УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ НИЗКОНАПОРНОГО ПРИРОДНОГО И ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗОВ И СПОСОБ ЕЁ ПРИМЕНЕНИЯ
PLANT FOR UTILISATION OF LOW-PRESSURE NATURAL AND ASSOCIATED OIL GASES AND METHOD FOR USE THEREOF

Изобретение относится к комплексной переработке низконапорного природного или попутного нефтяного газов на нефтегазоконденсатных месторождениях и может быть использовано при разработке способов и устройств для получения электроэнергии и метанола.
Удаленность нефтегазоконденсатных месторождений от электростанций делает практически невозможным применение для их энергоснабжения линий электропередач. В связи с этим перспективным является получение электроэнергии из природного или попутного нефтяного газов непосредственно на месторождении с использованием газотурбинных установок.
При добыче и переработке природного газа образуются газовые гидраты, которые приводят к закупорке трубопроводов и авариям. Для предотвращения этого явления в газовый поток вводят ингибиторы. В настоящее время на действующих месторождениях Крайнего Севера России в качестве ингибитора гидратообразования, в основном, используется метанол. Транспортировка метанола с химических предприятий на промыслы значительно повышает его стоимость.
Предлагаемое техническое решение позволяет с максимальной эффективностью объединить в одном энергохимическом комплексе несколько технологий, а именно получение метанола из низконапорного природного или попутного нефтяного газа и электроэнергии из отходящих газов производства метанола в газотурбинной установке с регенеративным циклом.
Известен комбинированный способ получения электроэнергии в газотурбинных и парогазовых установках с использованием синтез-газа в качестве топлива для этих установок, а также для получения жидкого синтетического топлива (Патент RU на изобретение №2250872, 27.04.2005 г., МПК С01В 3/32, C10L 3/10, F01K 23/10). Основным недостатком является то, что электроэнергия и синтетическое топливо получаются через энергоемкую и требующую больших капитальных затрат стадию получения синтез-газа.
Близкой к предлагаемому техническому решению является комбинированная газотурбинная установка, предназначенная для комплексной утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газа, которая используется при создании наземных блочно-модульных комплексов для получения электричества и синтетических топлив с утилизацией остаточного тепла в газотурбинной установке (Патент RU на изобретение №2428575, 10.09.2011 г., МПК F02C 1/02).
Основным недостатком является то, что установка предусматривает подготовку низконапорного природного или попутного нефтяного газа - сероочистку, сепарацию и осушку перед подачей в газотурбинную установку, а также применение в качестве технологической схемы получения конечного продукта схему, в основе которой лежит 2-стадийный процесс получения синтетических жидких топлив через стадию получения синтез-газа.
Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков и организация комплексного использования низконапорного природного или попутного нефтяного газа для одновременного производства метанола и электроэнергии.
Решение указанной задачи достигается тем, что установка для утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов содержит газотурбинный блок, включающий камеру сгорания, расположенную в дымовой трубе, в которой также расположен регенератор газа, вход которого сообщен с воздушным компрессором, а выход - с турбиной высокого давления, соединенной с турбиной низкого давления, которая сообщена с камерой сгорания, и блок получения метанола, включающего до трех последовательно расположенных реакторов, сообщенных с рекуперативным теплообменником, подключенным к входу холодильника-конденсатора, и устройствами для регулирования параметров подаваемого пара, причем холодильник-конденсатор через дросселирующее устройство сообщен с сепаратором, подсоединенным к сборнику жидкой фракции, при этом к одному входу блока получения метанола подключен воздушный компрессор, к другому - компрессор по газу, который сообщен с блоком подготовки низконапорного природного или попутного нефтяного газов, а выходы блока получения метанола сообщены с газотурбинным блоком и ректификационным узлом.
В варианте исполнения установки для утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов, выход блока получения метанола дополнительно подсоединен к блоку подготовки низконапорного природного или попутного нефтяного газов для переработки части отходящих газов совместно с исходным газом, получаемым со скважины, в метанол.
Предложен способ утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов при помощи предлагаемой установки утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов, который включает выработку электроэнергии в газотурбинном блоке, содержащем камеру сгорания и регенератор, расположенные в дымовой трубе, и блок получения метанола. При этом газ из скважины разделяют на два потока - основной и вспомогательный, основной поток направляют в блок получения метанола, а вспомогательный - в камеру сгорания газотурбинного блока для запуска турбины.
Отличием способа является то, что энергоснабжение блока получения метанола осуществляют при помощи электроэнергии, получаемой в газотурбинном блоке, причем метанол получают методом прямого парциального окисления из низконапорного природного или попутного нефтяного газа без предварительной очистки от жирных компонентов, при этом окисление углеводородсодержащего газа проводят в последовательно расположенных реакционных зонах реакторов при начальной температуре до 500°С, давлении до 10 МПа и содержании кислорода в реакционных зонах не более 6 об. %. При этом отходящие газы, образующиеся при производстве метанола, после сепарации частично рециркулируют на вход реакторных зон, а остальной поток направляют в камеру сгорания газотурбинного блока.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема установки с указанием основных узлов, на фиг. 2 - схема газотурбинного блока, на фиг. 3 - схема блока получения метанола.
