Установка многостадийной очистки газовой смеси до параметров ее потребления

Полезная модель относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использована в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности. Установка многостадийной очистки газовой смеси содержит компрессор и два мембранных модуля с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной. Вход компрессора сообщен с трубопроводом подачи исходной газовой смеси, а выход сообщен трубопроводом высокого давления газовой смеси с полостью высокого давления первого мембранного модуля с одной из ее сторон, другая сторона которой сообщена отводящим поток непроникшей газовой смеси трубопроводом с полостью высокого давления второго мембранного модуля с одной из его сторон, с другой стороны полость высокого давления второго мембранного модуля сообщена с трубопроводом подачи очищенной газовой смеси потребителю. Полость низкого давления первого мембранного модуля сообщена с первым трубопроводом отвода проникшего газа на дальнейшую переработку или утилизацию. Полость низкого давления второго мембранного модуля сообщена вторым трубопроводом отвода проникшей газовой смеси с трубопроводом подачи исходной газовой смеси. Установка снабжена дополнительными мембранными модулями с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, одни из которых параллельно подключены к первому мембранному модулю, а другие подключены параллельно ко второму мембранному модулю, и двумя дополнительными вакуум-компрессорами. Первый дополнительный вакуум-компрессор установлен в первом трубопроводе отвода проникшей газовой смеси, второй вакуум-компрессор установлен во втором трубопроводе отвода проникшей газовой смеси. Каждый из мембранных модулей оснащен каналами, выполненными с возможностью непрерывной подачи части непроникшей в их полостях высокого давления газовой смеси в соответствующие им полости низкого давления для их продувки.

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 ЕР 0110858 известна установка многостадийной очистки газовой смеси, содержащая компрессор и два мембранных модуля с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, вход компрессора сообщен с трубопроводом подачи исходной газовой смеси, а выход сообщен трубопроводом высокого давления газовой смеси с полостью высокого давления первого мембранного модуля с одной из ее сторон, другая сторона которой сообщена отводящим поток непроникшей газовой смеси трубопроводом с полостью высокого давления второго мембранного модуля с одной из его сторон, с другой стороны полость высокого давления второго мембранного модуля сообщена с трубопроводом подачи очищенной газовой смеси потребителю, при этом полость низкого давления первого мембранного модуля сообщена с первым трубопроводом отвода проникшей газовой смеси на дальнейшую переработку или утилизацию, полость низкого давления второго мембранного модуля сообщена вторым трубопроводом отвода проникшей газовой смеси с трубопроводом подачи исходной газовой смеси.

К недостатку известной установки следует отнести недостаточно высокую производительность и эффективность процесса газоразделения.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение производительности и эффективности процесса газоразделения.

Данный технический результат обеспечивается за счет того, что установка многостадийной очистки газовой смеси, содержащая компрессор и два мембранных модуля с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, вход компрессора сообщен с трубопроводом подачи исходной газовой смеси, а выход сообщен трубопроводом высокого давления газовой смеси с полостью высокого давления первого мембранного модуля с одной из ее сторон, другая сторона которой сообщена отводящим поток непроникшей газовой смеси трубопроводом с полостью высокого давления второго мембранного модуля с одной из его сторон, с другой стороны полость высокого давления второго мембранного модуля сообщена с трубопроводом подачи очищенной газовой смеси потребителю, при этом полость низкого давления первого мембранного модуля сообщена с первым трубопроводом отвода проникшего газа на дальнейшую переработку или утилизацию, полость низкого давления второго мембранного модуля сообщена вторым трубопроводом отвода проникшей газовой смеси с трубопроводом подачи исходной газовой смеси, снабжена дополнительными мембранными модулями с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, одни из которых параллельно подключены к первому мембранному модулю, а другие подключены параллельно ко второму мембранному модулю, и двумя дополнительными вакуум-компрессорами, причем первый дополнительный вакуум-компрессор установлен в первом трубопроводе отвода проникшей газовой смеси, второй вакуум-компрессор установлен во втором трубопроводе отвода проникшей газовой смеси, при этом каждый из мембранных модулей оснащен каналами, выполненными с возможностью непрерывной подачи части непроникшей в их полостях высокого давления газовой смеси в соответствующие им полости низкого давления для их продувки.

