УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ГАЗОВОЙ СМЕСИ

Полезная модель относится к области газовой промышленности и может быть использована для промысловой подготовки и переработки продукции газоконденсатных залежей.
Известна установка для промысловой подготовки газоконденсатного флюида и деэтанизации конденсата, включающая в себя входную ступень сепарации, рекуперативный газовый теплообменник, эжектор, низкотемпературную ступень сепарации, трехфазный разделитель конденсата входной ступени сепарации, трехфазный разделитель конденсата низкотемпературной ступени сепарации, дегазатор, рекуперативный теплообменник, отпарную ректификационную колонну для деэтанизации конденсата, компрессор газа деэтанизации, аппарат воздушного охлаждения и рекуперативный газожидкостной теплообменник (см. патент РФ №2243815). Недостатком известной установки является невозможность осуществления ею очистки газа от кислых компонент.
Известна установка подготовки газоконденсатного флюида и стабилизации конденсата на завершающей стадии разработки, включающая входной сепаратор, входной трехфазный разделитель, рекуперативный газовый теплообменник, низкотемпературный сепаратор,
низкотемпературный трехфазный разделитель, отпарную ректификационную колонну, рекуперативный теплообменник деэтанизации конденсата, компрессор газов выветривания и аппарат воздушного охлаждения товарного газа. При этом на входе установки размещен пробкоуловитель, после входного сепаратора размещена дожимная компрессорная станция и аппарат воздушного охлаждения. Параллельно рекуперативному газовому теплообменнику установлен рекуперативный газожидкостный теплообменник, на выходе газа после теплообменников размещен промежуточный газосепаратор. Установка снабжена турбодетандером,
состоящим из турбины детандера и турбокомпрессора, которые оборудованы байпасными линиями. Между турбиной детандера и низкотемпературным сепаратором размещен дроссель, на выходе газового потока с низкотемпературного сепаратора установлен рекуперативный газовый теплообменник товарного газа. Компрессор газов выветривания выполнен поршневым и снабжен входной и выходной технологическими перемычками, на входе поршневого компрессора газов выветривания установлена блочно-сепарационная установка. Рекуперативный теплообменник деэтанизации конденсата выполнен пластинчатым, на выходе его последовательно размещены аппарат воздушного охлаждения деэтанизированного конденсата, фильтр тонкой очистки, трехфазный разделитель деэтанизированного конденсата, буферная емкость и насос товарного конденсата, а ректификационная отпарная колонна снабжена огневым подогревателем и циркуляционным насосом (см. патент РФ №125488). Недостатком известной установки является невозможность осуществления ею очистки газа от кислых компонент.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой установке по подготовке газовой смеси является установка низкотемпературной подготовки природного газа и извлечения нестабильного углеводородного конденсата из пластового газа (см. патент РФ №2476789). Установка состоит из первичного сепаратора, узла подачи метанола, первого, второго и третьего рекуперативных теплообменников, аппаратов воздушного охлаждения, узла редуцирования и рекуперации холода, низкотемпературного сепаратора, первого, второго и третьего трехфазных разделителей, насоса, кубового подогревателя, ректификационной колонны, узла компримирования и вентилей. На трубопроводе выхода газа первичного сепаратора установлены последовательно узел подачи метанола, аппарат воздушного охлаждения газа, выход которого соединен трубопроводом с первым входом первого рекуперативного теплообменника, а также трубопроводом, снабженным
