EA019623B1 - Способ очистки углеводородной газовой смеси - Google Patents

Способ очистки углеводородной газовой смеси Download PDF

Info

Publication number
EA019623B1
EA019623B1 EA201101494A EA201101494A EA019623B1 EA 019623 B1 EA019623 B1 EA 019623B1 EA 201101494 A EA201101494 A EA 201101494A EA 201101494 A EA201101494 A EA 201101494A EA 019623 B1 EA019623 B1 EA 019623B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
membrane
gas separation
pressure cavity
pressure
gas
Prior art date
Application number
EA201101494A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201101494A1 (ru
Inventor
Михаил Александрович ГУЛЯНСКИЙ
Николай Леонидович ДОКУЧАЕВ
Александр Александрович КОТЕНКО
Евгений Геннадьевич КРАШЕНИННИКОВ
Сергей Владимирович ПОТЕХИН
Михаил Михайлович ЧЕЛЯК
Марина Кадыровна ТЕРЕХОВА
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Грасис"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2010146786/05U external-priority patent/RU103744U1/ru
Priority claimed from RU2010146784/05A external-priority patent/RU2447928C1/ru
Priority claimed from RU2011103091/02A external-priority patent/RU2459654C1/ru
Priority claimed from RU2011103090/02A external-priority patent/RU2456061C1/ru
Priority claimed from RU2011116894/05U external-priority patent/RU110286U1/ru
Priority claimed from RU2011116895/05U external-priority patent/RU107964U1/ru
Priority claimed from RU2011119725/05U external-priority patent/RU109007U1/ru
Priority claimed from RU2011127529/05U external-priority patent/RU109988U1/ru
Priority claimed from RU2011127531/05U external-priority patent/RU109989U1/ru
Application filed by Закрытое Акционерное Общество "Грасис" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Грасис"
Publication of EA201101494A1 publication Critical patent/EA201101494A1/ru
Publication of EA019623B1 publication Critical patent/EA019623B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/225—Multiple stage diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/225—Multiple stage diffusion
    • B01D53/226—Multiple stage diffusion in serial connexion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/229—Integrated processes (Diffusion and at least one other process, e.g. adsorption, absorption)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/24—Hydrocarbons
    • B01D2256/245—Methane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/11—Noble gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/304—Hydrogen sulfide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/306—Organic sulfur compounds, e.g. mercaptans
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/702—Hydrocarbons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/80—Water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/002—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by condensation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области разделения газовых смесей с помощью селективно-проницаемых мембран и может найти применение в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности. Способ позволяет производить очистку газовых смесей высокого давления сразу от нескольких компонентов разной химической природы, даже если их количественное содержание в сырье сильно различается, а также повышает эффективность процесса такой очистки. Способ очистки газовой смеси высокого давления от двух и более компонентов, таких как паров воды, кислых газов, тяжелых углеводородов, меркаптанов или гелия, за счет установки, содержащей по меньшей мере один мембранный газоразделительный блок с полостью высокого давления, полостью низкого давления и селективно-проницаемой половолоконной мембраной, установленной между ними. В мембранном блоке часть потока очищенной газовой смеси, направляемой на продувку в полость низкого давления, должна составлять 2-25% от количества газовой смеси высокого давления, а отношение давления в полости высокого давления к давлению в полости низкого давления должно быть меньше отношения удельных проницаемостей мембраны по каждому легкопроникающему компоненту к удельной проницаемости мембраны по основному или всем труднопроникающим компонентам. Мембранных газоразделительных блоков в установке может быть несколько и они могут быть сообщены между собой различным образом, последовательно и параллельно для повышения эффективности процесса очистки. При последовательном соединении эффективность очистки повышается за счет возврата сбросного потока в процесс газоразделения после его

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Группа изобретений относится к области разделения газовых смесей с помощь селективнопроницаемых мембран и может найти применение в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Уровень техники
Большинство задач по подготовке углеводородных газовых смесей требуют одновременной очистки сырья в виде газовой смеси высокого давления сразу от нескольких компонентов, причем процесс очистки, как правило, необходимо проводить без заметной потери давления газовой смеси высокого давления и при минимальных потерях сырья (то есть с максимальным выходом продукта в виде очищенного до заданных параметров сырья).
Например, природный газ, подаваемый в магистральные трубопроводы, должен соответствовать отраслевым стандартам по предельному содержанию нескольких компонентов, а именно по содержанию сероводорода, меркаптанов, СО2, водяных паров и конденсирующихся углеводородов. Для умеренного климата предельная массовая концентрация сероводорода в газовой смеси по ОСТ 51.40-93 должна составлять не боле 7 мг/м3, меркаптанов 16 мг/м3, молярная доля СО2 не более 2,5 мол.%, точка росы по углеводородам - не выше минус 2°С, точка росы по воде - не выше минус 10°С. Для регионов с холодным климатом при тех же требованиях по сероводороду, меркаптанам и СО2 требования к предельному содержанию водяных паров и конденсирующихся углеводородов еще жестче: точка росы по углеводородам должна быть не выше минус 5,0°С летом и минус 10,0°С зимой, для воды - минус 14°С летом и минус 20,0°С зимой.
Помимо высокого выхода готового продукта процессы газоразделения должны обеспечивать как можно меньшие затраты энергии на получение единицы продукта (удельную энергоемкость). Для этого необходимо минимизировать затраты энергии на привод компрессоров (активного оборудования), теплообмен (нагрев и охлаждение), а также повысить производительность пассивного оборудования, прежде всего, единицы площади селективно-проницаемой мембраны.
Известны селективно-проницаемые мембраны с газоразделительным слоем из кремнийорганических материалов, имеющие высокое отношение скорости диффузии водяных паров к скорости диффузии метана и низкое отношение скорости диффузии бутана, сероводорода, меркаптанов, гелия к скорости диффузии метана. Эти мембраны эффективны только для осушки углеводородных смесей.
Для одновременной очистки сырья (газовой смеси высокого давления) от водяных паров, кислых газов и тяжелых углеводородов используют композиционные мембраны с селективными слоями, изготовленные из блок-сополимеров, состоящих из эластичного и жесткого блоков, например, мембраны, изготовленные из сополимеров полиоксиэтилена с полиамидом РЕО (РЕВАХ®), полиэфиром и полиимидом (Ро1уасйуе®) и т.д. При определенных соотношениях эластичного и жесткого блока мембраны из вышеуказанных полимеров обладают высокими значениями селективностей при сохранении достаточно высокой удельной проницаемости. Например, мембраны, имеющие значения селективностей а(Н2О)/(СН4) > 280, а(Не)/(СН4) > 150, а(М8)/(СН4) > 65 (где М8 - сумма меркаптанов), а(Н28)/(СН4) > 40, а(С6Н14)/(СН4) > 25 обладают удельной проницаемостью по метану при температуре 25,0°С Р/1(СН4) > 30 л/м -ч-атм. При этом значения селективности данной мембраны по всем компонентам вы^не соответствующих значений селективности лучших кремнийорганических мембран. Например, значения селективностей мембраны (соотношение удельных проницаемостей) из полидиметилсилоксана (Лестосил) составляют а(Н2О)/(СН4) < 25, а(Не)/(СН4) < 2, а(Н28)/(СН4)<8.
Селективные свойства селективно-проницаемых мембран имеют решающее значение в процессах мембранного газоразделения. Это наглядно иллюстрируется результатами численного моделирования процесса выделения сероводорода из многокомпонентной углеводородной смеси, представленными на фиг. 1, из которых следует, что при реальных перепадах давления на селективно-проницаемой мембране выход продукта (подготовленной газовой смеси с требуемыми характеристиками) по сероводороду (7 мг/м3 по ОСТ 51.40-93), в первую очередь, зависит от значения селективности а(Н28)/(СН4), причем приемлемые выходы > 80% могут достигаться только при а(Н28)/(СН4) > 50. Мембран с такой селективностью в настоящее время не существует. Следовательно, для реализации наименее энергоемкого одностадийного мембранного процесса разделения необходимо изыскать подходы к повышению эффективности процесса газоразделения и к улучшению характеристик газоразделительных установок. Одним из таких способов является продувка полости низкого давления мембранного газоразделительного модуля для уменьшения парциального давления нежелательного компонента за селективно-проницаемой мембраной.
Из описания к патенту РФ на изобретение № 2132223 известен способ разделения газовых смесей, в котором используют мембранные газоразделительные блоки с полостью высокого давления и полостью низкого давления, разделенными селективно-проницаемыми мембранами, сырье газовой смеси высокого давления подают на вход полости высокого давления мембранного газоразделительного блока, а частью отбираемого на выходе полости высокого давления ретентата продувают полость низкого давления в противоточном режиме. Целью известного технического решения является минимизация площади мем
- 1 019623 браны для однокомпонентной очистки, т.е. повышение производительности мембраны. Однако адекватное увеличению производительности уменьшение общей площади селективно-проницаемой мембраны в установке с определенной производительностью по очищенному только от одного из компонентов продукту на практике не позволяет получить продукт, соответствующий требованиям по предельному содержанию нескольких нежелательных компонентов. Концентрации нежелательных компонентов, хотя и малы, но, как правило, сильно отличаются друг от друга. Если же сырье содержит один компонент в концентрации, например, 0,01 г/м3, а другой в концентрации, например, 0,1 г/м3, тогда при сопоставимой селективности селективно-проницаемой мембраны к обоим компонентам установка с уменьшенной площадью селективно-проницаемой мембраны будет неэффективна для очистки продукта от второго компонента, по сравнению с установкой без продувки, в которой селективно-проницаемая мембрана имеет большую общую площадь.
Как показывают результаты моделирования, представленные на фиг. 2, при заданном давлении исходного газа и заданном отношении давлений в полости высокого давления и полости низкого давления мембранного газоразделительного блока Ь = Р(в)/Р(н) = 20 продувка полости низкого давления частью ретентата (примерно 15%) увеличивает выход продукта (очищенного от сероводорода природного газа) при использовании мембран с селективностью более 20, в то время как при использовании мембран с селективностью менее 20 выход продукта падает. Из представленных результатов видно, что продувка полости низкого давления значительно увеличивает выход продукта с требуемыми характеристиками по сероводороду. В частности, выход продукта превышает 80% для реально существующих мембран с селективностью а(Н28/СН4) » 40. Таким образом, задача одностадийной очистки углеводородной смеси от сероводорода решается только с помощью мембран с высокой селективностью и при продувке полости низкого давления.
Зависимости, приведенные на фиг. 1, являются универсальными и справедливы для любой примеси (вода, меркаптаны, гелий, С5+ и т.д.), выделяемой из углеводородной смеси.
Цель настоящего изобретения состоит в создании способов и установок для очистки газовых смесей высокого давления сразу от нескольких компонентов разной химической природы, даже если их количественное содержание в сырье сильно различается, а также в повышении эффективности процесса такой очистки.
Раскрытие изобретений
Терминам и выражениям, используемым в настоящем тексте, придают следующее значение.
Ретентат - непроникший поток газа, обедненный легкопроникающими компонентами и обогащенный труднопроникающими компонентами.
Пермеат - проникший поток газа, обогащенный легкопроникающими компонентами.
Мембранный газоразделительный модуль - устройство для разделения (очистки) газовой смеси высокого давления, содержащее полость высокого давления и полость низкого давления, отделенные друг от друга селективно-проницаемой мембраной. Под полостью понимаются камеры, секции, каналы или любые известные средства для подачи газовой смеси с высоким содержанием легкопроникающих компонентов на селективно-проницаемой мембране и сбора проникшей через селективно-проницаемую мембрану газовой смеси с пониженным содержанием легкопроникающих компонентов. Одна из возможных частных форм выполнения мембранного газоразделительного модуля показана на фиг. 2 и описана в настоящем тексте ниже.
Мембранный газоразделительный блок - устройство, содержащее по меньшей мере один мембранный газоразделительный модуль или по меньшей мере два мембранных газоразделительных модуля, входы и выходы которых сообщены между собой для совместного подвода или отведения газовых смесей в/из мембранного газоразделительного блока и/или для распределения промежуточных потоков газовых смесей между мембранными газоразделительными модулями внутри мембранного газоразделительного блока. По газовым потокам полости высокого давления и полости низкого давления различных мембранных газоразделительных модулей в мембранном газоразделительном блоке могут быть соединены параллельно, последовательно, параллельно-последовательно и/или последовательно-параллельно.
Под головными мембранными газоразделительными блоками в установках, содержащих несколько мембранных газоразделительных блоков, понимаются мембранные газоразделительные блоки, на вход полости высокого давления которых подают газовую смесь высокого давления с повышенным (по отношению к потокам, подаваемым на вход полости высокого давления остальных мембранных газоразделительных блоков) содержанием легкопроникающих компонентов. Иными словами, если, например, установка содержит по меньшей мере два мембранных газоразделительных блока, тогда головным мембранным газоразделительным блоком является первый мембранный газоразделительный блок по ходу очищаемой газовой смеси высокого давления.
Под хвостовыми мембранными газоразделительными блоками в установках, содержащих несколько мембранных газоразделительных блоков, понимаются мембранные газоразделительные блоки, на вход полости высокого давления которых подают газовую смесь высокого давления с пониженным (по отношению к потокам, подаваемым на вход полости высокого давления остальных мембранных газоразделительных блоков) содержанием легкопроникающих компонентов. Иными словами, если, например, уста
- 2 019623 новка содержит по меньшей мере два мембранных газоразделительных блока, тогда хвостовым мембранным газоразделительным блоком является последний мембранный газоразделительный блок по ходу очищаемой газовой смеси высокого давления.
Полость высокого давления - камера, секция и/или любое конструктивно обособленное пространство, предназначенное преимущественно для подвода газовой смеси высокого давления к селективнопроницаемой мембране по меньшей мере одного мембранного газоразделительного модуля.
