установка для очистки природного или попутного нефтяного газа от сероводорода и меркаптанов

Формула изобретения

1. Установка для очистки природного или попутного нефтяного газа от сероводорода и меркаптанов, включающая теплообменник и разделительный сепаратор, соединенный с газопроводом, отличающаяся тем, что она содержит блок формирования газовых гидратов сероводорода и меркаптанов, выполненный в виде двух параллельно установленных смесителей - рабочего и резервного - природного или попутного нефтяного газа и воды, один из входов смесителей через теплообменник и расходомер газа соединен с источником газа, второй вход смесителей через дозирующее устройство соединен с источником воды, а выходы смесителей соединены с входом разделительного сепаратора, снабженного сетчатым фильтром, установленным наклонно к потоку смеси газа и газовых гидратов сероводорода и меркаптанов и к вертикальной оси разделительного сепаратора, нижний отвод которого соединен с емкостью-накопителем газовых гидратов сероводорода и меркаптанов, а верхний отвод соединен через клапан-регулятор с газопроводом, при этом в рабочем смесителе температура поддерживается в диапазоне 1-25°С, а давление - 0,03-0,2 МПа.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок контроля качества и регулирования очистки природного или попутного нефтяного газа от сероводорода и меркаптанов, включающий газоанализатор и соединенный с ним контроллер, выходы которого соединены с клапаном-регулятором, дозирующим устройством и регулятором подачи охлаждающей жидкости в теплообменник.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что смесители выполнены в виде вихревого устройства.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сетчатый фильтр выполнен из полимерного материала или металла с полимерным покрытием, имеющим минимальную адгезию к газовым гидратам сероводорода и меркаптанов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для очистки природных или попутных нефтяных газов от сероводорода и меркаптанов.

Известно устройство для очистки попутного нефтяного газа от сероводорода, включающее впрыскиватель реагентов-поглотителей в очищаемую среду /Исмагилова З.Ф. и др. Разработка и применение поглотителей сероводорода и меркаптанов при освоении и обустройстве нефтегазовых месторождений // Нефтепромысловое дело. - № 9. - 2007. - С.77-78/.

Недостатком этого устройства является низкое качество очистки газа от сероводорода при большом содержании его в газе, а также большие эксплуатационные расходы.

Известно устройство для очистки природного газа от сероводорода, включающее последовательно соединенные мембранные аппараты и компрессор, ввод для неочищенного и отвод очищенного газа от сероводорода /Технология переработки природного газа и конденсата: Справочник: В 2 ч. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. - Ч.1. - С.496-497/.

Недостатками устройства являются быстрое загрязнение мембран и необходимость периодической их регенерации, а также высокие капитальные затраты.

Наиболее близким аналогом является установка подготовки углеводородного газа, содержащая компрессор, холодильник газа, скруббер и емкость для рекуперации воды, соединенную со скруббером, при этом она дополнительно снабжена рекуперативным теплообменником, промежуточным сепаратором и воздушным холодильником /Пат. 2224581 РФ, C1, F25J 3/08, 2004.02.27/. Общими признаками для заявленной и известной установок являются теплообменник и скруббер, соединенный с газопроводом.

Недостатки известной установки: не обеспечивается очистка газа от сероводорода и большие капитальные и эксплуатационные затраты.

Задачей изобретения является повышение степени очистки природного или попутного нефтяного газа от сероводорода и снижение капитальных и эксплуатационных затрат.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении степени очистки природного или попутного нефтяного газа от сероводорода и меркаптанов при одновременном снижении капитальных и эксплуатационных затрат.

Для получения указанного технического результата установка для очистки природного или попутного нефтяного газа от сероводорода и меркаптанов, включающая теплообменник и разделительный сепаратор, соединенный с газопроводом, согласно изобретению включает блок формирования газовых гидратов сероводорода и меркаптанов, выполненный в виде двух параллельно установленных смесителей - рабочего и резервного - природного или попутного нефтяного газа и воды, один из входов смесителей через теплообменник и расходомер газа соединен с источником газа, второй вход смесителей через дозирующее устройство соединен с источником воды, а выходы смесителей соединены с входом разделительного сепаратора, снабженного сетчатым фильтром, установленным наклонно к потоку смеси газа и газовых гидратов и к вертикальной оси разделительного сепаратора, нижний отвод которого соединен с емкостью-накопителем газовых гидратов сероводорода и меркаптанов, а верхний отвод соединен через клапан-регулятор с газопроводом, при этом в рабочем смесителе температура поддерживается в диапазоне 1-25°С, а давление - 0,03-0,2 МПа.

