Технологический комплекс для переработки попутного нефтяного газа
Полезная модель относится к области к технологии переработки нефтяных газов обеспечивающей фракционирование попутного нефтяного газа и может быть использовано в нефте- и газоперерабатывающей промышленности. Технологический комплекс для переработки попутного нефтяного газа содержит линию подвода попутного нефтяного газа, несколько ступеней фракционирования и линии отвода жидких фракций. Линия подвода попутного нефтяного газа включает блок очистки от механических примесей 1, двух ступенчатый блок очистки от серы 2,3, гидродинамический сепаратор для обезвоживания попутного нефтяного газа 4, подключенного к термоэлектрической тепловой машине, которая гидравлически связана с гидродинамическим сепаратором для выделения бензиновой фракции 6 и емкостью хранения бензиновой фракции 10, гидродинамический сепаратор для выделения бензиновой фракции гидравлически связан с двух ступенчатой вихревой термоэлектрической холодильной установкой для сжижения и выделения в первой ступени фракций бутана 7, а во второй фракций пропана 8, которая гидравлически связана с промежуточными емкостями хранения сжиженного пропана 11 и бутана 12, установкой смешения и емкостью хранения сжиженной пропано-бутановой смесью 13, последующая ступень фракционирования попутного нефтяного газа включает термоэлектрическую тепловую машину для последующей тепловой обработки сырья, вихревую термоэлектрическую холодильную установку для сжижения и выделения фракции этана 16, промежуточную емкость хранения сжиженного этана 15, термоэлектрическую холодильную установку для сжижения и выделения фракции метана 18, термоэлектрическую тепловую машину для регазофикиции метана, емкость хранения сжиженного метана 19, а также термоэлектрическую тепловую машину 20 для регазофикиции метана идущего на генераторную для получения электрической энергии. Технологический комплекс обеспечивает фракционирование попутного нефтяного газа с получением: компонента бензиновой фракции для получения товарного бензина; товарного бутана, используемого в химической промышленности; товарного пропана; товарной пропан - бутановой смеси.
Полезная модель относится к области к технологии переработки нефтяных газов обеспечивающей фракционирование попутного нефтяного газа и может быть использовано в нефте- и газоперерабатывающей промышленности.
Специфика добычи попутного нефтяного газа заключается в том, что он является побочным продуктом при нефтедобычи. Потери попутного нефтяного газа (ПНГ) связаны с неподготовленностью инфраструктуры для его сбора, подготовки, транспортировки и переработке. В этом случае его просто сжигают на факелах.
Попутный нефтяной газ представляет собой смесь газов и парообразных углеводородных, органических компонентов, выделяющихся из нефтяных скважин и из пластовой нефти при его добыче и переработке.
Средний компонентный состав ПНГ в процентном содержании включает: СO2 0.15-0,35; N2 0,87-1,56; СН4 58,4 - 81,42; С2Н6 5.32-7,85; С3Н8 - 6.44-13.76; С4Н10 - 3.84-10,84; С5Н12 - 1,4-5,89; 2МП - 0,12-0,7; 3МП - 0,08-0,6; Плотность газа 0,888 - 0,915, молекулярный вес 21.36-21,98. Как видно из фракционного состава ПНГ это высококалорийное топливо.
В зависимости от района добычи с одной тонны добытой нефти получают от 100 до 800 м3 попутного нефтяного газа. Только в одной Тюменской области за годы эксплуатации нефтяных скважин было сожжено на факелах порядка 225 млрд.м3 попутного нефтяного газа, при этом более 20 млн. тонн загрязняющих веществ поступило в окружающую среду.
Известен способ переработки природного газа с получением метанола (Патетнт 2258691 от 20.08.2005)
Углеводородный газ проходит блок очистки от серосодержащих соединений и поступает на блок стабилизации давления 1, где происходит образование парогазовой смеси (соотношение пар:газ=4:1). 3атем предварительно нагретая до 650-750°С парогазовая смесь подвергается каталитическому паровому риформингу в трубчатой печи. Конвертированный газ после выхода из реакционных труб направляется последовательно в рекуператор, котел-утилизатор, подогреватель и конденсатор, где происходит утилизация тепла и отделение воды перед блоком синтеза метанола.
Синтез метанола осуществляется в блоке изотермических реакторов при температуре 180-280°С и давлении 2-5 МПа. Осушенный газ после конденсатора поступает в подогреватель, где его температура поднимается до 180-280°С и далее направляется в изотермический реактор. После реактора газ проходит через рекуператор и конденсатор, где происходит охлаждение реакционного газа с отделением метанола-сырца. После рекуператора газ направляется на вторую ступень синтеза, идентичную первой и т.д. В зависимости от состава и давления исходного газа количество ступеней синтеза может колебаться от двух до восьми.
