СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА
METHOD OF LOW-TEMPERATURE GAS SEPARATION

Изобретение относится к способам подготовки углеводородных газов к транспорту путем низкотемпературной сепарации и может быть использовано в нефтегазовой промышленности.
Известен способ низкотемпературной сепарации газа [Николаев В.В. и др. Основные процессы физической и физико-химической переработки газа. - М.: ОАО "Издательство "Недра", 1998. с. 6], включающий предварительную сепарацию сырого газа с получением газа, углеводородного и водного конденсатов, смешение с гликолем и охлаждение газа предварительной сепарации газом низкотемпературной сепарации и выветренным конденсатом, смешение с газом выветривания и гликолем, дросселирование и сепарацию полученной смеси с получением газа, выводимого с установки после нагрева, и конденсата, который дросселируют и сепарируют с получением газа выветривания и выветренного конденсата, направляемого после нагрева на стабилизацию в смеси с углеводородным конденсатом, а также отработанного раствора гликоля, направляемого на утилизацию в смеси с водным конденсатом.
Недостатками известного способа являются высокие потери легких компонентов товарного газа из-за их растворения в углеводородном конденсате и выветренном конденсате, низкая степень извлечения тяжелых углеводородов из-за отсутствия промежуточной сепарации.
Наиболее близок по технической сущности к заявляемому изобретению и широко используется способ низкотемпературной сепарации газа, который позволяет уменьшить потери товарного газа за счет частичной стабилизации конденсата [Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. - М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1999. с. 290]. Способ предусматривает трехступенчатую сепарацию сырого газа, включающую сепарацию первой ступени с получением газа и конденсата, охлаждение газа первой ступени сепарации частично нагретым газом третьей ступени сепарации, его сепарацию на второй ступени с получением газа и конденсата, при этом последний смешивают с конденсатом первой ступени сепарации и разделяют с получением газа отдувки и нестабильного конденсата. Газ второй ступени сепарации охлаждают газом третьей ступени сепарации, смешивают с газом отдувки и газом выветривания, дросселируют и сепарируют на третьей ступени с получением газа, выводимого после нагрева в качестве товарного газа, и конденсата, который дросселируют и сепарируют с получением газа выветривания и дросселированного конденсата, который смешивают с нестабильным конденсатом и выводят.
При необходимости предусматривают смешение газа перед второй и третьей ступенями сепарации с ингибитором гидратообразования и вывод его отработанного раствора.
Недостатками известного способа являются низкая степень извлечения тяжелых углеводородов и высокая температура точки росы товарного газа из-за отсутствия сепарации охлажденного газа второй ступени сепарации перед его дросселированием, а также из-за вывода с установки смеси нестабильного и выветренного конденсатов при низкой температуре, что снижает степень рекуперации холода.
Задачей изобретения является повышение степени извлечения тяжелых компонентов и увеличение выхода товарного газа.
Техническим результатом изобретения является повышение степени извлечения тяжелых углеводородов и снижение температуры точки росы товарного газа за счет охлаждения газа первой ступени сепарации газом третьей ступени сепарации в условиях дефлегмации, а также за счет нагрева смеси конденсатов в условиях стабилизации.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем трехступенчатую сепарацию сырого газа с получением на первой ступени конденсата и газа, который охлаждают газом третьей ступени сепарации и сепарируют на второй ступени с получением конденсата и газа, который дросселируют, смешивают с газом выветривания и сепарируют на третьей ступени с получением конденсата и газа, который нагревают и выводят с установки в качестве товарного газа, особенностью является то, что газ первой ступени сепарации разделяют на две части, одну из которых охлаждают газом третьей ступени сепарации в условиях дефлегмации с получением первых потоков газа и конденсата, другую охлаждают смесью конденсатов в условиях дефлегмации с получением вторых потоков газа и конденсата, затем первый и второй потоки газа смешивают с образованием газа второй ступени сепарации, а первый и второй потоки конденсата смешивают с конденсатом первой ступени сепарации, дросселируют, смешивают с конденсатом третьей ступени сепарации и стабилизируют путем противоточного косвенного нагрева вторым потоком газа с получением стабилизированного конденсата и газа выветривания.
При необходимости в поток газа перед второй и/или третьей ступенями сепарации добавляют ингибитор гидратообразования, отработанный раствор которого выводят с установки. В качестве дросселирующего устройства могут быть использованы, например, дроссельный вентиль, газодинамический сепаратор, вихревая труба или детандер.
Охлаждение газа первой ступени сепарации газом третьей ступени сепарации и смесью конденсатов в условиях дефлегмации позволяет уменьшить содержание в газе тяжелых компонентов, за счет чего повысить степень их извлечения и снизить температуру точки росы товарного газа.
Дополнительным эффектом использования газа третьей ступени сепарации и смеси конденсатов в качестве хладоагентов является полная рекуперация холода, и, как следствие, увеличение эффективности низкотемпературной сепарации.
Дефлегмацию осуществляют известным способом, например, путем конденсации тяжелых компонентов газа (флегмы) на вертикальных наружных поверхностях тепломассообменных элементов при противоточном охлаждении газом третьей ступени сепарации и смесью конденсатов, подаваемыми во внутреннее пространство тепломассообменных элементов.
