RU103744U1

RU103744U1 - INSTALLING HELIUM NATURAL GAS CLEANING

Info

Publication number: RU103744U1
Application number: RU2010146786/05U
Authority: RU
Inventors: Михаил Александрович Гулянский; Николай Леонидович Докучаев; Александр Александрович Котенко; Евгений Геннадьевич Крашенинников; Сергей Владимирович Потехин; Михаил Михайлович Челяк
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Грасис"
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2011-04-27

Abstract

Установка очистки природного газа от гелия относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использована в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности. Установка очистки природного газа от гелия содержит мембранный модуль с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной. Полость высокого давления с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом, а с противоположной стороны с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом. Полость низкого давления сообщена с продувочным каналом, соединенным с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом и с трубопроводом отвода смеси проникшего и продувочного газов. В продувочном канале установлен дросселирующий элемент. Установка снабжена вакуум-компрессором, установленным на трубопроводе отвода смеси проникшего и продувочного газов и обеспечивающим возможность понижения давления смеси проникшего и продувочного газов в полости низкого давления и подачи данной смеси на утилизацию в хранилище или закачивание в природный пласт либо на дальнейшую переработку. A helium natural gas purification unit belongs to the field of separation of gas mixtures using semipermeable membranes and can be used in gas, oil, chemical and other industries. The helium natural gas purification installation comprises a membrane module with high and low pressure cavities separated by a semipermeable membrane. On one side, the high-pressure cavity is in communication with the supply pipe, and on the opposite side with the non-permeable gas discharge pipe. The low-pressure cavity is in communication with a purge channel connected to a non-permeable gas discharge pipe and a discharge pipe for a mixture of permeated and purge gases. A throttling element is installed in the purge channel. The installation is equipped with a vacuum compressor installed on the pipeline for discharging the mixture of penetrated and purge gases and providing the possibility of lowering the pressure of the mixture of penetrated and purge gases in the low pressure cavity and supplying this mixture for disposal in storage or injection into a natural reservoir or for further processing.

Description

Полезная модель относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использована в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.The utility model relates to the field of separation of gas mixtures using semipermeable membranes and can be used in gas, oil, chemical and other industries.

Из описания к патенту RU 2322284 известна установка очистки природного газа от гелия, содержащая мембранный модуль с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, причем полость высокого давления с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом, а с противоположной стороны с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом, полость низкого давления сообщена с трубопроводом отвода проникшего газа, в котором установлен вакуум-компрессор.From the description of patent RU 2322284, a helium natural gas purification plant is known comprising a membrane module with high and low pressure cavities separated by a semipermeable membrane, the high pressure cavity being connected on one side to the inlet pipe and on the opposite side to the non-permeable gas outlet pipe , the low-pressure cavity is in communication with the piping for penetrating gas in which the vacuum compressor is installed.

К недостаткам известной установки очистки природного газа от гелия следует отнести высокие энергозатраты, поскольку для полной очистки всего объема природного газа необходимо его многократное компримирование, так как за один цикл отбирается только 15% от входного потока.The disadvantages of the known installation for the purification of natural gas from helium include high energy costs, since complete purification of the entire volume of natural gas requires multiple compression, since only 15% of the input stream is taken in one cycle.

Из описания к патенту RU 2132223 известна установка очистки природного газа от гелия, содержащая мембранный модуль с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, причем полость высокого давления с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом, а с противоположной стороны с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом, полость низкого давления сообщена с продувочным каналом, соединенным с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом и с трубопроводом отвода смеси проникшего и продувочного газов, при этом в продувочном канале установлен дросселирующий элемент (прототип).From the description of patent RU 2132223 there is known a helium natural gas purification plant comprising a membrane module with high and low pressure cavities separated by a semipermeable membrane, the high pressure cavity being connected on one side to the inlet pipe and on the opposite side to the non-permeable gas outlet pipe , the low-pressure cavity is in communication with a purge channel connected to a non-permeable gas outlet stream and a pipeline for discharging a mixture of penetrated and purge gas , The channel is set in the purge throttle element (prototype).

К недостатку данной известной установки очистки природного газа от гелия следует отнести низкую степень извлечения очищенного от гелия природного газа и, следовательно, высокие энергозатраты на проведение процесса очистки.The disadvantage of this known installation for the purification of natural gas from helium is the low degree of extraction of purified from helium natural gas and, consequently, the high energy consumption for the purification process.

Техническим результатом при использовании заявленной установки очистки природного газа от гелия является повышение степени очистки природного газа и уменьшение энергозатрат на проведение процесса очистки.The technical result when using the claimed installation for the purification of natural gas from helium is to increase the degree of purification of natural gas and reduce energy consumption for the purification process.

