УСТАНОВКА ОЧИСТКИ ГАЗА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ОТ СЕРОВОДОРОДА
LOW-PRESSURE GAS CLEANING PLANT FROM HYDROGEN SULPHIDE

Установка очистки газа низкого давления от сероводорода
4
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для очистки природных или попутных нефтяных газов от сероводорода, тиолов, воды и высших углеводородов. Очистка и осушение газа - необходимый этап транспортировки потребителю газа, который должен соответствовать определенным нормам. Для отделения сероводорода, тиолов, воды и высших (С+) углеводородов от метана, этана, азота и прочих «легких» газов, применяют различные физические воздействия.
Из уровня техники известна установка подготовки сернистого природного и попутного нефтяного газов низкого давления (патент РФ №143474, МПК B01D 53/00, опубликовано 27.07.2014), содержащая входной сепаратор, трехступенчатый компрессор, блок адсорбционной осушки и очистки газа и конденсата, который соединен с блоком очистки газа регенерации, оснащенным блоком утилизации кислого газа, и соединенным с трехступенчатым компрессором линией подачи очищенного газа регенерации, блок аминовой очистки, блок низкотемпературной конденсации и деэтанизации конденсата и дожимной компрессор, а также линию подачи на установку газа, линии вывода с установки подготовленного газа, этановой фракции и широкой фракции легких углеводородов, причем блок адсорбционной осушки и очистки газа и конденсата соединен с блоком демеркаптанизации газа регенерации, например, абсорбционным или мембранным, который соединен со второй ступенью компрессора линией подачи очищенного газа регенерации, линия подачи газа в дожимной компрессор соединена с блоком адсорбционной осушки и очистки газа и конденсата, а линия вывода углеводородного конденсата с первой ступени сжатия соединена с линией вывода конденсата с установки и с блоком осушки и очистки газа и конденсата.
Данная установка обеспечивает высокую степень очистки от сероводорода, но является сложной и дорогостоящей. Кроме того, поскольку для вовлечения в процесс очистки ПНГ используется трехступенчатый компрессор, то значительно возрастают затраты на электроэнергию.
Известна система дополнительной осушки и очистки попутного нефтяного газа с содержанием сероводорода для дальнейшего его использования в качестве топлива в газогенераторных установках (патент РФ №149634, B01D 53/00, опубликовано 10.01.2015), содержащая последовательно соединенные емкость для отсепарированного попутного нефтяного газа, конденсатосборник, блочную компрессорную станцию, газосепаратор-ресивер, по меньшей мере, два последовательно расположенных фильтра для очистки газа от механических примесей, причем газосепаратор-ресивер и фильтры соединены с подземной дренажной емкостью.
Данная установка также является сложной и дорогостоящей и для обеспечения ее функционирования требуются значительные затраты на электроэнергию по компримированию газа.
Известна установка для подготовки попутного нефтяного газа, содержащего сернистые соединения, до нормативных требований для транспортировки трубопроводным транспортом (патент РФ №118564, МПК B01D 53/00, опубликовано 27.07.2012), включающая в себя сепаратор сырьевого газа, компрессор, холодильник, сепаратор компримированного газа, фильтр, мембранный газоразделительный блок первой стадии и мембранный газоразделительный блок второй стадии; каждый из упомянутых мембранных газоразделительных блоков содержит, по меньшей мере, два параллельно подключенных мембранных газоразделительных модуля. Компрессор предназначен для повышения давления подводимого газа. Холодильник и сепаратор - для отделения конденсата (воды и углеводородов) за счет изменения фазового состояния газовой смеси.
Недостатком данной установки является необходимость применения дорогостоящего оборудования и затрат электроэнергии на работу компрессора. Кроме того в известном устройстве при охлаждении газовой смеси с отличным от запланированного составом возможно выпадение твердых газовых гидратов, которые заполнят собой трубопровод. Мембранный модуль обратного осмоса понижает выходное давление газа, степень очистки и нуждается в частом обслуживании.
Задачей изобретения является разработка низкозатратной и эффективной в эксплуатации установки для очистки газа низкого давления от сероводорода, позволяющей исключить сжигание попутного нефтяного газа на факельных установках, а также отказаться от использования компрессоров, что в свою очередь существенно снижает затраты на электроэнергию.
