132223, если бы при этом не увеличивались безвозвратные потери продукта на продувку, при этом рециркуляция сбросного потока из мембранных модулей первой стадии нежелательна (во избежание увеличения содержания неконденсирующихся компонентов, требующих удаления, в потоке газа на входе в мембранные модули), а его сжигание для получения тепловой энергии непроизводительно, поскольку подогрев, для функционирования установки не требуется.
Цель настоящей полезной модели состоит в создании установки для подготовки попутного нефтяного газа к транспортировке трубопроводным транспортом, сочетающей в себе преимущества вышеупомянутых подходов и притом не требующей подвода энергии извне на привод компрессора.
Технический результат состоит в увеличении производительности (количества ретентата с требуемой степенью очистки/подготовки на единицу площади мембраны или единичный мембранный газоразделительный модуль) по сравнению с аналогом при уменьшении и/или полном исключении непроизводительных потерь ценных компонентов, а также в исключении вероятности повреждения мембраны конденсатом и/или механическими примесями, содержащимися в исходной газовой смеси.
Вышеуказанный технический результат достигается при функционировании установки для подготовки попутного нефтяного газа (ПНГ), содержащего сернистые соединения, до нормативных требований для транспортировки трубопроводным транспортом, содержащей сепаратор сырьевого газа, компрессор, холодильник, сепаратор компримированного газа, фильтр, мембранный газоразделительный блок первой стадии (МГБ-1), мембранный газоразделительный блок второй стадии (МГБ-2); каждый из упомянутых мембранных газоразделительных блоков содержит, по меньшей мере, два параллельно соединенных мембранных газоразделительных модуля с полостями высокого и низкого давления (ПВД и ПНД, соответственно), разделенными селективно-проницаемой мембраной; ПВД и ПНД мембранного газоразделительного модуля выполнены с возможностью подачи части ретентата с выхода ПВД в ПНД и с возможностью подачи сбросного потока из МГБ-1 на питание компрессора, а сбросного потока из МГБ-2 в сепаратор сырьевого газа; упомянутые компрессор(ы) и холодильник подключены между сепараторами сырьевого и компримированного газа.
Таким образом, эффективность установки существенно повышается за счет продувки ПНД частью ретентата, и использованию сбросного потока в качестве топлива для питания компрессора. Благодаря блоку подготовки компримированного газа в составе сепаратора компримированного газа и фильтру предотвращается повреждение мембранных газоразделительных модулей механическими примесями и/или конденсатом.
Установка может быть воплощена в различных частных и предпочтительных формах выполнения.
В одной из частных форм выполнения, количество мембранных газоразделительных модулей в МГБ-1 выбрано таким образом, чтобы сбросной поток из ПНД МГБ-1 был достаточным для питания компрессора. Это позволяет обеспечить полную независимость компрессора от внешних источников электроэнергии.
В еще одной частной форме выполнения, упомянутый компрессор представляет собой газотурбинный компрессор или газопоршневой компрессор.
В другой частной форме выполнения, упомянутые ПНД и ПВД, выполненные с возможностью подачи части ретентата из ПВД в ПНД, сообщены между собой посредством устройства, обеспечивающего регулируемый расход подачи ретентата из ПВД в ПНД, выбранного из группы, включающей дроссель, дюзу, капиллярно-пористое тело. Благодаря дросселям, дюзам, капиллярно-пористым телам, между ПНД и ПВД, обеспечивается сброс давления продувочного газа, что позволяет поддерживать высокий перепад давлений между полостями высокого и низкого давления мембранного газоразделительного модуля и обеспечивается расчетный/оптимальный расход части ретентата (продувочного газа), подаваемого из ПВД в ПНД.
В одной из частных форм выполнения, в качестве селективно-проницаемой мембраны используется половолоконная мембрана преимущественно проницаемая для воды, сероводорода, меркаптанов, диоксида углерода, этана и более тяжелых углеводородов.
В еще одной частной форме выполнения, МГБ-1 и МГБ-2 выполнены с возможностью изменения количества работающих мембранных газоразделительных модулей.
В другой частной форме выполнения, давление сбросного потока из МГБ-2 в упомянутый сепаратор сырьевого газа поддерживается на минимальном уровне, обеспечивающем максимальную эффективность работы МГБ-2. Поддержание давления может обеспечиваться известными средствами, например, посредством вакуум-компрессора; оптимальное давление может быть подобрано опытным путем.
Следует понимать, что конкретным формам выполнения установки, могут быть присущи вышеописанные особенности всех, некоторых или только одной из вышеописанных частных форм выполнения, при условии их (особенностей) технической совместимости.
Конструкция установки наглядно поясняется на примере одной из частных форм выполнения, описанной ниже.