Данный технический результат обеспечивается за счет того, что установка очистки природного газа от гелия, содержащая мембранный модуль с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, причем полость высокого давления с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом, а с противоположной стороны с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом, полость низкого давления сообщена с продувочным каналом, соединенным с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом и с трубопроводом отвода смеси проникшего и продувочного газов, при этом в продувочном канале установлен дросселирующий элемент, снабжена вакуум-компрессором, установленным в трубопроводе отвода смеси проникшего и продувочного газов и обеспечивающим возможность понижения давления смеси проникшего и продувочного газов в полости низкого давления (в том числе и до давления ниже атмосферного), обеспечивая тем самым возможность изменять отношение давлений газов в полостях высокого и низкого давления мембранного модуля, и, одновременно, служащим для подачи смеси на утилизацию в хранилище, или закачивание в природный пласт либо на дальнейшую переработку. Установка может быть снабжена сепаратором и фильтром (в тот числе, фильтром-коалесцером), установленными последовательно в подводящем трубопроводе для очистки природного газа от конденсата и механических примесей, при этом перед сепаратором в подводящем трубопроводе могут быть установлены последовательно компрессор и холодильник. Кроме того, она может быть снабжена нагревателем, установленным в подводящем трубопроводе непосредственно перед мембранным газоразделительным модулем, а также блоком стабилизации конденсата, соединенного своим входом с выходом конденсата из сепаратора и имеющего три выхода, первый из которых подключен к трубопроводу сброса газа на утилизацию или сжигание, второй подключен к трубопроводу отвода углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачки в нефтяной пласт, а третий - к трубопроводу отвода водного конденсата. Установка может быть снабжена, по крайней мере, одним дополнительным мембранным модулем, при этом все мембранные модули соединены параллельно друг с другом, образуя мембранный газоразделительный блок. Мембрана в каждом мембранном модуле выполнена в виде полупроницаемых полых волокон.This technical result is achieved due to the fact that the installation of natural gas purification from helium containing a membrane module with high and low pressure cavities separated by a semipermeable membrane, the high pressure cavity being connected on one side to the inlet pipe and on the opposite side to the non-permeable outlet gas pipeline, the low-pressure cavity is in communication with a purge channel connected to a non-permeable gas outlet pipe and a permeate discharge pipe gas and purge gases, while a throttling element is installed in the purge channel, equipped with a vacuum compressor installed in the discharge pipe of the mixture of penetrated and purge gases and providing the possibility of lowering the pressure of the mixture of penetrated and purge gases in the low-pressure cavity (including down to atmospheric), thereby providing the ability to change the ratio of gas pressures in the cavities of high and low pressure of the membrane module, and, at the same time, serving to supply the mixture for disposal in the store, or injection into the natural reservoir or for further processing. The installation can be equipped with a separator and a filter (including a coalescer filter) installed in series in the inlet pipe to purify natural gas from condensate and mechanical impurities, while in front of the separator in the inlet pipe, a compressor and a refrigerator can be installed in series. In addition, it can be equipped with a heater installed in the supply pipe directly in front of the membrane gas separation module, as well as a condensate stabilization unit connected to its input with the condensate output from the separator and having three outputs, the first of which is connected to the gas discharge pipe for utilization or combustion , the second is connected to the pipeline for removal of hydrocarbon condensate for further processing or for injection into the oil reservoir, and the third is connected to the pipeline for removal of water condensate. The installation can be equipped with at least one additional membrane module, while all membrane modules are connected in parallel with each other, forming a membrane gas separation unit. The membrane in each membrane module is made in the form of semipermeable hollow fibers.

На фигуре представлена схема установки очистки природного газа от гелия.The figure shows a diagram of a plant for the purification of natural gas from helium.