Технический результат изобретения заключается в увеличении суммарного количества очищенного газа, поставляемого потребителю, за счет вовлечения в процесс очистки попутного нефтяного газа, а также за счет исключения возникновения газовых гидратов в трубопроводе. Также происходит значительное снижение затрат на электроэнергию за счет отказа от использования компрессора.
Указанный технический результат достигается установкой очистки газа низкого давления от сероводорода, включающей газоструйный эжектор, к которому подведены трубопровод природного газа высокого давления и трубопровод попутного нефтяного газа низкого давления, причем на эжекторе установлен теплообменник, соединенный трубопроводами с блоком подготовки и рециркуляции теплоносителя, а выход эжектора соединен с мембранным газоразделительным модулем, имеющем два выхода: один для трубопровода транспортировки очищенного газа потребителю, другой для трубопровода отвода прошедшего через полупроницаемую мембрану сероводорода и других примесей на факельную установку для сжигания.
Достигается технический результат за счет применения газоструйного эжектора, в котором происходит смешение потоков природного газа высокого давления и попутного нефтяного газа низкого давления, в результате чего на выходе эжектора образуется смесь газов, с давлением выше, чем давление попутного нефтяного газа, что позволяет подавать смесь газов на мембранную газоразделительную установку, на которой происходит очистка газа от сероводорода, тиолов, воды и высших углеводородов без существенной потери давления. Кроме того, благодаря установленному на эжекторе теплообменнику происходит процесс теплопередачи от специально нагреваемого теплоносителя к газу, благодаря которому исключается образование твердых газовых гидратов, которое обычно имеет место в связи с охлаждением газа из-за эффекта Джоуля-Томсона.
Сущность изобретения поясняется функциональной схемой установки для очистки газа низкого давления от сероводорода.
Заявляемая установка состоит из газоструйного эжектора 1, к которому подведены трубопроводы: природного газа высокого давления 2 и попутного нефтяного газа низкого давления 3. На эжекторе 1 установлен теплообменник 4, соединенный с блоком 5 подготовки и рециркуляции теплоносителя, в котором происходит подогрев теплоносителя и подача горячего горячего теплоносителя по трубопроводу 6 на вход теплообменника 4. По трубопроводу отвода 7 охлажденный теплоноситель возвращается в блок 5, где он снова нагревается для подачи на теплообменник 4.
Смешанный поток природного газа высокого давления и попутного нефтяного газа низкого давления поступает по соединительному трубопроводу 8 на мембранный газоразделительный модуль 9, в котором происходит перпендикулярная фильтрация смеси газов. Разделение газа в мембранных модулях происходит за счет различных коэффициентов проницаемости составляющих его компонентов через полупроницаемую мембрану. Наиболее проницаемыми компонентами газа являются пары воды, сероводороды и предельные углеводороды с высокой молекулярной массой. В результате, в проникшем через мембрану потоке (пермеате) образуется смесь газов, обогащенных тяжелыми углеводородами, сероводородом и парами воды. Пермеат по трубопроводу отвода пермеата 10 поступает на факельную установку 11 для сжигания, а очищенный газ ретентат по трубопроводу выхода ретентата 12 поступает в систему транспортировки для поставки потребителям.
Техническая реализация мембранного газоразделительного модуля известна. Он может быть выполнен, например, аналогично полезной модели по патенту РФ №143422, опубл. 20.07.2014 г.
