SU722552A1

SU722552A1 - Gas mixture separating method

Info

Publication number: SU722552A1
Application number: SU782658516A
Authority: SU
Inventors: Меер Абрамович Берлин; Валерий Федорович Потапов; Маргарита Сергеевна Потапова
Priority date: 1978-08-28
Filing date: 1978-08-28
Publication date: 1980-03-25

Description

1one

Изобретение относитс к способам разделени газовых смесей, преимущественно углеводородных газовых смесей, в том числе природных и нефт ных газов путем ректификации , и может примен тьс в нефт ной, газовой, нефтехимической и химической промышленност х .The invention relates to methods for separating gas mixtures, predominantly hydrocarbon gas mixtures, including natural and petroleum gases by rectification, and can be used in the petroleum, gas, petrochemical and chemical industries.

Известно, что при температуре выше критической и давлении выше 50-10 Н/м метан и его гомологи активно раствор ют т желые углеводороды и углеводородные фракции . Снижение давлени такой углеводородной газовой смеси приводит к выпадению жидкой фазы, т. е. наблюдаетс вление обратной конденсации.It is known that methane and its homologs actively dissolve heavy hydrocarbons and hydrocarbon fractions at temperatures above critical and pressures above 50-10 N / m. A decrease in the pressure of such a hydrocarbon gas mixture leads to the precipitation of the liquid phase, i.e. a reverse condensation phenomenon is observed.

Известен сепарационный способ разделени углеводородных газовых смесей газоконденсатных месторождений, заключающийс в многоступенчатой сепарации газовых смесей с циркул цией выделившейс жидкой фазы, осуществл емой противотоком к газу от ступени к ступени.A separation method is known for separating hydrocarbon gas mixtures from gas condensate fields, consisting in a multi-stage separation of gas mixtures with the circulation of the separated liquid phase, carried out counter-to the gas from stage to stage.

Согласно этому способу раздел емый газ проходит от трех до п ти последовательно соединенных сепараторов высокого давлени где осуществл етс его ступенчата конденсаци . Из последнего сепаратора газ поступает в абсорбционную колонну дл улавливани легких фракций конденсата, уносимых газом. Дл обеспечени лучших условий конденсации перед каждым сепаратором осуществл етс впрыск конденсата из предыдущего сепаратора с помощью циркул ционных насосов. Способ позвол ет использовать энергию пластового давлени дл разделени конденсатов на товарные фракции в процессе сепарации газа на промыслах при давлении от 50-105 Н/м до 350-105 Н/м2 в диапазоне температур от 10 до 100°С при соотношении газа к впрыскиваемой жидкости 1500-2000 л/л 1.According to this method, the gas to be separated passes from three to five series-connected high-pressure separators where its step condensation takes place. From the last separator, the gas enters the absorption column to trap the light condensate fractions carried away by the gas. In order to ensure the best condensation conditions, condensate from the previous separator is injected in front of each separator using circulation pumps. The method allows using formation pressure energy to separate condensates into product fractions in the process of gas separation in fields at pressures from 50-105 N / m to 350-105 N / m2 in the temperature range from 10 to 100 ° C with gas to injected ratio 1500-2000 l / l 1.

Недостатками способа вл ютс низка чистота разделени газоконденсатной смеси на отдельные фракции; громоздкость аппаратурного оформлени , металлоемкость и увеличение энергозатрат в св зи с необходимостью подачи конденсата на каждую ступень разделени с помощью циркул ционных насосов.The disadvantages of the method are the low purity of separation of the gas-condensate mixture into separate fractions; cumbersome instrumentation, intensity and increase in energy consumption due to the need to supply condensate to each stage of separation using circulation pumps.

