RU2216698C2

RU2216698C2 - Process of extraction of acidic components from natural and accompanying oil gas

Info

Publication number: RU2216698C2
Application number: RU2001128278/06A
Authority: RU
Inventors: Ч.Т. Сериков; В.Е. Финько
Original assignee: Сериков Чингиз Тохтарович
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2003-11-20

Abstract

FIELD: extraction of acidic components from natural and accompanying oil gas. SUBSTANCE: process of extraction of acidic components from natural and accompanying gas includes preliminary separation of moisture and condensate. Flow of raw gas of excessive pressure is cooled with expansion in vortex coolers to temperature of minus 58 C. Produced liquid products are disintegrated in gravity field and separated. EFFECT: simplified technology of extraction of acidic components, reduced capital and operational expenses, production of tank gas. 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к технологии очистки кислых газов с выделением сероводорода и углекислоты в сжиженном виде. The invention relates to the oil and gas industry, in particular to a technology for cleaning acid gases with the release of hydrogen sulfide and carbon dioxide in a liquefied form.

Известны способы очистки природных и попутных нефтяных газов с содержанием сероводорода и углекислоты в самых широких пределах сочетаний их концентраций. Наиболее полное обобщение всех этих способов дано в монографии "Энциклопедия газовой промышленности" -М.: ТВАНТ, 1994 г., стр. 314-329. Один из способов промышленного использования известной технологии очистки сернистых природных газов изложен в статье группы авторов под названием "Селективная очистка газа от сероводорода на Астраханском ГПЗ", который опубликован в журнале "Газовая промышленность", 12, стр.40. Known methods for the purification of natural and associated petroleum gases containing hydrogen sulfide and carbon dioxide in the widest range of combinations of their concentrations. The most complete generalization of all these methods is given in the monograph "Encyclopedia of the Gas Industry" -M .: TVANT, 1994, pp. 314-329. One of the methods of industrial use of the well-known technology for the purification of sulfur dioxide is described in an article by a group of authors entitled "Selective gas purification from hydrogen sulfide at the Astrakhan gas processing plant", which was published in the journal "Gas Industry", 12, p. 40.

Недостатком этих способов очистки являются большие капитальные и эксплуатационные затраты, вызванные тем, что выделение компонентов кислого газа производят сорбентами при нахождении их в газообразном состоянии, что существенно снижает качество очистки вследствие близости их физических параметров при температуре окружающей среды. The disadvantage of these cleaning methods is the high capital and operating costs due to the fact that the separation of acid gas components is carried out by sorbents when they are in a gaseous state, which significantly reduces the quality of cleaning due to the proximity of their physical parameters at ambient temperature.

Целью данного изобретения является упрощение технологии выделения кислых компонентов, позволяющей снизить капитальные и эксплуатационные затраты и обеспечить получение товарного газа. The aim of this invention is to simplify the technology of separation of acidic components, which allows to reduce capital and operating costs and to ensure the production of commercial gas.

Указанная цель достигается тем, что исходный газ после отделения капельной влаги и конденсата охлаждают с центробежным расширением до температуры минус 58^oС, а полученные сжиженные продукты расслаивают в поле силы тяжести и отделяют.This goal is achieved in that the source gas after separation of the drop of moisture and condensate is cooled with centrifugal expansion to a temperature of minus 58 ^o C, and the resulting liquefied products are exfoliated in a gravity field and separated.

Обоснуем, каким образом указанная совокупность новых признаков обеспечивает достижение поставленной цели. Let us justify how this set of new features ensures the achievement of the goal.

1. После отделения капельной влаги и конденсата поток газа предварительно охлаждают обратным потоком несжижаемой частью входного потока и центробежно расширяют в вихревых охладителях-генераторах холода без движущихся механизмов (подробные сведения в ЖТФ, 1983 г., 9, стр. 1770-1776). Вследствие быстрого расширения предварительно охлажденного потока в вихревых охладителях происходит его дополнительное охлаждение с частичной конденсацией и центробежным отделением сжиженного пропана, углекислоты и сероводорода, которые отделяются и накапливаются в сборнике. Несжиженные компоненты входного потока низкого давления (метан, этан, азот) после охлаждения встречного потока утилизируются на выходе из установки. 1. After separating the droplet moisture and condensate, the gas stream is pre-cooled with the return stream of the non-fluidized part of the inlet stream and is centrifugally expanded in cold vortex coolers-generators without moving mechanisms (for more details see ZhTF, 1983, 9, p. 1770-1776). Due to the rapid expansion of the pre-cooled stream in the vortex coolers, it is additionally cooled with partial condensation and centrifugal separation of liquefied propane, carbon dioxide and hydrogen sulfide, which are separated and accumulated in the collector. Non-liquefied components of the low pressure inlet stream (methane, ethane, nitrogen) after cooling the counter stream are disposed of at the outlet of the installation.