Установка дополнительно содержит блок контроля качества и регулирования очистки природного или попутного нефтяного газа от сероводорода и меркаптанов, включающий газоанализатор и соединенный с ним контроллер, выходы которого соединены с клапаном-регулятором, дозирующим устройством и регулятором подачи охлаждающей жидкости в теплообменнике. Смесители выполнены в виде вихревого устройства. Сетчатый фильтр выполнен из полимерного материала или металла с полимерным покрытием, имеющим минимальную адгезию к газовым гидратам сероводорода и меркаптанов.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемая установка обеспечивает требуемые технологические параметры по температуре и давлению, что дает возможность образовать в смесителях только газовые гидраты сероводорода и меркаптанов и выделять их на разделительном сепараторе. Это обеспечивается выполнением смесителей в виде вихревого устройства, улучшающего качество перемешивания газа и воды, ускоряющего процесс гидратообразования сероводорода и меркаптанов. В смесителях одновременно осуществляется перемешивание газа и воды и процесс образования газовых гидратов сероводорода и меркаптанов. Формирование газовых гидратов сероводорода и меркаптанов происходит избирательно по отношению к основным компонентам природного и попутного нефтяного газа /метана, этана и др./, в одинаковом диапазоне изменения температуры и давления.

Установка дополнительно снабжена блоком контроля качества и регулирования очистки газа от сероводорода и меркаптанов. Это позволяет регулировать основные технологические параметры процесса образования газовых гидратов сероводорода и меркаптанов и контролировать качество очистки. Давление в смесителях поддерживается в диапазоне 0,03-0,2 МПа, а температура - 0-25°С. Отклонение давления и температуры от указанных пределов исключает возможность образования газовых гидратов сероводорода и меркаптанов в смесителях.

В качестве полимерного материала для сетчатого фильтра предлагается использовать фторопласт-4 на основе политетрафторэтилена, обеспечивающего минимальную адгезию к газовым гидратам сероводорода и меркаптанов. Этот материал обладает повышенной гидрофобностью, низкими коэффициентом трения и поверхностной энергией /Ганз С.Н. и др. Пластмасса в аппаратостроении. Изд-во Харьковский университет. 1963, с.36-42/.

При применении сетчатого фильтра из металла с полимерным покрытием в качестве материала покрытия предлагается использовать фторопластовый лак ЛФ-32Л на основе растворимого фторопласта Ф-32Л. Покрытие из этого материала также имеет минимальную адгезию к газовым гидратам сероводорода и меркаптанов, т.к. оно обладает повышенной гидрофобностью, низкими коэффициентом трения и поверхностной энергией. Для повышения адгезии к металлу покрытие предлагается выполнить двухслойным, при этом сушку нижнего слоя производят при повышенной температуре /150-270°С/, а сушку верхнего слоя - при температуре 18-22°С /Лифшиц М.Л. и др. Лакокрасочные материалы. Справочное пособие. М.: Химия, 1982, с.247-249/.

На чертеже приведена схема установки, поясняющая сущность предложения.

Установка для очистки природного или попутного нефтяного газа включает блок формирования газогидратов сероводорода и меркаптанов 1, содержащий параллельно установленные рабочий 2 и резервный 3 смесители, один из входов смесителей через задвижки 4 и 5 соединен с выходом теплообменника 6, вход которого через регулятор расхода газа 7 и расходомер газа 8 соединен с источником газа 9. Второй вход смесителей 2 и 3 соответственно через задвижки 10 и 11 соединен через дозирующее устройство 12 с источником воды 13. Выходы смесителей 2 и 3, соответственно, через задвижки 14 и 15 соединены с входом разделительного сепаратора 16, снабженного сетчатым фильтром 17, установленным наклонно к направлению движения смеси газа и газовых гидратов сероводорода и меркаптанов и к его вертикальной оси. Нижний отвод сепаратора 17 через задвижку 18 соединен с емкостью-накопителем 19, верхний отвод сепаратора 17 соединен через регулятор давления 20 с газопроводом 21 или установкой дополнительной очистки газа /на чертеже не показано/.