Установка очистки природного газа от гелия содержит мембранный модуль 1 с полостями высокого 2 и низкого 3 давления, разделенными полупроницаемой мембраной 4. Полость 2 высокого давления с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом 5, а с противоположной стороны с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом 6. Полость 3 низкого давления сообщена с продувочным каналом 7, соединенным с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом бис трубопроводом 8 отвода смеси проникшего и продувочного газов, при этом в продувочном канале 7 установлен дросселирующий элемент 9. Вакуум-компрессор 10 установлен на трубопроводе 8 отвода смеси проникшего и продувочного газов и обеспечивает возможность понижения давления смеси проникшего и продувочного газов в полости 3 низкого давления и подачи данной смеси на утилизацию в хранилище или закачивание в природный пласт либо на дальнейшую переработку. Установка может быть снабжена сепаратором 11 и фильтром 12 для очистки природного газа от конденсата и механических примесей, установленных последовательно на подводящем трубопроводе 6. Перед сепаратором 11 на подводящем трубопроводе 5 могут быть установлены последовательно компрессор 13 и холодильник 14. Кроме того, она может быть снабжена нагревателем 15, установленным на подводящем трубопроводе 5 непосредственно перед мембранным модулем 1. Установка может быть снабжена блоком 16 стабилизации конденсата, соединенным своим входом с выходом конденсата сепаратора 11 и имеющим три выхода, первый из которых подключен к трубопроводу 17 сброса газа на утилизацию или сжигание, второй подключен к трубопроводу 18 отвода углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачки в нефтяной пласт, а третий - к трубопроводу 19 отвода водного конденсата. Установка может быть снабжена по крайней мере одним дополнительным мембранным модулем, при этом все мембранные модули соединены параллельно друг с другом с образованием мембранного газоразделительного блока. Мембрана 4 каждого мембранного модуля выполнена в виде полупроницаемых полых волокон.An installation for purifying natural gas from helium contains a membrane module 1 with cavities of high 2 and low 3 pressure separated by a semipermeable membrane 4. The high pressure cavity 2 is connected to the inlet pipe 5 on one side and the pipeline 6 to the non-permeated gas outlet stream. The cavity 6. 3 low pressure is in communication with a purge channel 7 connected to a non-permeable gas outlet stream by a bis pipeline 8 to discharge a mixture of penetrated and purge gases, while in the purge channel 7 throttling element 9 has been installed. A vacuum compressor 10 is installed on the pipeline 8 for discharging the mixture of penetrated and purge gases and provides the possibility of lowering the pressure of the mixture of penetrated and purge gases in the low pressure cavity 3 and supplying this mixture for disposal in storage or injection into a natural reservoir or to a further processing. The installation can be equipped with a separator 11 and a filter 12 for purifying natural gas from condensate and mechanical impurities installed in series on the supply pipe 6. In front of the separator 11 on the supply pipe 5, a compressor 13 and a refrigerator 14 can be installed in series. In addition, it can be equipped a heater 15 mounted on the inlet pipe 5 immediately in front of the membrane module 1. The installation can be equipped with a condensate stabilization unit 16 connected to its input with an outlet to the condensate of the separator 11 and having three outlets, the first of which is connected to the gas discharge pipe 17 for disposal or combustion, the second is connected to the hydrocarbon condensate discharge pipe 18 for further processing or for injection into the oil reservoir, and the third to the water condensate drain pipe 19. The installation can be equipped with at least one additional membrane module, while all membrane modules are connected in parallel with each other with the formation of a membrane gas separation unit. Membrane 4 of each membrane module is made in the form of semipermeable hollow fibers.

Установка очистки природного газа работает следующим образом.Installation of natural gas purification works as follows.

Сырьевой природный газ высокого давления с содержанием гелия 0,2-1,0% об. подается в мембранный модуль 1 (или в мембранные модули мембранного газоразделительного блока) по подводящему трубопроводу 5. Предварительно природный газ очищается от конденсата и механических примесей в сепараторе 11 и фильтре 12, в качестве которого может быть использован коалесцентный фильтр. Температура природного газа перед подачей его в мембранный модуль 1 может быть повышена в нагревателе 15. В случае низкого давления подаваемого природного газа в установке может быть использован компрессор 13 и холодильник 14. Предварительно очищенный природный газ поступает в полость 2 высокого давления мембранного модуля 1, из которой непроникший через мембрану 4 газ по отводящему трубопроводу 6 подается к потребителю с содержанием гелия 0,1% об.. Часть непроникшего газа из отводящего трубопровода 6 по продувочному каналу 7 с дросселирующим элементом 9 поступает в полость 3 низкого давления для продувки ее от проникшего газа. Образованная смесь проникшего газа и продувочного газа с содержанием гелия 1,5-5% об. удаляется из полости 3 низкого давления по трубопроводу 8. Вакуум-компрессор 10, установленный на трубопроводе 8, обеспечивает понижение давления смеси проникшего и продувочного газов в полости 3 низкого давления и подачи данной смеси на утилизацию в хранилище или закачивание в природный пласт либо на дальнейшую переработку. Производительность вакуум-компрессора 10, параметры дросселирующего элемента 9 в продувочном канале 7 и давление газов в трубопроводе 8 выбираются из условия максимальной для используемого мембранного модуля 1 степени извлечения очищенного газа, а, следовательно, минимальных энергозатрат на процесс очистки.High pressure feed natural gas with a helium content of 0.2-1.0% vol. is fed into the membrane module 1 (or into the membrane modules of the membrane gas separation unit) via the supply pipe 5. The natural gas is first cleaned of condensate and mechanical impurities in the separator 11 and the filter 12, which can be used as a coalescent filter. The temperature of the natural gas can be increased in the heater 15 before being fed to the membrane module 1. In the case of a low pressure of the natural gas supplied, a compressor 13 and a refrigerator can be used in the installation 14. The pre-purified natural gas enters the high pressure cavity 2 of the membrane module 1, from which non-penetrated through the membrane 4 gas through the discharge pipe 6 is supplied to the consumer with a helium content of 0.1% vol .. Part of the non-penetrated gas from the discharge pipe 6 through the purge channel 7 with a throttling e element 9 enters the cavity 3 of low pressure to purge it from the penetrated gas. Formed mixture of penetrated gas and purge gas with a helium content of 1.5-5% vol. it is removed from the low pressure cavity 3 by pipeline 8. A vacuum compressor 10 installed on the pipeline 8 reduces the pressure of the mixture of penetrated and purge gases in the low pressure cavity 3 and feeds this mixture for disposal in storage or injection into a natural reservoir or for further processing . The productivity of the vacuum compressor 10, the parameters of the throttling element 9 in the purge channel 7 and the gas pressure in the pipe 8 are selected from the condition for the maximum degree of extraction of purified gas for the membrane module 1 used, and, therefore, the minimum energy consumption for the cleaning process.