Стабилизация смеси конденсатов за счет нагрева частью газа первой ступени сепарации позволяет получить стабилизированный конденсат с уменьшенным содержанием легких компонентов, которые направляют на третью ступень сепарации, что позволяет стабилизировать выход товарного газа в условиях увеличения степени извлечения тяжелых компонентов.
Стабилизацию смеси конденсатов осуществляют в трубном пространстве дефлегматора-стабилизатора с падающей пленкой путем отгонки легких компонентов товарного газа из смеси конденсатов, стекающей в виде пленки по вертикальным внутренним поверхностям тепломассообменных элементов, за счет нагрева частью газа первой ступени сепарации, подаваемой противотоком в межтрубное пространство.
При осуществлении предлагаемого способа сырой газ 7 разделяют в сепараторе 1 на углеводородный конденсат 8, водный конденсат 9 и газ 10 первой ступени сепарации, который разделяют на две части и подают на вторую ступень сепарации, осуществляемой в дефлегматоре 2 и дефлегматоре-стабилизаторе 3. Одну часть газа 11 подают в межтрубное пространство дефлегматора 2, где подвергают дефлегмации за счет охлаждения газом третьей ступени сепарации 12 и получают первые потоки конденсата 13 и газа 14. Другую часть газа 15 подают в межтрубное пространство дефлегматора-стабилизатора с падающей пленкой 3, где подвергают дефлегмации за счет охлаждения смесью конденсатов 16, подаваемой противотоком в трубное пространство, с получением вторых потоков конденсата 17 и газа 18.
Первый и второй потоки газа второй ступени сепарации 14 и 18 смешивают, редуцируют с помощью устройства 4 в условиях эжектирования газа выветривания 19, подают на третью ступень сепарации в сепаратор 5 и получают конденсат 20 и газ 12, который нагревают в дефлегматоре 2 и выводят с установки в качестве товарного газа 22. Углеводородный конденсат 8, первый 13 и второй 17 потоки конденсата второй ступени сепарации смешивают, дросселируют с помощью устройства 6, смешивают с конденсатом третьей ступени сепарации 20 и направляют в трубное пространство дефлегматора-стабилизатора 3, где подвергают стабилизации с получением газа выветривания 19 и стабилизированного конденсата 21.
При необходимости в поток газа перед второй и третьей ступенями сепарации вводят ингибитор гидратообразования 23, а его отработанный раствор 24 выводят из низа дефлегматора-стабилизатора (показано пунктиром).
3
3
3
3
3
3
Работоспособность предлагаемого способа иллюстрируется следующим примером. Компримированный и охлажденный сырой газ (компрессат) состава, % об.: азот 0,70; углекислый газ 1,13; метан 68,8; этан 12,86; пропан 8,43; изо-бутан 1,50; н-бутан 3,63; изо-пентан 0,5; н-пентан 1,0, гексан и высшие 1,45, в количестве 44,3 тыс. нм/час при температуре 40°C и давлении 5,5 МПа сепарируют на первой ступени с получением 5,06 т/час конденсата и 42,0 тыс. нм/час газа первой ступени сепарации, который разделяют на две части. Одну часть в количестве 32,5 тыс. нм/час подают в нижнюю часть дефлегматора со встроенной тепломассообменной секцией, в которую в качестве хладоагента противотоком подают газ третьей ступени сепарации. С верха дефлегматора выводят 29,8 тыс. нм/час первого потока газа второй ступени сепарации с температурой 5,4°C, а с низа - 5,41 т/час второго потока конденсата второй ступени сепарации. Вторую часть газа первой ступени сепарации в количестве 9,5 тыс. нм/час подают в нижнюю часть межтрубного пространства трубчатого дефлегматора-стабилизатора с падающей пленкой, с верха которой выводят 9,2 тыс. нм/час второго потока газа сепарации второй ступени с температурой 26,8°C, а с низа - 0,59 т/час второго потока конденсата второй ступени сепарации.
3
Первый и второй потока газа сепарации второй ступени смешивают и дросселируют до 1,65 МПа с помощью дроссельного устройства, эжектирующего газ выветривания, и сепарируют полученную смесь с получением 1,47 т/час конденсата и 40,1 тыс. нм/час газа третьей ступени сепарации с температурой -13,6°C, который после нагрева в дефлегматоре выводят с установки в качестве товарного газа.
3
4+
Смесь углеводородных конденсатов первой и второй ступени сепарации дросселируют до давления 1,65 МПа и совместно с конденсатом третьей ступени сепарации направляют в трубное пространство трубчатого дефлегматора-стабилизатора с падающей пленкой, где подвергают стабилизации с получением 1,74 тыс. нм/час газа выветривания и 10,5 т/час стабилизированного конденсата. Выход товарного газа с температурой точки росы по углеводородам -13,6°C составил 90,3 об.%. Степень извлечения углеводородов C составила 74,1 мас.%.
4+
В условиях прототипа температура точки росы по углеводородам составила -6,2°C. Степень извлечения углеводородов C составила 66,6%.
Таким образом, приведенный пример свидетельствует, что предлагаемый способ позволяет увеличить извлечение тяжелых компонентов и снизить температуру точки росы товарного газа и может быть использован в нефтегазовой промышленности.