Полость низкого давления - камера, секция и/или любое конструктивно обособленное пространство, предназначенное преимущественно для сбора и отвода газового потока, проникшего через селективно-проницаемую мембрану по меньшей мере одного мембранного газоразделительного модуля.
Продувочным газом (или продувочным газовым потоком) называют часть ретентата, отбираемую на выходе из полости высокого давления по меньшей мере одного мембранного газоразделительного модуля и/или мембранного газоразделительного блока, которую используют для продувки полости низкого давления по меньшей мере одного мембранного газоразделительного модуля.
Сбросным потоком (сбросным газом или сбросом) называют газовый поток, отбираемый из полости низкого давления по меньшей мере одного мембранного газоразделительного модуля и/или мембранного газоразделительного блока и представляющий собой пермеат или смесь пермеата и продувочного газа.
Под продуктом понимается газовый поток, а именно ретентат, отбираемый на выходе из полости высокого давления по меньшей мере одного мембранного газоразделительного модуля и/или мембранного газоразделительного блока, имеющий требуемый качественный и количественный состав.
Под полупродуктом понимается газовый поток, а именно ретентат, отбираемый на выходе полости высокого давления одного или нескольких мембранных газоразделительных блоков и/или мембранного газоразделительного модуля, за исключением хвостовых.
Вакуум-компрессор - устройство для создания пониженного давления, и подачи газовой смеси со своего входа на свой выход при повышенном давлении.
Газовая смесь высокого давления - газовая смесь, подаваемая на вход полости высокого давления мембранного газоразделительного модуля или мембранного газоразделительного блока для последующей очистки от легкопроникающих компонентов.
Селективно проницаемая мембрана - слой материала, обеспечивающего различную скорость проникновения разных по химической природе компонентов газовой смеси.
Остальные термины и выражения имеют обычное для своего контекста и данной области техники значение.
Технический результат состоит в возможности одновременной очистки сырья газовой смеси высокого давления от одного или нескольких легкопроникающих компонентов (в частности, гелия, сероводорода, меркаптанов, углекислого газа, воды и/или тяжелых углеводородов), в повышении эффективности очистки (т.е. соотношения между суммарной площадью селективно-проницаемой мембраны в установке, ее производительностью и удельной энергоемкостью процесса газоразделения); возможность использования (переработки или подготовки) сырья с более высоким содержанием легкопроникающих компонентов.
Вышеуказанный технический результат достигается при осуществлении способа работы установки для очистки газовой смеси высокого давления от легкопроникающих компонентов, содержащей мембранные газоразделительные блоки с полостью высокого давления, полостью низкого давления и селективно-проницаемой мембраной, установленной между ними (полостями), в котором полость низкого давления по меньшей мере одного из мембранных газоразделительных блоков непрерывно продувают очищенной газовой смесью (полупродуктом или продуктом), при этом перепад давлений между упомянутыми полостями этого мембранного газоразделительного блока, а также расход очищенной газовой смеси, направляемой на продувку, поддерживают такими, чтобы содержание каждого из легкопроникающих компонентов в продукте не превышало желаемых значений.
С учетом сказанного выше, будет понятно, что повышение эффективности очистки газовых смесей высокого давления сдерживается ограниченной селективностью существующих селективно-проницаемых мембран. Между тем, продувка полости низкого давления позволяет увеличить выход продукта только при значениях селективности селективно-проницаемых мембран по всем компонентам выше определенного предела. Притом в связи с нелинейной зависимостью селективности селективнопроницаемых мембран по любому из компонентов от рабочего перепада давлений между полостями высокого и низкого давления, только благодаря подбору определенного перепада давлений между полостью низкого давления и полостью высокого давления и определенного соотношения продувочного газа и пермеатного потока удается достигнуть высокого выхода продукта, очищенного сразу от нескольких компонентов газовой смеси, без увеличения количества ступеней и использования дополнительного активного оборудования. Также, в некоторых случаях, для повышения эффективности газоразделения может быть полезно наряду с обеспечением определенного перепада давлений между полостями обеспечить высокие абсолютные значения давлений в полостях (например, для увеличения разницы в концентрации проникающих компонентов в газовых смесях по разные стороны от селективно-проницаемой мембраны.
- 3 019623
Газоразделение осуществляют таким образом, чтобы величина соотношения удельных проницаемостей селективно-проницаемой мембраны (количество вещества или объем газа, проникающего через единицу площади селективно-проницаемой мембраны в единицу времени при единичном давлении, моль/м2.с.Па или м3/м2-с-Па) по каждому легкопроникающему компоненту к удельной проницаемости селективно-проницаемой мембраны по отношению ко всем труднопроникающим компонентам и/или к основному труднопроникающиму компоненту превышало соотношение давлений в полости высокого и в полости низкого давления мембранного газоразделительного блока.
Полости высокого давления нескольких мембранных газоразделительных блоков установки могут быть сообщены между собой различным образом, в частности последовательно.
К полости высокого давления по меньшей мере одного из мембранных газоразделительных блоков может быть параллельно подключена полость высокого давления по меньшей мере одного дополнительного мембранного газоразделительного блока, либо по меньшей мере один мембранный газоразделительный блок содержит по меньшей мере два мембранных газоразделительных модуля, каждый из которых, в свою очередь, содержит полость высокого давления, полость низкого давления и селективнопроницаемую мембрану, установленную между ними, при этом входы и выходы полости низкого давления и полости высокого давления упомянутых мембранных газоразделительных блоков или входы и выходы упомянутых мембранных газоразделительных модулей соединены между собой параллельно.
Газовую смесь (сбросной поток) с выхода полости низкого давления по меньшей мере одного из мембранных газоразделительных блоков могут подавать на вход полости высокого давления другого мембранного газоразделительного блока, продувая полупродуктом полости низкого давления обоих мембранных газоразделительных блоков.
Для обеспечения оптимального давления газовые смеси, подаваемые на вход полости высокого давления по меньшей мере первого из головных мембранных газоразделительных блоков, могут предварительно компримировать.
В одной из частных форм выполнения газовые смеси, подаваемые на вход полости высокого давления, могут предварительно охлаждать, например, для отвода избыточной теплоты, выделившейся после сжатия газа, либо для конденсации паров воды или углеводородов.
Газовые смеси, подаваемые на вход полости высокого давления, могут предварительно сепарировать и фильтровать, например, для отделения капельного конденсата и/или механических загрязнений.
Газовые смеси, подаваемые на вход полости высокого давления, могут предварительно нагревать, например, после предварительного охлаждения и перед подачей газовой смеси в полость высокого давления мембранного газоразделительного блока. Предпочтительно, когда газовую смесь нагревают до температуры, при которой обеспечивается наибольшая эффективность используемой селективнопроницаемой мембраны.
Газовые смеси, подаваемые на вход полости высокого давления, могут предварительно компримировать и/или предварительно компримировать, а затем охлаждать и/или предварительно компримировать, затем охлаждать, после этого сепарировать, а затем фильтровать и/или предварительно компримировать, затем охлаждать, после этого сепарировать, следом фильтровать, а затем нагревать.
В полости низкого давления, по меньшей мере, первого из головных мембранных газоразделительных блоков могут создавать разрежение.
Предпочтительно, когда упомянутое разрежение создают в полости низкого давления головного мембранного газоразделительного блока.
Продувка может быть организована, в частности, таким образом, что очищенной газовой смесью с выхода полости высокого давления по меньшей мере одного из мембранных газоразделительных блоков продувают полость низкого давления по меньшей мере одного из предшествующих мембранных газоразделительных блоков. То есть продуктом или полупродуктом с выхода полости высокого давления по меньшей мере одного из мембранных газоразделительных блоков могут продувать полость низкого давления любого одного или нескольких предшествующих мембранных газоразделительных блоков. Это может быть полезно, например, для уменьшения непроизводительных гидравлических потерь на дросселирование ретентата из полости высокого давления в смежную полость низкого давления для сброса давления ретентата (продувочного потока), так как давление ретентата (продувочного потока) в хвостовых ступенях обычно (если между мембранными газоразделительными блоками ретентат не сжимают) ближе к давлению, которое необходимо обеспечить в полости низкого давления, нежели давление ретентата из головных мембранных газоразделительных блоков за счет естественных гидравлических потерь в мембранных газоразделительных модулях. К тому же это позволяет увеличить движущую силу процесса разделения в головных мембранных газоразделительных блоках, так в этом случае полость низкого давления будет продуваться более чистым ретентатом, нежели ретентат из полости высокого давления головных мембранных газоразделительных блоков.
При этом предпочтительно, когда очищенной газовой смесью с выхода полости высокого давления по меньшей мере одного мембранного газоразделительного блока продувают полость низкого давления по меньшей мере первого из головных мембранных газоразделительных блоков.
Давление газовой смеси, направляемой на продувку полости низкого давления, как правило, пред
- 4 019623 варительно снижают. Снижение давления может не потребоваться, если в качестве продувочного газа используют часть ретентата с низким давлением на выходе из полости высокого давления мембранных газоразделительных блоков хвостовых ступеней.
Газовые смеси с выхода полости низкого давления по меньшей мере одного мембранного газоразделительного блока могут направлять на вход полости высокого давления по меньшей мере одного из предшествующих мембранных газоразделительных блоков для последующей повторной переработки, тем самым обеспечивая рецикл и уменьшая выбросы.
Предпочтительно, когда газовые смеси с выхода полости низкого давления по меньшей мере одного мембранного газоразделительного блока направляют на вход полости высокого давления по меньшей мере первого из головных мембранных газоразделительных блоков.
Давление очищенной газовой смеси перед продувкой полости низкого давления могут снижать различными способами, например, посредством дроссельной заслонки пористого тела или дюзы.
Если на производительность селективно-проницаемой мембраны влияет не только перепад давления между полостью высокого давления и полостью низкого давления мембранного газоразделительного блока, но и абсолютные значения давления в полостях мембранного газоразделительного блока (сжатие газа увеличивает концентрацию компонентов и скорость их диффузии через селективно-проницаемую мембрану), в этом случае повышение давления в полости высокого давления во избежание повреждения селективно-проницаемой мембраны может быть компенсировано соразмерным повышением давления в полости низкого давления таким образом, чтобы при этом обеспечивался не только высокий перепад давлений между полостями (не превышающий предела прочности селективно-проницаемой мембраны), но и высокая концентрация компонентов в газовой смеси высокого давления.
Очищенную газовую смесь (продувочный газ) могут направлять на продувку посредством компрессора или вакуум-компрессора.
Если производительность мембранного газоразделительного блока увеличивают повышением абсолютных значений давления не только в полости высокого давления, но и в полости низкого давления (при сохранении перепада давлений, не превышающего предела прочности селективно-проницаемой мембраны), тогда продувка полости низкого давления ретентатом из хвостовых мембранных газоразделительных блоков посредством компрессора или вакуум-компрессора (если это необходимо для повышения давления ретентата из хвостового мембранного газоразделительного блока до требуемого значения) может обеспечить дополнительное улучшение эффективности газоразделения.
Разрежение в полости низкого давления могут создавать посредством вакуум-компрессора.
Селективно-проницаемые мембраны, используемые в вышеописанном способе, могут быть выполнены в виде полупроницаемых полых волокон или плоских мембран, установленных на раме или свернутых в рулоны. Предпочтительными являются мембраны в виде полых волокон.
Судьба сбросного потока может быть различной. Газовую смесь с выхода полости низкого давления (сбросной поток) по меньшей мере одного мембранного газоразделительного блока могут использовать для энергоснабжения (если последний содержит достаточное количество горючих углеводородов), и/или компримировать и направлять на утилизацию и/или в хранилище, и/или закачивать в природный пласт (например, для повышения его продуктивности) и/или перерабатывать.
Потребителю направляют очищенную газовую смесь из полости высокого давления по меньшей мере одного мембранного газоразделительного блока. В зависимости от потребностей, в качестве продукта могут использовать ретентат на выходе из хвостового мембранного газоразделительного блока (с содержанием всех компонентов не выше установленных значений), либо ретентат промежуточных мембранных газоразделительных блоков, либо их смесь.
Предпочтительно, когда потребителю направляют очищенную газовую смесь из полости высокого давления по меньшей мере одного из хвостовых мембранных газоразделительных блоков, предпочтительно из полости высокого давления хвостового мембранного газоразделительного блока.
Для увеличения степени переработки сырья конденсат, образующийся при сепарации, могут стабилизировать с отделением стабилизированного газа, углеводородного конденсата и воды.
Стабилизированный газ могут направлять на вход полости высокого давления, по меньшей мере, первого из головных мембранных газоразделительных блоков, предпочтительно на вход полости высокого давления первого мембранного газоразделительного блока.
Судьба потоков, образующихся при стабилизации, может быть различной. Предпочтительно сбросной газ, образующийся при стабилизации, направляют на утилизацию, стабильный углеводородный конденсат отправляют на переработку либо закачивают в нефть, а водный конденсат закачивают в пласт для поддержания пластового давления либо направляют на утилизацию.
Для осуществления вышеописанного способа можно использовать установку, содержащую два мембранных газоразделительных блока, в которой газовую смесь высокого давления подают в полость высокого давления первого мембранного газоразделительного блока, газовую смесь из полости высокого давления первого мембранного газоразделительного блока подают в полость высокого давления второго мембранного газоразделительного блока, газовую смесь с выхода полости низкого давления второго мембранного газоразделительного блока направляют на вход полости высокого давления первого мем
- 5 019623 бранного газоразделительного блока, непрерывно продувают полость низкого давления первого и второго мембранных газоразделительных блоков газовой смесью из полости высокого давления первого и второго мембранных газоразделительных блоков, соответственно, и снижают давление в полости низкого давления первого и второго мембранных газоразделительных блоков посредством вакуумкомпрессора.
