RU2063576C1

RU2063576C1 - Method and device for preparation of petroleum gas for transportation

Info

Publication number: RU2063576C1
Application number: RU93010874A
Authority: RU
Inventors: Константин Саакович Каспарьянц; Анатолий Николаевич Куропаткин; Рубен Константинович Каспарьянц
Original assignee: Константин Саакович Каспарьянц; Анатолий Николаевич Куропаткин; Рубен Константинович Каспарьянц
Priority date: 1993-03-01
Filing date: 1993-03-01
Publication date: 1996-07-10

Abstract

FIELD: methods and devices for preparation of petroleum gas for transportation as far as gas processing factory and other consumers. SUBSTANCE: part of heavy hydrocarbons is extracted from gases condensing in gas lines when their temperature gets equal to temperature of ground. Special device-coil-type freezer consists of tubular elements with heat-and-mass exchange devices mounted in vertical sections; horizontal sections are provided with bypass pipes to ensure bypass of liquid formed at end of overlying section to beginning of lower layer. Method consists of multistage heat-and-mass exchange to which only gas phase is subjected at each stage; liquid phase is bypassed to beginning of process at previous stage. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области подготовки нефтяных газов первой ступени сепарации нефти к транспорту их до газоперерабатывающих заводов и других потребителей и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности. The invention relates to the field of preparation of petroleum gases of the first stage of oil separation for transportation to gas processing plants and other consumers and can be used in the oil industry.

Известны способы подготовки нефтяных газов (К.С.Каспарьянц "Промысловая подготовка нефти и газа", Москва, Недра, 1973), позволяющие с высокой эффективностью производить процессы подготовки и переработки газов, в то же время отличающиеся высокой капиталлоемкостью, энергоемкостью и технологической сложностью (адсорбция, абсорбция, низкотемпературная ректификация и низкотемпературная конденсация). Known methods for the preparation of oil gases (K.S.Kasparyants "Field preparation of oil and gas", Moscow, Nedra, 1973), allowing high-efficiency processes for the preparation and processing of gases, at the same time, characterized by high capital intensity, energy intensity and technological complexity ( adsorption, absorption, low temperature distillation and low temperature condensation).

Известен также и способ вымораживания газов перед подачей их в газопровод (принятый в качестве прототипа Смирнов А.С. "Транспорт и хранение газа", Гостомтехиздат, Москва, 1950, стр. 127), отличающийся своей простотой исполнения, производимых в двух или нескольких трубопроводных (или змеевиковых) потоках, в которых газ охлаждается за счет теплообмена с окружающим воздухом в осенне-, зимне-, весенние периоды времени, когда температура грунтов, в зоне которых укладывается трубопровод, отличается низкими уровнями (от +5 до -10^oС и ниже).There is also a known method of freezing gases before feeding them into the gas pipeline (adopted as a prototype Smirnov AS "Transport and storage of gas", Gostomtekhizdat, Moscow, 1950, p. 127), characterized by its simplicity of execution, produced in two or more pipelines (or serpentine) flows in which the gas is cooled by heat exchange with ambient air in the autumn, winter, and spring periods, when the temperature of the soils in which the pipeline is laid differs in low levels (from +5 to -10 ^o С and below).

При этом за счет теплообмена с холодом окружающего воздуха нефтяные газы в трубах рабочих потоков змеевиковых холодильников вымораживателей приобретают (или стремятся приобрести) температуру окружающей среды. Часть водяных паров и тяжелых углеводородов при этом выпадает в конденсат (без массообмена). Поэтому в образовавшемся конденсате, который сбрасывается, как правило, в окружающую среду, ухудшая ее экологическую чистоту, содержится большое количество и легких углеводородных компонентов, также включая и такие вредные компоненты, как сероводород и углекислоты. At the same time, due to heat exchange with cold air, petroleum gases in the pipes of the working flows of coil freezers refrigerators acquire (or seek to acquire) the ambient temperature. Part of the water vapor and heavy hydrocarbons falls into the condensate (without mass transfer). Therefore, the resulting condensate, which is discharged, as a rule, into the environment, impairing its environmental cleanliness, contains a large number of light hydrocarbon components, including such harmful components as hydrogen sulfide and carbon dioxide.