первым вентилем с первым входом второго рекуперативного теплообменника. Первый выход первого рекуперативного теплообменника соединен трубопроводом через узел редуцирования и рекуперации холода с входом низкотемпературного сепаратора, выход конденсата первичного сепаратора соединен трубопроводом с первым трехфазным разделителем, выход газа дегазации из первого трехфазного разделителя соединен трубопроводом с входом низкотемпературного сепаратора, а выход конденсата из первого трехфазного разделителя соединен трубопроводом, снабженным вторым вентилем, с первым входом третьего рекуперативного теплообменника. При этом перед вторым вентилем установлен отвод конденсата на третий трехфазный разделитель, снабженный третьим вентилем, первый выход третьего рекуперативного теплообменника соединен трубопроводом последовательно с кубовым подогревателем и нижней сепарационной частью ректификационной колонны, первый выход второго рекуперативного теплообменника соединен трубопроводом, снабженным четвертым вентилем, с первым выходом первого рекуперативного теплообменника, а также соединен с трубопроводом, снабженным пятым вентилем, с отводом конденсата на третий трехфазный разделитель, после третьего вентиля, выход газа низкотемпературного сепаратора соединен трубопроводом со вторым входом первого рекуперативного теплообменника, второй выход которого соединен трубопроводом через узел редуцирования и рекуперации холода с трубопроводом продуктового газа. Выход конденсата низкотемпературного сепаратора соединен трубопроводом, снабженным шестым вентилем, с входом второго трехфазного разделителя и трубопроводом, снабженным седьмым вентилем, со вторым входом второго рекуперативного теплообменника, второй выход которого соединен трубопроводом, снабженным восьмым вентилем, с входом второго трехфазного разделителя, а также соединен трубопроводом, снабженным девятым вентилем, с трубопроводом
выхода конденсата из первого трехфазного разделителя перед вторым вентилем. Выход конденсата из второго трехфазного разделителя соединен трубопроводом, снабженным десятым вентилем, с верхней сепарационной частью ректификационной колонны, а также соединен трубопроводом, снабженным одиннадцатым и двенадцатым вентилями, с трубопроводом, соединяющим второй выход второго рекуперативного теплообменника с трубопроводом выхода конденсата из первого трехфазного разделителя. При этом трубопровод выхода конденсата из второго трехфазного разделителя, после одиннадцатого вентиля, соединен трубопроводом, снабженным тринадцатым вентилем, с трубопроводом, соединяющим выход конденсата низкотемпературного сепаратора со вторым входом второго рекуперативного теплообменника, после седьмого вентиля, выход газа ректификационной колонны соединен трубопроводом с узлом компримирования, выход которого соединен трубопроводом через узел редуцирования и рекуперации холода с трубопроводом продуктового газа. Выход конденсата ректификационной колонны соединен трубопроводом со вторым входом третьего рекуперативного теплообменника, второй выход которого соединен через аппарат воздушного охлаждения конденсата и четырнадцатый вентиль с первым входом второго рекуперативного теплообменника, причем между аппаратом воздушного охлаждения конденсата и четырнадцатым вентилем установлен отвод конденсата, снабженный пятнадцатым вентилем и соединенный с отводом конденсата на третий трехфазный разделитель после третьего вентиля. Выходы газа дегазации из второго и третьего трехфазных разделителей соединены с трубопроводом, соединяющим выход газа ректификационной колонны с узлом компримирования, трубопроводы выхода воднометанолыной фазы из второго и третьего разделителей соединены с трубопроводом подачи водно-метанольной фазы на установку регенерации метанола, при этом на трубопроводе продуктового конденсата из третьего трехфазного разделителя установлен насос.
Недостатком известной установки является невозможность осуществления ею очистки газа от кислых компонент и относительно невысокая эффективность.
Заявляемая в качестве полезной модели установка для подготовки газовой смеси направлена на обеспечение возможности очистки газа от кислых компонент и повышение эффективности.
