RU2634653C1

RU2634653C1 - Способ очистки природного газа от тяжелых углеводородов

Info

Publication number: RU2634653C1
Application number: RU2016152394A
Authority: RU
Inventors: Олег Леонидович Мишин; Сергей Юрьевич Шиков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Екатеринбург"
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2017-11-02

Abstract

Изобретение относится к газовой промышленности. Разработан способ очистки природного газа от тяжелых углеводородов, в котором природный газ отбирают из магистрального газопровода, подвергают предварительной осушке, удаляют пары воды и направляют в турбодетандер для последующего охлаждения. Отобранный из сети газ перед сжижением направляют в корпус сетчатого фильтра, резко изменяют направление потока газа на 90°, что приводит к отделению частиц тяжелых углеводородов от основного потока газа, которые накапливают в корпусе фильтра и сливают через специальное отверстие в нем. Затем поток подают в корпус направляющего аппарата турбодетандера и охлаждают поток в процессе омывания внешних поверхностей ламелей направляющего аппарата. Тяжелые углеводороды, не отделившиеся от основного потока в фильтре, конденсируют, накапливают в нижней части корпуса направляющего аппарата и отводят через специальное отверстие в нем. Техническим результатом является повышение эффективности очистки природного газа от тяжелых углеводородов путем использования естественных условий для отделения примесей газа, вводимого в детандер. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к газовой промышленности, конкретно к технологии производства сжиженного природного газа (далее - СПГ), а также к способам разделения газовых смесей с применением охлаждения, в частности природных газов.

В настоящее время при производстве СПГ существует проблема очистки природного газа от высококипящих компонентов (тяжелых углеводородов с содержанием С₂ и выше: этан, пропан, бутан и др.). Необходимость такой очистки обусловлена, с одной стороны, требованиями к составу сжиженного газа как товарного продукта, а с другой стороны, возможностью забивки технологического оборудования в процессе сжижения из-за кристаллизации и накапливания в процессе охлаждения в виде неиспаряющегося осадка тяжелых углеводородов, нарушающих его работу.

Известны основные технологические методы извлечения тяжелых углеводородов из газа: низкотемпературная сепарация, низкотемпературная конденсация и масляная абсорбция при высоком давлении и низкой температуре.

Например, способ комплексной осушки и очистки попутного нефтяного газа центробежной сепарацией и мембранной фильтрацией с последующим вихревым сжижением (патент РФ на изобретение №2553922, опубл. 20.06.2015 г.) включает удаление водно-углеводородного конденсата, в том числе фракций С₅ и выше, кислых соединений H₂S и СО₂, включает газодинамическую сепарацию, при закрученной подаче исходного потока газа, мембранную технологию удаления кислых соединений. В указанном способе поступающий попутный нефтяной газ подвергают двухступенчатой осушке и очистке, причем первоначально производят удаление основного количества воды и тяжелых углеводородных фракций С₅ и выше в многоступенчатом основном центробежном сепараторе при низком давлении, доочищают в дополнительном центробежном сепараторе, а затем подвергают очистке методом мембранной технологии от кислых соединений H₂S и CO₂. Очищенную фракцию легких углеводородов подвергают вихревому энергоразделению в трехпоточной вихревой трубе, из которой образующийся холодный поток направляют на рекуперацию холода для охлаждения исходного потока попутного нефтяного газа, а затем выводят в качестве товарной сжиженной фракции. Отсепарированную фракцию горячего потока вихревой трубы направляют на рецикл на компрессию в смеси с предварительно отсепарированной легкой углеводородной фракцией. Горячий поток вихревой трубы выводят в качестве товарного топливного газа.

Указанный способ является капиталоемким, так как требует больших затрат на оборудование и реагенты, а также имеет место недостаточно глубокое извлечение тяжелых углеводородов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ частичного сжижения природного газа (патент РФ на изобретение №2543255, опубл. 20.11.2014 г.), включающий предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления. После охлаждения прямой поток дросселируют и разделяют в ректификационной колонне на жидкую фракцию и паровую. Паровую фракцию направляют на реконденсацию с последующим направлением части реконденсированного продукционного потока в ректификационную колонну в качестве флегмового орошения, а также дросселированием другой части реконденсированного продукционного потока и разделением ее на жидкостную фазу, являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу, направляемую далее в качестве обратного потока для охлаждения прямого потока. Жидкую фракцию из ректификационной колонны расширяют и за счет реконденсации паровой фракции из ректификационной колонны испаряют, далее нагревают прямым потоком, а после повторного дросселирования направляют в обратный поток.

К недостаткам данного способа можно отнести использование дорогостоящего оборудования, недостаточно глубокое извлечение тяжелых углеводородов при их небольшом содержании в природном газе, а также снижение производительности установки по СПГ.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности очистки природного газа от тяжелых углеводородов и снижение энергетических затрат на его производство путем использования естественных условий для отделения примесей газа, вводимого в турбодетандер.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе очистки природного газа от тяжелых углеводородов природный газ отбирают из магистрального газопровода, подвергают предварительной осушке, удаляют пары воды и направляют в турбодетандер для последующего охлаждения. Входящий в турбодетандер холодный поток газа направляют в корпус сетчатого фильтра, резко изменяют направление потока газа на 90°, что приводит к отделению частиц тяжелых углеводородов от основного потока газа, накапливают в корпусе фильтра и сливают через специальное отверстие в нем, затем поток подают в корпус направляющего аппарата турбодетандера, охлаждают поток в процессе омывания внешних поверхностей ламелей направляющего аппарата, тяжелые углеводороды, не отделившиеся от основного потока в фильтре, конденсируют, накапливают в нижней части корпуса направляющего аппарата и отводят через специальное отверстие в нем.