Предложенный способ может быть реализован при помощи установки, имеющей следующую конструкцию.
Установка утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов подключена к скважине 1 низконапорного природного или попутного нефтяного газа.
Выходная линия по газу 2 подключена к газотурбинному блоку 4.
Газотурбинный блок 4 содержит камеру сгорания 5, расположенную в дымовой трубе 6, где также расположен регенератор газа 7 (теплообменный аппарат), который со стороны входа сообщен трубопроводом с воздушным компрессором 8, а со стороны выхода - с турбиной 9 высокого давления, соединенной с турбиной 10 низкого давления. Турбина 10 низкого давления сообщена с помощью магистрали с полостью камеры сгорания 5. Турбина 9 высокого давления механически связана с воздушным компрессором 8, который соединен с электростартером-генератором 11. Турбина 10 низкого давления механически соединена с электрогенератором 12 (фиг. 2). Электрогенератор 12 соединен с блоком 13 получения метанола.
Выходная линия по газу 3 от скважины 1 низконапорного природного или попутного нефтяного газа подключена к блоку подготовки газа 14 и компрессору 15, подсоединенного к одному из входов блока 13 получения метанола, к другому входу которого по линии 16 подсоединен воздушный компрессор 17.
Блок 13 получения метанола содержит до трех последовательно расположенных реакторов 18-20, оснащенных трубопроводами для подачи водяного конденсата и отвода пара на ректификацию и устройствами 21-23 для регулирования параметров подаваемого пара, и рекуперативный теплообменник 24, который снабжен трубопроводом для подачи нагретого в нем газа и трубопроводом для подачи газожидкостной реакционной смеси в холодильник-конденсатор 25, который через дросселирующее устройство 26 соединен с сепаратором 27, подсоединенным посредством трубопровода для подачи жидкой фракции к сборнику 28, который сообщен с ректификационным узлом 29.
Предложенный способ при помощи указанной установки может быть реализован следующим образом.
Низконапорный природный или попутный нефтяной газ от скважины 1 разделяют на два потока - основной и вспомогательный. Вспомогательный поток газа по линии 2 подают на газотурбинный блок 4 (фиг. 2).
В газотурбинном блоке 4 газ и воздух из турбины 8 поступают в камеру сгорания 5, где перемешиваются и сгорают. Образовавшееся в камере сгорания 5 тепло нагревает в регенераторе 7 воздух, который с необходимой температурой поступает в качестве рабочего тела на турбины высокого 9 и низкого давления 10, обеспечивая их работу. Газотурбинная установка вырабатывает электроэнергию, которая поступает потребителям и на питание блока 13 получения метанола.
Основной поток очищенного и сжатого компрессором 15 низконапорного природного или попутного нефтяного газа под давлением до 10 МПа направляют в блок 13 получения метанола (фиг. 3), далее низконапорный природный или попутный нефтяной газ нагревают в рекуперативном теплообменнике 24 и подают в последовательно расположенные реакторы 18-20, куда также подают сжатый воздух из компрессора 17. После последовательного прохождения однотипных реакторов 18-20 с одной реакционной зоной в каждом или одного реактора, содержащего несколько реакционных зон, газожидкостная смесь охлаждается в рекуперативном теплообменнике 24, холодильнике-конденсаторе 25 и поступает в сепаратор 27, где разделяется на жидкие и газообразные продукты. Жидкие продукты поступают в сборник 28 и ректификационный узел 29 с отделением метанола для его дальнейшего использования. Одновременно происходит выделение водного раствора формальдегида для переработки в товарный формалин.
Часть газовой смеси после сепаратора 27 подается на вход реакционных зон, а часть поступает в дросселирующее устройство 26, понижающее давление смеси до 0,6 МПа. Из дросселирующего устройства 26 газовую смесь подают на сжигание в газотурбинный блок 4 установки.
Предлагаемая установка для утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов и способ ее применения позволяет повысить продуктивность нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений за счет того, что газ без специальной подготовки может быть использован для выработки энергии, необходимой для собственных нужд, а также для питания блока получения метанола.
Кроме того, сжигание в камере сгорания 5 в дымовой трубе 6 с активной подачей воздуха отходящего газа после процесса получения метанола, содержащего 30-40% азота, позволяет при возможном применении современных матричных малоэмиссионных горелочных устройств снизить вредные выбросы по оксидам азота NOx и монооксиду углерода СО.
Схема производства метанола прямым парциальным окислением экономически выгоднее по сравнению со способами получения синтетического жидкого топлива через стадию синтез-газа. Кроме того, по предложенной технологической схеме возможно получение одновременно нескольких товарных продуктов: метанола и формальдегида. Возможно регулирование конверсии метана в метанол за счет изменения числа реакторов и рецикла отходящих газов.
Применение предложенного технического решения позволяет организовать комплексное использование низконапорного природного или попутного нефтяного газа для одновременного производства электроэнергии и метанола.