RU66699U1

RU66699U1 - SEPARATOR FOR HELIUM, AND ALSO ETHANE AND PROPANE-BUTANE Fraction FROM NATURAL GAS

Info

Publication number: RU66699U1
Application number: RU2007117534/22U
Authority: RU
Inventors: Евгений Павлович Шелудяков
Original assignee: Евгений Павлович Шелудяков
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2007-09-27

Abstract

Полезная модель относится к области добычи, транспортировки и переработки природного газа, а более конкретно - к получению из природного газа гелия, а также этана и пропан-бутановой фракции в поле центробежных сил.The utility model relates to the field of extraction, transportation and processing of natural gas, and more specifically to the production of helium from natural gas, as well as ethane and a propane-butane fraction in the field of centrifugal forces.

Сепаратор для получения гелия, а также этана и пропан-бутановой фракции из природного газа содержит цилиндрический корпус с сепарационным каналом, образованным внутренней поверхностью корпуса и закручивающим устройством, размещенным внутри корпуса на его оси; патрубок подачи природного газа; патрубок вывода метана, размещенный внутри направляющего стакана, расположенного над закручивающим устройством; патрубок вывода гелия; патрубок вывода конденсата этана и пропан-бутановой фракции в нижней части корпуса, отличающийся тем, что патрубок вывода гелия размещен внутри патрубка вывода метана на его оси.The separator for producing helium, as well as ethane and a propane-butane fraction from natural gas, comprises a cylindrical body with a separation channel formed by the internal surface of the body and a twisting device located inside the body on its axis; natural gas supply pipe; a methane outlet pipe located inside the guide cup located above the twisting device; helium outlet pipe; a condensate outlet pipe of ethane and a propane-butane fraction in the lower part of the housing, characterized in that the helium outlet pipe is located inside the methane outlet pipe on its axis.

Description

Полезная модель относится к области добычи, транспортировки и переработки природного газа, а более конкретно - к получению гелия, а также этана и пропан-бутановой фракции из природного газа в поле центробежных сил.The utility model relates to the field of production, transportation and processing of natural gas, and more specifically to the production of helium, as well as ethane and a propane-butane fraction from natural gas in the field of centrifugal forces.

Известен сепаратор для разделения материалов на фракции в поле центробежных сил, в частности, для осушки газа от капельной влаги (1).A known separator for separating materials into fractions in the field of centrifugal forces, in particular, for drying gas from drip moisture (1).

Однако в этом сепараторе не предусмотрено получение гелия, а также этана и пропан-бутановой фракции из природного газа. В то же время, как отмечено академиком Канторовичем А.Э. (2) на втором Сибирском энергетическом конгрессе, прошедшем 11-12 апреля в Новосибирском академгородке, при развитии газовой промышленности Восточной Сибири и Республики Саха следует учитывать высокое содержание в природных газах этого региона таких элементов, как этан, пропан, бутан и конденсат. Ежегодная добыча гелия в Восточной Сибири и и Республике Саха может быть доведена к 2020 г. до 135-150 млн. кубометров в год. При освоении газовых месторождений Лено-Тунгусской провинции необходимо предусмотреть строительство заводов по выделению гелия и его хранилищ (2). В связи с этим Квашниным А.В., Добрецовым Н.Л. и Канторовичем А.Э. поставлена задача формирования гелиевой промышленности и развития нефте- и газопереработки с опережением по отношению к добыче нефти и газа, а также предложено законодательно определить, что на экспорт газ будет поставляться только после выделения из него гелия, а также этана и пропан-бутановой фракции (2), (3), (4).However, this separator does not provide for the production of helium, as well as ethane and a propane-butane fraction from natural gas. At the same time, as noted by academician Kantorovich A.E. (2) at the second Siberian Energy Congress, which took place on April 11-12 in the Novosibirsk academic campus, when developing the gas industry in Eastern Siberia and the Republic of Sakha, one should take into account the high content of elements such as ethane, propane, butane and condensate in the natural gases of this region. The annual production of helium in Eastern Siberia and the Republic of Sakha can be brought up to 135-150 million cubic meters per year by 2020. When developing gas deposits in the Lena-Tunguska province, it is necessary to provide for the construction of plants for the separation of helium and its storage facilities (2). In this regard, Kvashnin A.V., Dobretsov N.L. and Kantorovich A.E. the task was set to form the helium industry and develop oil and gas refining ahead of oil and gas production, and it was proposed to legislatively determine that gas would be exported only after the separation of helium, as well as ethane and propane-butane fraction from it (2 ), (3), (4).

