Установка очистки природного газа от гелия
Установка очистки природного газа от гелия относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использована в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности. Установка очистки природного газа от гелия содержит мембранный модуль с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной. Полость высокого давления с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом, а с противоположной стороны с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом. Полость низкого давления сообщена с продувочным каналом, соединенным с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом и с трубопроводом отвода смеси проникшего и продувочного газов. В продувочном канале установлен дросселирующий элемент. Установка снабжена вакуум-компрессором, установленным на трубопроводе отвода смеси проникшего и продувочного газов и обеспечивающим возможность понижения давления смеси проникшего и продувочного газов в полости низкого давления и подачи данной смеси на утилизацию в хранилище или закачивание в природный пласт либо на дальнейшую переработку.
Полезная модель относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использована в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Из описания к патенту RU 2322284 известна установка очистки природного газа от гелия, содержащая мембранный модуль с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, причем полость высокого давления с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом, а с противоположной стороны с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом, полость низкого давления сообщена с трубопроводом отвода проникшего газа, в котором установлен вакуум-компрессор.
К недостаткам известной установки очистки природного газа от гелия следует отнести высокие энергозатраты, поскольку для полной очистки всего объема природного газа необходимо его многократное компримирование, так как за один цикл отбирается только 15% от входного потока.
Из описания к патенту RU 2132223 известна установка очистки природного газа от гелия, содержащая мембранный модуль с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, причем полость высокого давления с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом, а с противоположной стороны с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом, полость низкого давления сообщена с продувочным каналом, соединенным с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом и с трубопроводом отвода смеси проникшего и продувочного газов, при этом в продувочном канале установлен дросселирующий элемент (прототип).
К недостатку данной известной установки очистки природного газа от гелия следует отнести низкую степень извлечения очищенного от гелия природного газа и, следовательно, высокие энергозатраты на проведение процесса очистки.
Техническим результатом при использовании заявленной установки очистки природного газа от гелия является повышение степени очистки природного газа и уменьшение энергозатрат на проведение процесса очистки.
Данный технический результат обеспечивается за счет того, что установка очистки природного газа от гелия, содержащая мембранный модуль с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, причем полость высокого давления с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом, а с противоположной стороны с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом, полость низкого давления сообщена с продувочным каналом, соединенным с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом и с трубопроводом отвода смеси проникшего и продувочного газов, при этом в продувочном канале установлен дросселирующий элемент, снабжена вакуум-компрессором, установленным в трубопроводе отвода смеси проникшего и продувочного газов и обеспечивающим возможность понижения давления смеси проникшего и продувочного газов в полости низкого давления (в том числе и до давления ниже атмосферного), обеспечивая тем самым возможность изменять отношение давлений газов в полостях высокого и низкого давления мембранного модуля, и, одновременно, служащим для подачи смеси на утилизацию в хранилище, или закачивание в природный пласт либо на дальнейшую переработку. Установка может быть снабжена сепаратором и фильтром (в тот числе, фильтром-коалесцером), установленными последовательно в подводящем трубопроводе для очистки природного газа от конденсата и механических примесей, при этом перед сепаратором в подводящем трубопроводе могут быть установлены последовательно компрессор и холодильник. Кроме того, она может быть снабжена нагревателем, установленным в подводящем трубопроводе непосредственно перед мембранным газоразделительным модулем, а также блоком стабилизации конденсата, соединенного своим входом с выходом конденсата из сепаратора и имеющего три выхода, первый из которых подключен к трубопроводу сброса газа на утилизацию или сжигание, второй подключен к трубопроводу отвода углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачки в нефтяной пласт, а третий - к трубопроводу отвода водного конденсата. Установка может быть снабжена, по крайней мере, одним дополнительным мембранным модулем, при этом все мембранные модули соединены параллельно друг с другом, образуя мембранный газоразделительный блок. Мембрана в каждом мембранном модуле выполнена в виде полупроницаемых полых волокон.
На фигуре представлена схема установки очистки природного газа от гелия.
Установка очистки природного газа от гелия содержит мембранный модуль 1 с полостями высокого 2 и низкого 3 давления, разделенными полупроницаемой мембраной 4. Полость 2 высокого давления с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом 5, а с противоположной стороны с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом 6. Полость 3 низкого давления сообщена с продувочным каналом 7, соединенным с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом бис трубопроводом 8 отвода смеси проникшего и продувочного газов, при этом в продувочном канале 7 установлен дросселирующий элемент 9. Вакуум-компрессор 10 установлен на трубопроводе 8 отвода смеси проникшего и продувочного газов и обеспечивает возможность понижения давления смеси проникшего и продувочного газов в полости 3 низкого давления и подачи данной смеси на утилизацию в хранилище или закачивание в природный пласт либо на дальнейшую переработку. Установка может быть снабжена сепаратором 11 и фильтром 12 для очистки природного газа от конденсата и механических примесей, установленных последовательно на подводящем трубопроводе 6. Перед сепаратором 11 на подводящем трубопроводе 5 могут быть установлены последовательно компрессор 13 и холодильник 14. Кроме того, она может быть снабжена нагревателем 15, установленным на подводящем трубопроводе 5 непосредственно перед мембранным модулем 1. Установка может быть снабжена блоком 16 стабилизации конденсата, соединенным своим входом с выходом конденсата сепаратора 11 и имеющим три выхода, первый из которых подключен к трубопроводу 17 сброса газа на утилизацию или сжигание, второй подключен к трубопроводу 18 отвода углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачки в нефтяной пласт, а третий - к трубопроводу 19 отвода водного конденсата. Установка может быть снабжена по крайней мере одним дополнительным мембранным модулем, при этом все мембранные модули соединены параллельно друг с другом с образованием мембранного газоразделительного блока. Мембрана 4 каждого мембранного модуля выполнена в виде полупроницаемых полых волокон.
