УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Область техники
Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности и может быть использована на узлах промысловой подготовки нефти для подготовки попутного нефтяного газа (далее - ПНГ) или иных углеводородных газов низкого давления, с целью получения углеводородного конденсата (ШФЛУ - широкой фракции легких углеводородов, СПБТ - смеси пропана и бутана технических) и подготовленного газа, который может быть использован для выработки тепла или электроэнергии.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известна установка для подготовки попутного нефтяного газа преимущественно от 0,02 до 0,2 МПа (см. аналог - RU 99347, МПК B01D 53/26 (2006.01), публ. 20.11.2010), содержащая сепаратор, конденсатор, холодильную установку и емкость приема конденсата, с которой соединены выход конденсата из сепаратора и конденсатора. При этом конденсатор соединен с холодильной установкой, которая снабжена сепаратором предварительной очистки газа, узлом ввода ингибитора предупреждения образования газогидратов. В упомянутую холодильную установку веден блок абсорбционной сероочистки, вход в который соединен с выходом сепаратора предварительной очистки, а выход - соединен с входом в узел ввода ингибитора гидратообразования. Применение известной установки позволяет при прохождении газа по технологической цепи провести предварительную очистку входящего ПНГ от капель углеводородного и водяного конденсата в сепараторе первичной очистки, предотвратить образование газогидратов путем ввода ингибиторов гидратообразования, провести охлаждение входящего ПНГ, конденсацию и сепарацию основного количества углеводородного конденсата в теплообменниках-конденсаторах холодным потоком от холодильной установки.
Однако, данная установка имеет следующие недостатки: высокое энергопотребление холодильной установки; неэффективное разделение газожидкостной углеводородной смеси в теплообменниках-конденсаторах; большие потери ингибитора гидратообразования; получение углеводородного конденсата нестабильного состава.
Из уровня техники известна установка для переработки попутного нефтяного газа низкого давления (см. ближайший аналог - RU 118408, публ. 20.04.2012, МПК F25J 3/08), в которой объединены в технологическую линию: устройство эжекции газа в жидкость для подъема давления, устройство разделения различных сред, устройство генерации холода. Организована сероочистка, предотвращение гидратообразования и возврат ингибитора. Это осуществляется следующим образом: исходный ПНГ смешивается в эжекторе с жидкостью высокого давления, после этого образовавшаяся газожидкостная смесь направляется в двухфазный сепаратор, где происходит разделение на углеводородный газ и рабочую жидкость. Жидкость охлаждается в теплообменнике и насосом подается в эжектор для повторного использования, а углеводородный газ под давлением подается, на абсорбционную сероочистку или напрямую для охлаждения в теплообменник (жидкостной или воздушный), далее в теплообменник вихревой трубы, далее в теплообменник холодильной машины. Для предотвращения образования газогидратов, в поток газа перед входом в теплообменник (жидкостной или воздушный) вводится ингибитор гидратообразования. Охлажденный газ, после холодильной машины направляется в трехфазный разделитель, где из него выделяются топливный газ, который подается в вихревую трубу для охлаждения и подачи в теплообменник вихревой трубы в качестве хладагента и последующей отправки потребителю. Насыщенная ингибитором гидратообразования жидкая фракция из разделителя подается в устройство регенерации ингибитора и затем ингибитор насосом подается на вход теплообменника (жидкостного или воздушного). Углеводородный конденсат из разделителя подается в двухфазный сепаратор для сброса избыточного давления насыщенных паров, а затем отводится в накопительную емкость. Применение предложенной полезной модели обеспечивает получение углеводородного конденсата (ШФЛУ, СПБТ) и топливного газа непосредственно в местах его получения.
Однако, вышеописанная установка обладает следующими недостатками. При жидкостном теплообменнике требуется жидкость, температура которой ниже температуры охлаждаемого газа. Как правило, к такой жидкости относится вода, однако, на местах добычи нефти воду найти проблематично, что ограничивает применение данного типа теплообменника. Использование воздушного теплообменника в летний, осенний и весенний периоды является неэффективным, так как температура окружающего воздуха выше 0°C. Упомянутые в установке вихревая труба и теплообменник вихревой трубы имеют ограниченное применение, усложняют и удорожают установку при большом содержании конденсирующихся углеводородов и малом содержании несконденсированного газа используемого в вихревой трубе. А абсорбционная сероочистка имеет ограниченное применение - позволяет очищать попутный газ от сероводорода, однако не очищает попутный газ от меркаптанов, которые наряду с сероводородом разрушают оборудование.
