Установка для комплексной утилизации попутного нефтяного газа
Полезная модель относится к технике очистке газа от сероводорода и утилизации попутного нефтяного газа. Полезная модель направлена на получение товарных фракций углеводородов и серы и обеспечение энергетической независимости установок. Указанный технический результат достигается путем объединения в одной установке реактора каталитического окисления сероводорода и получения синтез - газа, реактора синтеза товарных углеводородов из синтез - газа блока колонн разделения. Конденсаторы колонн разделения охлаждаются термоакустическим холодильником, а испарители - нагреваются дымовыми газами горелки привода термоакустического холодильника, который приводит в действие термоакустический холодильник. Повышение степени утилизации углерода из ПНГ достигается путем направления потока углекислого газа из колонн разделения в реактор каталитического окисления сероводорода.
Полезная модель относится к технике очистке газа от сероводорода и утилизации попутного нефтяного газа. Полезная модель направлена на получение товарных фракций углеводородов и обеспечение энергетической независимости установок.
Указанный технический результат достигается путем объединения в одной установке реактора каталитического окисления сероводорода и получения синтез - газа, реактора синтеза товарных углеводородов из синтез - газа и термоакустического холодильника для сжижения товарных углеводородов.
Российская Федерация обладает значительными запасами попутного нефтяного газа. Проблема утилизации попутного нефтяного газа весьма актуальна. Известны следующие способы утилизации попутного нефтяного газа:
- Адсорбционная сепарация компонентов нефтяного попутного газа
- Сепарация компонентов нефтяного попутного газа путем сжижения
- Дистилляционная сепарация компонентов нефтяного попутного газа
- Мембранная сепарация компонентов нефтяного попутного газа
- Переработка попутных нефтяных газов пиролизом
- Переработка попутного нефтяного газа в пропанобутановые кристаллогидраты
- Переработка попутного нефтяного газа в синтез - газ.
Существующие способы и устройства для утилизации попутного нефтяного газа представлены в следующих базовых патентах:
Адсорбционная сепарация компонентов нефтяного попутного газа
- RU 2338734 - СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ С ИЗ ПОПУТНЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ
- RU 2342980 - АДСОРБЦИОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ И ОСУШКИ ГАЗОВ
- US 4370156 - Process for separating relatively pure fractions of methane and carbon dioxide from gas mixtures
- US 4741745 - Process for separation of carbon dioxide from other gases
- US 2806552 - Absorption process
- US 5269833 - Process for cleaning a stream of crude gas or waste gas
- US 5861051 - Process for removing carbon dioxide from gas mixture
- US 6364933 - Apparatus for use with a natural gas dehydrator
- US 4498911 - Simultaneous removal of water and hydrogen sulfide from gaseous carbon dioxide
- US 4261716 - Apparatus for recovering hydrocarbons from air-hydrocarbon vapor mixtures
Недостатком данного способа является необходимость регенерации используемых дополнительных химических веществ.
Сепарация компонентов нефтяного попутного газа путем сжижения
- RU 2340841 - СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
- RU 2047061 - СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
- RU 1553018 - Способ разделения газового потока под высоким давлением
- RU 2324871 - СПОСОБ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА ОТ ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР
- RU 2318167 - СПОСОБ СЖИЖЕНИЯ И СЕПАРАЦИИ НЕФТЯНОГО ПОПУТНОГО ГАЗА
- RU 2272972 - СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ПОПУТНЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ
- RU 2004102104 - СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ПОПУТНЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ
- RU 2297267 - СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫХ СРЕД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
- RU 2225971 - СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА US 4356014 - Cryogenic recovery of liquids from refinery off-gases US 4272269 - Cryogenic expander recovery process US 4878932 - Cryogenic rectification process for separating nitrogen and methane
- US 4654047 - Hybrid membrane/cryogenic process for hydrogen purification
- US 4923493 - Method and apparatus for cryogenic separation of carbon dioxide
- US 4012212 - Process and apparatus for liquefying natural gas
- US 4548618 - Process and apparatus for the separation of a mixture of gases
- US 4312652 - Process for fractionation of a gaseous mixture US 4272269 - Cryogenic expander recovery process
- US 5041149 - Separation of nitrogen and methane with residue turbo-expansion
- US 7337631 - Use of cryogenic temperatures in processing gases
- US 4851020 - Ethane recovery system
- US 4061481 - Natural gas processing
- US 4596588 - Selected methods of reflux-hydrocarbon gas separation process
Недостатком данного способа являются большие энергетические затраты на сжижение.