Альтернативно, для осуществления вышеописанного способа полость низкого давления первого мембранного газоразделительного блока продувают газовой смесью с выхода полости высокого давления первого мембранного газоразделительного блока и/или с выхода полости высокого давления последующих мембранных газоразделительных блоков и/или снижают в ней (полости низкого давления первого мембранного газоразделительного блока) давление, при этом газовую смесь с ее (полости низкого давления первого мембранного газоразделительного блока) выхода направляют на вход полости высокого давления второго мембранного газоразделительного блока и/или на вход полости высокого давления последующих мембранных газоразделительных блоков.
Для осуществления вышеописанного способа также могут использовать установку, содержащую два мембранных газоразделительных блока, в которой газовую смесь высокого давления подают на вход полости высокого давления первого мембранного газоразделительного блока, газовой смесью с выхода полости высокого давления второго мембранного газоразделительного блока непрерывно продувают полость низкого давления первого и/или второго мембранного газоразделительного блока и/или снижают в них (полостях низкого давления) давление.
Для осуществления вышеописанного способа могут использовать установку, содержащую два мембранных газоразделительных блока, в которой газовую смесь высокого давления подают в полость высокого давления первого мембранного газоразделительного блока, газовой смесью с выхода полости высокого давления первого мембранного газоразделительного блока непрерывно продувают полость низкого давления первого мембранного газоразделительного блока, а остальную часть газовой смеси подают на вход полости высокого давления второго мембранного газоразделительного блока, при этом в полости низкого давления второго мембранного газоразделительного блока снижают давление, а газовую смесь с выхода полости низкого давления второго мембранного газоразделительного блока направляют на вход полости высокого давления первого мембранного газоразделительного блока.
Предпочтительно, когда при осуществлении вышеупомянутого способа расход очищенной газовой смеси, которой продувают упомянутые полости низкого давления (расход продувочного газового потока), и/или давление в полости низкого давления задают таким образом, чтобы обеспечить соответствие продукта требованиям по содержанию каждого из легкопроникающих компонентов.
Еще более предпочтительно, когда упомянутое давление задают таким образом, чтобы обеспечить желаемую степень очистки по каждому легкопроникающему компоненту.
Даже еще более предпочтительно, когда расход очищенной газовой смеси, направляемой на продувку (расход продувочного газового потока), выбирают таким образом, чтобы выход продукта с содержанием каждого из легкопроникающих компонентов, не превышающим желаемых значений, увеличивался, по меньшей мере, на величину расхода очищенной газовой смеси, направляемой на продувку.
Вышеупомянутый технический результат также достигается в процессе функционирования установки для очистки газовой смеси высокого давления от легкопроникающих компонентов, содержащей мембранные газоразделительные блоки с полостью высокого давления, полостью низкого давления и селективно-проницаемой мембраной, установленной между ними, которая снабжена средствами регулирования давления в полости высокого давления и полости низкого давления, выполненными с возможностью поддержания такого перепада давлений по меньшей мере в одном из упомянутых мембранных газоразделительных блоков, и средствами продувки полости низкого давления очищенной газовой смесью (полупродуктом или продуктом), при этом упомянутые средства выполнены таким образом, чтобы обеспечивать перепад давлений между полостью высокого давления и полостью низкого давления и расход очищенной газовой смеси, которой продувают полость низкого давления, при которых содержание каждого из указанных легкопроникающих компонентов в продукте не превышает желаемых значений.
В предпочтительной форме выполнения полость низкого давления по меньшей мере одного мембранного газоразделительного блока снабжена средствами создания разрежения.
В одной из частных форм выполнения полость низкого давления по меньшей мере одного мембранного газоразделительного блока снабжена средствами создания разрежения и выполнена с возможностью продувки очищенной газовой смесью.
В еще одной частной форме выполнения полости высокого давления мембранного газоразделительного блока последовательно соединены между собой, при этом полость низкого давления по меньшей мере одного из хвостовых мембранных газоразделительных блоков сообщена с входом полости высокого давления по меньшей мере одного из головных мембранных газоразделительных блоков для возврата сбросного потока в голову процесса. Предпочтительно, когда полости низкого давления хвостовых мембранных газоразделительных блоков сообщены с полостью высокого давления головного мембранного газоразделительного блока.
В другой частной форме выполнения вход полости высокого давления по меньшей мере одного из
- 6 019623 мембранных газоразделительных блоков сообщен с выходом полости низкого давления по меньшей мере одного другого мембранного газоразделительного блока через компрессор, холодильник, сепаратор и фильтр. Это позволяет вернуть сбросной поток в процесс газоразделения после его предварительной очистки от легкоконденсирующихся компонентов.
В частной форме выполнения входы и выходы полостей высокого давления по меньшей мере двух мембранных газоразделительных блоков могут быть параллельно соединены между собой, например, для увеличения производительности ступени газоразделения.
В предпочтительной форме выполнения на входе полости высокого давления первого из мембранных газоразделительных блоков установлен холодильник, сепаратор и фильтр. Это позволяет предварительно очистить газовую смесь высокого давления от легкоконденсирующихся компонентов.
В более предпочтительной форме выполнения упомянутый сепаратор снабжен блоком стабилизации конденсата, имеющим выходы для стабилизированного газа, для сбросного газа, для водного конденсата и для стабилизированного углеводородного конденсата.
В даже еще более предпочтительной форме выполнения выход упомянутого блока стабилизации для стабилизированного газа сообщен с входом полости высокого давления первого мембранного газоразделительного блока для возврата стабилизированного газа в голову процесса газоразделения.
Вышеуказанный технический результат также достигается в процессе применения вышеописанного способа для одновременной очистки природного и попутного газа высокого давления по меньшей мере от двух легкопроникающих компонентов.
Предпочтительно, когда природный газ очищают от компонентов, выбранных из группы, включающей водяной пар, диоксид углерода, монооксид углерода, сероводород, меркаптаны и гелий.
Вышеуказанный технический результат также достигается в процессе применения вышеописанного способа для выделения гелия из природного газа высокого давления.
Принципы осуществления способа наглядно поясняются на примере частных и конкретных вариантов, описанных ниже.
Краткое описание фигур чертежей
На фиг. 1 показан график, иллюстрирующий зависимость выхода газовой смеси, очищенной до требуемого содержания легкопроникающих компонентов, от селективности селективно-проницаемой мембраны.
На фиг. 2 представлен схематический чертеж мембранного газоразделительного модуля (сменного картриджа), в котором обеспечена продувка внутриволоконного пространства частью ретентата.
На фиг. 3 показана схема установки с последовательным соединением мембранных газоразделительных блоков, в которой полупродукт с мембранного газоразделительного блока первой ступени направляют на вход мембранного газоразделительного блока второй ступени и т.д.
На фиг. 4 показана схема двухступенчатой установки с компрессором на входе в полость высокого давления мембранного газоразделительного блока первой ступени, в которой обеспечен рецикл (возврат в голову процесса газоразделения) сбросного потока из полости низкого давления мембранного газоразделительного блока второй ступени.
На фиг. 5 показана схема одноступенчатой установки для очистки газовой смеси высокого давления, в которой обеспечена продувка и вакуумирование полости низкого давления мембранного газоразделительного блока.
На фиг. 6 показана схема одноступенчатой установки для очистки природного газа высокого давления от гелия, в которой обеспечена продувка и вакуумирование полости низкого давления мембранного газоразделительного блока.
На фиг. 7 показана схема двухступенчатой установки для очистки газовой смеси высокого давления, с последовательным соединением мембранных газоразделительных блоков обеих ступеней между собой.
На фиг. 8 показана схема двухступенчатой установки для очистки газовой смеси высокого давления до параметров ее потребления с последовательным соединением мембранных газоразделительных блоков обеих ступеней между собой.
На фиг. 9 показана схема двухступенчатой установки для очистки газовой смеси высокого давления с последовательным соединением ступеней между собой, в которой каждая из ступеней содержит отдельные мембранные газоразделительные блоки, соединенные параллельно между собой.
На фиг. 10 показана двухступенчатая установка для очистки природного или попутного нефтяного газа высокого давления, в которой на второй ступени очищают сбросной поток из первой ступени.
На фиг. 11 показана схема двухступенчатой установки для осушки природного или попутного нефтяного газа высокого давления, в которой на второй ступени очищают сбросной поток из первой ступени.
На фиг. 12 показана схема двухступенчатой установки для осушки природного или попутного нефтяного газа высокого давления, в которой на второй ступени очищают сбросной поток из первой ступени.
- 7 019623
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
С учетом зависимости селективности селективно-проницаемой мембраны от перепада давлений выход продукта с требуемым содержанием паров воды, меркаптанов, сероводорода и гексана увеличивается за счет продувки полости низкого давления ретентатом только при таком перепаде давлений, который обеспечивает селективность не ниже определенного значения (не ниже 20 для сероводорода, как показано на фиг. 1). При этом отношение потока продувочного газа к потоку пермеата выбирают, исходя из необходимости нормирования наиболее трудно удаляемого компонента. В этом случае содержание остальных компонентов будет соответствовать установленным нормам.
Мембранные газоразделительные блоки могут быть сконструированы посредством объединения мембранных газоразделительных модулей, изображенных на фиг. 2. Сырье подают под давлением в осевой коллектор мембранного газоразделительного модуля 200 и через отверстия в конце коллектора 202 направляют в межволоконное пространство модуля 204 (полости высокого давления мембранного газоразделительного модуля). Газ движется вдоль селективно-проницаемой мембраны к выходу 206. Большая часть селективно-проницаемой мембраны закрыта непроницаемой для газов оболочкой 208. Легкопроникающие компоненты из полости высокого давления через селективно-проницаемую мембрану проникают в полость низкого давления и мигрируют к выходу из полости низкого давления (выход пермеата) 210. Предпочтительно, когда потоки полости высокого давления и полости низкого давления движутся вдоль селективно-проницаемой мембраны противотоком. На конце мембранного газоразделительного модуля, противоположном концу для выхода пермеата, располагается крышка 212, герметически укрепленная на корпусе 218. В крышке предусмотрено отверстие для установки сменных дюз 214. Подготовленный газ через дюзу поступает внутрь волокон (полости низкого давления мембранного газоразделительного модуля) и осуществляет продувку полости низкого давления мембранного газоразделительного модуля 216.
Продувка приводит к уменьшению концентраций легкопроникающих компонентов в полости низкого давления, тем самым увеличивая перепады парциальных давлений газов между полостью высокого давления и полостью низкого давления. Так как движущей силой процесса разделения являются перепады парциальных давлений газов на селективно-проницаемую мембрану, процесс очистки газовой смеси высокого давления от легкопроникающих компонентов улучшается. В то же время, концентрация труднопроникающих компонентов вдоль селективно-проницаемой мембраны изменяется незначительно, а перепад парциальных давлений так же незначительно уменьшается. Уменьшение перепада парциальных давлений ухудшает процесс очистки газовой смеси высокого давления от труднопроникающих компонентов.
Величина пермеатного потока для каждого единичного волокна при заданном перепаде давления на нем зависит только от температуры проникающей газовой смеси и компонентного состава проникающего газа. Величина продувочного газового потока в первую очередь зависит от геометрических размеров дюзы (диаметра и длины отверстия), перепада давления на ней и слабо зависит от температуры и вязкости протекающего через дюзу газа. Таким образом, изменять отношение пермеатного и продувочного газового потока проще всего изменением геометрических размеров дюзы.
Газовая смесь на выходе из полости низкого давления является сбросным потоком. Отношение этого потока к потоку газовой смеси высокого давления (при идентичных параметрах продукта) определяет эффективность процесса очистки. Чем меньше это отношение, тем эффективнее работает мембранный газоразделительный модуль. Из вышесказанного следует, что для обеспечения необходимой очистки газа от легкопроникающих компонентов необходимо оптимизировать соотношение пермеатного и продувочного потоков. Задание соотношения между потоком пермеата и потоком продувочного газа производят при изготовлении мембранного газоразделительного модуля по результатам численного моделирования процесса очистки и предварительного тестирования мембранного газоразделительного модуля.
Если продукт с заданным содержанием всех легкопроникающих компонентов не может быть получен в одностадийном процессе, схемы очистки усложняют. В частности, могут быть использованы схемы с последовательным соединением мембранных газоразделительных блоков, когда полупродукт с первой ступени направляют на вход мембранного газоразделительного блока второй ступени и т.д.
Принципиальная схема такого соединения мембранных газоразделительных блоков показана на фиг. 3.
Как показано на фиг. 3, сырье (газовая смесь высокого давления) по трубопроводу 320 подают на вход мембранного газоразделителыюго блока первой ступени 322, полупродукт после первой ступени по трубопроводу 324 поступает на вход мембранного газоразделительного блока второй ступени 326, откуда продукт 328 с заданными концентрациями компонентов отводят потребителю. Пермеат 334 с первой 330 и со второй ступеней 332 является сбросным потоком. Количество ступеней может быть больше двух. Такие схемы часто применяют, если сырье находится под давлением. В реальных газоразделительных установках каждая ступень может состоять из нескольких соединенных параллельно мембранных газоразделительных модулей и/или мембранных газоразделительных блоков. При заданном давлении и температуре газовой смеси высокого давления количество мембранных газоразделительных модулей и/или мембранных газоразделительных блоков в мембранном газоразделительном блоке каждой ступени
- 8 019623 определяется расходом газовой смеси высокого давления и степенью отбора, т.е. отношением потоков сырья и продукта.
