СИСТЕМА ВИХРЕВЫХ ТРУБ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЭТАНА, ПРОПАН-БУТАНА И КОНДЕНСАТА ИЗ БОЛЬШИХ ОБЪЕМОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА
SYSTEM OF VORTEX TUBES FOR EXTRACTION OF ETHANE, PROPANE-BUTANE, AND CONDENSATE FROM LARGE VOLUMES OF NATURAL GAS

Вихревые трубы позволяют увеличить извлечение этана, пропан-бутана и конденсата из природного газа примерно на 30% по сравнению с дросселированием [1, 2]. Однако они эффективно работают лишь при небольших диаметрах (до 50-70 мм), что не позволяет извлекать жидкие фракции из больших объемов природного газа.
Задача изобретения - разработать систему вихревых труб, позволяющих извлекать жидкие фракции из больших объемов природного газа.
Поставленная задача решается созданием системы вихревых труб для извлечения этана, пропан-бутана и конденсата из больших объемов природного газа, представляющих собой параллелепипед или куб, образованный параллельными вихревыми трубами (объединенными в секции), каждая из которых состоит из цилиндрического корпуса; тангенциального сопла подачи сжатого природного газа; диафрагмы с центрально расположенным в ней отверстием со стороны сопла (холодный конец трубы); дроссельного вентиля на противоположном конце трубы (горячий конец трубы), отличающаяся тем, что тангенциальное сопло каждой вихревой трубы соединено с магистральным газопроводом при помощи соединительного коллектора; холодные концы каждой вихревой трубы соединены соединительным коллектором с газопроводом, объединяющим холодные потоки газа и направляющим их в сепаратор для извлечения жидких фракций этана, пропан-бутана и конденсата; горячие концы каждой вихревой трубы соединены соединительным коллектором с газопроводом, объединяющим горячие потоки газа и направляющим их сначала в теплообменник для охлаждения, а затем - в сепаратор для извлечения жидких фракций этана, пропан-бутана и конденсата.
Система вихревых труб для извлечения этана, пропан-бутана и конденсата из больших объемов природного газа представлена на фиг.1 и фиг.2, где 1 - параллелепипед (или куб), образованный параллельными вихревыми трубами; 2 - вихревая труба; 3 - тангенциальное сопло подачи сжатого природного газа в вихревую трубу; 4 - цилиндрический корпус вихревой трубы; 5 - диафрагма с центрально расположенным в ней отверстием со стороны сопла (холодный конец трубы); 6 - дроссельный вентиль на противоположном конце трубы (горячий конец трубы); 7 - магистральный газопровод; 8 - соединительный коллектор, соединяющий каждую вихревую трубу с магистральным газопроводом; 9 - соединительный коллектор холодных концов каждой вихревой трубы с газопроводом, объединяющим холодные потоки газа; 10 - соединительный коллектор горячих концов каждой вихревой трубы с газопроводом, объединяющим горячие потоки газа; 11 - сепаратор для извлечения жидких фракций из холодного потока газа; 12 - сепаратор для извлечения жидких фракций из горячего потока газа; 13 - секция вихревых труб; 14 - теплообменник для охлаждения горячего потока газа; 15 - газопровод, объединяющий холодные потоки газа; 16 - газопровод, объединяющий горячие потоки газа.
Система вихревых труб для извлечения этана, пропан-бутана и конденсата работает следующим образом. Природный газ из магистрального газопровода 7 под высоким давлением распределяется по секциям 13 и далее подается в соединительные коллекторы 8, при помощи которых распределяется по всем вихревым трубам 2. При этом сжатый газ через тангенциальные сопла подачи сжатого газа 3 поступает в вихревые трубы 2, где происходит разделение газа на горячую и холодную составляющие. При этом, как показали исследования А.В.Мартынова и В.М.Бродянского [2], основная часть жидких фракций концентрируется в горячем конце вихревой трубы. Общее же извлечение жидких фракций из природного газа увеличивается примерно на 30% по сравнению с дросселированием [2]. После разделения природного газа на два потока (холодный и горячий) холодный поток направляется в сепаратор для извлечения жидких фракций этана, пропан-бутана и конденсата, а горячий поток поступает сначала в теплообменник для охлаждения, а затем - в сепаратор для извлечения жидких фракций этана, пропан-бутана и конденсата.
Осуществление изобретения
Система из 500-1000 вихревых труб позволит извлекать жидкие фракции этана, пропан-бутана и конденсата из больших объемов природного газа. Так, например, для извлечения жидких фракций из природного газа, подаваемого по магистральному газопроводу диаметром 1 метр, потребуется создать систему из 500 вихревых труб диаметром 45 мм.
Геометрические размеры отдельно взятой вихревой трубы, входящей в систему вихревых труб, могут быть предложены по результатам исследований Мартынова А.В. и Бродянского В.М. [2]:
внутренний диаметр - 45 мм;
диаметр отверстия диафрагмы - 25 мм;
длина трубы - 1900 мм;
длина горячего конца трубы - 1600 мм;
длина холодного конца трубы - 300 мм;
размеры сопла: ширина - 16,5 мм; высота - 8 мм.
Параметры природного газа перед трубой, по данным Мартынова А.В. и Бродянского В.М. [2]:
2
давление 14,5 МПа (145 кгс/см);
температура - 55°С;
2
давление холодного потока - 28 кг/см;
максимальное охлаждение газа - на 55-60°С;
расход газа - 390 тысяч кубометров в сутки при нормальных условиях.
По данным Мартынова А.В. и Бродянского В.М. [2], применение неадиабатной конической вихревой трубы с охлаждением горячего конца холодным потоком газа дает возможность повысить выход конденсата до 40%.
В качестве теплообменника 14 для охлаждения потока горячего газа может быть предложен вихревой теплообменник (патент RU №2338987 C1 / Шелудяков Е.П., опубл. 20.11.2008, бюл. №32), где в качестве охладителя может быть использован холодный газ, выходящий из холодного конца вихревой трубы.
Литература.
1. Патент RU №66699 U1, Сепаратор для получения гелия, а также этана и пропан-бутановой фракции из природного газа / Е.П.Шелудяков, опубл. 27.09.2007, бюл. №27.
2. Мартынов А.В., Бродянский В.М. «Что такое вихревая труба?», М.: Энергия, 1976.