Задача полезной модели - разработать сепаратор для получения гелия, а также этана и пропан-бутановой фракции из природного газа.The objective of the utility model is to develop a separator for the production of helium, as well as ethane and a propane-butane fraction from natural gas.

Поставленная задача решается созданием сепаратора для получения гелия, а также этана и пропан-бутановой фракции из природного газа, включающего цилиндрический корпус с сепарационным каналом, образованным внутренней поверхностью корпуса и закручивающим устройством, размещенным внутри корпуса на его оси; патрубок подачи природного газа; патрубок вывода метана, размещенный внутри направляющего стакана, расположенного над закручивающим устройством; патрубок вывода гелия; патрубок вывода конденсата этана и пропан-The problem is solved by creating a separator for the production of helium, as well as ethane and a propane-butane fraction from natural gas, including a cylindrical body with a separation channel formed by the inner surface of the body and a twisting device placed inside the body on its axis; natural gas supply pipe; a methane outlet pipe located inside the guide cup located above the twisting device; helium outlet pipe; ethane and propane condensate outlet pipe

бутановой фракции в нижней части корпуса, отличающийся тем, что патрубок вывода гелия размещен внутри патрубка вывода метана на его оси.butane fraction in the lower part of the housing, characterized in that the helium outlet pipe is located inside the methane outlet pipe on its axis.

Сепаратор для получения гелия, а также этана и пропан-бутановой фракции из природного газа представлен на Фиг.1 и Фиг.2. Сепаратор состоит из цилиндрического корпуса 1 с сепарационным каналом 2, образованным внутренней поверхностью корпуса и закручивающим устройством 3, размещенным внутри корпуса на его оси. Сепаратор содержит также патрубок 4 подачи природного газа с приемной улиткой 5; патрубок вывода метана 6, размещенный внутри направляющего стакана 7, расположенного над закручивающим устройством 3; патрубок вывода конденсата 8; патрубок вывода гелия 9, размещенный внутри патрубка для вывода метана 6.The separator for the production of helium, as well as ethane and a propane-butane fraction from natural gas, is shown in FIG. 1 and FIG. 2. The separator consists of a cylindrical housing 1 with a separation channel 2 formed by the inner surface of the housing and a twisting device 3 placed inside the housing on its axis. The separator also contains a pipe 4 for supplying natural gas with a receiving coil 5; methane outlet pipe 6, located inside the guide cup 7, located above the twisting device 3; condensate outlet pipe 8; helium outlet pipe 9, located inside the pipe for methane output 6.

Можно рассмотреть три варианта работы сепаратора для получения гелия, а также этана и пропан-бутановой фракции из природного газа. При этом следует учитывать, что метан и гелий растворены друг в друге.Three options for the operation of a separator for producing helium, as well as ethane and a propane-butane fraction from natural gas, can be considered. It should be borne in mind that methane and helium are dissolved in each other.

Первый вариант.First option.