Особенностью образовавшегося конденсата как в трубопроводах, так и змеевиках вымораживателей является то, что при определенных значениях температуры, давления, соотношения молекул воды и углеводородных компонентов создаются условия образования кристаллогидратов ( твердых снегообразных соединений), перекрывающих в отдельных случаях полностью сечение газопроводов и выводящих из строя газопроводные системы, создавая таким образом аварийные ситуации (с нарушением экологического баланса районов нефтегазодобычи). В известных вымораживающих системах забитый гидратами змеевик переключается на резервную нитку, а в это время остановленный змеевик освобождается от гидратов одним из известных способов: снижением давления, повышением температуры, подачей соответствующего ингибитора, повышающего общую упругость паров системы. Распавшиеся на жидкость и пары гидраты отводятся либо, как правило, сбрасываются в атмосферу. Недостатком этого способа является низкая эффективность и надежность системы вымораживания (цикличность работы змеевиковой системы, связанная с необходимостью освобождения змеевиковых элементов от образовавшихся кристаллогидратов воды и углеводородов), неэкономичность в связи с большими потерями легких углеводородов, нестабильное и произвольное отделение влаги и части легких и тяжелых углеводородов, в обычных условиях сбрасываемых в окружающую среду (воздух, земля, открытые водоемы) в определенных точках трассы газопроводов с уменьшением объема газа, поступающего на последующую переработку или потребление. Задачей предполагаемого изобретения является повышение надежности и стабильности работы систем газопроводов, транспортирующих нефтяные газы, созданием условий перед их транспортом на переработку или потребление, сокращающих конденсатообразование в газопроводах за счет извлечения из газов части тяжелых углеводородов, и создания условий и средств интенсифицирующих тепломассообмен газа с образующимся конденсатом, изменяющий соответственно концентрации углеводородов в газе и конденсате (рост концентрации низкокипящих компонентов НКК в газе и высококипящих компонентов ВКК в конденсате), обеспечивая таким образом и увеличение объемов газов и нефти, передаваемых на переработку и потребление, сокращение безвозвратных потерь углеводородов и повышение экологической чистоты как систем сбора и транспорта нефтяных газов, так и в целом районов нефтегазодобычи. A feature of the condensate formed both in pipelines and freezer coils is that at certain values of temperature, pressure, and the ratio of water molecules and hydrocarbon components, the conditions for the formation of crystalline hydrates (solid snow-like compounds) are created, which in some cases completely block the cross-section of the gas pipelines and disable the gas pipelines systems, thus creating emergency situations (with a violation of the ecological balance of oil and gas production areas). In known freezing systems, a hydrate-clogged coil is switched to a reserve thread, and at this time, a stopped coil is freed from hydrates by one of the known methods: reducing pressure, increasing temperature, applying an appropriate inhibitor that increases the overall vapor pressure of the system. Hydrates disintegrated into liquids and vapors are discharged or, as a rule, are discharged into the atmosphere. The disadvantage of this method is the low efficiency and reliability of the freezing system (the cyclic operation of the coil system, associated with the need to release coil elements from the formed crystalline hydrates of water and hydrocarbons), uneconomical due to large losses of light hydrocarbons, unstable and arbitrary separation of moisture and part of light and heavy hydrocarbons , under normal conditions, discharged into the environment (air, land, open water) at certain points of the pipeline route with by reducing the volume of gas supplied for subsequent processing or consumption. The objective of the proposed invention is to increase the reliability and stability of gas pipelines transporting oil gases, creating conditions for their processing or consumption before transporting them, reducing condensation in gas pipelines by extracting part of the heavy hydrocarbons from gases, and creating conditions and means for intensifying heat and mass transfer of gas with the resulting condensate , which changes, respectively, the concentration of hydrocarbons in gas and condensate (an increase in the concentration of low-boiling components N KK in gas and high-boiling components of VKK in condensate), thus ensuring an increase in the volumes of gases and oil transferred for processing and consumption, reducing irretrievable losses of hydrocarbons and improving the environmental cleanliness of both the systems for collecting and transporting oil gases and oil and gas production areas in general.

Поставленная задача решается предлагаемыми способом и устройством. The problem is solved by the proposed method and device.