Дистилляционная сепарация компонентов нефтяного попутного газа
- RU 2147916 - СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА
- RU 2277961 - СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОПУТНЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ
- US 4753666 - Distillative processing of CO.sub.2 and hydrocarbons for enhanced oil recovery
- US 4732598 - Dephlegmator process for nitrogen rejection from natural gas
- US 4230469 - Distillation of methane from a methane-containing crude gas
- US 4318723 - Cryogenic distillative separation of acid gases from methane
US 4383842 - Distillative separation of methane and carbon dioxide US 3983711 - Plural stage distillation of a natural gas stream US 4936887 - Distillation plus membrane processing of gas streams US 4404008 - Combined cascade and multicomponent refrigeration US 4350511 - Distillative separation of carbon dioxide from light hydrocarbons
- US 4869740 - Hydrocarbon gas processing
- US 4278457 - Hydrocarbon gas processing
- US 4519824 - Hydrocarbon gas separation
- US 4687499 - Process for separating hydrocarbon gas constituents
- US 4545895 - Fractional distillation
- US 4657571 - Process for the recovery of heavy constituents from hydrocarbon gaseous mixtures
- US 5685170 - Propane recovery process
- US 4203741 - Separate feed entry to separator-contactor in gas separation
- US 4617039 - Separating hydrocarbon gases
- US 4846863 - Separation of hydrocarbon mixtures
- US 4056444 - Vacuum separation of mixtures with similar boiling points
- US 4312652 - Separation system
- US 4158556 - Nitrogen-methane separation process and system
- US 4747858 - Process for removal of carbon dioxide from mixtures
- US 4149864 - Separation of carbon dioxide and other acid gas components from hydrocarbon feeds
- US 5442924 - Liquid removal from natural gas
- US 4061481 - Natural gas processing
- US 4657571 - Process for the recovery of heavy constituents from hydrocarbon gaseous mixtures
- US 5566554 - Hydrocarbon gas separation process
- US 4666483 - Method and installation for recovering the heaviest hydrocarbons
Недостатком данного способа является необходимость использования высоких давлений, что увеличивает металлоемкость и понижает надежность изделия.
Мембранная сепарация компонентов нефтяного попутного газа
- RU 2144842 - АСИММЕТРИЧНАЯ МЕМБРАНА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
- RU 2121393 - МЕМБРАННЫЙ РУЛОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ И ПАРОВ
- RU 2126290 - МЕМБРАННЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ
- RU 2026725 - МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ
- RU 2077373 - СПОСОБ МЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ
- US 4936887 - Distillation plus membrane processing of gas streams
- US 4645516 - Enhanced gas separation process
- US 4732583 - Gas separation
- US 5352272 - Gas separations utilizing glassy polymer membranes at sub-ambient temperatures
- US 4119417 - Gas separator
- US 4654047 - Hybrid membrane/cryogenic process for hydrogen purification
- US 5032148 - Membrane fractionation process US 5129921 - Membrane gas separation process and apparatus US 4264338 - Method for separating gases US 4701187 - Process for separating components of a gas stream US 6128919 - Process for separating natural gas and carbon dioxide US 4952219 - Membrane drying of gas feeds to low temperature units US 5240472 - Moisture removal from a wet gas US 5772733 - Natural gas liquids (NGL) stabilization process US 5089033 - Process for removing condensable components from gas streams
US 6128919 - Process for separating natural gas and carbon dioxide from a raw feed stream US 5964923 - Natural gas treatment train
Недостатком данного способа является низкая производительность. Переработка попутных нефтяных газов пиролизом
- RU 2330058 - СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПОПУТНЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ
- RU 2188846 - СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
Недостатком данного способа является невозможность получения товарного моторного топлива.
Переработка попутного нефтяного газа в пропанобутановые кристаллогидраты
- RU 2319083 - СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗА ПРИ РАЗРАБОТКЕ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И КОМПЛЕКС ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Недостатком данного способа является сложность и невозможность получения товарной продукции.
Переработка попутного нефтяного газа в синтез - газ
- US 7122170 - Catalysts for SPOC enhanced synthesis gas production
- US 4973453 - Apparatus for the production of heavier hydrocarbons from gaseous light hydrocarbons
- US 6402989 - Catalytic partial oxidation process and promoted nickel based catalysts supported on magnesium oxide
- US 5883138 - Rapid injection catalytic partial oxidation process and apparatus for producing synthesis gas
Недостатками данного способа является необходимость в сложных конденсаторах, реакторах для конверсии синтез-газа в товарные продукты и устройствах для разделения компонентов.
В патенте US 7122170 "Catalysts for SPOC enhanced synthesis gas production" (Катализатор для улучшения производства синтез-газа по технологии SPOC) от 2006 г.описан реактор и конденсатор серы для одновременного каталитического окисления сероводорода и получения синтез -газа и серы. Недостатком данного способа является использование традиционного кожухотрубного теплообменника в качестве конденсатора аэрозоля серы, который обладает известными недостатками всех подоб-ныхконструкций.
Прототипом полезной модели является патент US 7122170 "Catalysts for SPOC enhanced synthesis gas production" (Катализатор для улучшения производства синтез-газа по технологии SPOC) от 2006 г.Как и в прототипе, в полезной модели используется реактор и конденсатор серы для одновременного каталитического окисления сероводорода и получения синтез - газа и серы.