Блок контроля качества и регулирования очистки газа от сероводорода и меркаптанов 22 включает газоанализатор 23 и соединенный с ним контроллер 24. Газоанализатор 23 соединен через задвижки 25 и 26 соответственно с выходом источника газа 9 и газопроводом 21. Выходы контроллера 24 соединены с клапаном-регулятором 20, дозирующим устройством 12 и регулятором подачи охлаждающей жидкости 27, соединенным с источником охлаждающей жидкости 28, например артезианской воды.

Смесители 2 и 3 имеют одинаковые конструкции и представляют собой вихревые устройства, обеспечивающие существенное повышение скорости потока, что позволяет улучшить качество перемешивания воды и газа и ускорить процесс гидратообразования в смесителях. Смеситель 2 является рабочим, а смеситель 3 - резервным. Вихревое устройство содержит цилиндрический корпус /на чертеже не показано/, внутри которого установлено, например, сопло Лаваля, образующее вращательный вихревой поток смеси воды и неочищенных газов /Большой энциклопедический словарь. Политехнический. Науч. изд. «Большая Российская энциклопедия, М. - 1998, с.261-262/. При этом создается дополнительный эффект дробления капель воды.

Разделительный сепаратор 16 представляет собой вертикальный цилиндрический сепаратор, снабженный отбойным сетчатым фильтром 17, установленным наклонно к потоку смеси газа и газовых гидратов сероводорода и меркаптанов и к вертикальной оси разделительного сепаратора 16. Имеет один вход и верхний и нижний отводы. Сетчатый фильтр изготавливается из полимерного материала, например из фторопласта-4, имеющего минимальную адгезию к газовым гидратам сероводорода и меркаптанов, поступающих при работе разделительного сепаратора в нижний отвод, и высокую коррозионную стойкость к агрессивной среде.

В качестве теплообменника газа 6 применяются трубные теплообменники с жидким охлаждающим агентом, например артезианской водой. Температуру газа регулируют скоростью подачи охлаждающей жидкости, контактирующей с трубами теплообменника /на чертеже не показано/, при помощи регулятора 27. При увеличении скорости подачи теплообмен увеличивается, а при уменьшении скорости подачи - уменьшается.

Давление в смесителях регулируется при помощи клапана-регулятора 20, установленного на выходе сепаратора 17.

Установка работает следующим образом. Открывают задвижки 7, 4, 14 и 18. При этом газ проходит через теплообменник 6, который обеспечивает требуемую температуру газа /в диапазоне 1-25°С/, после чего газ поступает в смеситель 2. Одновременно включают дозирующее устройство 12 для подачи требуемого количества воды в смеситель 2, где происходит перемешивание воды и неочищенного от сероводорода и меркаптанов газа. При этом клапаном-регулятором 20 обеспечивается требуемое давление /в диапазоне 0,03-0,2 МПа/ в смесителе 2. Алгоритмы зависимостей температуры, давления и соотношения «вода-газ» для образования газовых гидратов из исходной газовой смеси определяются лабораторными исследованиями и вносятся в программу управления контроллера 24. При этих условиях сероводород и меркаптаны полностью переходит в газогидратное состояние. Смесь газовых гидратов и газа поступает через задвижку 14 в разделительный сепаратор 16, который выделяет из потока газовые гидраты сероводорода, меркаптанов и остаточную воду и удаляет их через нижний отвод и задвижку 18 в емкость-накопитель 19. Очищенный от сероводорода и меркаптанов газ через клапан-регулятор 20 подается в газопровод 21 и далее потребителю или на дополнительную очистку.

Газоанализатор 23 контролирует качество очистки газа от сероводорода и меркаптанов и передает информацию на контроллер 24. Согласно программе управления, в которую заложены алгоритмы и зависимости параметров, обеспечивающих требуемую степень очистки газа, от контроллера 24 подаются управляющие сигналы на клапан-регулятор давления 20, дозирующее устройство воды 12 и регулятор подачи охлаждающей жидкости 27 в теплообменник 6. Степень очистки газа от сероводорода и меркаптанов регулируется автоматически.

Таким образом, применение предлагаемой установки позволяет повысить степень очистки природного или попутного нефтяного газа от сероводорода и меркаптанов при одновременном уменьшении капитальных и эксплуатационных затрат по сравнению с известными установками. Ожидаемая степень очистки газа сероводорода и меркаптанов составляет 99%. Установка обеспечивает также подготовку к утилизации и транспорту сероводорода и меркаптанов в виде твердых соединений. Работоспособность установки проверена на модели в лабораторных условиях.