2. Введенное ограничение на температуру охлаждения минус 58^oС обосновывается тем, что температура кипения сероводорода составляет минус 60^oС, поэтому для исключения засорения очищенного газа парами выкипающего сероводорода и вводится такое ограничение. Учитывая, что углекислота сжижается при парциальном давлении более 0,5 МПа уже при температуре минус 28^oС, пропан при температуре минус 42^oС, а сероводород уже при температуре минус 32^oС, вводимое верхнее значение температуры является необходимым и достаточным условием для сжижения кислых компонентов исходного газа.2. The introduced restriction on the cooling temperature of minus 58 ^o C is justified by the fact that the boiling point of hydrogen sulfide is minus 60 ^o C, therefore, to prevent clogging of the purified gas with boiling vapors of hydrogen sulfide, such a restriction is introduced. Given that carbon dioxide is liquefied at a partial pressure of more than 0.5 MPa already at a temperature of minus 28 ^o C, propane at a temperature of minus 42 ^o C, and hydrogen sulfide already at a temperature of minus 32 ^o C, the introduced upper temperature value is a necessary and sufficient condition for liquefaction acidic components of the source gas.

3. Сжиженный пропан и кислые компоненты имеют существенный разброс плотности (пропан 582 кг/м³, сероводород 915 кг/м³, углекислота 1180 кг/м³), поэтому в сборнике, где они собираются, будет происходить быстрое их расслоение за счет гравитационных сил. При этом пропан, как самый легкий, следует отводить из верхней части сборника, а кислые компоненты - из нижней его части. Этот процесс отделения жидких продуктов без особых трудностей может быть обеспечен в вертикальном блоке, который снабжен верхним и нижним отводами.3. Liquefied propane and acidic components have a significant dispersion of density (propane 582 kg / m ³ , hydrogen sulfide 915 kg / m ³ , carbon dioxide 1180 kg / m ³ ), therefore, in the collection where they are collected, their rapid separation will occur due to gravitational forces. In this case, propane, as the lightest, should be removed from the upper part of the collection, and acidic components from the lower part. This process of separation of liquid products without special difficulties can be provided in a vertical unit, which is equipped with upper and lower branches.

4. Использование вихревого охладителя в качестве генератора холода обосновывается высокой эффективностью самоохлаждения в нем любого газа при изменениях входного давления. Так, по данным испытаний устройства при начальной температуре газа 4^oС температура части потока после расширения от начальных давлений составила: для 0,5 МПа минус 38^oС; 0,6 МПа минус 46^oС; 0,8 МПа минус 55^oС; 1,0 МПа минус 60^oС; 1,2 МПа минус 64^oС; а при 1,5 МПа - минус 69^oС. Следовательно, регулируя давление входного потока известными устройствами, можно с помощью вихревого охладителя обеспечить получение любого требуемого диапазона температур охлаждения входного потока, которое гарантирует полное сжижение сероводорода и углекислоты. В зависимости от компонентного состава сырьевого газа и его начального давления экспериментально подбираются оптимальные режимы работы установки, реализующей способ.4. The use of a vortex cooler as a cold generator is justified by the high efficiency of self-cooling in it of any gas with changes in the inlet pressure. So, according to the device test data at an initial gas temperature of 4 ^o С, the temperature of a part of the stream after expansion from the initial pressures was: for 0.5 MPa minus 38 ^o С; 0.6 MPa minus 46 ^o C; 0.8 MPa minus 55 ^o C; 1.0 MPa minus 60 ^o C; 1.2 MPa minus 64 ^o C; and at 1.5 MPa - minus 69 ^o C. Therefore, by adjusting the pressure of the inlet stream by known devices, it is possible to use the vortex cooler to obtain any desired range of temperatures for cooling the inlet stream, which guarantees complete liquefaction of hydrogen sulfide and carbon dioxide. Depending on the component composition of the feed gas and its initial pressure, the optimal operating conditions of the installation implementing the method are experimentally selected.

В качестве варианта устройства, реализующего данный способ выделения кислых компонентов из сырьевых газов, предлагается конструкция, представленная на чертеже. Установка включает три соединенных между собой блока, при этом первый блок сепарации капельной влаги (поз.1) расположен горизонтально, а два других - вертикально. Первый вертикальный блок (поз.2) является теплообменником, где происходят вымораживание растворенной в газе влаги и отделение конденсата. Последний блок (поз.3) кроме теплообменника включает вихревые охладители (поз.4), осевую трубу (поз.5), через которую сверху отводится пропан, полость накопления жидких продуктов (поз.6), отводы для слива пропана и кислых компонентов (поз.7, поз.8), сборники конденсата (поз.9), пропана (поз. 10) и кислых продуктов (поз.11). Товарный газ из установки отводится через первый горизонтальный блок (поз.12). As a variant of the device that implements this method of separation of acidic components from raw gases, the design shown in the drawing is proposed. The installation includes three interconnected units, with the first drip moisture separation unit (item 1) located horizontally, and the other two vertically. The first vertical block (item 2) is a heat exchanger where freezing of moisture dissolved in the gas and separation of condensate take place. The last unit (item 3), in addition to the heat exchanger, includes vortex coolers (item 4), an axial tube (item 5) through which propane is discharged from above, an accumulation cavity for liquid products (item 6), taps for draining propane and acid components ( pos. 7, pos. 8), condensate collectors (pos. 9), propane (pos. 10) and acid products (pos. 11). Commodity gas from the installation is discharged through the first horizontal block (item 12).