Указанный результат достигается тем, что установка для подготовки газовой смеси, содержит соединенные трубопроводами входной первичный сепаратор, теплообменник, низкотемпературный сепаратор, ректификационную колонну, узел компримирования и трехфазный разделитель, первичный сепаратор выполнен трехфазным так, что его газовый выход соединен с каналами охлаждения теплообменника, выход для водного раствора с узлом его переработки, размещенным вне установки, а выход для нестабильного конденсата - с ректификационной колонной, верхний выход которой по газу соединен с узлом компримирования для закачки в пласт, а выход для конденсата - с потребителем, при этом выход из каналов для охлаждения теплообменника соединен с входом в сверхзвуковой сепаратор, содержащим сопло с форкамерой, с размещенным в ней средством для закрутки газового потока, а сопло снабжено установленными на выходе сверхзвуковым и/или дозвуковым диффузором и средством для отбора жидкой фазы, газовый выход сверхзвукового сепаратора для потока с обедненными кислыми компонентами соединен с каналами нагрева теплообменника, соединенных с блоком финальной очистки от кислых компонент, размещенным вне установки, выход с обогащенной газожидкостной смесью сверхзвукового сепаратора соединен с трехфазным разделителем, выход которого для водометанольного раствора соединен с блоком регенерации, выход по газу соединен с каналом теплообменника для нагрева, а выход для газожидкостной смеси через канал для нагрева теплообменника с узлом компримирования.
Указанный результат достигается также тем, что перед входом в узел компримирования установлен двухфазный сепаратор, выход которого по газу, обогащенному кислыми компонентами, соединен с указанным узлом, а выход для газа собедненными кислыми компонентами - с входом компрессора, выход которого соединен с входным первичным трехфазным сепаратором, при этом выход по газу ректификационной колонны соединен с входом компрессора. Отличительными признаками от прототипа являются:
- использование в установке меньшего числа конструктивных элементов (входной первичный сепаратор, теплообменник, низкотемпературный сепаратор, ректификационная колонна, узел компримирования и трехфазный разделитель);
- выполнение первичного сепаратора трехфазным;
- выполнение низкотемпературного сепаратора сверхзвуковым, содержащим сопло с форкамерой, с размещенным в ней средством для закрутки газового потока и снабжение сопла установленными на выходе сверхзвуковым и/или дозвуковым диффузором и средством для отбора жидкой фазы;
- соединение трубопроводами конструктивных элементов между собой.
Использование в установке меньшего числа конструктивных элементов и выполнение низкотемпературного сепаратора сверхзвуковым, содержащим сопло с форкамерой, с размещенным в ней средством для закрутки газового потока и снабжение сопла установленными на выходе сверхзвуковым и/или дозвуковым диффузором и средством для отбора жидкой фазы позволяет повысить эффективность установки.
Реализации в сопле сверхзвукового или трансзвукового режима течения газового потока обеспечивает, за счет резкого падения давления, поддержания в сопле низких температур, гарантирующих сжижение кислых компонент.
Установленные на выходе сопла сверхзвуковой и дозвуковой диффузоры (в случае сверхзвукового режима) или дозвуковой диффузор (в случае трансзвукового режима) или сверхзвуковой диффузор (в случае дозвукового режима) обеспечивают торможение газового потока, выходящего из сопла, и тем самым повышение его давления. Это повышает эффективность установки, т.к. уменьшается перепад давления на ней.
Использование в установке низкотемпературного сверхзвукового сепаратора, поддерживающего сверхзвуковой или трансзвуковой режим определяется внешними параметрами: химическим составом, температурой и давлением газового потока, подаваемого на вход установки.
Использование в установке предложенного набора конструктивных элементов и предложенного соединения трубопроводами конструктивных элементов между собой позволяет повысить эффективность установки и обеспечивает возможность очистки газа от кислых компонент.
2
Очистка газа от кислых компонентов в предлагаемой установке достигается посредством низкотемпературной конденсации CO2 и HS, реализуемой в ходе последовательного охлаждения газа в теплообменнике и в канале сверхзвукового сепаратора. Степень очистки газа от кислых компонентов зависит от степени охлаждения газа. В сверхзвуковом сопле сверхзвукового сепаратора можно реализовать температуры газа -40 С и ниже, за счет этого в предлагаемой схеме удается обеспечить высокую степень извлечения кислых компонентов.
Использование в установке в частных случаях реализации перед входом в узел компримирования двухфазного сепаратора, выход которого по газу, обогащенному кислыми компонентами, соединен с указанным узлом, а выход для газа с обедненными кислыми компонентами - с входом компрессора, выход которого соединен с входным первичным трехфазным сепаратором, при этом выход по газу ректификационной колонны соединен с входом компрессора. Это позволяет улучшить извлечение кислых
компонентов из газа и увеличить концентрацию кислых компонент в потоке, направляемом на закачку в пласт. Данный результат обеспечивается за счет частичного выветривания легких фракций углеводородов из потока, направляемого на закачку, и повторной обработке газа, выделившегося в результате такого выветривания.