Как показано на фиг.1 установка многостадийной очистки газовой смеси содержит трубопровод 1 для подачи ПНГ (сырьевой газ), сепаратор сырьевого газа 2, первый вход которого подключен к трубопроводу 1, трубопровод 14 для отвода конденсата (вода и жидкие углеводороды), подключенный к выходу для конденсата из сепаратора сырьевого газа 2, компрессор 3, первый вход которого подключен к выходу сепаратора сырьевого газа 2 для отсепарированного газа, холодильник 4, сепаратор 5, вход которого подключен к выходу холодильника 4, трубопровод 16 для отвода конденсата (смесь воды и углеводородов) из сепаратора 5, фильтр 6, вход которого подключен к выходу сепаратора 5 для стабилизированного газа, МГБ-1 8 первой ступени с ПВД 9 и ПНД 18, вход ПВД 9 которого подключен к выходу фильтра 6 посредством трубопровода 7, при этом выход ПНД 18 подключен ко второму входу компрессора 3 для питания посредством трубопровода 17, а выход ПВД 9 подключен к ПНД 18 трубопроводом 19 через дроссель 20. Установка также содержит МГБ-2 10 второй ступени с ПВД 11 и ПНД 22, вход ПВД 11 которого подключен к выходу ПВД 9, выход ПНД 22 подключен ко второму входу сепаратора сырьевого газа 2 посредством трубопровода 21, а выход ПВД 11 подключен к ПНД 22 трубопроводом 23 через дроссель 24, при этом выход ПВД 11 подключен к трубопроводу 13 для отвода готового продукта через регулятор расхода 12.
Установка для подготовки попутного нефтяного газа (ПНГ), содержащего сернистые соединения, до нормативных требований для транспортировки трубопроводным транспортом, работает следующим образом. Попутный нефтяной газ подают на первый вход сепаратора 2, в котором конденсат отделяют и отводят по трубопроводу 14, а отсепарированный газ подают на первый вход компрессора 3, откуда скомпримированный газ по трубопроводу 15 подают на вход холодильника 4; газожидкостную смесь из холодильника подают на вход сепаратора 5, где конденсат (вода и углеводороды) отделяют и отводят по трубопроводу 16, а отсепарированный газ подают на фильтр 6 где производится его доочистка от механических загрязнений и капельной жидкости и отделенный конденсат отводят по трубопроводу 25, затем подготовленный газ по трубопроводу 7 подают на вход ПВД 9 МГБ-1 8. В ПВД 9 газовая смесь проходит через межволоконное пространство мембранного газоразделительного модуля (не показаны), где по мере продвижения вдоль волокон, легкопроникающие компоненты газовой смеси (вода, сероводород, меркаптаны, диоксид углерода, этан и более тяжелые углеводороды) через селективно проницаемую мембрану проникают во внутриволоконное пространство упомянутых мембранных газоразделительных модулей (а затем - в ПНД 18), в результате чего соотношение легкопроникающих и труднопроникающих компонентов газовой смеси в ПВД уменьшается. Часть газовой смеси с выхода ПВД 9 подают по трубопроводу 20 через дроссель 19 в ПНД 18; продувка ПНД 18 газовой смесью с выхода ПВД 9 позволяет увеличить движущую силу процесса газоразделения. Газовую смесь, а именно, смесь пермеата из ПНД 18 и ретентата из ПВД 9, с выхода ПНД 18 подают на патрубок подачи топливного газа компрессора 3 (на чертеже не показан) для использования в качестве топлива. Основную часть газовой смеси с выхода ПВД 9 подают на вход ПВД 11 МГБ-2 10, где, аналогично МГБ 10, соотношение легкопроникающих и труднопроникающих компонентов в газовой смеси (ПВД) уменьшается с получением продукта соответствующего предъявляемым требованиям на выходе из ПВД 11, часть продукта по трубопроводу 23 через дроссель 24 подают на вход ПНД 22 МГБ 10 для ее продувки, а газовую смесь из ПНД 22 подают на второй вход сепаратора 2 по трубопроводу 21 тем самым обеспечивая возврат смеси в цикл газоразделения (рециркуляцию). Давление в системе и расход подготовленного газа устанавливают посредством регулятора 12 на трубопроводе 13 отвода готового продукта.
Таким образом, продувка полостей низкого давления мембранных газоразделительных модулей частью потока ретентата, а также возврат сбросного потока с мембранного блока второй стадии разделения в голову процесса (на рецикл) позволяет повысить эффективность и производительность установки, а использование сбросного потока с мембранного блока первой стадии в качестве топлива для компрессора позволяет с избытком компенсировать потери ценных компонентов за счет исключения внешних источников электроэнергии. При этом наличие фильтра и сепаратора перед мембранным МГБ-1 позволяет исключить вероятность выхода мембранных газоразделительных модулей из строя из-за попадания в них механических загрязнений или конденсата.