В случае если сырье компримируют перед подачей в мембранный газоразделительный блок, то можно использовать схему с рециклом, например, как показано на фиг. 4. Согласно этой схеме сырье 436 объединяют с пермеатом второго мембранного газоразделительного блока 452, сжимают посредством компрессора 438 и полученную газовую смесь высокого давления по трубопроводу 440 подают на вход первого мембранного газоразделительного блока 442, откуда ретентат по трубопроводу 444 подают на вход второго мембранного газоразделительного блока 446. Продукт из второго мембранного газоразделительного блока 448 отводят потребителю. Пермеат первого мембранного газоразделительного блока 450 утилизируют, а пермеат второго мембранного газоразделительного блока 452 - подают на вход компрессора. У мембранных газоразделительных установок с рециклом (т.е. с возвратом пермеата в голову процесса газоразделения) сбросным потоком является только пермеат головного (головных) мембранного газоразделительного блока (т.е. первого мембранного газоразделительного блока или нескольких головных мембранных газоразделительных блоков, включая первый).
В зависимости от компонентного состава сбросного потока его могут собирать для дополнительной переработки на нефтехимических или химических предприятиях или использовать для собственных нужд, например, сжигать для отопления помещений или для подогрева промежуточных газовых потоков.
Согласно варианту, представленному на фиг. 4, в голову процесса возвращают пермеат из второй ступени 452. Дополнительно к этому пермеат первой ступени по трубопроводу 454 может подаваться на питание компрессора 438. В этом случае количество мембранных газоразделительных блоков и/или мембранных газоразделительных модулей в первой ступени и условия их эксплуатации выбирают таким образом, чтобы поток пермеата соответствовал объемному расходу газа, необходимого для питания компрессора.
Пример 1. Очистка попутного газа высокого давления от паров воды на одноступенчатой установке.
Сырье (газовая смесь высокого давления с давлением 60 бар, содержанием воды 0,07 мол.%, метана 93,6 мол.%, СО2 2,9 мол.%, остальное углеводороды С2-С5) подают через входной патрубок внутрь установки, содержащей мембранный газоразделительный блок с параллельно подключенными мембранными газоразделительными модулями на основе полых волокон (конструкция мембранного газоразделительного модуля показана на фиг. 2 и описана выше). Сырье поступает в полость высокого давления мембранного газоразделительного модуля (межволоконное пространство). При прохождении вдоль волокон часть газа (пермеат) из полости высокого давления проникает сквозь их стенки в полость низкого давления (внутренние каналы волокон). Полученный на выходе из полости высокого давления продукт (ретентат) делят на две части. Основную часть выводят через соответствующий патрубок с давлением 59 бар. Меньшую часть (поток продувочного газа) через дюзу во внутренней крышке подают в полость над открытой частью волокон, противоположной патрубку выхода, откуда ее направляют во внутренние каналы волокон, объединяя с проникшим сквозь стенку волокна пермеатом, после чего полученную смесь пермеата и ретентата выводят из полости низкого давления через патрубок с давлением 2,0 бар.
Соотношение давлений в полостях составляло Р(в)/Р(н) = 30, соотношение удельных проницаемостей (селективность) по воде и по метану Р/1(Н2О)/Р/1(СН4) = 280, при этом Р/1(Н2О)/Р/1(СН4) > Р(в)/Р(н), доля пермеата 4,6% от потока сырья; доля продукта, использованного на продувку, 2,9% от потока сырья; содержание воды в остаточном потоке 0,0025 мол.%, метана 94,6 мол.%, СО2 2,4 мол.%. Без продувки содержание воды в остаточном потоке 0,03 мол.%, метана 94,6 мол.%, СО 2,4 мол.%.
Пример 2. Очистка попутного газа высокого давления от сероводорода на одноступенчатой установке.
Сырье (газовая смесь высокого давления с давлением 20 бар и содержанием сероводорода 0,02 мол. %, метана 88,9 мол.%, СО2 3,3 мол.%, остальное - углеводороды С2-С5) подавали через входной патрубок внутрь установки, содержащей мембранный газоразделительный блок с параллельно подключенными мембранными газоразделительными модулями на основе полых волокон (конструкция мембранного газоразделительного модуля показана на фиг. 2 и описана выше). Проходя вдоль волокон, компоненты газовой смеси высокого давления из полости высокого давления (межволоконного пространства) проникают сквозь стенки волокон в полость низкого давления (внутренние каналы волокон), при этом смесь обедняется легкопроникающими компонентами, а образующийся в результате продукт (ретентат) делят на две части. Основную часть ретентата выводят через соответствующий патрубок с давлением 19 бар. Меньшую часть ретентата (продувочный газовый поток) через дюзу во внутренней крышке подают в полость над открытой частью волокон, противоположной выходному патрубку, откуда он (ретентат) поступает в каналы внутри волокон и объединяется с проникшим сквозь стенку волокна пермеатом, после чего образовавшуюся смесь выводят через патрубок с давлением 1,2 бар.
Соотношение давлений в полостях составляло Р(в)/Р(н) =16, соотношение удельных проницаемостей (селективность) по сероводороду и по метану Р/1(Н28)/Р/1(СН4) = 40, при этом Р/1(Н28)/Р/1(СН4) > Р(в)/Р(н); доля пермеата 8,4% потока сырья, доля продукта, использованного для продувки, 4,5% потока сырья, содержание сероводорода в продукте 0,003 мол.%, метана - 91,1 мол.%, СО2- 2,2 мол.%. Без продувки (использовали мембранные газоразделительные модули с глухими дюзами) содержание сероводо
- 9 019623 рода в продукте составляло 0,008 мол.%, метана - 91,1 мол.%, СО2 - 2,2 мол.%.
Пример 3. Очистка попутного газа высокого давления от гексана на одноступенчатой установке.
Сырье (газовая смесь высокого давления под давлением 14 бар с содержанием гексана 0,95 мол.%, метана 70,5 мол.%, воды 0,55 мол.%) через входной патрубок подают внутрь установки, содержащей мембранный газоразделительный блок с параллельно подключенными мембранными газоразделительными модулями на основе полых волокон (конструкция мембранного газоразделительными модулями показана на фиг. 2 и описана выше). Сырье поступает в полость высокого давления мембранного газоразделительного модуля (межволоконное пространство). При прохождении вдоль волокон компоненты газовой смеси из полости высокого давления проникают сквозь стенку волокон в полость низкого давления (внутренние каналы волокон). Продукт (ретентат) делят на две части. Основную часть выводят через соответствующий патрубок с давлением 14 бар. Меньшую часть через дюзу во внутренней крышке подают в полость над открытой частью волокон, противоположной патрубку выхода, откуда ее направляют на продувку внутренних каналов волокон, где она объединяется с проникшим сквозь стенку волокон пермеатом. Полученную газовую смесь выводят через патрубок с давлением 1,2 бар.
Соотношение давлений в полостях мембранных газоразделительных модулей составляло Р(в)/Р(н) = 12,5, соотношение удельных проницаемостей (селективность) по гексану и по метану Р/1(СбН14)/Р/1(СН4) = 25, при этом Р/1(С6Н14)/Р/1(СН4) > Р(в)/Р(н); доля пермеата составляет 11,5% потока сырья, доля газа, прошедшего через дюзу, 4,5% потока сырья; содержание гексана в продукте 0,15 мол.%, метана 75,5 мол.%, воды 0,08 мол.%. Без продувки (использовали мембранные газоразделительные модули с глухими дюзами) содержание гексана в продукте составляет 0,27 мол.%, метана 75,5 мол.%, воды 0,24 мол.%.
Пример 4. Одноступенчатая установка с продувкой и вакуумированием полости низкого давления мембранного газоразделительного блока для очистки газовой смеси высокого давления.
Как показано на фиг. 5, установка содержит мембранный газоразделительный блок 556 с полостью высокого давления 558 и полостью низкого давления 560, разделёнными селективно-проницаемой мембраной 562. Сырье (газовая смесь высокого давления) 564 подают в полость высокого давления 558 мембранного газоразделительного блока 556, с выхода полости высокого давления отбирают продукт (ретентат) 566, а с выхода полости низкого давления отводят сбросной поток (смесь пермеата и продувочного газа) 568, частью 570 продукта (продувочный газ) после его дросселирования в дюзе 572 продувают полость низкого давления 560, а давление в полости низкого давления 560 понижают посредством вакуумкомпрессора 574, тем самым, обеспечивая возможность изменения отношения давлений газовых потоков в полости высокого давления 558 и полости низкого давления 560.
Перед подачей сырья в мембранный газоразделительный блок 556, при необходимости, осуществляют его сепарацию в сепараторе 576 и/или фильтрацию на фильтре 578 для удаления конденсата и механических примесей, а также подогрев в теплообменнике 580.
Расход продувочного газа 570 и перепад давлений между полостью высокого давления 558 и полостью низкого давления 560 выбирают из условия максимального выхода продукта и минимальных удельных энергозатрат на процесс очистки. Таким образом, благодаря продувке полости низкого давления обеспечивают повышение эффективности разделения при минимальной энергоемкости.
Содержание нежелательных примесей в продукте может быть понижено в два и более раза.
Пример 5. Очистка природного газа от гелия на установке по примеру 4.
Сырье, а именно сырой природный газ под давлением до 10 МПа, содержащий 0,6 мол.% гелия, подают в мембранный газоразделительный блок. Перед подачей сырья в мембранный газоразделительный блок его (сырье) сепарируют и фильтруют для удаления конденсата и механических примесей, а затем подогревают до температуры 50°С. Продукт с содержанием гелия 0,1 мол.% из мембранного газоразделительного блока под давлением 9,8 МПа направляют к потребителю. Примерно 5% продукта (ретентата) направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки полости низкого давления. Выходящая из полости низкого давления газовая смесь (сбросной поток) с содержанием гелия 4.5т5мол.% имеет давление 0,05 МПа, обеспечиваемое вакуум-компрессором, который далее компримирует ее до давления 15 МПа. Сбросной поток направляют либо на утилизацию в хранилище, либо закачивают в природный пласт, или перерабатывают. Производительность вакуум-компрессора и параметры дросселирования продувочного газа выбирают из условия поддержания оптимального перепада давлений в полостях мембранного газоразделительного блока.
Пример 6. Очистка природного газа от сероводорода на установке по примеру 4.
Сырье, а именно природный газ с давлением 2,5 МПа и температурой 25-30°С, содержащий 150 мг/м3 сероводорода, подают в мембранный газоразделительный блок. Предварительно сырье очищают от конденсата и механических примесей. В качестве фильтра используют коалесцентный фильтр. Продукт с содержанием сероводорода не более 20 мг/м3 под давлением 2,2 МПа направляют к потребителю. Часть продукта, примерно 5%, направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки полости низкого давления. Сбросной поток, отбираемый с выхода полости низкого давления, содержит сероводорода до 1500 мг/м3 и имеет давление 0,1 МПа, обеспечиваемое вакуум-компрессором, который далее компримируют его (поток) до давления 0,2 МПа.
Производительность вакуум-компрессора и параметры дросселирования продувочного газа выби
- 10 019623 рают из условия поддержания оптимального перепада давлений в полостях мембранного газоразделительного блока.
Пример 7. Очистка природного газа от паров воды на установке по примеру 4.
Сырье, а именно природный газ под давлением 2,8 МПа, температурой 45°С, с относительной влажностью (по воде) 100%, подают в мембранный газоразделительный блок. Перед подачей сырья в мембранный газоразделительный блок его сепарируют и фильтруют для удаления конденсата и механических примесей. Продукт подают к потребителю с содержанием воды не выше 0,012 мол.% (что соответствует температуре точки росы по воде при вышеуказанном давлении минус 10°С). Часть продукта (продувочный газ), примерно 6%, направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки полости низкого давления. Сбросной поток содержит до 3,0 мол.% воды. Вакуум-компрессор обеспечивает понижение давления в полости низкого давления до 0,05 МПа и подачу сбросного потока для дальнейшей переработки под давлением 0,15 МПа. Производительность вакуум-компрессора и параметры дросселирования продувочного газа выбирают из условия поддержания оптимального перепада давлений в полостях мембранного газоразделительного блока.
Пример 8. Очистка природного газа от углеводородов, содержащих 4 и более атомов углерода, на установке по примеру 4.
Сырье, а именно попутный нефтяной газ под давлением 1,6 МПа, с содержанием углеводородов С4+ 8,0 мол.%, охлаждают до температуры 20°С в холодильнике. Далее перед подачей в мембранный газоразделительный блок попутный газ последовательно очищают от конденсата и механических примесей в сепараторе и фильтре-коалесцере. Очищенный газ подают на вход полости высокого давления мембранного газоразделительного блока, а продукт с содержанием углеводородов С4+ не более 2,0 мол.% направляют потребителю. Часть продукта (продувочный газ) направляют в мембранный газоразделительный блок для продувки полости низкого давления. Сбросной поток содержит 15 мол.% С4+ углеводородов.
Вакуум-компрессор поддерживает в полости низкого давления давление до 0,04 МПа и подает сбросной поток на дальнейшую переработку под давлением 0,12 МПа. Производительность вакуумкомпрессора и параметры дросселирования продувочного газа выбирают из условия поддержания оптимального перепада давлений в полостях мембранного газоразделительного блока.
Пример 9. Очистка природного газа высокого давления от гелия на одноступенчатой установке с продувкой и вакуумированием полости низкого давления мембранного газоразделительного блока.