Сущность заявляемой установки для подготовки газовой смеси поясняется примерами реализации и чертежами. На фиг. 1 представлена структурная схема установки, охарактеризованная в первом пункте формулы полезной модели. На фиг. 2 представлен продольный разрез сверхзвукового сепаратора (для реализации сверхзвукового режима и содержащий сверхзвуковой и дозвуковой диффузоры). На фиг. 3 представлена структурная схема установки, охарактеризованная во втором пункте формулы полезной модели. На фиг. 4 представлен продольный разрез сверхзвукового сепаратора, содержащего дозвуковой диффузор. На фиг. 5 представлен продольный разрез сверхзвукового сепаратора, содержащего сверхзвуковой диффузор.
Пример 1. Установка для подготовки газовой смеси содержит соединенные трубопроводами входной первичный сепаратор 1, теплообменник 2, низкотемпературный сепаратор 3, ректификационную колонну 4, узел компримирования 5 и трехфазный разделитель 6. Первичный сепаратор 1 выполнен трехфазным и его газовый выход соединен с каналами охлаждения теплообменника 2, выход по воде с узлом ее переработки, размещенным вне установки (на чертеже не показан), а выход с нестабильным конденсатом - с ректификационной колонной 4, один выход которой по газу соединен с узлом компримирования 5, а выход по конденсату - с потребителем. Газовый выход теплообменника 2 соединен с входом в низкотемпературный сепаратор 3, который выполнен сверхзвуковым. Сверхзвуковой сепаратор 3 содержит сопло 7 с форкамерой 8 в которой размещено средство 9 для закрутки газового потока, в качестве которого
могут быть использованы закручивающие лопатки, тангенциальный подвод газа, шнековый механизм и т.п. Форкамера 8 соединена со сверхзвуковым соплом 7, внутри которого на определенном расстоянии от выходного сечения сопла установлена комбинация диффузоров - сверхзвукового 10 и дозвукового И. Указанная комбинация диффузоров соединена со стенками сопла известным образом (например, с помощью пилонов), так что между стенками сопла и сверхзвукового диффузора образуется кольцевая щель 12 для отбора конденсированной фазы. Кроме того, в частных случаях для отбора жидкой фазы в стенках сопла может быть выполнена перфорация 13. Число и размер отверстий, плотность перфорации определяются расчетным или экспериментальным путем.
Газовый выход сверхзвукового сепаратора соединен с каналами нагрева теплообменника 2, которые соединены с блоком финальной очистки газа от кислых компонент размещенным вне установки (на чертеже не показан), выход обогащенной газожидкостной смеси сверхзвукового сепаратора соединен с трехфазным разделителем 6, выход которого с водометанольным раствором соединен с блоком регенерации компонент (на чертеже не показан), выход по газу соединен с каналом теплообменника 2 для нагрева, а выход для газожидкостной смеси через канал для нагрева теплообменника с узлом компримирования 4.
Установка функционирует следующим образом. Сырой газ из скважин поступает во входной сепаратор 1, в котором осуществляется отделение из газа углеводородного конденсата. Углеводородный конденсат из сепаратора 1 направляется далее в ректификационную колонну (колонну фракционирования) 4 для получения стабильного углеводородного конденсата. Газовая фаза из сепаратора 1 охлаждается последовательно в теплообменнике 2 и в канале сверхзвукового сепаратора 3. Двухфазный поток из сверхзвукового сепаратора 3 поступает на вход трехфазного сепаратора 6. Газовая фаза из трехфазного сепаратора 6 смешивается с
очищенным газом из сверхзвукового сепаратора и нагревается в теплообменнике 2 и направляется в блок финальной очистки газа от кислых компонент, размещенный вне установки (на чертеже не показан). Жидкая фаза из сепаратора 6, содержащая в основном кислые компоненты, также нагревается в теплообменнике 2, частично или полностью испаряется, и объединяясь с газом из колонны 4, подается в компрессор 5 для компримирования и дальнейшей утилизации, посредством закачки в пласт. Для обеспечения безгидратной работы установки предусматривается подача метанола в газ перед его охлаждением в теплообменнике 2. Выделение водометанольного раствора на установке осуществляется в трехфазном сепараторе 6.
