установка для подготовки природного и попутного нефтяного газа к транспорту

Формула изобретения

1. Установка для подготовки природного и попутного нефтяного газа к транспорту, включающая источник газа, соединенный через газосепаратор с газопроводом, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена каплеуловителем и газогидратным разделителем, который содержит горизонтальный гидратообразователь в виде цилиндрического корпуса, внутри которого установлена спиральная вставка, вход гидратообразователя соединен через водогазовый смеситель и задвижку с выходом каплеуловителя, а выход - с входом вертикального сепаратора, выполненного в виде цилиндрического корпуса, внутри которого установлены циклон и каплеуловитель с теплообменником, вход водогазового смесителя соединен через насос-дозатор с емкостью для воды, а газовыводящий патрубок сепаратора соединен через клапан-регулятор давления с узлом приема газа, сливные патрубки сепаратора через электрозадвижки соединены с емкостями-накопителями, снабженными уровнемером и смотровым окном.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что соотношение масс воды и компонентов выделяемых газов в гидратообразователях принимается в пределах от 3 до 15.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что давление в гидратообразователе изменяется в пределах 0,1-0,8 МПа, а температура - в пределах 0-12°С.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что гидратообразователь емкости-накопители, сепаратор и емкость для воды снабжены теплообменниками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при подготовке природного и попутного нефтяного газа к транспорту.

Природные и попутные нефтяные газы, подаваемые в магистральные газопроводы, должны соответствовать требованиям ОСТ 51.40-93 «Газы горючие природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным газопроводам». Применяемые низкотемпературные методы подготовки указанных газов к транспорту и установки, реализующие эти методы, являются экономически целесообразными только при подготовке более 290 млн. м³ газа в год. Это связано с большой энерго- и капиталоемкостью указанных установок.

Известна установка для адсорбционной осушки попутного нефтяного газа, включающая адсорберы, входы которых соединены через сепаратор с линией подачи газа, а выходы через теплообменник - с линией отвода очищенного газа /Тронов В.П. Сепарация газа и сокращение потерь нефти. Казань: Фен, 2002. - с.138-139/.

Недостатки установки: недостаточно глубокая для транспорта в газопроводе очистка газа от жидких фракций и необходимость осуществления периодической регенерации адсорбентов.

Известна также установка промысловой подготовки попутных нефтяных газов, включающая последовательно соединенные сепаратор, дожимную компрессорную станцию, турбодетандер и теплообменники /Гриценко А.И. и др. Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России. - М.: ОАО Изд-во «Недра», 1999. - с.427-428/.

Недостатками этой установки являются высокие капиталовложения и энергозатраты. Она может быть использована только при больших объемах подготовки газа к транспорту /больше 800 тыс.м³ /сут/.

Известна также установка для подготовки природного и попутного нефтяного газа к транспорту, включающая источник газа и последовательно соединенные газосепаратор, каплеуловитель и газопровод /Нефтепромысловое оборудование: Комплект каталогов /Под ред. В.Г. Креца и др. - Томск: Изд-во ТГУ, 1999. - с.х-21/.

Недостатком установки является низкое качество подготовки газа к транспорту: содержание жидких фракции в газе на выходе установки больше допустимой величины.

Наиболее близким аналогом заявленной установки является установка для подготовки природного и попутного нефтяного газа к транспорту, содержащая устройство для повышения или понижения давления, приемную газовую линию, выкидную газовую линию, две вихревые трубы, эжектор и накопитель конденсата /Пат. RU 2271497, F17D 1/02, 2006/. Общими для заявленной и известной установок являются признаки: источник газа, соединенный через газосепаратор с газопроводом.

Недостатками установки являются также низкое качество подготовки газа к транспорту: содержание жидкой фракции в газе на выходе установки больше допустимой величины.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества подготовки природного и попутного нефтяного газа к транспорту.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении качества очистки природного и попутного нефтяного газа и обеспечении возможности его транспортирования по магистральному газопроводу и применения в качестве моторного топлива для двигателей.