Известен также способ ректификационного разделени углеводородных газовых смесей, основанный на влении обратной конденсации при снижении давлени и влении обратного испарени при повышении давлени раздел емой смеси. Согласно этому способу разделение углеводородных газовых смесей производ т в ректификационной колонне путем многократного . противоточного контактировани газа и конденсата при снижении давлени на каждой ступени разделени и ввода конденсата из ступени разделени с меньшим давлением на ступень разделени с большим давлением. Способ осуществл ют следующим образом . Сырой газ с давлением (160-200) X X 10 Н/м и температурой 50-80°С направл ют в сепаратор дл отделени механических примесей и пластовой воды, унесенной газом. Очищенный газ подают в верхнюю часть ректификационного аппарата. При этом газ проходит ректификационные устройства (например эжекторного типа) с большим гидравлическим сопротивлением, в которых происходит снижение давлени и частичное выпадение конденсата в результате влени обратной конденсации. В то же врем из каждого последующего ректификационного устройства, т. е. из зоны с более низким давлением, конденсат подают в предыдущие ректификационные устройства в зону с большим давлением посредством эжектировани газом. При подаче конденсата в зону с большим давлением происходит частичное его испарение в результате влени обратного испарени . Обогащенный т желыми компонентами конденсат подают в следующую зону с еще большим давлением , а испаривша с часть конденсата уходит с газом и конденсируетс в зоне с меньшим давлением и т. д. Одновременно при эжекции газа происходит снижение его температуры за счет дроссель-эффекта и контакта с более холодным конденсатом. При необходимости подачу тепла или холода осуществл ют искусствен ным путем с помощью теплообменных элементов. Интенсификаци процесса разделени (массопередача) предлагаемого способа в сравнении с известным осуществл етс не за счет гравитационных сил, а за счет контакта на каждой ступени разделени газовой и жидкой фаз, имеющих различные давлени и температуры. Каждой ректификационной ступени (тарелке) соответствуют определенные давление и температура, которые способствуют концентрации определенного компонента или фракции. Целевые фракции вывод т из аппарата в качестве боковых погонов. Снизу аппарата вывод т отбензиненный газ 2. Недостатками известного ректификацией ного способа разделени вл ютс : необходимость создани высоких давлений (до 350-105 Н/м) при проведении процесса разделени уплеводородных смесей, содержащих ароматические или нафтеновые углеводороды , непредельные, 40-60% т желых парафиновых углеводородов (гексаиа, октана , декана и др.), так как дл этих углеводородов характерны высокие давлени конденсации при снижении давлени исходной смеси, особенно в присутствии метана (этана ), вл ющегос одним из основных компонентов газовых смесей, характерных дл газоконденсатных месторождений; необходимость применени высоких температур разделени в диапазоне 100-300°С при выделении из исходной газовой смеси ароматических , нафтеновых и т желых парафиновых или олефиновых углеводородов с числом углеводородных атомов более щести, так как эти углеводороды конденсируютс из газовой смеси при снижении ее давлени не только при высоких давлени х, но и при высоких температурах, наход щихс в указанных выще пределах; необходимость применени высокопотенциального холода, т. е. применени низких температур процесса разделени (до минус 70°) при выделении легких углеводородов, таких как этан, пропан, бутан , этилен, пропилен при их малом содержании в исходной смеси, так как легкие углеводороды конденсируютс при снижении давлени из углеводородной смеси, содержащей до 10% всего выдел емого компонента , только в диапазоне низких температур , составл ющих минус 40 - минус 70°С. Таким образом, разделение смесей природных и нефт ных газов известными способами требует применени низких или высоких температур и больших давлений, значительных энергозатрат и обладает недостаточной чистотой. Указанные недостатки особенно ощутимы при разделении газов низкого давлени , например попутных нефт ных газов, когда дл разделени газовой смеси необходимо ее сжатие до давлений 100-200-10 Н/м с нагреванием и охлаждением. Цель изобретени - снижение энергозатрат процессов разделени указанных газовых смесей. Поставленна цель достигаетс тем, что в раздел емый газ ввод т иекоиденсирующиес углеводородные фракции или индивидуальные компоненты, например углекислый газ, в количестве от 5 до 15 вес. % от количества поступающих на разделение газов. В результате введени неконденсирующих фракций или компонентов снижаютс давлени контакта газа и конденсата, что позвол ет осуществл ть проведение процесса разделени при более низких давлени х и температурах, обеспечивающих наименьший расход тепла или холода, что приводит к значительному сокращеиию энергозатрат.There is also known a method for the rectification separation of hydrocarbon gas mixtures, based on the phenomenon of reverse condensation with decreasing pressure and the phenomenon of reverse evaporation with increasing pressure of the mixture to be separated. According to this method, separation of hydrocarbon gas mixtures is carried out in a multiple distillation column. countercurrent contact of gas and condensate with a decrease in pressure at each separation stage and the introduction of condensate from the separation stage with a lower pressure to the separation stage with a higher pressure. The method is carried out as follows. Crude gas with a pressure of (160-200) X X 10 N / m and a temperature of 50-80 ° C is sent to a separator to separate mechanical impurities and formation water carried by the gas. The purified gas is fed into the upper part of the distillation apparatus. In this case, the gas passes through a distillation device (for example, an ejector type) with a high hydraulic resistance, in which pressure decreases and partial condensation occurs as a result of reverse condensation. At the same time, from each subsequent distillation device, i.e., from a zone with a lower pressure, condensate is fed to the previous distillation devices to a zone with a higher pressure by ejection by gas. When condensate is supplied to a zone with high pressure, its partial evaporation occurs as a result of reverse evaporation. The condensate enriched with heavy components is fed to the next zone with even greater pressure, and the evaporated part of the condensate escapes with gas and condenses in the zone with lower pressure, etc. At the same time, when the gas is ejected, its temperature decreases due to the throttle effect and contact with colder condensate. If necessary, the supply of heat or cold is carried out artificially by means of heat exchange elements. The intensification of the separation process (mass transfer) of the proposed method in comparison with the known method is carried out not at the expense of gravitational forces, but at the expense of contact at each stage of separation of the gas and liquid phases having different pressures and temperatures. Each distillation stage (plate) corresponds to a certain pressure and temperature that contribute to the concentration of a particular component or fraction. The target fractions are removed from the apparatus as side cuts. The removed gas 2 is removed from the bottom of the apparatus. The disadvantages of the known rectification separation method are: the need to create high pressures (up to 350-105 N / m) during the separation process of hydrocarbon mixtures containing aromatic or naphthenic hydrocarbons, unsaturated, 40-60% t paraffinic hydrocarbons (hexaia, octane, decane, etc.), since these hydrocarbons are characterized by high condensation pressures with a decrease in the pressure of the initial mixture, especially in the presence of methane (ethane), which is one of novnyh components of gas mixtures, characteristic for gas condensate deposits; the need to use high separation temperatures in the range of 100-300 ° C when extracting aromatic, naphthenic and heavy paraffinic or olefinic hydrocarbons with more hydrocarbons from the initial gas mixture, since these hydrocarbons condense out of the gas mixture when its pressure decreases not only at high pressures, but also at high temperatures within the range specified above; the need to use high-grade cold, i.e. the use of low temperatures of the separation process (up to minus 70 °) in the evolution of light hydrocarbons such as ethane, propane, butane, ethylene, propylene with their low content in the initial mixture, as light hydrocarbons condense when reducing the pressure from the hydrocarbon mixture containing up to 10% of the total emitted component only in the low temperature range of minus 40 to minus 70 ° C. Thus, the separation of mixtures of natural and petroleum gases by known methods requires the use of low or high temperatures and high pressures, considerable energy consumption and is of insufficient purity. These drawbacks are especially noticeable in the separation of low pressure gases, for example, associated petroleum gases, when for separation of a gas mixture it is necessary to compress it to pressures of 100–200–10 N / m with heating and cooling. The purpose of the invention is to reduce the energy consumption of the separation processes of said gas mixtures. This goal is achieved by introducing hieco-susceptible hydrocarbon fractions or individual components, for example carbon dioxide, in an amount of from 5 to 15 wt. % of the amount of gases entering the separation. As a result of the introduction of non-condensing fractions or components, the contact pressure of gas and condensate decreases, which allows the separation process to be carried out at lower pressures and temperatures, providing the least heat or cold consumption, which leads to a significant reduction in energy consumption.