Из природного газа, состоящего на 96 процентов из метана, выделяется этан и пропан-бутановая фракция. В этом случае сепаратор работает следующим образом. Природный газ под давлением 55 атмосфер, имеющий температуру окружающей среды, поступает в патрубок подачи природного газа 4 с приемной улиткой 5, а затем через направляющий стакан 7 - в закручивающее устройство 3, где закручивается и под действием возникшей центробежной силы, а также аэродинамической силы, направленной от центра к периферии, направляется в сепарационный канал, где происходит отделение газа от жидких этана и пропан-бутановой фракции. Этан и пропан-бутановая фракция стекают вниз и выводятся из сепаратора через патрубок а 8, а метан - через патрубки 6 и 9. При этом способе работы сепаратора эффективно выделяется только этан и пропан-бутановая фракция, что также решает часть поставленной задачи.Ethane and the propane-butane fraction are released from natural gas, which is 96 percent methane. In this case, the separator operates as follows. Natural gas under a pressure of 55 atmospheres, having an ambient temperature, enters a natural gas supply pipe 4 with a receiving coil 5, and then through a guiding glass 7 - into a twisting device 3, where it is twisted under the action of the resulting centrifugal force, as well as aerodynamic force, directed from the center to the periphery, it is sent to a separation channel where gas is separated from liquid ethane and the propane-butane fraction. Ethane and the propane-butane fraction flow down and are removed from the separator through the pipe a 8, and methane through the pipes 6 and 9. With this method of operation of the separator, only ethane and the propane-butane fraction are effectively separated, which also solves a part of the task.

Второй вариант.The second option.

Перед подачей газа в сепаратор он пропускается через вихревую трубу с диафрагмой в виде сопла Лаваля (4). При этом газ разделяется на две части. Через диафрагму с одной стороны вихревой трубы выходит газ, охлажденный до температуры - 83 градуса Цельсия, а с другой стороны трубы - через регулируемую кольцевую щель с температурой +80, +100 градусов Цельсия. При этом метан становится жидким, а гелий остается газообразным (6). Плотность гелия при температуре -73 градуса Цельсия и давлении 55 атмосфер составляет 14,5 кг на метр кубический, а плотность жидкого метана 162 кг на метр кубический (6). После разделения в вихревой трубе на два потока (холодный и горячий) эти два потока газа направляются в два разных сепаратора. Холодный поток (жидкий метан с газообразным гелием) направляется в один сепаратор, направляющий стакан 7 которого заполнен катализатором и в сепарационном канале которого происходит разделение газообразного гелия и жидкого метана под действием центробежной силы, а также аэродинамической силы, направленной от Before gas is supplied to the separator, it is passed through a vortex tube with a diaphragm in the form of a Laval nozzle (4). In this case, the gas is divided into two parts. Through the diaphragm, gas cooled to a temperature of 83 degrees Celsius leaves on one side of the vortex tube, and on the other side of the pipe through a regulated annular gap with a temperature of +80, +100 degrees Celsius. In this case, methane becomes liquid, and helium remains gaseous (6). The density of helium at a temperature of -73 degrees Celsius and a pressure of 55 atmospheres is 14.5 kg per cubic meter, and the density of liquid methane is 162 kg per cubic meter (6). After separation in a vortex tube into two streams (cold and hot), these two gas streams are sent to two different separators. The cold stream (liquid methane with gaseous helium) is sent to one separator, the guide cup 7 of which is filled with a catalyst and in the separation channel of which gaseous helium and liquid methane are separated by centrifugal force, as well as aerodynamic force, directed from

центра к периферии. Для предотвращения уноса катализатора перед закручивающим аппаратом устанавливается кольцо из металлической сетки. Далее жидкий метан стекает вниз и выводится из сепаратора через патрубок вывода конденсата 8, а гелий выводится из сепаратора через патрубок 9. Горячий поток газа может быть направлен в дугой сепаратор, направляющий стакан которого 7 также заполнен катализатором и в сепарационном канале 2 которого также может быть осуществлен разделение газообразных метана и гелия. При этом метан выводится из сепаратора через патрубок 6, а гелий - через патрубок 9. Или в другом варианте горячий поток газа может вообще не обрабатываться. Т.к. вихревые трубы эффективно работают лишь на малых диаметрах, то для достижения высокой производительности необходимо применять батареи из вихревых труб.center to the periphery. To prevent catalyst entrainment, a ring of metal mesh is installed in front of the swirling apparatus. Next, liquid methane flows down and is discharged from the separator through the condensate outlet pipe 8, and helium is discharged from the separator through the pipe 9. The hot gas stream can be directed to an arc separator, the guiding cup of which 7 is also filled with catalyst and in the separation channel 2 of which it can also be separation of gaseous methane and helium. In this case, methane is removed from the separator through the pipe 6, and helium through the pipe 9. Or in another embodiment, the hot gas stream may not be processed at all. Because Since vortex tubes work efficiently only on small diameters, to achieve high performance it is necessary to use batteries from vortex tubes.