Раскрытие полезной модели
Задача полезной модели направлена на разработку надежной и эффективной установки для подготовки попутного нефтяного газа низкого давления.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной установки для подготовки попутного нефтяного газа низкого давления заключается: в упрощении установки, осуществляющей подготовку попутного нефтяного газа низкого давления, который может быть загрязнен серосодержащими соединениями, с получением товарных продуктов (жидких углеводородов и подготовленного газа); в повышении степени очистки газа; в снижении энергозатрат на выработку холода.
Совокупность признаков полезной модели, представленная в независимом пункте формулы, находится в причинно-следственной взаимосвязи с достигаемым техническим результатом.
Согласно первому варианту сущность полезной модели заключается в том, что установка для переработки попутного нефтяного газа низкого давления содержит эжектор, первый вход которого соединен с трубопроводом N подачи попутного нефтяного газа, второй вход соединен с трубопроводом подачи рабочей жидкости, а выход соединен с сепаратором «газ-жидкость», упомянутый сепаратор «газ-жидкость» снабжен двумя выходами, первый из которых, предназначенный для рабочей жидкости, соединен с входом в теплообменник охлаждения жидкости, выход которого соединен с входом напорного насоса, а выход напорного насоса соединен с первым входом эжектора, теплообменник конденсации углеводородов, разделитель «газ - углеводородный конденсат - жидкость», снабженный тремя выходами, первый из которых соединен с входом устройства регенерации и подачи ингибитора гидратообразования, а второй выход соединен с входом в сепаратор «углеводородный конденсат - газ», емкость сбора углеводородного конденсата, установка снабжена устройством ввода ингибитора гидратообразования, содержащим два входа, первый из которых соединен со вторым выходом сепаратора «газ-жидкость» или выходом устройства очистки газа, а второй вход соединен с устройством регенерации и подачи ингибитора гидратообразования, при этом выход упомянутого устройства ввода ингибитора гидратообразования соединен с входом теплообменника конденсации углеводородов; третий выход разделителя «газ - углеводородный конденсат - жидкость» соединен с трубопроводом L выхода подготовленного газа.
Согласно второму варианту сущность полезной модели заключается в том, что установка для переработки попутного нефтяного газа низкого давления содержит эжектор, первый вход которого соединен с трубопроводом N подачи попутного нефтяного газа, второй вход соединен с трубопроводом подачи рабочей жидкости, а выход соединен с сепаратором «газ-жидкость», упомянутый сепаратор «газ-жидкость» снабжен двумя выходами, первый из которых, предназначенный для рабочей жидкости, соединен с входом в теплообменник охлаждения жидкости, выход которого соединен с входом напорного насоса, а выход напорного насоса соединен с первым входом эжектора, теплообменник конденсации углеводородов, разделитель «газ - углеводородный конденсат - жидкость», снабженный тремя выходами, первый из которых соединен с входом устройства регенерации и подачи ингибитора гидратообразования, а второй выход соединен с входом в сепаратор «углеводородный конденсат - газ», емкость сбора углеводородного конденсата, установка снабжена устройством ввода ингибитора гидратообразования и теплообменником рекуперации холода, причем устройство ввода ингибитора гидратообразования снабжено двумя входами, первый из которых соединен с выходом сепаратора «газ-жидкость» или выходом устройства очистки газа, а второй вход соединен с устройством регенерации и подачи ингибитора гидратообразования, выход упомянутого устройства ввода ингибитора гидратообразования соединен с входом теплообменника рекуперации холода, упомянутый теплообменник рекуперации холода снабжен двумя входами и двумя выходами, при этом первый вход соединен с выходом устройства ввода ингибитора гидратообразования, а второй вход соединен со вторым выходом сепаратора «углеводородный конденсат - газ», первый выход соединен с первым входом в теплообменник конденсации углеводородов, а второй выход соединен с входом в емкость сбора углеводородного конденсата; третий выход разделителя «газ - углеводородный конденсат - жидкость» соединен с трубопроводом L выхода подготовленного газа.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности “новизна”.
Предложенное техническое решение может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо, воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности “промышленная применимость”.
Следует понимать, что специалисты в данной области техники смогут предложить другие варианты осуществления полезной модели и что некоторые его детали можно изменять в различных других аспектах, не выходя за рамки сущности и объема настоящей полезной модели. Соответственно, схема и подробное описание установки носят иллюстративный, но не ограничительный характер.