Конденсат из сепаратора 11 направляется или непосредственно на утилизацию, например, путем закачки его в пласт для поддержания пластового давления, или подается в блок 16 стабилизации конденсата, если им оснащена установка. В последнем случае из блока 16 стабилизации конденсата выходят три потока, а именно, по трубопроводу 17 осуществляется сброс газа на утилизацию или сжигание, по трубопроводу 18 происходит отвод углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачки в нефтяной пласт, а по трубопроводу 19 производится отвод водного конденсата.Condensate from the separator 11 is sent either directly to the disposal, for example, by pumping it into the reservoir to maintain reservoir pressure, or fed to the condensate stabilization unit 16, if equipped with the installation. In the latter case, three streams exit the condensate stabilization block 16, namely, gas is discharged for utilization or combustion through pipeline 17, hydrocarbon condensate is diverted for further processing or for pumping into an oil reservoir, and water is discharged through pipeline 19 condensate.

Таким образом, в установке за счет наличия вакуум-компрессора 10, установленного в трубопроводе 8 отвода смеси проникшего и продувочного газов, и продувочного канала 7 с дросселирующим элементом 9 обеспечивается стабильная и эффективная работа мембранного модуля 1 или мембранного газоразделительного блока, что позволяет повысить степень извлечения гелия и уменьшить энергозатраты на проведение процесса очистки. Стабильную работу мембранного модуля 1 или мембранного газоразделительного блока обеспечивают и средства предварительной подготовки природного газа, а именно сепаратор 11, фильтр 12 и нагреватель 15. Кроме того, в установке решены задачи с утилизацией отходов очистки природного газа.Thus, in the installation due to the presence of a vacuum compressor 10 installed in the pipe 8 for discharging the mixture of penetrated and purge gases, and the purge channel 7 with the throttling element 9, stable and efficient operation of the membrane module 1 or membrane gas separation unit is ensured, which allows to increase the degree of extraction helium and reduce energy consumption for the cleaning process. Stable operation of the membrane module 1 or the membrane gas separation unit is provided by the means of preliminary preparation of natural gas, namely, the separator 11, filter 12 and heater 15. In addition, the installation solved the problems of recycling natural gas treatment waste.

Claims

1. Installation for the purification of natural gas from helium, containing a membrane module with high and low pressure cavities separated by a semipermeable membrane, the high-pressure cavity being connected to the inlet pipe on one side and the non-penetrating gas outlet pipe from the opposite side, low-pressure cavity communicated with a purge channel connected to a non-permeable gas outlet pipe and a discharge pipe for a mixture of penetrated and purge gases, while in the purge channel A throttling element has been installed, characterized in that it is equipped with a vacuum compressor installed on the pipeline for discharging the mixture of penetrated and purge gases and providing the possibility of lowering the pressure of the mixture of penetrated and purge gases in the low-pressure cavity and supplying this mixture for disposal in storage or injection into a natural reservoir or for further processing.

2. Installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with a separator and a filter for purifying natural gas from condensate and mechanical impurities installed in series on the supply pipe.

3. Installation according to claim 2, characterized in that a compressor and a refrigerator are installed in series on the supply pipe in front of the separator.

4. Installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with a heater mounted on the supply pipe directly in front of the membrane module.

5. Installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with at least one additional membrane module, while all membrane modules are connected in parallel with each other with the formation of a membrane gas separation unit.

6. The installation according to claim 2, characterized in that it is equipped with a condensate stabilization unit, connected at its input to the condensate output of the separator and having three outputs, the first of which is connected to a gas discharge pipe for disposal or combustion, the second is connected to a hydrocarbon condensate drain pipe for further processing or for injection into the oil reservoir, and the third - to the pipeline for the removal of water condensate.

7. Installation according to claim 1, characterized in that in the membrane module the membrane is made in the form of semipermeable hollow fibers.