4
Установка работает следующим образом: по подводящему трубопроводу природного газа высокого давления 2 и подводящему трубопроводу попутного нефтяного газа низкого давления 3 природный газ и попутный нефтяной газ поступают в газоструйный эжектор 1, в котором происходит смешение указанных газов, в результате чего на выходе эжектора образуется смесь газов, у которой давление выше, чем первоначальное давление попутного нефтяного газа. Для предотвращения переохлаждения природного газа вследствие эффекта Джоуля-Томсона, на эжекторе 1 установлен теплообменник 4. Из блока подготовки и рециркуляции теплоносителя 5 по трубопроводу подачи теплоносителя 6 на теплообменник поступает горячий поток теплоносителя, за счет которого происходит нагрев газовых потоков до температур, исключающих возможность образования твердых газовых гидратов в области низких давлений эжектора 1. Проходя через теплообменник 4, горячий поток теплоносителя отдает тепловую энергию газу, в результате чего его температура снижается, и на выходе теплообменника по трубопроводу отвода 7 остывший теплоноситель поступает обратно в блок подготовки и рециркуляции теплоносителя 5, в котором происходит подогрев теплоносителя до необходимой температуры, и далее теплоноситель вновь поступает по трубопроводу подачи теплоносителя 6 в теплообменник 4, установленный на эжекторе 1. Смесь газов, образующаяся на выходе эжектора 1, поступает по соединительному трубопроводу 8 на мембранный газоразделительный модуль 9, в котором происходит процесс очистки смеси газов. В смесь входят тиолы - сернистые аналоги спиртов, а также высшие углеводороды - предельные углеводородные газы, с количеством молекул углеводорода в цепи от четырех и более (С+). Часть газового потока, прошедшего сквозь полупроницаемую мембрану, называют пермеатом, а оставшийся газ, направляемый потребителям - ретентатом. Стандартными условиями для газа по стандарту Международного союза теоретической и прикладной химии принимаются: давление 100 кПа и температура 0°C. Перпендикулярная фильтрация потока газа - такой способ фильтрации, при котором сквозь мембрану отфильтровывается пермеат («грязный» газ), а оставшийся ретентат становится очищенным от посторонних примесей. Поток «грязного газа» пермеата по трубопроводу отвода пермеата 10 поступает на факельную установку 11, где происходит его сжигание, а поток «чистого газа» ретентата, по трубопроводу выхода ретентата 12 поступает в систему транспортировки для поставки потребителям.
3
3
3
Пример работы установки. Газ, подлежащий очистке от сероводорода, тиолов, воды и высших углеводородов в виде двух потоков: природного газа высокого давления с давлением 5,8 МПа и расходом 1800 м/час (при стандартных условиях) и попутного нефтяного газа низкого давления с давлением 0,3 МПа и расходом 200 м/час (при стандартных условиях) по трубопроводам 2, 3 поступает на эжектор 1, где в результате смешения образуется поток с расходом 2000 м/час (при стандартных условиях) и давлением не менее 1,5 МПа. Поскольку процесс эжектирования сопровождается последовательным падением давления и дальнейшим его восстановлением, температура газовых потоков может снизиться до -10°C и привести к образованию твердых газовых гидратов. В связи с этим на эжекторе установлен теплообменник 4, на который с блока подготовки и рециркуляции теплоносителя 5 по трубопроводу подачи теплоносителя 6 поступает подогретый теплоноситель с температурой +60°C, который, проходя по теплообменнику 4 на эжекторе 1, нагревает газ до температуры выше точки образования твердых газовых гидратов. Далее теплоноситель поступает по трубопроводу отвода 7 обратно в блок подготовки и рециркуляции теплоносителя 5, где он снова нагревается до температуры +60°C и далее вновь используется для обогрева газа в эжекторе 1. Смешанный поток природного газа высокого давления и попутного нефтяного газа низкого давления поступает по соединительному трубопроводу 8 в мембранную газоразделительную установку 9, в которой в результате перпендикулярной фильтрации образуются два потока: поток «грязного газа» пермеата с давлением 0,05 МПа, который по трубопроводу отвода пермеата 10 поступает на факельную установку 11, где происходит его сжигание, и поток «чистого газа» ретентата с давлением 1,4 МПа, который по трубопроводу выхода ретентата 12 поступает в систему транспортировки для поставки потребителям.
Таким образом, использование установки очистки газа на основе эжектора с теплообменником и мембранного газоразделительного модуля позволяет вовлечь в процесс очистки попутный нефтяной газ, что позволяет увеличить суммарное количество очищенного газа, поставляемого потребителю, исключить сжигание попутного нефтяного газа на факельных установках, а также исключить образование твердых газовых гидратов в трубопроводе.