В способе очистки природного газа от тяжелых углеводородов примеси тяжелых углеводородов, отводимые через дренаж в нижней части корпуса фильтра, подают в распределительный газопровод.

Также в способе очистки природного газа от тяжелых углеводородов тепло от потока, циркулирующего в корпусе направляющего аппарата турбодетандера, отводят с помощью хладагента, помещенного в полости ламелей направляющего аппарата.

Кроме того, в способе очистки природного газа от тяжелых углеводородов тепло от потока, циркулирующего в корпусе направляющего аппарата турбодетандера, отводят через материал ламелей с повышенной теплопроводностью.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является то, что при описанном способе очистки природного газа от тяжелых углеводородов не требуется установка дополнительного оборудования очистки газа, а используются физические свойства существующего оборудования, в результате чего снижаются затраты на производство СПГ. В предлагаемом способе тяжелые примеси углеводородов не накапливаются на поверхностях (лопастях) турбодетандера, снижается риск дисбаланса лопастей турбодетандера и выхода из строя его деталей, при этом качество производимого СПГ соответствует предъявляемым потребительским качествам. В предлагаемом способе тяжелые примеси углеводородов, характеризующиеся большой теплотой сгорания, сливаются в газораспределительную сеть потребителю, повышая тем самым калорийность газа.

Схема для реализации способа очистки природного газа от тяжелых углеводородов (см. чертеж) включает в себя:

1 - приемное устройство,

2 - турбодетандер,

3 - сетчатый фильтр,

4 - ламели направляющего аппарата,

5 - конденсат тяжелых углеводородов,

6 - отверстие в нижней части корпуса турбодетандера;

7 - отверстие в нижней части корпуса фильтра.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Отобранный из сети газ высокого давления перед сжижением очищают от пыли в фильтре, пропускают через адсорбер (для удаления влаги), пропускают через фильтр для очистки от частиц адсорбента и направляют через приемное устройство 1, где входящий поток газа проходит через сетчатый фильтр 3, состоящий из металлического корпуса, внутри которого находится фильтрующая вставка, состоящая из слоев сетки. В фильтре частицы тяжелых углеводородов отделяются от основного потока метана (газа-носителя) вследствие резкого изменения направления, отделенная часть тяжелых углеводородов сливается через отверстие в нижней части корпуса фильтра 7 в распределительный газопровод. Далее природный газ подается в кольцевой канал корпуса детандера на входе в направляющий аппарат турбодетандерного агрегата 2, где охлаждается при контакте с внешней стороной ламелей 4 направляющего аппарата до температуры -110°, при этом тяжелые углеводороды концентрируются 5, накапливаются в корпусе турбодетандерного агрегата и затем отводятся через дренаж в нижней части корпуса фильтра 6 и подаются в газовую сеть потребителю для повышения калорийности газа. Затем очищенный таким образом природный газ направляется на лопатки турбины, выполненные из материала с высокой теплопроводностью, турбодетандерного агрегата для выработки холода при адиабатном расширении с отдачей внешней работы, при этом часть холода отводится к входящему потоку природного газа благодаря высокой теплопроводности материала ламелей для охлаждения входящего потока природного газа до температуры конденсации нежелательных примесей тяжелых углеводородов.

Claims

1. Способ очистки природного газа от тяжелых углеводородов, в котором природный газ отбирают из магистрального газопровода, подвергают предварительной осушке, удаляют пары воды и направляют в турбодетандер для последующего охлаждения, отличающийся тем, что входящий в турбодетандер холодный поток газа направляют в корпус сетчатого фильтра, резко изменяют направление потока газа на 90°, что приводит к отделению частиц тяжелых углеводородов от основного потока газа, накапливают в корпусе фильтра и сливают через специальное отверстие в нем, затем поток подают в корпус направляющего аппарата турбодетандера, охлаждают поток в процессе омывания внешних поверхностей ламелей направляющего аппарата, тяжелые углеводороды, не отделившиеся от основного потока в фильтре, конденсируют, накапливают в нижней части корпуса направляющего аппарата и отводят через специальное отверстие в нем.

2. Способ очистки природного газа от тяжелых углеводородов по п. 1, отличающийся тем, что примеси тяжелых углеводородов, отводимые через дренаж в нижней части корпуса фильтра, подают в распределительный газопровод.

3. Способ очистки природного газа от тяжелых углеводородов по п. 1, отличающийся тем, что тепло от потока, циркулирующего в корпусе направляющего аппарата турбодетандера, отводят с помощью хладагента, помещенного в полости ламелей направляющего аппарата.

4. Способ очистки природного газа от тяжелых углеводородов по п. 1, отличающийся тем, что тепло от потока, циркулирующего в корпусе направляющего аппарата турбодетандера, отводят через материал ламелей с повышенной теплопроводностью.