В отличие от прототипа, в настоящем полезной модели используется аэродинамический охладитель на основе сопла Лаваля, в котором охлаждение достигается за счет адиабатического расширения потока газа в расширяющемся сопле. Завихритель потока обеспечивает отбрасывание капель серы к стенкам сопла, по которым расплавленная сера стекает а сборник.
Поток очищенного от серы синтез - газа поступает в реактор синтеза товарных углеводородов из синтез - газа, а затем в колонны разделения, где выделяются товарные фракции углеводородов.
Технический результат полезной модели состоит в обеспечении полного использования всех углеводородных фракций попутного нефтяного газа и их превращении в товарные фракции углеводородов.
Указанный технический результат достигается путем объединения в одной установке реактора каталитического окисления сероводорода и получения синтез - газа, реактора синтеза товарных углеводородов из синтез - газа блока колонн разделения. Конденсаторы колонн разделения охлаждаются термоакустическим холодильником, а испарители - нагреваются дымовыми газами горелки привода термоакустического холодильника, который приводит в действие термоакустический холодильник.
Повышение степени утилизации углерода из ПНГ достигается путем направления потока углекислого газа из колонн разделения в реактор каталитического окисления сероводорода.
Принципиальная схема термоакустической установки для получения синтетического пропана путем конверсии всех углеводородных фракций попутного нефтяного газа представлена на Фиг.1. Установка состоит из следующих основных блоков:
1. Узел разделения фаз
2. Тепловой экран
3. Катализатор
4. Тепловой экран
5. Аэродинамический охладитель
6. Завихритель потока
7. Сборник жидкой серы
8. Поток жидких углеводородов из ПНГ
9. Реактор синтеза углеводородов из синтез - газа
10. Горелка термоакустического двигателя
11. Термоакустический двигатель
12. Волновод
13. Термоакустический холодильник
14. Отбор тепла у конденсаторов колонн разделения
15. Нагрев испарителей колонн разделения дымовыми газами
16. Поток синтетических углеводородов
17. Колонны разделения
18. Дроссель
19. Поток газообразных углеводородов из ПНГ
20. Реактор каталитического окисления сероводорода и получения синтез - газа
Попутный нефтяной газ смешивается с потоком воздуха и поступает в реактор 20 каталитического окисления сероводорода и получения синтез - газа, имеющий слой катализатора 3 с малым гидравлическое сопротивление, отделенный от объема реактора тепловыми экранами 2 и 4, которые задерживают тепловое излучение горячего катализатора 3. На катализаторе 3 происходит окисление сероводорода с получением час-тицсеры, а также образование синтез - газа. Поток синтез - газа с расплавленными частицами серы поступает в аэродинамический охладитель 5 на основе сопла Лаваля, в котором охлаждение достигается за счет адиабатического расширения потока в расширяющемся сопле. Завихри-тель потока 6 обеспечивает отбрасывание расплавленных капель серы к стенкам сопла, по которым расплавленная сера стекает в сборник 7. Из аэродинамического охладителя 5 очищенный поток синтез - газа поступает в реактор 9 синтеза товарных углеводородов из синтез - газа, а затем в колонны разделения 17.
Конденсаторы колонн разделения 17 охлаждаются термоакустическим холодильником 13, а испарители колонн разделения нагреваются дымовыми газами 15 горелки 10 привода термоакустического двигателя 11, который через волновод 12 приводит в действие термоакустический холодильник 13.
Повышение степени утилизации углерода из ПНГ достигается путем направления потока углекислого газа из колонн разделения 17 в реактор каталитического окисления сероводорода 20.
Термоакустические установки для получения синтетического пропана из попутного нефтяного газа являются энергетически автономными. В отличие от традиционных установок для утилизации попутного нефтяного газа, они не требуют применения мощных механических компрессоров, газотурбинных или электрических приводов, подвода силового электроснабжения и строительства линий электропередач.
Отсутствие движущихся механических частей, т.е. исключительная простота и надежность, а также их энергетическая автономность позволяет размещать термоакустические установки для утилизации попутного нефтяного газа непосредственно на промыслах или узлах сбора.
1. Установка для утилизации попутного нефтяного газа путем получения синтез-газа, имеющая реактор каталитического окисления сероводорода с получением серы, которая конденсируется в охладителе и реактор получения синтез-газа, отличающаяся тем, что реактор синтез-газа соединен с реактором синтеза товарных углеводородов из синтез-газа, а последний соединен с колоннами разделения, конденсаторы которых охлаждаются термоакустическим холодильником, а испарители которых нагреваются дымовыми газами горелки привода термоакустического двигателя, который приводит в действие термоакустический холодильник.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что используется работающий за счет адиабатического расширения потока газа аэродинамический охладитель на основе сопла Лаваля с завихрителем потока, который обеспечивает отбрасывание капель серы к стенкам сопла, по которым стекает расплавленная сера.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выделяемый в колоннах разделения поток углекислого газа направляется в реактор каталитического окисления сероводорода.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выделяемый в колоннах разделения поток азота удаляется из установки.