Для получения указанного технического результата установка для подготовки природного и попутного нефтяного газа к транспорту, включающая источник газа, соединенный через газосепаратор с газопроводом, дополнительно снабжена каплеуловителем и газогидратным разделителем, который содержит горизонтальный гидратообразователь в виде цилиндрического корпуса, внутри которого установлена спиральная вставка, вход гидратообразователя соединен через водогазовый смеситель и задвижку с выходом каплеуловителя, а выход - с входом вертикального сепаратора, выполненного в виде цилиндрического корпуса, внутри которого установлены циклон и каплеуловитель с теплообменником, вход водогазового смесителя соединен через насос-дозатор с емкостью для воды, а газовыводящий патрубок сепаратора соединен через клапан-регулятор давления с узлом приема очищенного газа, сливные патрубки сепаратора через электрозадвижки соединены с емкостями-накопителями, снабженными уровнемером и смотровым окном.

Соотношение масс воды и компонентов выделяемых газов в гидратообразователе принимается в пределах 3-15. Давление в гидратообразователе изменяется в пределах 0,1-0,8 МПа, а температура - в пределах 0-12°С. Гидратообразователь, емкости-накопители, сепараторы и емкость для воды снабжены теплообменниками.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемая установка обеспечивает требуемые режимные параметры по температуре и давлению, соотношение масс воды и компонентов газа, что дает возможность выделить на сепараторе в виде газогидратов пропан и изобутан. Одновременно на этом сепараторе выделяются в газовой фазе компоненты метан и этан, которые направляют на узел приема газа. Для этого установка дополнительно снабжена газогидратным разделителем, содержащим гидратообразователь пропана и изобутана, сепаратором и емкостью-накопителем, разделяющими смесь на газовую фазу /метан и этан/, газогидраты /пропана и изобутана/ и жидкую фазу /воду и углеводороды/.

Соотношение масс воды и выделяемых компонентов газа в гидратообразователе принимается в пределах 3-15. Уменьшение этого отношения меньше 3 уменьшает скорость гидратообразования и заполнение клатратных полостей молекул воды молекулами выделяемых компонентов газа /пропана и изобутана/. Увеличение этого отношения больше 15 не повышает скорость гидратообразования и приводит к дополнительным расходам при разделении жидкой фазы.

Давление в гидратообразователе поддерживается в пределах 0,1-0,8 МПа, а температура - в пределах 0-12°С. При отклонении давления и температуры от указанных пределов исключается возможность образования газогидратов в гидратообразователе. Конкретные значения давления и температуры определяются индивидуально для каждого источника газа.

Водогазовый смеситель, установленный на входе гидратообразователя, обеспечивает качественное смешивание газа и воды. Гидратообразователь, емкость-накопитель и емкость для воды снабжены дополнительно теплообменниками, что позволяет поддерживать температуру внутри корпуса при изменении температуры окружающей среды и поступающего газа на требуемом уровне.

Размещение в корпусе гидратообразователя спиральной вставки повышает качество перемешивания воды и газа и увеличивает их контактное время, что в итоге ускоряет процесс гидратообразования.

На чертеже приведена схема реализации установки.

Установка для подготовки природного и попутного нефтяного газа к транспорту содержит газогидратный разделитель 1, включающий горизонтальный гидратообразователь 2, содержащий цилиндрический корпус 3 с входным 4 и выходным 5 патрубками, спиральную вставку 6, манометр 7, термометр 8 и теплообменник 9. Вход гидратообразователя 2 соединен с выходом водогазосмесителя 10, содержащего форсунку 11 для диспергирования воды. Один из входов водогазосмесителя 10 соединен с задвижкой 12, а второй - с выходом насоса-дозатора 13, вход которого соединен с емкостью для воды 14, снабженной теплообменником 15. Выход гидратообразователя 2 соединен с входом вертикального сепаратора 16, внутри корпуса 17 которого установлены циклон 18, образующий кольцевой канал 19 с корпусом 17, и каплеуловитель 20 с теплообменником 21. Сливные патрубки 22 и 23 сепаратора 16 соединены соответственно через задвижки 24 и 25 с емкостьями-накопителями 26 и 27, а сливной патрубок 28 через задвижки 29 и 30 соответственно с емкостьями-накопителями 26 и 27. Емкости-накопители 26 и 27 снабжены соответственно уровнемерами 31 и 32, смотровыми окнами 33 и 34, теплообменниками 35 и 36 и задвижками 37 и 38. Сепаратор 16 снабжен теплообменником 39 и газовыводящим патрубком 40, который соединен с клапаном-регулятором давления «до себя» 41. Источник газа 42 через газосепаратор 43 и каплеуловитель 44 соединен с задвижкой 12 газогидратного разделителя 1. Клапан-регулятор давления 41 соединен через газопровод 45 с узлом приема газа 46. Емкости 26 и 27 соединены соответственно через задвижки 37 и 38 с емкостью для хранения пропана и изобутана 47. В качестве задвижек 24, 25, 29, 30, 37 и 38 применяются электрозадвижки.