Количество дополнительных мембранных модулей, подключенных параллельно к первому мембранному модулю превышает количество дополнительных мембранных модулей, подключенных параллельно ко второму мембранному модулю, и. определяется исходя из обеспечения примерно одинаковой средней скорости разделяемых смесей на входе в каждый мембранный модуль, т.е. превышает, примерно, во столько раз, во сколько величина исходного потока на входе в первый модуль, с параллельно подключенными к нему дополнительными модулями, больше, чем величина непроникшего потока выходящего из этих модулей, за исключением потоков идущих на продувку, благодаря чему обеспечивается оптимальный гидродинамический режим в мембранных модулях и минимальные потери давления очищенного газа. Это, в свою очередь, способствует достижению оптимальных условий процесса мембранного газоразделения (или очистки газовой смеси до параметров ее потребления) в мембранных модулях и в установке в целом.

В продувочном канале каждого мембранного модуля может быть установлен дросселирующий элемент, например, дюза.

Каналы продувки могут быть выполнены в самой конструкции соответствующего модуля или образованы с помощью трубопроводов.

Установка может быть оснащена последовательно установленными в трубопроводе высокого давления газовой смеси холодильником, сепаратором и фильтром для очистки газовой смеси от конденсата и механических примесей.

Установка может быть снабжена блоком стабилизации конденсата, имеющего один вход и четыре выхода, при этом вход блока стабилизации конденсата сообщен с трубопроводом отвода конденсата из сепаратора, первый выход блока стабилизации конденсата сообщен с трубопроводом подачи потока газа стабилизации, подключенным к трубопроводу подачи исходной газовой смеси для повторной переработки, второй выход сообщен с трубопроводом сброса потока газовой смеси на утилизацию, третий выход сообщен с трубопроводом отвода стабильного углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачивания в нефть, четвертый выход сообщен с трубопроводом отвода водного конденсата для закачки его в пласт с целью поддержания пластового давления либо на утилизацию.

На фиг. представлена схема установки.

Установка многостадийной очистки газовой смеси содержит компрессор 1 и два мембранных газоразделительных модуля 2 и 3 с полостями 4 и 5 высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной 6. Вход компрессора 1 сообщен с трубопроводом 7 подачи исходной газовой смеси, а выход сообщен трубопроводом 8 высокого давления газовой смеси с полостью 4 высокого давления первого мембранного модуля 2 с одной из ее сторон, другая сторона которой сообщена отводящим поток непроникшего газа трубопроводом 9 с полостью 4 высокого давления второго мембранного модуля 3 с одной из его сторон. С другой стороны полость 4 высокого давления второго мембранного модуля 3 сообщена с трубопроводом 10 подачи очищенной газовой смеси потребителю. Полость 5 низкого давления первого мембранного модуля 2 соединена с первым трубопроводом 11 отвода проникшего газа на дальнейшую переработку или утилизацию, а полость 5 низкого давления второго мембранного модуля 3 соединена вторым трубопроводом 12 отвода проникшего газа с трубопроводом 7 подачи исходной газовой смеси. Установка снабжена дополнительными мембранными модулями 13 и 14 с полостями 15 и 16 высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной 17, причем модули 13 параллельно подключены к первому мембранному модулю 2, а модули 14 подключены параллельно ко второму мембранному модулю 3, и двумя дополнительными вакуум-компрессорами 18 и 19, причем первый дополнительный вакуум-компрессор 18 установлен в первом трубопроводе отвода 11 проникшей газовой смеси, второй вакуум-компрессор 19 установлен во втором трубопроводе 12 отвода проникшей газовой смеси, при этом каждый из мембранных модулей 2, 3 и каждый из дополнительных мембранных модулей 13 и 14 оснащен каналами 20, выполненными с возможностью непрерывной подачи части непроникшей в их полостях 4 и 15 высокого давления газовой смеси в соответствующие им полости 5 и 16 низкого давления для их продувки.

Дополнительных мембранных модулей 13, подключенных к первому мембранному модулю 2, по количеству может быть больше, чем дополнительных мембранных модулей 14, подключенных ко второму мембранному модулю 3. Количество модулей, подключаемых параллельно, выбирается исходя из условия обеспечения наиболее оптимального процесса газоразделения на каждой стадии и наибольшей эффективности работы всей установки в целом.

В каждом канале 20 для продувки полостей 5 и 16 низкого давления может быть установлен дросселирующий элемент 21, например, дюза, для обеспечения отбора строго определенной части непроникшей в полостях 4 и 15 высокого давления газовой смеси. Каналы 20 для продувки могут быть выполнены в самой конструкции соответствующего мембранного модуля или образованы с помощью трубопроводов.