Третий вариант.The third option.

Если обработка в вихревой трубе не позволяет охладить метан до критической температуры и перевести его в жидкое состояние, то производится его охлаждение до экономически целесообразного уровня и далее переработка газа идет по первому варианту с выводом этана и пропан-бутановой фракции через патрубок вывода конденсата 8, а метан и гелий выводятся через патрубки 6 и 9. При этом более низкая температура газа позволяет увеличить плотность метана и облегчить его отделение от гелия.If the processing in the vortex tube does not allow cooling the methane to a critical temperature and turning it into a liquid state, then it is cooled to an economically feasible level and then the gas is processed according to the first option with the ethane and propane-butane fraction being withdrawn through the condensate outlet pipe 8, and methane and helium are discharged through nozzles 6 and 9. At the same time, a lower gas temperature allows increasing the density of methane and facilitating its separation from helium.

Литература.Literature.

1. Патент №1717266 СССР, В07В 7/08. Сепаратор / Е.П.Шелудяков. Зарегистрирован в Госреестре изобр. СССР 8.11.1991.1. Patent No. 1717266 of the USSR, B07B 7/08. Separator / E.P. Sheludyakov. It is registered in the State Register USSR 8.11.1991.

2. А.Канторович, академик / Выступление на Втором Сибирском Энергетическом конгрессе. / Важнейший национальный проект России. / Наука в Сибири, №16, 19 апреля 2007 г., с.6. http://www-sbras.ru./HBC/.2. A. Kantorovich, academician / Speech at the Second Siberian Energy Congress. / The most important national project of Russia. / Science in Siberia, No. 16, April 19, 2007, p.6. http://www-sbras.ru./HBC/.

3. Анатолий Квашнин, Полномочный представитель Президента РФ в Сибирском Федеральном округе. / Выступление на Втором Сибирском энергетическом конгрессе. / Успехи и проблемы энергетики Сибири. / Наука в Сибири, №16, 19 апреля 2007 г., c.4. http://www-sbras.ru./HBC/.3. Anatoly Kvashnin, Plenipotentiary Representative of the President of the Russian Federation in the Siberian Federal District. / Speech at the Second Siberian Energy Congress. / Successes and problems of Siberian energy. / Science in Siberia, No. 16, April 19, 2007, p.4. http://www-sbras.ru./HBC/.

4. Н.Добрецов. Председатель Сибирского отделения Российской Академии Наук. / Выступление на Втором Сибирском энергетическом конгрессе. / Наука дает конструктивные решения. / Наука в Сибири, №16, 19 апреля 2007 г., с.4. http://www-sbras.ru./HBC/.4. N. Dobretsov. Chairman of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. / Speech at the Second Siberian Energy Congress. / Science provides constructive solutions. / Science in Siberia, No. 16, April 19, 2007, p.4. http://www-sbras.ru./HBC/.

5. А.С. SU 901762 A, F25B 9/02, 1982 (Балабаев Г.М. и др.)5. A.S. SU 901762 A, F25B 9/02, 1982 (Balabaev G.M. et al.)

6. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей, М.: «Наука», 1972, с.211, 521 с.6. Vargaftik N.B. Handbook of the thermophysical properties of gases and liquids, Moscow: Nauka, 1972, p. 211, 521 p.

Claims

A separator for producing helium, as well as ethane and a propane-butane fraction from natural gas, including a cylindrical body with a separation channel formed by the internal surface of the body and a screw device placed inside the body on its axis, a natural gas supply pipe, a methane discharge pipe placed inside a guide cup located above the twisting device, a helium outlet pipe, an ethane condensate outlet pipe and a propane-butane fraction in the lower part of the housing, characterized in that helium outlet tubes are located inside the methane outlet nozzle on its axis.