Устройство специальный тепломассовый модуль, установленный на потоке газов 1-й ступени сепарации перед подачей их в газопровод, состоящий из вертикально установленного змеевикового трубного вымораживателя, включающего отдельные трубные элементы, монтируемые на фланцевых соединениях, на вертикальных участках которого вмонтировано специальное тепломассообменное устройство, заполненное одним из видов насадки, на горизонтальных участках предусмотрены перепускные трубы, обеспечивающие переток образующегося конденсата с вышележащего горизонтального охлаждающего элемента на нижележащий, в верхнюю часть массообменного элемента, обеспечивая таким образом необходимую движущую силу массообмена, сборники конденсата ( с насосами) систему подачи ингибиторов для снижения содержания влаги в вредных компонентов (CO₂, H₂S и др.).The device is a special heat and mass module installed on the gas flow of the 1st separation stage before feeding them into the gas pipeline, consisting of a vertically mounted coil pipe freezer, including individual pipe elements mounted on flange joints, in the vertical sections of which a special heat and mass transfer device is mounted, filled with one of types of nozzles; overflow pipes are provided for in horizontal sections, providing overflow of condensate from the overlying horizontal cooling element to the lower one, to the upper part of the mass transfer element, thus providing the necessary driving force for mass transfer, condensate collectors (with pumps), an inhibitor supply system to reduce the moisture content of harmful components (CO ₂ , H ₂ S, etc.).

Отличительными существеннными признаками в заявляемом устройстве в сравнении с прототипом являются: тепломассообменные элементы на вертикальных участках вымораживателя и трубные устройства для перетока образующего конденсата с верхних горизонтальных элементов вымораживателя ни нижележащие (т.е. с каждой последующей ступени на предшествующую);
Способ вымораживания холодом окружающего воздуха (в зимне-, осенне-, весенний периоды), при котором образующийся конденсат, перепускаемый с каждой последующей ступени на предшествующую, вступает в тепломассообмен в специальном устройстве, смонтированном на вертикальном участке модуля вымораживателя, при котором происходит перераспределение углеводородов в восходящем потоке газа и нисходящем конденсате, увеличивая концентрации низкокипящих компонентов (НКК) в потоке газа и высококипящих компонентов (ВКК) в нисходящем потоке конденсата, обеспечивая таким образом достижение поставленной цели.Distinctive essential features in the inventive device in comparison with the prototype are: heat and mass transfer elements in the vertical sections of the freezer and pipe devices for the flow of forming condensate from the upper horizontal elements of the freezer nor the underlying ones (i.e. from each subsequent stage to the previous one);
A method of freezing cold ambient air (in winter, autumn, spring), in which the condensate formed, transferred from each subsequent stage to the previous one, enters heat and mass transfer in a special device mounted on a vertical section of the freezer module, in which the redistribution of hydrocarbons in upward gas flow and downward condensate, increasing the concentration of low-boiling components (NCC) in the gas stream and high-boiling components (GCC) in the downward flow of condensate a, thus ensuring the achievement of the goal.

Проведенные технологические расчеты по обоим вариантам показали преимущество изобретения. Conducted technological calculations for both options showed the advantage of the invention.

На чертеже представлена принципиальная схема способа и устройства одного тепломассообменного модуля вымораживателя, число которых может быть принято в зависимости от количества подаваемого в газопровод газа, его характеристики и параметров, а также от климатологических особенностей окружающей среды в районе нефтегаздобычи. The drawing shows a schematic diagram of the method and device of one heat and mass transfer module of the freezer, the number of which can be taken depending on the amount of gas supplied to the gas pipeline, its characteristics and parameters, as well as on the climatological features of the environment in the oil and gas production region.

Основными элементами предлагаемого теплообменного модуля (вымораживателя) для реализации способа подготовки нефтяного газа являются (см. черт) вертикальные и горизонтальные трубчатые элементы, объединенные в единое змеевиковое устройство. The main elements of the proposed heat exchange module (freezer) for the implementation of the method of preparation of oil gas are (see hell) vertical and horizontal tubular elements combined into a single coil device.

На вертикальных участках смонтированы специальные массообменные секции (1,2,3,3а), начиненные насадкой одного из известных типов (АВР, кольца Рашига и т. п.), эквивалентной соответствующему расчетному числу теоретических массообменных тарелок, а в горизонтальных участках 12 установлены переточные трубы 4, по которым образовавшийся конденсат с каждой последующей ступени охлаждения и массообмена перетекает на предшествующую, поступая в соответствующую вертикальную массообменную насадку. On the vertical sections mounted special mass transfer sections (1,2,3,3a), filled with a nozzle of one of the known types (ABP, Rashig rings, etc.), equivalent to the corresponding calculated number of theoretical mass transfer plates, and in horizontal sections 12, overflow pipes 4, through which the condensate formed from each subsequent stage of cooling and mass transfer flows to the previous one, entering the corresponding vertical mass transfer nozzle.