На основе анализа состава подготавливаемого к транспорту газа и требуемых технологических параметров определяется производительность насоса-дозатора воды 13, а также требуемое давление и температура и соотношение массы воды и выделяемых компонентов газа в гидратообразователе 2. Клапан-регулятор давления 41 выбирается с учетом фактической производительности источника газа 42 и требуемого давления гидратообразования компонентов газа /пропана и изобутана/ в гидратообразователе 2.

Установка работает следующим образом. Одновременно включают насос-дозатор 13 и открывают задвижки 12, 24 и 29. Вода с выхода насоса-дозатора 13, проходя через форсунку 11, распыляется, образуя водяную завесу по пути движения газа. С выхода каплеуловителя 44 газ подается через водяную завесу в водогазосмесителе 10. При этом он перемешивается с водой: идет предварительная подготовка к гидратообразованию пропана и изобутана. Давление насоса-дозатора 13 и положение клапана-регулятора 41 выбирают таким образом, чтобы обеспечить требуемое давление гидратообразования в гидратообразователе 2. Требуемая температура в гидратообразователе 2 обеспечивается теплообменниками 15 и 9. Контактное время молекул воды и газа увеличено за счет увеличения длины пробега водогазовой смеси в гидратообразователе 2 при помощи спиральной вставки 6. С выхода гидратообразователя 2 смесь газогидратов, газа и жидкости /воды и углеводородов/ поступает на вход циклона 18 сепаратора 16. Под воздействием центробежных сил газогидраты и жидкость перемещаются в нижнюю часть сепаратора 16, в том числе и по кольцевому каналу 19, и через сливные патрубки 22 и 28, задвижки 24 и 29 поступают емкость-накопитель 26. При этом задвижки 30 и 25 закрыты. В момент заполнения емкости 26 указанной смесью уровнемер 31 подает сигнал на открытие задвижек 30 и 25 и закрытие задвижек 24 и 29 и поток смеси при этом поступает в емкость-накопитель 27. Во время заполнения емкости-накопителя 27 смесью в емкости-накопителе 26 происходит гравитационное разделение смеси на воду /нижний слой/, углеводородную жидкость /средний слой/ и газогидраты /верхний слой/. Наблюдение образования указанных слоев осуществляется через смотровое окно 33. Слив жидкостей производится через задвижку 37 следующим образом: вначале сливают воду и направляют ее в емкость /на чертеже не показано/, затем сливают жидкие углеводороды и направляют их в накопитель углеводородов /на чертеже не показано/. После этого газогидраты пропана и изобутана переводят, путем изменения теплообменником 35 температуры, в жидкую фазу и направляют ее через задвижку 37 в емкость для пропана и изобутана 47. Аналогичным образом осуществляют слив жидкости из емкости-накопителя 27 через задвижку 38.

Метан и этан в газовой фазе с выхода циклона 18 сепаратора 16 проходят через каплеуловитель 20, дополнительно очищаются от капель жидкости, частиц газогидратов и подаются через клапан-регулятор давления 41 и газопровод 45 на вход узла приема газа 46.

Качество выделяемых компонентов газа /метана, этана, пропана и изобутана/ постоянно проверяется и в случае отклонении от требования ОСТ 51.40-93 корректируется изменением температуры и давления в гидратообразователе 2 и сепараторе 16.

Изготовлен лабораторный вариант установки подготовки природного и попутного нефтяного газа к транспорту, снабженной газогидратным разделителем, испытания которой показали, что выделенные компоненты газа /метан, этан, пропан и изобутан/ соответствуют требованиям ОСТ 51.40-93.

Таким образом, снабжение установки дополнительно газогидратным разделителем существенным образом позволяет повысить качество подготовки природного и попутного нефтяного газа, обеспечивает возможность транспортирования его по магистральному газопроводу и применения в качестве моторного топлива.