Как показано на фиг. 6, установка для очистки природного газа от гелия содержит мембранный газоразделительный блок 682 с полостью высокого давления 684 и полостью низкого давления 686, разделенными селективно-проницаемой мембраной 688. Полость высокого давления 684 с одной стороны сообщена с трубопроводом 690, а с противоположной стороны - с трубопроводом 692. Полость низкого давления 686 сообщена с продувочным каналом 694, сообщенным с трубопроводом 692 и трубопроводом 696, при этом в продувочном канале 694 установлен дросселирующий элемент 698. Вакуум-компрессор 6100 установлен на трубопроводе 696 и обеспечивает возможность понижения давления в полости низкого давления 686 и подачу газовой смеси из полости низкого давления 686 на утилизацию в хранилище или закачивание в природный пласт либо на дальнейшую переработку. Установка может быть снабжена сепаратором 6102 и фильтром 6104 для очистки природного газа от конденсата и механических примесей, установленных последовательно на подводящем трубопроводе 690. Перед сепаратором 6102 на подводящем трубопроводе 690 могут быть установлены последовательно компрессор 6106 и холодильник 6108. Кроме того, она может быть снабжена нагревателем 6110, установленным на подводящем трубопроводе 690 непосредственно перед мембранным газоразделительным блоком 682. Установка может быть снабжена блоком стабилизации конденсата 6112, сообщенным своим входом с выходом конденсата сепаратора 6102 и имеющим три выхода, первый из которых подключен к трубопроводу 6114 сброса газа на утилизацию или сжигание, второй подключен к трубопроводу 6116 отвода углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачки в нефтяной пласт, а третий - к трубопроводу 6118 отвода водного конденсата
Сырье, а именно природный газ высокого давления с содержанием гелия 0,2-1,0 мол.%, подают в полость высокого давления 684 мембранного газоразделительного блока 682 по трубопроводу 690. Предварительно сырье очищают от конденсата и механических примесей в сепараторе 6102 и фильтре 6104, в качестве которого может быть использован коалесцентный фильтр. Температура сырья перед подачей его в мембранный газоразделительный блок 682 может быть повышена в нагревателе 6110. В случае низкого давления сырья его предварительно сжимают в компрессоре 6106 и затем охлаждают в холодильнике 6108. Предварительно очищенное сырье подают в полость высокого давления 684 мембранного газоразделительного блока 682, из которой продукт с содержанием гелия 0,1 мол.% по трубопроводу 692 направляют потребителю. Часть продукта (продувочного газа) из трубопровода 692 по каналу 694 с дросселирующим элементом 698 направляют в полость низкого давления 686. Сбросной поток с содержанием гелия 1,5-5,0 мол.% отводят из полости низкого давления 686 по трубопроводу 696 посредством вакуум-компрессора 6100, обеспечивающего понижение давления в полости низкого давления 686 и подачу сбросного потока на утилизацию в хранилище или закачивание в природный пласт либо на дальнейшую переработку. Производительность вакуум-компрессора 6100, параметры дросселирующего эле
- 11 019623 мента 698 в канале 694 и давление газовой смеси в трубопроводе 696 выбирают из условия максимальной для используемого мембранного газоразделительного блока 682 степени извлечения очищенного газа, а, следовательно минимальной энергоемкости процесса очистки.
Конденсат из сепаратора 6102 направляют или непосредственно на утилизацию, например, путем закачки его в пласт для поддержания пластового давления, или подают в блок 6112 стабилизации конденсата, если установка оснащена этим блоком. В последнем случае из блока 6112 стабилизации конденсата выходят три потока, а именно по трубопроводу 6114 осуществляют сброс газа на утилизацию или сжигание, по трубопроводу 6116 отводят углеводородный конденсат на дальнейшую переработку либо для закачки в нефтяной пласт, а по трубопроводу 6118 отводят водный конденсат.
Вакуум-компрессор 6100 и канал 694 с дросселирующим элементом 698 обеспечивают стабильную и эффективную работу мембранного газоразделительного блока 682, что позволяет повысить степень извлечения гелия и уменьшить энергозатраты на осуществление процесса очистки. Стабильную работу мембранного газоразделительного блока 682 обеспечивают и средства предварительной подготовки природного газа, а именно сепаратор 6102, фильтр 6104 и нагреватель 6110. Кроме того, в установке решены задачи с утилизацией отходов очистки природного газа.
Пример 10. Очистка газовой смеси высокого давления на двухступенчатой установке с последовательно соединенными ступенями.
Как показано на фиг. 7, газовая смесь высокого давления по трубопроводу 7120 подают в полость высокого давления 7124 первого мембранного газоразделительного блока 7122; полупродукт (ретентат) из полости высокого давления 7124 первого мембранного газоразделительного блока 7122 подают в полость высокого давления 7128 второго мембранного газоразделительного блока 7126; пермеат 7152 из полости низкого давления 7130 первого мембранного газоразделительного блока 7122 утилизируют, продукт 7132 (ретентат) отбирают на выходе из полости высокого давления второго мембранного газоразделительного блока 7126, пермеат 7154 из полости низкого давления 7134 второго мембранного газоразделительного блока 7126 подают в трубопровод подачи сырья 7136, с выхода первого мембранного газоразделительного блока 7122 отводят часть полупродукта (продувочный газ) и через дросселирующий элемент 7138 направляют ее на продувку полости низкого давления 7130 первого мембранного газоразделительного блока 7122, при этом в полость низкого давления 7134 второго мембранного газоразделительного блока 7126 посредством вакуум-компрессора 7140 понижают давление.
Производительность вакуум-компрессора 7140 выбирают таким образом, чтобы обеспечить наибольший перепад давлений на селективно-проницаемую мембрану. Количество продувочного газа, выбирают из условия обеспечения наибольшей эффективности газоразделения.
Сбросной поток из полости низкого давления 7134 второго мембранного газоразделительного блока отсасывают и компримируют вакуум-компрессором 7140, затем для очистки газовой смеси высокого давления от конденсата и механических загрязнений перед непосредственной подачей газовой смеси высокого давления в полость высокого давления 7124 первого мембранного газоразделительного блока 7122 ее (газовую смесь высокого давления) охлаждают 7144, сепарируют 7146 и фильтруют 7148. Поток конденсата из сепаратора 7146 направляют в блок стабилизации конденсата 7150, имеющего четыре выходящих потока, первый из которых в виде потока газа стабилизации 7156 подают в поток сырья для повторной переработки, второй сбросной газовый поток 7158 направляют на утилизацию, третий, стабильный углеводородный конденсат 7160 отправляют на дальнейшую переработку либо закачивают в нефть, четвертый - поток водного конденсата 7162 отправляют на закачку в пласт для поддержания пластового давления либо направляют на утилизацию.
За счет продувки полости низкого давления 7130 первого мембранного газоразделительного блока 7122 и поддержания в полости низкого давления 7134 второго мембранного газоразделительного блока 7126 пониженного давления обеспечивают эффективное разделение газовой смеси и повышают эффективность способа в целом.
Пример 11. Очистка газовой смеси высокого давления до параметров ее потребления на двухступенчатой установке с последовательно соединенными ступенями.
Как показано на фиг. 8, установка многостадийной очистки газовой смеси высокого давления содержит компрессор 8164 и два последовательно соединенных мембранных газоразделительных блока 8166 и 8168 с полостями высокого и низкого давления 8170 и 8172, разделенными селективнопроницаемыми мембранами 8174. Вход компрессора 8164 сообщен с трубопроводом для подачи сырья 8176, а выход сообщен трубопроводом 8178 подачи газовой смеси высокого давления с входом полости высокого давления мембранного газоразделительного блока 8166, выход полости высокого давления мембранного газоразделительного блока 8166 сообщен трубопроводом 8180 с входом полостью высокого давления мембранного газоразделительного блока 8168. Выход полости высокого давления мембранного газоразделительного блока 8168 сообщен с трубопроводом 8182 подачи очищенной газовой смеси потребителю. Полость низкого давления мембранного газоразделительного блока 8166 сообщена с трубопроводом 8184, а полость низкого давления мембранного газоразделительного блока 8168 сообщена трубопроводом 8186 с трубопроводом 8176. Установка снабжена вакуум-компрессорами 8188 и 8190, причем вакуум-компрессор 8188 установлен в трубопроводе 8184, а вакуум-компрессор 8190 - в трубо
- 12 019623 проводе 8186. Мембранные газоразделительные блоки 8166 и 8168 оснащены каналами 8192 и 8194 для продувки полостей низкого давления 8172. Каналы 8192 и 8194 выполнены с возможностью подачи части очищенной газовой смеси из полости высокого давления 8170 мембранного газоразделительного блока в полость низкого давления 8172. В каналах 8192 и 8194 установлен дросселирующий элемент 8196, например, дюза, для отбора части продукта или полупродукта из полости высокого давления 8170 мембранного газоразделительного блока.
Каналы 8192 и 8194 могут быть выполнены в самой конструкции соответствующего мембранного газоразделительного блока. Первый и второй каналы 8192 и 8194 продувки могут быть образованы трубопроводами, причем трубопровод первого канала 8192 продувки одним концом подключен к отводящему поток ретентата трубопроводу 8180 из первого мембранного газоразделительного блока 8166 и другим концом к его полости 8172 низкого давления, а трубопровод второго канала 8194 продувки подключен одним концом к трубопроводу 8182 подачи очищенной газовой смеси потребителю и другим концом к полости 8172 низкого давления второго мембранного газоразделительного блока 8168.
Установка может быть оснащена последовательно установленными в трубопроводе 8178 холодильником 8198, сепаратором 8200 и фильтром 8202 для очистки природного газа от конденсата и механических примесей.
Дополнительно, установка может быть снабжена блоком 8204 стабилизации конденсата, имеющим один вход 8206 и четыре выхода 8208, 8210, 8212 и 8214. Вход 8206 блока 8204 стабилизации конденсата сообщен с трубопроводом 8216 отвода конденсата из сепаратора 8200. Первый выход 8208 блока 8204 стабилизации конденсата сообщен трубопроводом 8218 подачи потока газа стабилизации с трубопроводом 8176 подачи сырья для повторной переработки. Второй выход 8210 сообщен с трубопроводом 8220 сброса потока газовой смеси на утилизацию. Третий выход 8212 сообщен с трубопроводом 8222 отвода стабильного углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачивания в нефть, а четвертый выход 8214 сообщен с трубопроводом 8224 отвода водного конденсата для закачки его в пласт с целью поддержания пластового давления либо на утилизацию.
По трубопроводу 8176 подачи сырья, например, сырьевой природной или попутный газ, газовую смесь с давлением, например, 0,12^0,15 МПа подают на вход компрессора 8164. С выхода компрессора 8164 газовая смесь высокого давления с давлением, например, 2,5 МПа по трубопроводу 8178 подают в полость высокого давления 8170 первого мембранного газоразделительного блока 8166. Ретентат из полости высокого давления первого мембранного газоразделительного блока 8166 по трубопроводу 8180 направляют в полость высокого давления 8170 второго мембранного газоразделительного блока 8168. Из второго мембранного газоразделительного блока 8168 ретентат с пониженным содержанием примесей, например, тяжелых углеводородов, воды и диоксида углерода, направляют в трубопровод 8182 для подачи к потребителю. Из полости низкого давления 8172 первого мембранного газоразделительного блока 8166 пермеат под мембраной 8174 с повышенным содержанием примесей, например, тяжелых углеводородов, воды и диоксида углерода, направляют на утилизацию. Из полости низкого давления 8172 второго мембранного газоразделительного блока 8168 пермеат направляют по трубопроводу 8186 в трубопровод 8176 подачи сырья. В каждом из мембранных газоразделительных блоков 8166 и 8168 по каналам продувки 8192 и 8194 с дросселирующими элементами 8196 непрерывно отводят определенную часть ретентата из полостей высокого давления 8170 в полость низкого давления 8172 соответствующего мембранного газоразделительного блока для их продувки, при этом в полости низкого давления 8172 каждого мембранного газоразделительного блока 8166 и 8168 посредством вакуум-компрессора 8188 и 8190 понижают давление. Продувка полостей 8172 и понижение в них давления приводит к повышению эффективности газоразделения. Производительность вакуум-компрессоров 8088 и 8190 выбирают из условия обеспечения наибольшего значения соотношения давлений на газоразделительной мембране 8174 мембранных модулей 8166 и 8168. Количество газа, идущего на продувку, выбирают из условия обеспечения наибольшей эффективности газоразделения в мембранных газоразделительных блоках 8166 и 8168. В ряде случаев, перед непосредственной подачей газовой смеси высокого давления в полость 8170 высокого давления первого мембранного газоразделительного блока 8166 в трубопроводе высокого давления 8178 последовательно устанавливают холодильник 8198, сепаратор 8200 и фильтр 8202, что позволяет удалить из газовой смеси конденсат и механические примеси. Поток конденсата из сепаратора 8200 по трубопроводу 8216 отвода конденсата направляют на вход 8216 блока 8204 стабилизации конденсата. С первого выхода 8208 блока 8204 стабилизации конденсата по трубопроводу 8218 осуществляют подачу потока стабилизированного газа в трубопровод 8176 подачи сырья, где происходит их смешение. Со второго выхода 8210 блока 8204 стабилизации конденсата по трубопроводу 8220 осуществляют сброс потока газовой смеси на утилизацию. С третьего выхода 8212 по трубопроводу 8222 производят отвод стабильного углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачивания в нефть, а с четвертого выхода 8214 по трубопроводу 8224 отводят водной конденсат, который может быть использован для закачки его в пласт с целью поддержания пластового давления либо на утилизацию.
Таким образом, за счет продувки полости низкого давления и поддержания в них пониженного давления обеспечивают эффективное разделение газовой смеси и повышают эффективность установки в целом.
- 13 019623
Пример 12. Очистка газовой смеси высокого давления на двухступенчатой установке с последовательно соединенными ступенями, каждая из которых содержит мембранные газоразделительные блоки, соединенные между собой.