Работает установка следующим образом. The installation works as follows.

Влажный исходный многокомпонентный сырьевой газ поступает в горизонтальный теплообменник 1, где за счет холода обратного потока происходит отделение капельной влаги и конденсата, включая меркаптаны. Далее в вертикальном блоке 2 на трубках теплообменника вымораживается влага, растворенная в газе, и отделяется широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ). В последнем блоке исходный газ дополнительно охлаждается в теплообменнике и поступает на вихревые охладители газа 4, где происходит сжижение пропана, углекислоты и сероводорода, которые накапливаются в полости блока 6 и расслаиваются вследствие разной плотности. Несжиженные компоненты входного потока низкой температуры (метан, этан, азот) отводятся вверх встречно входному потоку, охлаждая его в теплообменнике и в первом блоке, а затем утилизируются как товарный продукт (поз.12). The wet multicomponent feed gas enters the horizontal heat exchanger 1, where drop moisture and condensate, including mercaptans, are separated due to cold backflow. Then, in the vertical block 2, moisture dissolved in the gas is frozen out on the tubes of the heat exchanger, and a wide fraction of light hydrocarbons (BFLH) is separated. In the last block, the source gas is additionally cooled in a heat exchanger and supplied to the gas vortex coolers 4, where the propane, carbon dioxide and hydrogen sulfide are liquefied, which accumulate in the cavity of block 6 and exfoliate due to different densities. The non-liquefied components of the low temperature inlet stream (methane, ethane, nitrogen) are discharged upstream of the inlet stream, cooling it in the heat exchanger and in the first unit, and then disposed of as a commercial product (item 12).

Жидкий пропан, как более легкий продукт, собирается в верхней части полости блока 6 и отводится из него по вертикальной трубе 5 через отвод 7 в сборник 10, а жидкая углекислота и жидкий сероводород сбрасываются через отвод 8 в сборник криостат 11. Liquid propane, as a lighter product, is collected in the upper part of the cavity of block 6 and is discharged from it through a vertical pipe 5 through branch 7 to collector 10, and liquid carbon dioxide and liquid hydrogen sulfide are discharged through branch 8 to cryostat 11.

Установка очистки, реализующая заявляемый способ, может иметь любую производительность, не имеет вращающихся механизмов, элементов и блоков, требующих периодической замены, поэтому практически не требует обслуживания. Кроме того, сжиженный сероводород уже не является таким токсичным продуктом (до испарения), каким он является в газообразном состоянии. Поэтому существенно упрощается его складирование и вывоз на производство чистой серы или кислоты. The cleaning installation that implements the inventive method can have any performance, does not have rotating mechanisms, elements and blocks requiring periodic replacement, therefore, it practically does not require maintenance. In addition, liquefied hydrogen sulfide is no longer such a toxic product (before evaporation) as it is in a gaseous state. Therefore, its storage and export to the production of pure sulfur or acid is greatly simplified.

Так, установка по очистке нефтяного газа с содержанием сероводорода и меркаптанов до 24%, производительностью по входному газу до 40000 нм³/ч включает три блока, каждый из которых имеет размеры: длина 4,8 м, а диаметр 1,2 мм и занимает площадь с накопителями всего 30 м².So, an installation for the purification of oil gas with a hydrogen sulfide and mercaptan content of up to 24%, with an input gas capacity of up to 40,000 nm ³ / h includes three blocks, each of which has dimensions: 4.8 m in length and 1.2 mm in diameter and occupies the area with drives is only 30 m ² .

Такой модульный комплекс позволяет в сутки перерабатывать до 1 млн. нм³ сернистого газа без применения адсорбентов и дополнительных энергозатрат. Такие модули имеют существенно меньшие капитальные и эксплуатационные затраты, чем существующие установки очистки газа от сероводорода, эксплуатируемые в Астрахани и Оренбурге.Such a modular complex allows to process up to 1 million nm ^{3 of} sulfur dioxide per day without the use of adsorbents and additional energy costs. Such modules have significantly lower capital and operating costs than existing hydrogen sulfide gas purification plants operated in Astrakhan and Orenburg.

Claims

A method of separating acidic components from natural and associated petroleum gas, including preliminary separation of moisture and condensate, characterized in that the feed pressure gas stream is cooled with expansion in vortex coolers to a temperature of minus 58 ^o C, and the resulting liquid products are exfoliated in a gravity field and are separated.