Устройство подготовки газа к транспорту работает следующим образом. The device for preparing gas for transport works as follows.

Нефтяной газ первой ступени сепарации поступает в нижнюю часть теплообменного модуля, размещенного на специальных конструкциях ( или закрытых башнях), охлаждаемых окружающим воздухом за счет естественной тяги (в летний период может быть предусмотрен вариант орошения водой из системы заводнения или специальной оборотной системы). За счет теплообмена с воздухом газы охлаждаются, при этом часть наиболее тяжелых углеводородов и паров воды конденсируются и стекают к перегородкам 15, установленным в горизонтальных участках 12 змеевика, откуда по переточным трубам перетекают в соответствующие нижележащие вертикальные секции массообмена (1,2,3,3а), попадая в конденсатосборник 14, из которого стекают в сборную емкость 7. Л вертикальных секциях ступени конденсат, вступая в тепломассообмен с восходящим потоком газа, осуществляя фракционированную конденсацию его, изменяет концентрации в них углеводородных компонентов (повышая НКК в потоке газа и ВКК в конденсате). Petroleum gas of the first separation stage enters the lower part of the heat exchange module, placed on special structures (or closed towers), cooled by ambient air due to natural draft (in summer, the option of irrigation with water from a water flooding system or a special circulating system may be provided). Due to heat exchange with air, the gases are cooled, while some of the heaviest hydrocarbons and water vapor condense and flow to the partitions 15 installed in the horizontal sections 12 of the coil, from where they flow through the transfer pipes to the corresponding underlying vertical sections of mass transfer (1,2,3,3а ), falling into the condensate collector 14, from which it flows into the collection tank 7. In the vertical sections of the stage, the condensate, entering heat and mass transfer with an upward gas flow, carrying out fractionated condensation of it, changes the ntratsii hydrocarbon components therein (NCC increasing the gas stream and the condensate WCC).

Конденсат из емкости 7 насосом 6 подается в нефть перед ДНС (увеличивая ее объем) либо на газоперерабатывающий или нефтестабилизационный заводы. Газ с верхней секции змеевикового устройства поступает в концевой сепаратор (скруббер) 5, после чего выдается в газопровод до ГПЗ. Отделившийся в сепараторе конденсат насосом 6 может возвращаться в вертикальную секцию За в качестве орошения. Во избежание гидратообразования в систему предусматривается возможность подачи диэтиленгликоля или соответствующего ингибитора. Condensate from tank 7 is pumped by pump 6 to oil in front of the pump station (increasing its volume) or to a gas processing or oil stabilization plant. Gas from the upper section of the coil device enters the end separator (scrubber) 5, after which it is supplied to the gas pipeline to the gas treatment plant. The condensate separated in the separator by pump 6 can be returned to the vertical section Za as irrigation. In order to avoid hydrate formation, it is possible to supply diethylene glycol or an appropriate inhibitor to the system.

В тех случаях, когда в газах 1-й ступени сепарации нефти содержатся и вредные (агрессивные) компоненты, система может быть используема также и для первичного воздействия на газ с целью их частичного извлечения. Для этого в верхнюю секцию системы может быть подан регенерированный (свежий) поглотительный раствор (МЭА, МДЭА и др.). Насыщенный раствор отделяется в емкости 7, откуда в качестве насыщенного раствора направляется на регенерацию (на ЦПС или ГПЗ в зависимости от места окончательной подготовки газа). In cases where the gases of the first stage of oil separation contain harmful (aggressive) components, the system can also be used for primary exposure to gas with the aim of their partial extraction. For this, a regenerated (fresh) absorption solution (MEA, MDEA, etc.) can be fed into the upper section of the system. The saturated solution is separated in the tank 7, from where it is sent as a saturated solution for regeneration (to the central processing station or gas treatment plant, depending on the place of final gas preparation).

Claims

1. A device for preparing for the transport of petroleum gas, including a vertical coil tube refrigerator-freezer, cooled by ambient air, characterized in that its horizontal sections are equipped with pipe devices for flowing condensate from the end of the overlying coil section to the beginning of the lower section, and the vertical sections are provided heat and mass transfer devices, for example nozzle type.

2. A method of preparing petroleum gas by means of its multi-stage heat and mass transfer, characterized in that only the gas phase is subjected to heat and mass transfer at each subsequent stage, the liquid phase of each heat and mass transfer stage being transferred to the head of the process at the previous stage.