УСТАНОВКА ВИХРЕВОГО СЖИЖЕНИЯ ПРОПАН-БУТАНОВЫХ ФРАКЦИЙ ПОПУТНОГО ГАЗА
VORTEX OIL GAS PROPANE-BUTANE FRACTION LIQUEFICATION PLANT

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено при нефтедобыче, а точнее на нефтепромысловых предприятиях.
Из добывающих скважин выходит нефтяная эмульсия из смеси нефти и воды с попутным нефтяным газом, содержащим около 80-88% легких метановых и 10-2% тяжелых пропан-бутановых объемных фракций. Значительная часть попутного газа из-за сложностей его транспортировки сжигается непосредственно на месте добычи. Безвозвратно теряется ценное топливо и сильно загрязняется воздушная среда вредными составляющими продуктов сгорания.
Известна система глубокого охлаждения, содержащая трубопровод сжатого газа, турбодетандер, вихревую трубу, турбокомпрессор, холодильную камеру и эжектор. Трубопровод сжатого газа соединен с входом турбодетандера, выход которого подключен к входу в вихревую трубу. Холодный конец вихревой трубы подключен через холодильную камеру к камере смешения эжектора, а ее горячий конец подключен через турбокомпрессор к активному соплу эжектора (АС СССР №1778468, F25B 9/00, 11/00). Данная система позволяет производить глубокое охлаждение газа в холодильной камере, но не позволяет осуществить сжижение пропан-бутановых фракций попутного газа.
Описанная система глубокого охлаждения газа принята за прототип изобретения вихревого сжижения пропан-бутановых фракций попутного газа
Техническим результатом изобретения является создание установки для сжижения тяжелых пропан-бутановых фракций попутного нефтяного газа. Она может быть эффективной при сравнительно низких давлениях попутного газа на выходе из скважин (до 0,2 МПа).
Технический результат достигается за счет того, что установка вихревого сжижения пропан-бутановых фракций попутного газа, содержащая подводящий трубопровод исходного попутного нефтяного газа, вихревую трубу, эжектор, подводящий трубопровод попутного газа связан с входом вихревой трубы, «горячий» выходной конец вихревой трубы соединен через турбокомпрессор с входом эжектора, а выходной «холодный» конец вихревой трубы соединен трубопроводом с камерой смешения эжектора, согласно изобретению снабжена дополнительными сепаратором-водоотделителем, двумя регенеративными теплообменниками предварительного и глубокого охлаждения, турбодетандером, турбокомпрессором, электродвигателем, сепаратором жидких пропан-бутановых фракций, сборной емкостью жидкого пропан-бутана, сепаратором влаги, трубопроводом отвода к потребителю жидкой пропан-бутановой смеси и трубопроводом отвода влаги; регенеративные теплообменники предварительного и глубокого охлаждения газа и турбодетандер включены последовательно в трубопровод осушенного исходного попутного газа между сепаратором-водоотделителем и входом вихревой трубы, в трубопроводе, связывающем «холодный» конец вихревой трубы с камерой смешения эжектора, дополнительно размещены сепаратор жидких пропан-бутановых фракций и «холодная» часть регенеративного теплообменника глубокого охлаждения газа; при этом по жидкой фазе сепаратор жидких пропан-бутановых фракций связан трубопроводом через сборную емкость жидкого пропан-бутана с трубопроводом отвода к потребителю жидкой пропан-бутановой смеси; выходной «горячий» конец вихревой трубы трубопроводом основного потока «горячего» газа через регенеративный теплообменник предварительного охлаждения попутного газа и турбокомпрессор связан с активным соплом эжектора, роторы турбодетандера, турбокомпрессора и электродвигателя объединены общим валом; периферийная «горячая» часть вихревой трубы соединена трубопроводом отвода влажного газа с сепаратором влаги, который по отсепарированной влаге соединен с трубопроводом отводимой влаги, а по осушенному газу с камерой смешения эжектора; выход эжектора через нагнетатель связан с внешним газопроводом.
Схема предлагаемой установки вихревого сжижения пропан-бутановых фракций попутного нефтяного газа изображена на фиг.1. Его блок-схема изображена на фиг.2.
Установка вихревого сжижения пропан-бутановых фракций попутного нефтяного газа включает три блока:
Блок 1 - агрегат сжижения; блок 2 - агрегат сепарации; блок 3 - агрегат компремирования метановых фракций.
Агрегат сжижения (блок 1) содержит: трубопровод исходного потока попутного газа с сепаратором-водоотделителем 4, трубопровод осушенного исходного газа 5, регенеративный теплообменник предварительного охлаждения исходного осушенного газа 6, регенеративный теплообменник глубокого охлаждения 7, трубопровод метановой фракции газа 8, эжектор 9, нагнетатель 10, трубопровод «горячей» метановой фракции газа 11, турбодетандер 13, турбокомпрессор 14, электродвигатель 15, вихревую трубу 16.
Агрегат сепарации (блок 2) содержит: трубопровод отсепарированной метановой фракции газа 17, трубопровод холодного газа 18, трубопровод отвода влажного газа 19, трубопровод осушенного газа 20, сепаратор жидких пропан-бутановых фракций 21, сепаратор влаги 22, сборную емкость жидкого пропан-бутана 23, трубопровод отвода к потребителю жидкой пропан-бутановой смеси 24, трубопровод отводимой влаги 25.