Как показано на фиг. 9, установка многостадийной очистки газовой смеси содержит компрессор 9226, первый мембранный газоразделительный блок 9228 и второй мембранный газоразделительный блок 9230 с полостями высокого давления и полостями низкого давления 9232 и 9234, разделенными селективно-проницаемыми мембранами 9236. Вход компрессора 9226 сообщен с трубопроводом 9238 подачи сырья, а выход сообщен трубопроводом 9240 с входом полости высокого давления 9232 первого мембранного газоразделительного блока 9228, выход которой сообщен трубопроводом 9242 с входом полости высокого давления 9232 второго мембранного газоразделительного блока 9230. Выход полости высокого давления 9232 второго мембранного газоразделительного блока 9230 сообщен с трубопроводом 9244 для подачи очищенной газовой смеси потребителю. Полость низкого давления 9234 первого мембранного газоразделительного блока 9228 соединена с трубопроводом 9246 для отвода пермеата на дальнейшую переработку или утилизацию, а полость низкого давления 9234 второго мембранного газоразделительного блока 9230 соединена трубопроводом 9248 с трубопроводом подачи 9238 сырья. Установка снабжена дополнительными мембранными блоками 9250 и 9252 с полостями высокого и низкого давления 9254 и 9256, разделенными селективно-проницаемой мембраной 9258, причем блок 9250 параллельно подключен к первому мембранному блоку 9228, а блок 9252 подключен параллельно ко второму мембранному блоку 9230 и к двум дополнительным вакуум-компрессорам 9260 и 9262, причем первый дополнительный вакуум-компрессор 9260 установлен в трубопроводе 9246, второй вакуумкомпрессор 9262 установлен в трубопроводе 9248. Каждый блок 9228, 9230, 9250 и 9252 оснащен каналами 9264, выполненными с возможностью непрерывной подачи части пермеата из их полостей высокого давления 9232 и 9254 в соответствующие им полости низкого давления 9232 и 9256 для продувки.
Дополнительных мембранных блоков 9250, подключенных к первому мембранному газоразделительному блоку 9228, по количеству может быть больше, чем дополнительных мембранных газоразделительных блоков 9252, подключенных ко второму мембранному газоразделительному блоку 9230. Количество параллельно подключенных мембранных газоразделительных блоков выбирается исходя из условия обеспечения наиболее оптимального процесса газоразделения на каждой стадии и наибольшей эффективности работы всей установки в целом.
В каждом канале 9264 для продувки полостей низкого давления 9234 и 9256 может быть установлен дросселирующий элемент 9266, например, дюза, для обеспечения отбора строго определенной части ретентата из полостей высокого давления 9232 и 9254. Каналы 9264 для продувки могут быть выполнены в самой конструкции соответствующего мембранного газоразделительного блока или образованы трубопроводами.
Установка может быть оснащена последовательно установленными в трубопроводе 9240 высокого давления газовой смеси холодильником 9268, сепаратором 9270 и фильтром 9272 для очистки природного газа от конденсата и механических примесей.
Дополнительно, установка может быть снабжена блоком 9274 стабилизации конденсата, имеющего один вход 9276 и четыре выхода 9278, 9280, 9282 и 9284. Вход 9276 блока 9274 стабилизации конденсата сообщен с трубопроводом 9286 отвода конденсата из сепаратора 9270. Первый выход 9278 блока 9274 стабилизации конденсата сообщен трубопроводом 9288 подачи потока газа стабилизации с трубопроводом 9238 подачи сырья для повторной переработки. Второй выход 9280 сообщен с трубопроводом 9290 сброса потока газовой смеси на утилизацию. Третий выход 9282 сообщен с трубопроводом 9292 отвода стабильного углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачивания в нефть, а четвертый выход 9284 сообщен трубопроводом 9294 отвода водного конденсата для закачки его в пласт с целью поддержания пластового давления либо на утилизацию.
По трубопроводу 9238 сырье (например, сырьевой природный или попутный газ) подают на вход компрессора 9226. После выхода из компрессора 9226 газовая смесь последовательно проходит холодильник 9268, сепаратор 9270, фильтр 9272 и по трубопроводу 9240 поступает в полости 9232 и 9254 высокого давления первого мембранного газоразделительного блока 9228 и подключенных к нему параллельно дополнительных мембранных газоразделительных блоков 9250. Ретентат над мембраной 9236 первого мембранного газоразделительного блока 9228 через мембрану 9256 дополнительных мембранных газоразделительных блоков 9250 по трубопроводу 9242 направляют в полости высокого давления 9232 и 9254 второго мембранного газоразделительного блока 9230 и дополнительных мембранных газоразделительных блоков 9252. Из полостей высокого давления 9232 и 9254 второго мембранного газоразделительного блока 9230 и дополнительных мембранных газоразделительных блоков 9252 ретентат с пониженным содержанием примесей, например, тяжелых углеводородов, воды и диоксида углерода, направляют в трубопровод 9244 для подачи к потребителю. Из полостей низкого давления 9234 и 9256 первого мембранного газоразделительного блока 9228 и дополнительных мембранных газоразделительных блоков 9250 пермеат под мембраной 9236 и 9258 с повышенным содержанием примесей, например, тяжелых углеводородов, воды и двуокиси углерода, по трубопроводу 9246 направляют на утилизацию. Из полостей низкого давления 9234 и 9256 второго мембранного газоразделительного блока 9230 и до
- 14 019623 полнительных мембранных газоразделительных блоков 9252 пермеат направляют по трубопроводу 9248 в трубопровод подачи сырья 9238. В каждом из мембранных газоразделительных блоков 9228 и 9230 и в каждом из дополнительных мембранных газоразделительных блоков 9250 и 9252 по каналам продувки 9264 с дросселирующими элементами 9266 непрерывно отводят определенную часть ретентата из их полостей высокого давления 9232 и 9254 в полости низкого давления 9234 и 9256 соответствующего мембранного газоразделительного блока для их продувки, при этом в полости низкого давления 9234 и 9256 мембранных газоразделительных блоков 9228 и 9230 и дополнительных мембранных газоразделительных блоков 9250 и 9252 посредством вакуум-компрессоров 9260 и 9262, установленных в трубопроводе 9246 и 9248, соответственно, понижают давление. Продувка полостей низкого давления 9234 и 9256 и понижение в них давления приводит к повышению эффективности газоразделения. Производительность вакуум-компрессоров 9260 и 9262 выбирают из условия обеспечения наибольшего значения соотношения давлений на мембранах 9236 и 9258 мембранных газоразделительных блоков 9228 и 9230 и дополнительных мембранных газоразделительных блоков 9250 и 9252. Количество продувочного газа выбирают из условия обеспечения наибольшей эффективности газоразделения в мембранных газоразделительных блоках 9228 и 9230 и дополнительных мембранных газоразделительных блоков 9250 и 9252.
Поток конденсата из сепаратора 9270 по трубопроводу 9286 отвода конденсата направляют на вход 9276 блока 9274 стабилизации конденсата, обеспечивающего возможность разделения конденсата на ряд составляющих. С первого выхода 9278 блока 9274 стабилизации конденсата по трубопроводу 9288 осуществляют отвод потока стабилизированного газа в трубопровод 9238 подачи сырья. Со второго выхода 9280 блока 9274 стабилизации конденсата по трубопроводу 9290 поток газовой смеси сбрасывают на утилизацию. С третьего выхода 9282 по трубопроводу 9292 отводят стабильный углеводородный конденсат на дальнейшую переработку, либо для закачивания в нефть, а с четвертого выхода 9284 по трубопроводу 9294 отводят водный конденсат, который может быть использован для закачки его в пласт с целью поддержания пластового давления либо на утилизацию.
Таким образом, снабжение установки дополнительными мембранными модулями 9250 и 9252 и проведение во всех мембранных газоразделительных блоках 9228, 9230, 9250 и 9252 продувки их полостях низкого давления 9234 и 9256 и одновременного с этим поддержание в них пониженного давления обеспечивают повышение производительности и эффективное разделение газовой смеси.
Пример 13. Очистка природного или попутного нефтяного газа высокого давления на двухступенчатой установке, в которой на второй ступени очищают пермеат, полученный с первой ступени.
Как показано на фиг. 10, установка подготовки топливного газа из природного или попутного нефтяного газа содержит компрессор 10296 и мембранный газоразделительный блок 10298 с полостями высокого 10300 и низкого 10302 давления, разделенными селективно-проницаемой мембраной 10304, вход компрессора 10296 сообщен с трубопроводом подачи сырья 10306, а выход сообщен трубопроводом 10308 (через сепаратор 10310 и фильтр 10312) с входом полости высокого давления 10300 мембранного газоразделительного блока 10298, выход которой сообщен с трубопроводом 10314 отвода подготовленного топливного газа потребителю, при этом полость низкого давления 10302 мембранного газоразделительного блока 10298 сообщена с трубопроводом 10316, а установка снабжена каналом 10318, выполненным с возможностью непрерывной подачи части ретентата из полости высокого давления 10300 мембранного газоразделительного блока 10298 в полость низкого давления 10302 для продувки, и дополнительно - компрессором 10320, сепаратором 10322, фильтром 10324 и мембранным газоразделительным блоком 10326 с полостями 10328 и 10330 высокого и низкого давления, разделенными мембраной 10332, причем вход дополнительного компрессора 10320 сообщен трубопроводом 10316, а выход сообщен дополнительным трубопроводом высокого давления 10334 через дополнительные сепаратор 10322 и фильтр 10324 с входом полости высокого давления 10328 дополнительного мембранного газоразделительного блока 10326.
Выход полости высокого давления 10328 дополнительного мембранного газоразделительного блока 10326 сообщен трубопроводом 10336 с трубопроводом 10308 высокого давления газовой смеси на участке между фильтром 10312 и мембранным газоразделительным блоком 10298, а полость низкого давления 10330 дополнительного мембранного газоразделительного блока 10326 подключена к трубопроводу 10338. В канале 10318 для продувки может быть установлен дросселирующий элемент 10340, например, дюза. Канал 10318 для продувки может быть выполнен в самой конструкции мембранного газоразделительного блока 10298 или образован трубопроводами. Установка может быть снабжена двумя холодильниками 10342 и 10344, первый холодильник 10342 установлен в трубопроводе 10308 высокого давления между компрессором 10296 и сепаратором 10310, а второй холодильник 10344 в дополнительном трубопроводе 10334 высокого давления между дополнительным компрессором 10320 и дополнительным сепаратором 10322. Установка также может быть снабжена блоком 10346 стабилизации конденсата, имеющим два входа 10348 и 10350 и четыре выхода 10352, 10354, 10356 и 10358, причем первый вход 10348 блока 10346 стабилизации конденсата сообщен с трубопроводом отвода конденсата 10360 из сепаратора 10310, а второй вход 10350 сообщен с трубопроводом отвода конденсата 10362 из дополнительного сепаратора 10332, при этом первый выход 10352 блока стабилизации конденсата 10346 сообщен с трубопроводом 10364 подачи потока газа стабилизации, подключенным к трубопроводу 10316 для повторной
- 15 019623 переработки, второй выход 10354 сообщен с трубопроводом 10366 сброса потока газовой смеси на утилизацию, третий выход 10356 сообщен с трубопроводом 10368 отвода стабильного углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачивания в нефть, четвертый выход 10358 сообщен с трубопроводом 10370 отвода водного конденсата для закачки его в пласт с целью поддержания пластового давления либо на утилизацию. Сырье (природный или попутный нефтяной газ) по трубопроводу 10306 подают на вход компрессора 10296. С выхода компрессора 10296 компримированный газ по трубопроводу 10308 через холодильник 10342, сепаратор 10310, фильтр 10312 направляют в полость низкого давления 10300 мембранного газоразделительного блока 10298. В сепараторе 10310 и фильтре 10312 происходит предварительная очистка газовой смеси от конденсата воды и тяжелых углеводородов и механических примесей. Поток газовой смеси в мембранном газоразделительном блоке 10298 разделяют на два потока - поток ретентата над мембраной 10304 и поток пермеата под мембраной 10304. Поток ретентата над мембраной 10304 с низким содержанием паров воды и тяжелых углеводородов направляют по трубопроводу 10314 потребителю, при этом часть ретентата непрерывно по каналу 10318 отводят в полость низкого давления 10302 для ее продувки, что повышает эффективность газоразделения в мембранном газоразделительном блоке 10298. Дросселирующий элемент 10340, например, дюза, обеспечивает отбор строго определенной части ретентата из ПВД 10300. Из полости низкого давления 10302 газовую смесь с повышенным содержанием паров воды и тяжелых углеводородов по трубопроводу 10316 направляют на вход дополнительного компрессора 10320, который с одной стороны компримирует газовую смесь, с другой стороны понижает давление в полости низкого давления 10302 мембранного газоразделительного блока 10298, обеспечивая тем самым необходимое соотношение давлений на мембране 10304, которое близко к оптимальному значению для эффективного газоразделения. От дополнительного компрессора 10320 газовую смесь по дополнительному трубопроводу 10334 высокого давления через дополнительные холодильник 10344, сепаратор 10322 и фильтр 10324 подают в полость низкого давления 10328 дополнительного мембранного газоразделительного блока 10326, в котором газовую смесь разделяют на два потока: поток ретентата над мембраной 10332 и поток пермеата под мембраной 10332. Поток ретентата с повышенным содержанием метана по трубопроводу 10336 отводят в трубопровод 10308 на его участке между фильтром 10312 и мембранным газоразделительным блоком 10298, а поток пермеата с большим содержанием паров воды и низким содержанием тяжелых углеводородов по трубопроводу 10338 отводят на утилизацию.
При оснащении установки блоком 10346 стабилизации конденсата на его входы 10348 и 10350 по трубопроводам 10360 и 10362 от сепаратора 10310 и дополнительного сепаратора 10322 подают конденсат. В блоке 10346 стабилизации конденсата, конденсат разделяют на четыре потока. С первого выхода 10352 блока 10346 стабилизации конденсата выходит поток газа стабилизации, который по трубопроводу 10364 подают в трубопровод 10316. Со второго выхода 10354 блока 10346 стабилизации конденсата по трубопроводу 10366 поток газовой смеси направляют на утилизацию. С третьего выхода 10356 по трубопроводу 10368 стабильный углеводородный конденсат отводят на дальнейшую переработку либо для закачивания в нефть, а с четвертого выхода 10358 по трубопроводу 10370 отводят водный конденсат, который может быть использован для закачки его в пласт с целью поддержания пластового давления либо на утилизацию.