Пример. Разделение углеводородной смеси , содержащей 25,2% г/см компонентов Сз+в- природный газ Шатлыкского месторождени следующего состава, моль. %: Ci 94,960; €2 4,260; Сз 0,200; €4 0,08; С4+В 0,510. Исходное сырье - газ обогащают углекислым газом перед первой ступенью дл облегчени выделени т желых компонентов . Углекислый газ подают в количестве 10 вес. %. Расчет проведен на 100 моль исходного углеводородного . Состав газа после обогащени , моль. %: Ci 86,30; СО 9,10; С2 3,90; G 0,18; €4 0,07; 0,45. В таблице представлены услови (температура и давление), при которых осуществл ют вывод фракций или компонентов по известному и предлагаемому способам.Example. The separation of the hydrocarbon mixture containing 25.2% g / cm of the Cz + components in the natural gas of the Shatlyk field of the following composition, mol. %: Ci 94.960; € 2 4,260; Cz 0.200; € 4 0.08; C4 + B 0.510. The feedstock gas is enriched with carbon dioxide before the first stage to facilitate the release of heavy components. Carbon dioxide serves in the amount of 10 weight. % The calculation was carried out on 100 mol of the original hydrocarbon. The composition of the gas after enrichment, mol. %: Ci 86.30; WITH 9,10; C2 3.90; G 0.18; € 4 0.07; 0.45. The table presents the conditions (temperature and pressure) under which the withdrawal of fractions or components is carried out according to known and proposed methods.

Зоны обратной конденсации и критические параметры газожидко :тной смеси с учетом компонента, выдел емого в данной зоне , т. е. диапазоны значений давлений и температур вывода фракций, определ ют расчетным путем.The reverse condensation zones and critical parameters of the gas-liquid mixture, taking into account the component released in this zone, i.e. the ranges of pressure values and outlet temperatures of the fractions, are determined by calculation.

Как видно из таблицы, при ректификации углеводородной смеси, обогащ енной 10 вес. %. COi обеспечиваетс разделение исходного сырь при использовании меньщих давлений газовой смеси и менее глубокого холода, что приводит к снижению общих энергозатрат на 10-12%.As can be seen from the table, during the distillation of a hydrocarbon mixture enriched with 10 wt. % COi ensures separation of the feedstock using lower gas mixture pressures and less deep cold, which leads to a reduction in total energy consumption by 10-12%.

Claims

1. separation of gas mixtures in a distillation column by repeated contacting at each stage of a heated gas stream and cooled condensate under countercurrent conditions at a decrease in pressure at each contact stage by introducing a condensed condensate stage with a lower pressure into a gas stream of a contact stage with a higher pressure, differing In order to reduce energy consumption, non-condensable gases in the amount of 5-15 wt. % of the number of people who drink for separation of gases.

2. The method of claim 1, deviating from the fact that hydrocarbon gas or carbon dioxide is used as non-condensable gases.

Information sources,

taken into account in the examination

1.Helnf A.L., Sukov Yu.V. A new method for separating condensates RJ “Gas and gas condensate processing, 1969, No. 3, p. 19-24.

2. USSR author's certificate number 390339, cl. F 25 J 3/00, 03.10.74.