Отработанный газ из блока синтеза направляется на сжигание в виде топлива в трубчатой печи Осуществление данного способа позволит перерабатывать газ нестабильного состава непосредственно на местах добычи с получением метанола и последующим его использованием для хозяйственных нужд.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Установка для переработки попутного нефтяного газа» по патенту 
2340841 от 10.12.2008 г, которая обеспечивает получение товарной, готовой для использования продукции - газообразного топлива для электростанций и жидкого топлива для автотранспорта.
Установка для переработки попутного нефтяного газа, содержит компрессор, соединенный через, по меньшей мере, один теплообменник с сепаратором, емкости и насосы. Установка снабжена вторым сепаратором, соединенным с выходом по газу первого сепаратора, выходы сепараторов по газовому конденсату соединены со входом ректификационной колонны, выходы которой по дистилляту и по стабильному газовому конденсату соединены с соответствующими теплообменниками. На разработанной установке получают три продукта, качественные характеристики которых позволяют использовать их в тех или иных технологических целях без дальнейшей переработки.
Получаемый в процессе переработки сухой газ обладает высоким метановым числом, определяющим ее детонационную стойкость, что позволяет его использовать для производства электрической энергии в качестве топлива для газопоршневых электростанций. Полученная пропан-бутановая фракция может быть использована в качестве топлива для автотранспорта, а также для промышленных и бытовых нужд.
Стабильный газовый конденсат можно направить в добываемую нефть или использовать как добавку к бензиновой фракции.
Недостатком установки является высокая энергоемкость, сложность монтирования технологического оборудования, наличие ректификационной колонны, что связано с невозможностью регулирования условий выделения конкретных фракций.
Задачей разработанной полезной модели является создание комплекса по переработке попутного нефтяного газа, обеспечивающего надежное и эффективное фракционирование углеводородного сырья - попутного нефтяного газа, поступающего из скважины.
Техническим результатом от использования технологического комплекса является повышения эффективности нефтепромысла, поскольку углеводородное сырье (нефтяной попутный газ) из скважин на прямотоке разделяется на составные компоненты: бензиновая фракция компонент для получения товарного бензина или нефтяной растворитель при транспортировании сырой нефти, бутан товарный продукт для химической промышленности или компонент для получения ПБС, пропана товарный продукт для химической промышленности или компонент для получения ПБС. Получение на прямотоке товарной пропан - бутановой смеси (ПБС) с содержанием 30/40%-пропан, 70/60%-бутан топливо на автозаправочных станциях или топливо для нужд населения, этан товарный продукт для химической промышленности или компонент природного газа для получения электрической и тепловой энергии, метан товарный природный газ для получения электрической и тепловой энергии.
Технология переработки основана на преобразовании энергии попутного нефтяного газа месторождений в холод, который производится в термоэлектрической тепловой машине и в вихревой термоэлектрической холодильной установке. Вихревая термоэлектрическая холодильная машина обеспечивает: сжижение, термостатирование, нагрев, а так же, фракционирование попутного нефтяного газа с конденсацией на фракции.
Технологический комплекс для переработки попутного нефтяного газа содержит линию подвода попутного нефтяного газа, несколько ступеней фракционирования и линии отвода жидких фракций. Линия подвода попутного нефтяного газа включает блок очистки от механических примесей, двух ступенчатый блок очистки от серы, гидродинамический сепаратор для обезвоживания попутного нефтяного газа, подключенного к термоэлектрической тепловой машине, которая гидравлически связана с гидродинамическим сепаратором для выделения бензиновой фракции и емкостью хранения бензиновой фракции, гидродинамический сепаратор для выделения бензиновой фракции гидравлически связан с двух ступенчатой вихревой термоэлектрической холодильной установкой для сжижения и выделения в первой ступени фракций бутана, а во второй фракций пропана, которая гидравлически связана с промежуточными емкостями хранения сжиженного пропана и бутана, установкой смешения и емкостью хранения сжиженной пропано-бутановой смесью, последующая ступень фракционирования попутного нефтяного газа включает термоэлектрическую тепловую машину для последующей тепловой обработки сырья, вихревую термоэлектрическую холодильную установку для сжижения и выделения фракции этана, промежуточную емкость хранения сжиженного этана, термоэлектрическую холодильную установку для сжижения и выделения фракции метана, термоэлектрическую тепловую машину для регазофикиции метана, емкость хранения сжиженного метана, а также термоэлектрическую тепловую машину для регазофикиции метана идущего на генераторную для получения электрической энергии.
Термоэлектрические холодильные и тепловые машины выполнены с использованием термоэлектрических элементов Пельтье.