Агрегат компремирования метановых фракций попутного газа (блок 3) содержит: эжектор 9, газопровод с нагнетателем газа 10.
Установка вихревого сжижения пропан-бутановых фракций попутного нефтяного газа выполнена следующим образом. Сепаратор-водоотделитель 4 через трубопровод исходного осушенного газа 5, регенеративные теплообменники предварительного 6 и глубокого охлаждения 7 и турбодетандер 13 подключен к входу вихревой трубы 16 блока 1.
«Холодный» конец вихревой трубы 16 соединен трубопроводом холодного газа 18 с сепаратором жидких пропан-бутановых фракций 21 блока 2. Первый выход этого сепаратора через сборную емкость жидкого пропан-бутана 23 связан с трубопроводом отвода к потребителю жидкой пропан-бутановой смеси 24. Его второй выход трубопроводом отсепарированной метановой фракции газа 17 через регенеративный теплообменник глубокого охлаждения 7 соединен с камерой смешения эжектора 9 блока 3.
«Горячий» конец вихревой трубы 16 блока 1 соединен трубопроводом «горячей» метановой фракции газа 11 через регенеративный теплообменник предварительного охлаждения исходного осушенного газа 6 и трубопровод метановой фракции газа 8 через турбокомпрессор 14 с входом эжектора 9 блока 3. Роторы турбодетандера 13, турбокомпрессора 14 и электродвигателя 15 соединены общим валом. Периферийная часть «горячего» конца вихревой трубы 16 трубопроводом отвода влажного газа 19 соединена с сепаратором влаги 22, один выход которого связан с трубопроводом отводимой влаги 25, а второй выход трубопроводом осушенного газа 20 связан с камерой смешения эжектора 9 блока 3. Выход эжектора 9 через газопровод с нагнетателем 10 связан с внешним газопроводом.
Установка вихревого сжижения пропан-бутановых фракций попутного нефтяного газа работает следующим образом.
Попутный нефтяной газ отделяется от воды в сепараторе-водоотделителе 4 и через трубопровод исходного осушенного газа 5 поступает в регенеративный теплообменник предварительного охлаждения 6, где он частично охлаждается на 10…15°C за счет «горячей» метановой фракции газа, подводимой в него из «горячего» конца вихревой трубы 16 по трубопроводу «горячей» метановой фракции газа 11. В свою очередь, этот газ подогревается и по трубопроводу метановой фракции газа 8 подается на вход эжектора 9 блока 3. Исходный осушенный попутный газ и частично охлажденный в регенеративном теплообменнике предварительного охлаждения 6 дополнительно охлаждается в регенеративном теплообменнике глубокого охлаждения 7 за счет холодных метановых фракций попутного газа, подводимых в него по трубопроводу отсепарированной метановой фракции газа 17. Этот газ несколько подогревается в данном теплообменнике и подается в камеру смешения эжектора 9.
Исходный осушенный попутный газ, охлажденный в регенеративных теплообменниках 6 и 7, расширяется в турбодетандере 13 с понижением давления и температуры и подается во входную камеру вихревой трубы 16, завихривается в ней и разделяется на два потока - осевой - «холодный» с температурой ниже температуры конденсации пропан-бутановых фракций и периферийный - «горячий».
«Холодный» поток расширившегося газа с температурой порядка - 65°С состоит из охлажденных метановых фракций газа и мелких капель сконденсировавшихся пропан-бутановых фракций. Эта взвесь по трубопроводу холодного газа 18 поступает на вход сепаратора жидких пропан-бутановых фракций 21 и разделяется на жидкий пропан-бутан и метан. Из первого выхода этого сепаратора жидкий пропан-бутан поступает в сборную емкость жидкого пропан-бутана 23, откуда по трубопроводу жидкой пропан-бутановой смеси 24 подается к потребителю. Холодная метановая фракция газа из второго выхода сепаратора 21 поступает в трубопровод отсепарированной метановой фракции газа 17, в «холодную» сторону поверхности регенеративного теплообменника глубокого охлаждения 7 и далее подается в камеру смешения эжектора 9.
Из «горячего» конца вихревой трубы 16 подогретая метановая фракция газа подается по трубопроводу 11 через регенеративный теплообменник предварительного охлаждения 6 и трубопровод метановой фракции газа 8 через турбокомпрессор 14 на вход в эжектор 9. В турбокомпрессоре 14 производится повышение давления поступающей в него метановой фракции газа. Привод турбокомпрессора 14 производится за счет полезной работы турбодетандера 13 и от электродвигателя 15. Эжектирующим агентом в эжекторе 9 служит часть газа, выходящая из «горячего» конца вихревой трубы 16, частично охлажденная в регенеративном теплообменнике предварительного охлаждения 6 и затем сжатая в турбокомпрессоре 14.
Сконденсированная в вихревой трубе 16 влага по трубопроводу отвода влажного газа 19 подается в сепаратор влаги 22, где влага отделяется и выводится из установки по трубопроводу отводимой влаги 25. Осушенный метан по трубопроводу осушенного газа 17 через «холодную» сторону регенеративного теплообменника глубокого охлаждения газа 7, частично подогреваясь в ней за счет охлаждения осушенного исходного газа, подводится к камере смешения эжектора 9. Поток метановых фракций попутного газа, выходящий их эжектора 9, сжимается в нагнетателе газопровода 10 и далее подается во внешний газопровод.