Пример 2. Установка для подготовки газовой смеси содержит соединенные трубопроводами входной первичный сепаратор 1, теплообменник 2, низкотемпературный сепаратор 3, ректификационную колонну 4, узел компримирования 5 и трехфазный разделитель 6. Первичный сепаратор 1 выполнен трехфазным и его газовый выход соединен с каналами охлаждения теплообменника 2, выход по воде с узлом ее переработки, размещенным вне установки (на чертеже не показан), а выход с нестабильным конденсатом с ректификационной колонной 4, один выход которой по газу соединен с компрессором, а выход по конденсату - с потребителем. Канал охлаждения теплообменника 2 соединен с входом в низкотемпературный сепаратор 3, который выполнен сверхзвуковым. Сверхзвуковой сепаратор содержит сопло 7 с форкамерой 8, в которой размещено средство 9 для закрутки газового потока, в качестве которого могут быть использованы закручивающие лопатки, тангенциальный подвод газа, шнековый механизм и т.п. Форкамера 8 соединена со сверхзвуковым соплом 7, внутри которого на определенном расстоянии от выходного сечения сопла установлена комбинация диффузоров - сверхзвукового 10 и дозвукового 11. Указанная комбинация диффузоров соединена со стенками
сопла известным образом (например, с помощью пилонов), так что между стенками сопла и сверхзвукового диффузора образуется кольцевая щель 12 для отбора конденсированной фазы. Кроме того, в частных случаях для отбора жидкой фазы в стенках сопла может быть выполнена перфорация 13. Число и размер отверстий, плотность перфорации определяются расчетным или экспериментальным путем. Установка дополнена двухфазным сепаратором 15 и компрессором 16. Двухфазный сепаратор установлен перед входом в узел компримирования 5, Выход сепаратора по газу, обогащенному кислыми компонентами, соединен с указанным узлом, а выход для газа с обедненными кислыми компонентами - с входом компрессора 16, выход которого соединен с входом первичного трехфазного сепаратора, при этом выход по газу ректификационной колонны 4 соединен с входом компрессора. Установка функционирует следующим образом.
Сырой газ из скважин поступает во входной сепаратор 1, в котором осуществляется отделение из газа углеводородного конденсата. Углеводородный конденсат из сепаратора 1 направляется далее в ректификационную колонну 4 для получения стабильного углеводородного конденсата. Газовая фаза из сепаратора 1 охлаждается последовательно в теплообменнике 2 и в канале сверхзвукового сепаратора 3. Двухфазный поток из сверхзвукового сепаратора 3 поступает на вход трехфазного сепаратора 6. Газовая фаза из трехфазного сепаратора 6 смешивается с очищенным газом из сверхзвукового сепаратора и нагревается в теплообменнике 2, и направляется в блок финальной очистки. Жидкая фаза из сепаратора 6, содержащая в основном кислые компоненты, также нагревается в теплообменнике 2, частично испаряется, и поступает в сепаратор 15. Газ из сепаратора 15 смешивается с газами, отбираемыми из верхней части колонны фракционирования 4, сжимается в компрессоре 16 и смешивается с сырым газом, поступающим на установку. Жидкость из сепаратора 15, содержащая в основном кислые компоненты, сжимается в узле компримирования 5 и
утилизируется, посредством закачки в пласт. Для обеспечения безгидратной работы установки предусматривается подача метанола в газ перед его охлаждением в теплообменнике 2. Выделение водометанольного раствора на установке осуществляется в трехфазном сепараторе 6.