Предлагаемый технологический комплекс выполнен как единое технологическое устройство и обеспечивает разделение попутного нефтяного газа поступающего из скважины на составные компоненты при очистке от серосодержащих соединений и разделение (фракционирование) попутного нефтяного газа на фракции: С5+бензиновая фракция 105-130°С; бутановая фракция С4(-2°)С; фракция пропана С3(-42,5°)С; фракция этана С2(-96°)С; фракция метана С1(-137°)С.
Система технологических устройств фракционирования попутного нефтяного газа на прямотоке подключена к магистрали утилизации попутного нефтяного газа.
Технологический комплекс может быть выполнен в контейнерном исполнении в виде отдельно смонтированных и связанных между собой устройств с выделенным центральным пультом автоматического управления.
На фиг.1 представлено схематическое изображение технологического комплекса для переработки попутного нефтяного газа, где 1 - модуль очистки от механических примесей попутного нефтяного газа, 2 - блок грубой очистки попутного нефтяного газа от сернистых соединений, 3 - блок тонкой очистки попутного нефтяного газа от сернистых соединений и меркаптанов. 4 - гидродинамический сепаратор для отделения воды из попутного нефтяного газа, 5 - термоэлектрическая тепловая машина для тепловой обработки газа, 6 - гидродинамический сепаратор, где происходит выделение бензиновой фракции из попутного нефтяного газа, 7 - вихревая термоэлектрическая холодильная машина, где из попутного нефтяного газа выделяется сжиженная фракция бутана, 8 - вихревая термоэлектрическая холодильная машина, где из попутного нефтяного газа выделяется сжиженная фракция пропана, 9 - промежуточная емкость для воды, которая поступает на блок водоочистки, 10 - промежуточная емкость для бензиновой фракции, 11 - промежуточная емкость для сжиженной фракции бутана, 12 - промежуточная емкость для сжиженной фракции пропана, 24 - аппарат воздушного охлаждения, где происходит охлаждение выделенной бензиновой фракции, 13 - установка смешения пропан - бутановой смеси, 14 - емкость хранения сжиженной пропан - бутановой смеси, 15 - емкость хранения сжиженного этана, 16 - вихревая термоэлектрическая холодильная машина, где из попутного нефтяного газа выделяется сжиженная фракция этана, 17 - термоэлектрическая тепловая машина для тепловой обработки фракций попутного нефтяного газа, 18 - вихревая термоэлектрическая холодильная машина, где из попутного нефтяного газа выделяется сжиженная фракция метана, 19 - емкость хранения сжиженного метана, 20 - термоэлектрическая тепловая машина для тепловой обработки метана, идущего на генераторную, 21 - термоэлектрическая тепловая машина для тепловой обработки метана потребителю, 22 - емкость хранения пропана, 23 - емкость хранения бутана.
Попутный нефтяной газ из скважины поступает в модуль очистки от механических примесей 1, где проходит очистка попутного нефтяного газа от механических примесей и направляется в двухступенчатый блок для первичной грубой 2 и тонкой очистки газа 3 от сернистых соединений.
Содержание серы H2S после первичной очистки на выходе из первой ступени 
0,02 г/нм3, содержание серы H2S и меркаптанов после тонкой очистки второй ступени - отсутствуют.
Очищенный от сернистых соединений попутный нефтяной газ подается в сепаратор 4 где из попутного газа отделяется вода, которая по трубопроводу подается в блок водоочистки с промежуточной емкостью 9, а осушенный газ по трубопроводу поступает в термоэлектрическую тепловую машину 5, где газ при заданной температуре подвергается тепловой обработке.
Нагретый газ направляется в сепаратор 6, где из газа отделяются бензиновая фракция С5+. Выделенная бензиновая фракция по трубопроводу подается в аппарат воздушного охлаждения, откуда поступает в промежуточную емкость хранения 10, из емкости хранения выделенная бензиновая фракция может использоваться как компонент для получения товарного бензина, так и может быть использован как нефтяной растворитель.
Очищенный от тяжелых фракций газ подается в двух ступенчатую термоэлектрическую холодильную машину 7. В первой ступени термоэлектрической холодильной машины при заданной температуре конденсируется фракция бутана С4Н10, сжиженные фракции бутана при температуре (-2°С) и давлении 1,09 Атм. по трубопроводу подаются в промежуточную емкость хранения 11. Выделенные фракции бутана может быть реализована как товарный продукт для химической промышленности.