Сущность технического решения поясняется схемой, на которой представлены:
1 - эжектор;
2 - сепаратор «газ-жидкость»;
3 - теплообменник охлаждения жидкости;
4 - напорный насос;
5 - устройство ввода ингибитора гидратообразования;
6 - машина холодильная;
7 - устройство регенерации и подачи ингибитора гидратообразования;
8 - теплообменник конденсации углеводородов;
9 - разделитель «газ - углеводородный конденсат - жидкость»;
10 - сепаратор «углеводородный конденсат - газ»;
11 - емкость сбора углеводородного конденсата;
12 - устройство очистки;
13 - устройство регенерации жидкости;
14 - теплообменник рекуперации холода;
N - трубопровод подачи попутного нефтяного газа;
L - трубопровод выхода подготовленного газа.
Установка для подготовки попутного нефтяного газа низкого давления (далее - установка) снабжена устройством подъема давления газа, содержащим эжектор 1, имеющий два входа, первый из которых соединен с трубопроводом N подачи попутного нефтяного газа (далее -ПНГ), а второй вход соединен с трубопроводом подачи рабочей жидкости Эжектор 1 соединен своим выходом с входом в сепаратор 2 «газ-жидкость», в котором происходит разделение газа и жидкости. Первый выход сепаратора 2 «газ-жидкость», предназначенный для рабочей жидкости, соединен с первым входом в теплообменник 3 охлаждения жидкости. Первый выход теплообменника 3 охлаждения жидкости, предназначенный для рабочей жидкости, соединен с входом напорного насоса 4, выход которого соединен с входом рабочей жидкости в эжектор 1.
Установка снабжена устройством 5 ввода ингибитора гидратообразования, а также теплообменником 14 рекуперации холода.
Устройством 5 ввода ингибитора гидратообразования содержит два входа и один выход. Второй выход сепаратора 2 «газ-жидкость», предназначенный для углеводородного газа, соединен с первым входом устройства 5 ввода ингибитора гидратообразования.
Если же установка снабжена устройством очистки 12 газа от серосодержащих соединений, то второй выход сепаратора 2 «газ-жидкость» через байпас будет соединен с входом упомянутого устройства очистки 12 газа, при этом выход устройства очистки 12 газа будет соединен с первым входом устройства 5 ввода ингибитора гидратообразования.
Второй вход устройства 5 ввода ингибитора гидратообразования соединен с выходом устройства 7 регенерации и подачи ингибитора гидратообразования.
Выход устройства 5 ввода ингибитора гидратообразования может быть соединен с первым входом в теплообменник 8 конденсации углеводородов, если теплообменник 14 рекуперации холода отсутствует в установке.
Теплообменник 14 рекуперации холода содержит два входа и два выхода: первый вход соединен с выходом устройства 5 ввода ингибитора гидратообразования, а второй вход может быть соединен со вторым выходом сепаратора 10 «углеводородный конденсат - газ», в котором происходит разделение конденсата углеводородов и газа; первый выход соединен с первым входом в теплообменник 8 конденсации углеводородов, а второй выход соединен с входом в емкость 11 сбора углеводородного конденсата.
Теплообменник 8 конденсации углеводородов имеет два выхода, первый из которых соединен с входом в разделитель 9 «газ -углеводородный конденсат - жидкость», а второй выход (с хладагентом) соединен с входом холодильной машины 6.
Разделитель 9 «газ - углеводородный конденсат - жидкость» имеет три выхода, первый из которых соединен с входом устройства 7 регенерации и подачи ингибитора гидратообразования, второй выход, по которому перемещается ШФЛУ или СПБТ, соединен с входом сепаратора 10 «углеводородный конденсат - газ» или емкостью 11 сбора углеводородного конденсата, а третий выход соединен с трубопроводом L выхода подготовленного газа.
Сепаратор 10 «углеводородный конденсат - газ» содержит два выхода, первый из которых соединен с трубопроводом N подачи ПНГ или с трубопроводом L выхода подготовленного газа, а второй выход может быть соединен с емкостью 11 сбора углеводородного конденсата.
Установка работает следующим образом.
Влажный ПНГ низкого давления поступает в качестве пассивного потока в эжектор 1. Активным потоком является циркулирующая жидкость, которая подается в эжектор 1 напорным насосом 4 под давлением от 3 до 8 МПа. В результате эжектирования выходящее давление газожидкостной смеси поднимается и может регулироваться в широком диапазоне от 0,5 до 1,5 МПа.
Далее газожидкостная смесь поступает в сепаратор 2 «газ-жидкость», где происходит отделение углеводородного газа от жидкой водной фазы.
Выходящая из сепаратора 2 «газ-жидкость» жидкость охлаждается в теплообменнике 3 технической водой или атмосферным воздухом в случае применения аппарата воздушного охлаждения для поддержания постоянной температуры активной жидкости, т.к. в результате эжектирования выходящая газожидкостная смесь нагревается от 3 до 5°C, поэтому необходим постоянный отвод полученного тепла для стабилизации процесса переработки газа. Затем жидкость поступает на всас напорного насоса 4 и далее подается на вход в эжектор 1.