Установка очистки природного газа работает следующим образом.
Сырьевой природный газ высокого давления с содержанием гелия 0,2-1,0% об. подается в мембранный модуль 1 (или в мембранные модули мембранного газоразделительного блока) по подводящему трубопроводу 5. Предварительно природный газ очищается от конденсата и механических примесей в сепараторе 11 и фильтре 12, в качестве которого может быть использован коалесцентный фильтр. Температура природного газа перед подачей его в мембранный модуль 1 может быть повышена в нагревателе 15. В случае низкого давления подаваемого природного газа в установке может быть использован компрессор 13 и холодильник 14. Предварительно очищенный природный газ поступает в полость 2 высокого давления мембранного модуля 1, из которой непроникший через мембрану 4 газ по отводящему трубопроводу 6 подается к потребителю с содержанием гелия 0,1% об.. Часть непроникшего газа из отводящего трубопровода 6 по продувочному каналу 7 с дросселирующим элементом 9 поступает в полость 3 низкого давления для продувки ее от проникшего газа. Образованная смесь проникшего газа и продувочного газа с содержанием гелия 1,5-5% об. удаляется из полости 3 низкого давления по трубопроводу 8. Вакуум-компрессор 10, установленный на трубопроводе 8, обеспечивает понижение давления смеси проникшего и продувочного газов в полости 3 низкого давления и подачи данной смеси на утилизацию в хранилище или закачивание в природный пласт либо на дальнейшую переработку. Производительность вакуум-компрессора 10, параметры дросселирующего элемента 9 в продувочном канале 7 и давление газов в трубопроводе 8 выбираются из условия максимальной для используемого мембранного модуля 1 степени извлечения очищенного газа, а, следовательно, минимальных энергозатрат на процесс очистки.
Конденсат из сепаратора 11 направляется или непосредственно на утилизацию, например, путем закачки его в пласт для поддержания пластового давления, или подается в блок 16 стабилизации конденсата, если им оснащена установка. В последнем случае из блока 16 стабилизации конденсата выходят три потока, а именно, по трубопроводу 17 осуществляется сброс газа на утилизацию или сжигание, по трубопроводу 18 происходит отвод углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачки в нефтяной пласт, а по трубопроводу 19 производится отвод водного конденсата.
Таким образом, в установке за счет наличия вакуум-компрессора 10, установленного в трубопроводе 8 отвода смеси проникшего и продувочного газов, и продувочного канала 7 с дросселирующим элементом 9 обеспечивается стабильная и эффективная работа мембранного модуля 1 или мембранного газоразделительного блока, что позволяет повысить степень извлечения гелия и уменьшить энергозатраты на проведение процесса очистки. Стабильную работу мембранного модуля 1 или мембранного газоразделительного блока обеспечивают и средства предварительной подготовки природного газа, а именно сепаратор 11, фильтр 12 и нагреватель 15. Кроме того, в установке решены задачи с утилизацией отходов очистки природного газа.
1. Установка очистки природного газа от гелия, содержащая мембранный модуль с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, причем полость высокого давления с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом, а с противоположной стороны - с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом, полость низкого давления сообщена с продувочным каналом, соединенным с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом и с трубопроводом отвода смеси проникшего и продувочного газов, при этом в продувочном канале установлен дросселирующий элемент, отличающаяся тем, что она снабжена вакуум-компрессором, установленным на трубопроводе отвода смеси проникшего и продувочного газов и обеспечивающим возможность понижения давления смеси проникшего и продувочного газов в полости низкого давления и подачи данной смеси на утилизацию в хранилище или закачивание в природный пласт либо на дальнейшую переработку.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена сепаратором и фильтром для очистки природного газа от конденсата и механических примесей, установленных последовательно на подводящем трубопроводе.
3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что на подводящем трубопроводе перед сепаратором установлены последовательно компрессор и холодильник.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена нагревателем, установленным на подводящем трубопроводе непосредственно перед мембранным модулем.
5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена по крайней мере одним дополнительным мембранным модулем, при этом все мембранные модули соединены параллельно друг с другом с образованием мембранного газоразделительного блока.
6. Установка по п.2, отличающаяся тем, что она снабжена блоком стабилизации конденсата, соединенного своим входом с выходом конденсата сепаратора и имеющего три выхода, первый из которых подключен к трубопроводу сброса газа на утилизацию или сжигание, второй подключен к трубопроводу отвода углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачки в нефтяной пласт, а третий - к трубопроводу отвода водного конденсата.
7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в мембранном модуле мембрана выполнена в виде полупроницаемых полых волокон.