Несконденсированный попутный нефтяной газ из первой ступени поступает во вторую ступень двухступенчатой холодильной термоэлектрической машины 8, где при заданной температуре из попутного нефтяного газа конденсируется фракция пропана С3Н8, сжиженная фракция пропана при температуре (-42,5°С) и давлении 1,09 Атм. по трубопроводу подаются в промежуточную емкость хранения 12. Выделенная фракция пропана может быть реализована как товарный продукт для химической промышленности и находится в емкости хранения 22.
Для получения товарного топлива пропан - бутановой смеси (ПБС) с содержанием 30/40%-пропан, 70/60%-бутан из промежуточных емкостей хранения по трубопроводу сжиженный бутан, и пропан подаются на установку смешения 13, процентное содержание пропана и бутана регулируется расходомерами и электрическими приводами. Полученное товарное топливо ПБС направляется в емкость хранения 14 и может быть использовано на автозаправочных станциях или для нужд населения.
Несконденсированный попутный нефтяной газ по трубопроводу подается в термоэлектрическую тепловую машину для дополнительной осушки и увеличения его внутренней энергии 17. Нагретый до заданной температуры газ подается в двух ступенчатую вихревую термоэлектрическую холодильную машину, где при температуре (-96°С) конденсируется фракция этана 16, которая по трубопроводу поступает в промежуточную емкость хранения 15. Выделенная фракция этана может быть реализована, как товарный продукт для химической промышленности или как компонент природного газа для получения электрической и тепловой энергии.
Несконденсированный попутный нефтяной газ фракции С1 подается на вторую ступень вихревой термоэлектрической холодильной машины 18, где при температуре (-137°С) и давлении 4,5 Атм. сжижается Полностью сконденсированный газ в холодильной машине компонента (фракции C1) по трубопроводу сливается в емкость хранения метана 19.
Так как полученный сжиженный газ неприемлем для прямого пользования потребителями, в технологическом комплексе предусмотрен модуль регазифицирования. Сжиженный газ, выходя из технологического комплекса, или из емкости хранения подается по трубопроводу через регулятор давления насосом на термоэлектрическую тепловую, машину для тепловой обработки метана потребителю 21, а также на термоэлектрическую тепловую машину 20 для тепловой обработки метана, идущего на генераторную для получения электрической энергии.
Использование разработанного технологического комплекса в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленностях решает следующие проблемы:
1. Экологическую
- исключение выброса вредных веществ в атмосферу наносящий вред окружающей природной среде, здоровью и генетическому фонду человека;
- замену фреоновой криогенной техники в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности.
2. Экономическую
- исключение сброса газа низкого давления на факел;
- стопроцентная утилизация (сбор) попутного нефтяного газа;
- стопроцентная переработка (фракционирование) попутного газа;
- подтоварная вода, используемая на месторождении;
- компонент бензиновой фракции для получения товарного бензина;
- товарный бутан, используемый в химической промышленности;
- товарный пропан используемый во многих отраслях промышленности;
- товарную пропан - бутановую смесь, используемую во многих отраслях промышленности, а также как бытовое топливо;
- товарный этан, используемый в химической промышленности;
- товарный метан, используемый в различных отраслях промышленности;
1. Технологический комплекс для переработки попутного нефтяного газа, содержащий линию подвода попутного нефтяного газа, несколько ступеней фракционирования и линии отвода жидких фракций, отличающийся тем, что линия подвода попутного нефтяного газа включает блок очистки от механических примесей, двухступенчатый блок очистки от сернистых соединений, гидродинамический сепаратор для обезвоживания попутного нефтяного газа, подключенный к термоэлектрической тепловой машине, которая гидравлически связана с гидродинамическим сепаратором для выделения бензиновой фракции и емкостью хранения бензиновой фракции, гидродинамический сепаратор для выделения бензиновой фракции гидравлически связан с двухступенчатой вихревой термоэлектрической холодильной машиной для сжижения и выделения в первой ступени фракций бутана, а во второй - фракций пропана, которая гидравлически связана с промежуточными емкостями хранения сжиженного пропана и бутана, установкой смешения и емкостью хранения сжиженной пропано-бутановой смеси, последующая ступень фракционирования попутного нефтяного газа включает термоэлектрическую тепловую машину для последующей тепловой обработки сырья, вихревую термоэлектрическую холодильную машину для сжижения и выделения фракции этана, промежуточную емкость хранения сжиженного этана, термоэлектрическую холодильную машину для сжижения и выделения фракции метана, термоэлектрическую тепловую машину для регазификации метана, емкость хранения сжиженного метана, а также термоэлектрическую тепловую машину для регазификации метана, идущего на генераторную для получения электрической энергии.
2. Технологический комплекс по п.1, отличающийся тем, что термоэлектрические холодильные и тепловые машины выполнены с использованием термоэлектрических элементов Пельтье.