Продувка полости низкого давления очищенной газовой смесью позволяет повысить эффективность газоразделения и снизить потери подготовляемого газа.
Пример 14. Осушка природного или попутного нефтяного газа высокого давления на двухступенчатой установке, в которой на второй ступени очищают сбросной поток из первой ступени.
Как показано на фиг. 11, установка для осушки природного газа содержит два мембранных газоразделительных блока 11372 и 11374 с полостями 11376 и 11378 высокого и низкого давления, разделенными селективно-проницаемой мембраной 11380, компрессор 11382, холодильник 11384 и сепаратор 11386. Вход полости высокого давления 11376 первого мембранного газоразделительного блока 11372 сообщен с трубопроводом для подачи сырья 11388, а выход - с трубопроводом 11390. Вход полости низкого давления 11378 первого мембранного газоразделительного блока 11372 сообщен с первым каналом 11392 продувки, а выход - с первым трубопроводом 11394, подключенным к входу компрессора 11382, выход которого сообщен напорным трубопроводом 11396 (в котором последовательно установлены холодильник 11384 и сепаратор 11386), с входом полости высокого давления 11376 второго мембранного газоразделительного блока 11374, выход которой сообщен с трубопроводом 11398. Полость низкого давления 11378 второго мембранного газоразделительного блока 11374 сообщена трубопроводом 11400 с трубопроводом 11394 и со вторым каналом продувки 11402, обеспечивающим непрерывную подачу части ретентата из второго мембранного газоразделительного блока 11374 в его полость низкого давления 11378. Первый канал 11392 продувки выполнен с возможностью обеспечения непрерывной подачи части ретентата из первого мембранного газоразделительного блока 11372 в его полость низкого давления 11378. Трубопровод 11398 из второго мембранного газоразделительного блока 11374 подключен к выходному трубопроводу 11390.
В каналах 11392 и 11402 продувки установлено по дросселирующему элементу 11404, выполненному, например, в виде дюзы.
- 16 019623
Установка может быть снабжена дополнительным сепаратором 11406 и двумя фильтрами 11408 и 11410, при этом дополнительный сепаратор 11406 и первый фильтр 11408 последовательно установлены в подводящем трубопроводе 11388, а второй фильтр 11410 установлен в напорном трубопроводе 11396 между сепаратором 11386 и вторым мембранным газоразделительным блоком 11374.
Установка может быть снабжена дополнительными мембранными модулями (на фиг. 11 не показано), при этом к каждому из мембранных модулей 11372 и 11374 параллельно подключен по крайней мере один дополнительный мембранный газоразделительный блок. Установка может быть снабжена блоком стабилизации конденсата 11412, имеющим два входа 11414 и 11416 и четыре выхода 11418, 11420, 11422 и 11424, при этом каждый из входов 11414 и 11416 блока 11412 стабилизации конденсата сообщен с соответствующим трубопроводом 11426 и 11428 отвода конденсата из дополнительного сепаратора 11406 и сепаратора 11386, первый выход 11418 блока 11412 стабилизации конденсата подключен к трубопроводу 11430 подачи потока газа стабилизации, подсоединенному к трубопроводу 11400, второй выход 11420 подключен к трубопроводу 11432 сброса потока газовой смеси на утилизацию, третий выход 11422 подключен к трубопроводу 11434 отвода стабильного углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачивания в нефть, четвертый выход 11424 сообщен с трубопроводом 11436 отвода водного конденсата для закачки его в пласт с целью поддержания пластового давления либо на утилизацию.
Сырьевой природный газ по подводящему трубопроводу 11388 подают в полость 11376 высокого давления первого мембранного газоразделительного блока 11372. Для предварительной осушки природного газа могут быть использованы сепаратор 11406 и фильтр 11408, установленные в подводящем трубопроводе 11388. В первом мембранном газоразделительном блоке 11372 на мембране 11380 происходит разделение природного газа на два потока, а именно на поток пермеата под мембраной 11380 и на ретентат, при этом ретентат практически не содержит влаги. Из полости высокого давления 11376 первого мембранного газоразделительного блока 11372 ретентат над мембраной 11380 направляют в выходной трубопровод 11390, по которому он направляется к потребителю. Из полости 11378 низкого давления первого мембранного газоразделительного блока 11372 пермеат с большим содержанием влаги подают по трубопроводу 11394 на вход компрессора 11382, при этом полость 11378 непрерывно продувают частью ретентата из первого МГБ 11372, подаваемого по каналу 11392. С выхода компрессора 11382 газовый поток по трубопроводу 11396 направляют в холодильник 11384 и далее в сепаратор 11386, где происходит отделение влаги и конденсата от газового потока. Далее газовый поток через фильтр 11410 поступает в полость низкого давления 11376 второго мембранного газоразделительного блока 11374. Из полости высокого давления 11376 второго мембранного газоразделительного блока 11374 ретентат над мембраной 11380 направляют по трубопроводу 11398 в выходной трубопровод 11390. Из полости низкого давления 11378 второго мембранного газоразделительного блока 11374 газовый поток с большим содержанием влаги подают по трубопроводу 11400 в трубопровод 11394. Продувку полости низкого давления 11378 второго мембранного газоразделительного блока 11374 осуществляют путем подачи по каналу 11402 ретентата из второго мембранного газоразделительного блока газового потока. Дросселирующие элементы 11404, например, дюзы, установленные в каналах 11392 и 11402, обеспечивают необходимый расход газового потока, идущего на продувку.
При наличии в установке блока стабилизации конденсата 11412 на его входы 11414 и 11416 поступают потоки конденсата из сепараторов 11406 и 11386 по трубопроводам 11426 и 11428 соответственно. С выхода 11418 по трубопроводу 11430 в трубопровод 11400 направляют поток газа стабилизации. С выхода трубопровода 11420 по трубопроводу 11432 потока газовой смеси направляют на утилизацию. По трубопроводу 11434, подключенному к третьему выходу 11422, осуществляют отвод стабильного углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачки в нефть, а по трубопроводу 11436, подключенному к четвертому выходу 11424, отводят водный конденсат из блока стабилизации конденсата 11412 для закачки его в пласт с целью поддержания пластового давления, либо на утилизацию.
Продувка полости низкого давления 11378 мембранного газоразделительного блока 11372 осушенным потоком ретентата из первого мембранного газоразделительного блока 11372 позволила направить осушенный во втором МГБ мембранном газоразделительном блоке 11374 газовый поток потребителю, что привело к повышению производительности установки. Кроме того, это дало возможность вести осушку природного газа, имеющего более высокое содержание исходной воды и тяжелых углеводородов, причем не только от воды, но и от тяжелых углеводородов.
Пример 15. Осушка природного или попутного нефтяного газа высокого давления на двухступенчатой установке, в которой на второй ступени очищают сбросной поток из первой ступени.
Как показано на фиг. 12, установка для осушки природного газа содержит два мембранных газоразделительных блока 12438 и 12440 с полостями высокого давления 12442 и полостями низкого давления 12444, разделенными селективно-проницаемой мембраной 12446, каналы 12448 и 12450 продувки полости низкого давления 12444, компрессор 12452, холодильник 12454, сепаратор 12456 и трубопровод сброса 12458.
Вход полости высокого давления 12442 первого мембранного газоразделительного блока 12438 со
- 17 019623 общен с подводящим трубопроводом 12460, а выход - с выходным трубопроводом 12462. Вход полости низкого давления 12444 первого мембранного газоразделительного блока 12438 сообщен с первым каналом продувки 12448, а выход - с трубопроводом 12464, подключенным к входу компрессора 12452. Выход компрессора 12452 сообщен напорным трубопроводом 12466 (с последовательно установленным холодильником 12454 и сепаратором 12456) с входом полости высокого давления 12442 второго мембранного газоразделительного блока 12440, выход которой подключен к трубопроводу 12468. Полость низкого давления 12444 второго мембранного газоразделительного блока 12440 сообщена трубопроводом 12470 с трубопроводом 12464 и со вторым каналом 12450 продувки, обеспечивающим непрерывную подачу части ретентата из полости высокого давления второго мембранного газоразделительного блока 12440. Данная установка также снабжена двумя запорно-регулирующими устройствами 12472 и 12474, при этом первое запорно-регулирующее устройство 12472 установлено в трубопроводе 12470, второе запорно-регулирующее устройство 12474 установлено в трубопроводе сброса 12458, который сообщен с трубопроводом 12470 на участке между первым запорно-регулирующим устройством 12472 и вторым мембранным газоразделительным блоком 12440. Первый канал продувки 12448 выполнен с возможностью обеспечения непрерывной подачи части ретентата из первого мембранного газоразделительного блока 12438 в его полость низкого давления 12444, а трубопровод 12468 из второго мембранного газоразделительного блока 12440 подключен к выходному трубопроводу 12462.
Установка может содержать в каналах продувки 12448 и 12450 по дросселирующему элементу 12476, выполненному, например, в виде дюзы.
Установка может быть снабжена дополнительным сепаратором 12478 и двумя фильтрами 12480 и 12482, при этом дополнительный сепаратор 12478 и первый фильтр 12480 последовательно установлены в подводящем трубопроводе 12460, а второй фильтр 12482 установлен в напорном трубопроводе 12466 между сепаратором 12456 и вторым мембранным газоразделительным блоком 12440.
Установка может быть снабжена дополнительными мембранными модулями (не показаны на фиг. 12), при этом к каждому из мембранных модулей 12438 и 12440 параллельно подключен по меньшей мере один дополнительный мембранный газоразделительный блок. Установка может быть снабжена блоком стабилизации конденсата 12484, имеющеим два входа 12486 и 12488 и четыре выхода 12490, 12492, 12494 и 12496, при этом каждый из входов 12486 и 12488 блока 12484 стабилизации конденсата подключен к трубопроводам 12498 и 12500 отвода конденсата из соответствующего сепаратора 12478 и 12482, первый выход 12490 блока 12484 стабилизации конденсата подключен к трубопроводу 12502 подачи потока газа стабилизации, подсоединенному трубопроводу 12470, второй выход 12492 подключен к трубопроводу 12504 отвода потока газовой смеси на утилизацию, третий выход 12494 подключен к трубопроводу 12506 отвода стабильного углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачивания в нефть, четвертый выход 12496 сообщен с трубопроводом отвода 12508 водного конденсата для закачки его в пласт с целью поддержания пластового давления либо на утилизацию.
Сырьевой природный газ по подводящему трубопроводу 12460 подают в полость 12442 высокого давления первого мембранного газоразделительного блока 12438. Для предварительного осушения и очистки от механических примесей природного газа могут быть использованы установленные в подводящем трубопроводе 12460 сепаратор 12478 и фильтр 12480. В первом мембранном газоразделительном блоке 12438 на мембране 12446 происходит разделение природного газа на два потока, а именно на пермеат под мембраной 12446 и на ретентат, при этом ретентат практически не содержит влаги. Из полости высокого давления 12442 первого мембранного газоразделительного блока 12438 ретентат над мембраной 12446 поступает в трубопровод 12462, откуда его направляют к потребителю. Из полости низкого давления 12444 первого мембранного газоразделительного блока 12438 газовый поток с большим содержанием влаги подают по трубопроводу 12464 на вход компрессора 12452, при этом полость 12444 продувают путем непрерывной подачи по каналу 124486 части ретентата из первого мембранного газоразделительного блока 12438. С выхода компрессора 12452 газовый поток по напорному трубопроводу 12466 направляют в холодильник 12454 и далее в сепаратор 12456, где происходит отделение влаги от газового потока. Далее газовый поток через фильтр 12482 поступает в полость высокого давления 12442 второго мембранного газоразделительного блока 12440. Из полости высокого давления 12442 второго мембранного газоразделительного блока 12440 ретентат над мембраной 12446 направляют по трубопроводу 12468 в выходной трубопровод 12462. Из полости низкого давления 12444 второго мембранного газоразделительного блока 12440 пермеат с большим содержанием влаги подается по второму трубопроводу 12470 через открытое запорно-регулирующее устройство 12472 в трубопровод 12464, при этом запорнорегулирующее устройство 12474, установленное в трубопроводе сброса 12458, закрыто. В случае снижения качества осушаемого природного газа из-за переизбытка влаги в пермеате из второго мембранного газоразделительного блока 12440, периодически осуществляют его сброс по трубопроводу 12458, при этом на короткое время закрывают запорно-регулирующее устройство 12472 и открывают запорнорегулирующее устройство 12474. В результате этого происходит снижение содержания влаги в пермеате из мембранного газоразделительного блока 12440. Продувку полости низкого давления 12444 второго мембранного газоразделительного блока 12440 осуществляют путем подачи по каналу 12450 части ретентата из второго мембранного газоразделительного блока 12440. Дросселирующие элементы 12476,
- 18 019623 например, дюзы, установленные в каналах 12448 и 12450, обеспечивают необходимый расход продувочного газа.
При наличии в установке блока 12484 стабилизации конденсата на его входы 12486 и 12488 по трубопроводам 12498 и 12500 поступает конденсат из сепараторов 12478 и 12456. С выхода 12490 по трубопроводу 12502 стабилизированный газ направляют в трубопровод 12470. С выхода 12492 по трубопроводу 12504 газовую смесь направляют на утилизацию. По трубопроводу 12506, подключенному к третьему выходу 12494, осуществляют отвод стабильного углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачивания в нефть, а по трубопроводу 12508, подключенному к четвертому выходу 12496, отводят водный конденсат из блока стабилизации конденсата 12484 для закачки его в пласт с цель поддержания пластового давления либо на утилизацию.