Если в газе содержится сероводород, то он будет поглощаться жидкостью, представляющей собой раствор амина в воде. Для удаления вышеупомянутого сероводорода из жидкости предусмотрено устройство регенерации 13 жидкости, в которое жидкость подается из сепаратора 2 «газ-жидкость». Далее регенерированная жидкость подается в теплообменник 3 охлаждения жидкости. Регенерированная жидкость - это жидкость, из которой удален сероводород.
Газ избыточным давлением от 0,5 до 1,5 МПа из сепаратора 2 «газ-жидкость» направляется в устройство 5 ввода ингибитора гидратообразования, в котором смешивается с регенерированным ингибитором гидратообразования, поступающим из устройства 7 регенерации и подачи ингибитора гидратообразования. Затем газ охлаждается в теплообменнике 8 конденсации углеводородов холодильной машины 6 до расчетной температуры, в зависимости от требований к объему и компонентному составу получаемого конденсата, и далее направляется в разделитель 9 «газ - углеводородный конденсат -жидкость».
Если газ в своем составе содержит серосодержащие вещества, то установку снабжают устройством очистки 12 газа от серосодержащих соединений. Таким образом, газ, поступивший из сепаратора 2 «газ-жидкость» в устройство очистки 12, очищается посредством удаления из него серосодержащих соединений. Далее газ направляется в устройство 5 ввода ингибитора гидратообразования.
С целью уменьшения энергопотребления установка снабжена теплообменником 14 рекуперации холода, который охлаждает газ перед теплообменником 8 конденсации углеводородов за счет нагрева углеводородного конденсата, поступающего из сепаратора 10 «углеводородный конденсат - газ» и далее направляемого в емкость 11 сбора углеводородного конденсата,.
В разделителе 9 «газ - углеводородный конденсат - жидкость» происходит выделение из газа углеводородного конденсата (СПБТ или ШФЛУ), далее отделение его от насыщенного раствора ингибитора гидратообразования с последующим отводом в сепаратор 10 «углеводородный конденсат - газ» или в емкость 11 сбора углеводородного конденсата. Подготовленный газ из разделителя 9 «газ - углеводородный конденсат - жидкость» направляется в трубопровод L подготовленного газа потребителю. Насыщенный раствор ингибитора гидратообразования из разделителя 9 «газ - углеводородный конденсат - жидкость» направляется в устройство 7 регенерации и подачи ингибитора гидратообразования, где из упомянутого насыщенного раствора выпариваются излишки воды. После этого регенерированный ингибитор гидратообразования подается в устройство 5 ввода ингибитора гидратообразования. В случае необходимости доведения давления насыщенных паров полученного углеводородного конденсата до определенных требований по давлению насыщенных паров не превышающих 1,6 МПа при 45°C, конденсат из разделителя 9 «газ - углеводородный конденсат - жидкость» направляется в сепаратор 10 «углеводородный конденсат - газ» для выветривания испарившихся легких углеводородов. В упомянутом сепараторе 10 «углеводородный конденсат - газ» сбрасывается давление и происходит выделение легких этан-пропан-бутановой фракций. Выделенный в сепараторе 10 «углеводородный конденсат - газ» газ направляется на смешение с потоком газа из разделителя 9 «газ - углеводородный конденсат - жидкость» в трубопровод L подготовленного газа для потребителя или через байпас на смешение с ПНГ и далее поступает на вход в эжектор 1, а жидкий конденсат в виде СПБТ или ШФЛУ отводится в емкость 11 сбора углеводородного конденсата.
Переработанный в вышеописанной установке ПНГ может подаваться в магистральный газопровод, в поршневые энергетические установки, в технологические установки и котельные. Полученный конденсат в виде СПБТ или ШФЛУ направляется потребителю.
Промышленная применимость
Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности и может быть использована на узлах промысловой подготовки нефти для подготовки попутного нефтяного газа (далее - ПНГ) или иных углеводородных газов низкого давления, с целью получения углеводородного конденсата (ШФЛУ - широкой фракции легких углеводородов, СПБТ - смеси пропана и бутана технических) и подготовленного газа, который может быть использован для выработки тепла или электроэнергии. Технический результат, получаемый при реализации разработанной установки для подготовки попутного нефтяного газа низкого давления заключается: в упрощении установки, осуществляющей подготовку попутного нефтяного газа низкого давления, который может быть загрязнен серосодержащими соединениями, с получением товарных продуктов (жидких углеводородов и подготовленного газа); в повышении степени очистки газа; в снижении энергозатрат на выработку холода.