Продувка полости низкого давления 12444 мембранного газоразделительного блока 12438 осушенным потоком ретентата из полости высокого давления мембранного газоразделительного блока 12438 и обеспечение возможности периодического сброса некондиционного газового потока из низконапорного трубопровода 12470 позволили направить осушенный во втором мембранном газоразделительном блоке 12440 газовый поток также в выходной трубопровод для потребителя, что привело к повышению эффективности осушки газа в установке. Кроме того, это дало возможность вести осушку смеси газов не только от воды, но и от тяжелых углеводородов, при этом осушаемая смесь газов может иметь более высокое содержание исходной воды и тяжелых углеводородов.

Claims (11)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ очистки углеводородной газовой смеси высокого давления, содержащей труднопроникающие и легкопроникающие через мембрану компоненты, путем подачи такой газовой смеси в установку, содержащую по крайней мере один мембранный газоразделительный блок с полостью высокого давления, полостью низкого давления и селективно-проницаемой половолоконной мембраной, установленной между ними, при котором полость низкого давления по меньшей мере одного из мембранных газоразделительных блоков непрерывно продувают газовой смесью, выходящей из полости высокого давления, отличающийся тем, что очистку осуществляют одновременно от двух или нескольких легкопроникающих компонентов, таких как пары воды, кислых газов, тяжелых углеводородов, меркаптанов или гелия, при этом часть потока очищенной газовой смеси, направляемой на продувку в полость низкого давления, выбирают таким образом, чтобы его величина составляла 2-25% от количества углеводородной газовой смеси высокого давления, а отношение давления в полости высокого давления к давлению в полости низкого давления было меньше отношения удельных проницаемостей селективнопроницаемой половолоконной мембраны по каждому легкопроникающему компоненту, от которых осуществляют очистку, к удельной проницаемости селективно-проницаемой половолоконной мембраны по основному или всем труднопроникающим компонентам.
  2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовую смесь очищают с помощью установки, содержащей по меньшей мере два мембранных газоразделительных блока, при этом газовую смесь с выхода полости низкого давления одного из мембранных газоразделительных блоков подают на вход полости высокого давления другого мембранного газоразделительного блока.
  3. 3. Способ по пп.1, 2, отличающийся тем, что газовую смесь очищают с помощью установки, содержащей два мембранных газоразделительных блока, при этом газовую смесь высокого давления подают в полость высокого давления первого мембранного газоразделительного блока, газовую смесь из полости высокого давления первого мембранного газоразделительного блока подают в полость высокого давления второго мембранного газоразделительного блока, газовую смесь с выхода полости низкого давления второго мембранного газоразделительного блока направляют на вход полости высокого давления первого мембранного газоразделительного блока.
  4. 4. Способ по пп.1, 2, отличающийся тем, что газовую смесь очищают с помощью установки, содержащей несколько мембранных газоразделительных блоков, при этом газовую смесь с выхода полости низкого давления первого мембранного газоразделительного блока направляют на вход полости высокого давления второго мембранного газоразделительного блока и/или на вход полости высокого давления последующих мембранных газоразделительных блоков.
  5. 5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что газовые смеси, подаваемые на вход полости высокого давления, предварительно компримируют.
  6. 6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что газовые смеси, подаваемые на вход полости высокого давления, предварительно охлаждают.
  7. 7. Способ по пп.1-6, отличающийся тем, что газовые смеси, подаваемые на вход полости высокого давления, предварительно сепарируют.
  8. 8. Способ по пп.1-7, отличающийся тем, что газовые смеси, подаваемые на вход полости высокого давления, предварительно фильтруют.
  9. 9. Способ по пп.1-5 или 7, 8, отличающийся тем, что газовые смеси, подаваемые на вход полости высокого давления, предварительно нагревают.
    - 19 019623
  10. 10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что в полости низкого давления по меньшей мере одного мембранного газоразделительного блока понижают давление.
  11. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что в полости низкого давления по меньшей мере одного мембранного газоразделительного блока поддерживают давление ниже атмосферного.
EA201101494A 2010-11-18 2011-11-11 Способ очистки углеводородной газовой смеси EA019623B1 (ru)

Applications Claiming Priority (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010146786/05U RU103744U1 (ru) 2010-11-18 2010-11-18 Установка очистки природного газа от гелия
RU2010146784/05A RU2447928C1 (ru) 2010-11-18 2010-11-18 Способ разделения и очистки газовых смесей до параметров потребления
RU2011103091/02A RU2459654C1 (ru) 2011-01-28 2011-01-28 Способ многостадийной очистки газовой смеси до параметров ее потребления
RU2011103090/02A RU2456061C1 (ru) 2011-01-28 2011-01-28 Способ многостадийной очистки газовой смеси до параметров ее потребления
RU2011116894/05U RU110286U1 (ru) 2011-04-28 2011-04-28 Установка многостадийной очистки газовой смеси до параметров ее потребления
RU2011116895/05U RU107964U1 (ru) 2011-04-28 2011-04-28 Установка многостадийной очистки газовой смеси до параметров ее потребления
RU2011119725/05U RU109007U1 (ru) 2011-05-17 2011-05-17 Установка подготовки топливного газа из природного или попутного нефтяного газа
RU2011127529/05U RU109988U1 (ru) 2011-07-06 2011-07-06 Установка для осушки природного газа
RU2011127531/05U RU109989U1 (ru) 2011-07-06 2011-07-06 Установка для осушки природного газа
PCT/RU2011/000888 WO2012067545A1 (ru) 2010-11-18 2011-11-11 Мембранная газоразделительная установка и способ ее работы

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201101494A1 EA201101494A1 (ru) 2012-05-30
EA019623B1 true EA019623B1 (ru) 2014-05-30

Family

ID=46084268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201101494A EA019623B1 (ru) 2010-11-18 2011-11-11 Способ очистки углеводородной газовой смеси

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20130253250A1 (ru)
EP (1) EP2641647A4 (ru)
JP (1) JP2014502212A (ru)
CN (1) CN103269766A (ru)
EA (1) EA019623B1 (ru)
WO (1) WO2012067545A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2659264C1 (ru) * 2017-06-07 2018-06-29 Общество с ограниченной ответственностью "Тегас" Азотная компрессорная станция (варианты)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9375677B2 (en) 2013-02-26 2016-06-28 Air Liquide Advanced Technologies U.S. Llc Helium recovery from natural gas
US9186629B2 (en) * 2013-08-26 2015-11-17 Cameron Solutions, Inc. Single end, shell-side feed, hollow fiber membrane separation module
CN103816726B (zh) * 2014-02-13 2015-12-02 上海穗杉实业有限公司 一种祛除空气中颗粒类污染物的方法与装置
US9463408B2 (en) * 2014-05-06 2016-10-11 dHybrid Systems, LLC Compressed natural gas filter for natural gas vehicle
JP6636948B2 (ja) * 2014-12-26 2020-01-29 日本碍子株式会社 ガス分離方法
JP6702884B2 (ja) * 2014-12-26 2020-06-03 日本碍子株式会社 ガス分離方法
US9433888B2 (en) 2014-12-29 2016-09-06 L'Air Liquide Société Anonyme Pour L'Étude Et L'Exploitation Des Procedes Georges Claude Three stage membrane separation with partial reflux
US10143961B2 (en) * 2015-12-03 2018-12-04 Air Liquide Advanced Technologies U.S. Llc Method and system for purification of natural gas using membranes
US20170157555A1 (en) * 2015-12-03 2017-06-08 Air Liquide Advanced Technologies U.S. Llc Method and system for purification of natural gas using membranes
RU169870U1 (ru) * 2016-12-09 2017-04-04 Акционерное Общество "Грасис" Установка для разделения газовых смесей высокого давления
CN107202220A (zh) * 2017-05-12 2017-09-26 贺州思通信息技术有限公司 架空燃气保温防冻管道及其使用方法
CN106943901B (zh) * 2017-05-12 2019-05-21 中南大学 磺化羟丙基壳聚糖改性的生物相容性聚砜膜及其制备方法
IT201800002410A1 (it) * 2018-02-05 2019-08-05 So Tec S R L Metodo e sistema per la depurazione dei fumi
CN110921635B (zh) * 2019-12-13 2023-09-26 南京航空航天大学 一种结合空气冲洗与膜分离的机载制氮装置及其应用方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4140499A (en) * 1975-12-02 1979-02-20 Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. Gas mixture-separating device
SU1159605A1 (ru) * 1983-07-05 1985-06-07 Предприятие П/Я А-3605 Способ разделени газовой смеси
SU1498543A1 (ru) * 1987-10-15 1989-08-07 Московский Инженерно-Физический Институт Каскадна установка дл разделени газовых смесей
RU2132223C1 (ru) * 1997-09-02 1999-06-27 Костин Александр Игоревич Способ разделения газовых смесей
RU2177822C2 (ru) * 1995-12-05 2002-01-10 Праксайр Текнолоджи, Инк. Способ получения продукта высокой чистоты из исходного газового потока, содержащего элементарный кислород
RU2233698C1 (ru) * 2003-03-05 2004-08-10 ООО "ТД Рамис-М" Способ и установка для разделения и/или осушки газовых смесей с помощью мембранных устройств

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4857082A (en) * 1988-09-15 1989-08-15 Air Products And Chemicals, Inc. Membrane unit turn-down control system
US5507856A (en) * 1989-11-14 1996-04-16 Air Products And Chemicals, Inc. Hydrogen recovery by adsorbent membranes
US5102432A (en) * 1990-12-10 1992-04-07 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Three-stage membrane gas separation process and system
US5226932A (en) * 1991-10-07 1993-07-13 Praxair Technology, Inc. Enhanced meambrane gas separations
FR2695568B1 (fr) * 1992-09-14 1994-10-21 Air Liquide Procédé et installation de séparation de gaz par perméation.
US5332424A (en) * 1993-07-28 1994-07-26 Air Products And Chemicals, Inc. Hydrocarbon fractionation by adsorbent membranes
CA2170190A1 (en) * 1995-03-07 1996-09-08 Dwayne T. Friesen Volatile organic component removal by membrane separation using countercurrent sweep gas
US5858065A (en) * 1995-07-17 1999-01-12 American Air Liquide Process and system for separation and recovery of perfluorocompound gases
US5851266A (en) * 1997-06-23 1998-12-22 Praxair Technology,Inc. Hybrid solid electrolyte ionic conductor systems for purifying inert gases
RU2322284C1 (ru) * 2006-07-11 2008-04-20 Владимир Михайлович Воротынцев Способ разделения и/или очистки газовых смесей
JP2009061420A (ja) * 2007-09-07 2009-03-26 Air Liquide Japan Ltd ガス成分および凝縮性成分の製造方法および製造システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4140499A (en) * 1975-12-02 1979-02-20 Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. Gas mixture-separating device
SU1159605A1 (ru) * 1983-07-05 1985-06-07 Предприятие П/Я А-3605 Способ разделени газовой смеси
SU1498543A1 (ru) * 1987-10-15 1989-08-07 Московский Инженерно-Физический Институт Каскадна установка дл разделени газовых смесей
RU2177822C2 (ru) * 1995-12-05 2002-01-10 Праксайр Текнолоджи, Инк. Способ получения продукта высокой чистоты из исходного газового потока, содержащего элементарный кислород
RU2132223C1 (ru) * 1997-09-02 1999-06-27 Костин Александр Игоревич Способ разделения газовых смесей
RU2233698C1 (ru) * 2003-03-05 2004-08-10 ООО "ТД Рамис-М" Способ и установка для разделения и/или осушки газовых смесей с помощью мембранных устройств

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2659264C1 (ru) * 2017-06-07 2018-06-29 Общество с ограниченной ответственностью "Тегас" Азотная компрессорная станция (варианты)

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012067545A1 (ru) 2012-05-24
JP2014502212A (ja) 2014-01-30
US20130253250A1 (en) 2013-09-26
EP2641647A1 (en) 2013-09-25
EA201101494A1 (ru) 2012-05-30
EP2641647A4 (en) 2015-03-04
CN103269766A (zh) 2013-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA019623B1 (ru) Способ очистки углеводородной газовой смеси
US8999038B2 (en) Process for separation of gases
US20040099138A1 (en) Membrane separation process
US20220134274A1 (en) A device and a membrane process for separating gas components from a gas stream having varying composition or flow rate
KR20090051168A (ko) 수소 정제 방법
CN114904372A (zh) 一种节能的二氧化碳捕集系统及其方法
CN113457390B (zh) 用于非渗透气体的高回收率的膜工艺和系统
RU118564U1 (ru) Установка для подготовки попутного нефтяного газа к транспортировке трубопроводным транспортом
RU103744U1 (ru) Установка очистки природного газа от гелия
WO2020203994A1 (ja) ガス分離システム
CN114682055A (zh) 带有冷却和使用吹扫气体的三级膜气体分离
RU110286U1 (ru) Установка многостадийной очистки газовой смеси до параметров ее потребления
JP2002035530A (ja) ガス分離膜の運転方法
JP7468822B1 (ja) ガス分離システム及びメタン富化ガスの製造方法
RU2447928C1 (ru) Способ разделения и очистки газовых смесей до параметров потребления
RU2459654C1 (ru) Способ многостадийной очистки газовой смеси до параметров ее потребления
RU2801946C1 (ru) Способ очистки природного азотсодержащего газа высокого давления от гелия
RU2456061C1 (ru) Способ многостадийной очистки газовой смеси до параметров ее потребления
US11980846B1 (en) System and method for producing renewable natural gas from biogas
KR102576565B1 (ko) 암모니아 분리막 모듈 및 암모니아 분리 응축 장치
RU107964U1 (ru) Установка многостадийной очистки газовой смеси до параметров ее потребления
CN114682056A (zh) 带有冷却和吹扫气体的使用的四级膜气体分离
RU109988U1 (ru) Установка для осушки природного газа
RU109989U1 (ru) Установка для осушки природного газа
CN114558428A (zh) 烟气中二氧化碳的捕集装置以及方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM KG MD TJ

TC4A Change in name of a patent proprietor in a eurasian patent