Установка может быть оснащена последовательно установленными в трубопроводе 8 высокого давления газовой смеси холодильником 22, сепаратором 23 и фильтром 24 для очистки природного газа от конденсата и механических примесей.

Дополнительно, установка может быть снабжена блоком 25 стабилизации конденсата, имеющего один вход 26 и четыре выхода 27, 28, 29 и 30. Вход 26 блока 25 стабилизации конденсата сообщен с трубопроводом 31 отвода конденсата из сепаратора 23. Первый выход 27 блока 25 стабилизации конденсата сообщен трубопроводом 32 подачи потока газа стабилизации с трубопроводом 7 подачи исходной газовой смеси для повторной переработки. Второй выход 28 сообщен с трубопроводом 32 сброса потока газовой смеси на утилизацию. Третий выход 29 сообщен с трубопроводом 34 отвода стабильного углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачивания в нефть, а четвертый выход 30 сообщен с трубопроводом 35 отвода водного конденсата для закачки его в пласт с целью поддержания пластового давления либо на утилизацию.

Установка работает следующим образом.

По трубопроводу 7 исходная газовая смесь, например, сырьевой природный или попутный газ, поступает на вход компрессора 1. С выхода компрессора 1 газовая смесь по трубопроводу 8 высокого давления поступает в полости 4 и 15 высокого давления первого мембранного модуля 2 и подключенных к нему параллельно дополнительных мембранных модулей 13. Непроникшая через мембрану 6 первого мембранного модуля 2 и через мембрану 16 дополнительных мембранных модулей 13 газовая смесь по трубопроводу 9 направляется в полости 4 и 15 высокого давления второго мембранного модуля 3 и дополнительных мембранных модулей 14. Из полостей 4 и 15 высокого давления второго мембранного модуля 3 и дополнительных мембранных модулей 14 непроникшая газовая смесь с пониженным содержанием примесей, например, тяжелых углеводородов, воды и двуокиси углерода, поступает в трубопровод 10 для подачи к потребителю. Из полостей 5 и 16 низкого давления первого мембранного модуля 2 и дополнительных мембранных модулей 13 проникшая через мембрану 6 и 17 газовая смесь с повышенным содержанием примесей, например, тяжелых углеводородов, воды и двуокиси углерода, по трубопроводу 11 направляют на утилизацию. Из полостей 5 и 16 низкого давления второго мембранного модуля 3 и дополнительных мембранных модулей 14 проникшая газовая смесь направляется по трубопроводу 12 отвода проникшей газовой смеси в трубопровод 7 подачи исходной газовой смеси, где она смешивается с исходной газовой смесью. В каждом из мембранных модулей 2 и 3 и в каждом из дополнительных мембранных модулей 13 и 14 по каналам продувки 20 с дросселирующими элементами 21 непрерывно отводят определенную часть непроникшей в их полостях 4 и 15 высокого давления газовой смеси в полости 5 и 16 низкого давления соответствующего мембранного модуля для их продувки, при этом в полостях 5 и 16 низкого давления мембранных модулей 2 и 3 и дополнительных мембранных модулей 13 и 14 с помощью вакуум-компрессоров 18 и 19, установленных соответственно в первом и втором трубопроводах 11 и 12 отвода проникшей газовой смеси, понижают давление. Продувка полостей 5 и 16 низкого давления и понижение в них давления приводит к повышению эффективности газоразделения. Производительность вакуум-компрессоров 18 и 19 выбирается из условия обеспечения наибольшего значения соотношения давлений на газоразделительных мембранах 6 и 17 мембранных модулей 2 и 3 и дополнительных мембранных модулей 13 и 14. Количество газа, идущего на продувку, выбирается из условия обеспечения наибольшей эффективности газоразделения в мембранных модулях 2 и 3 и дополнительных мембранных модулей 13 и 14. В ряде случаев, перед непосредственной подачей газовой смеси высокого давления в полости 4 и 16 высокого давления первого мембранного модуля 2 и дополнительных мембранных модулей 13 в трубопроводе высокого давления 8 последовательно устанавливают холодильник 18, сепаратор 19 и фильтр 20, что позволяет удалить из газовой смеси конденсат и механические примеси. Поток конденсата из сепаратора 23 по трубопроводу 31 отвода конденсата может быть направлен на вход 26 блока 25 стабилизации конденсата, обеспечивающего возможность разделения конденсата на ряд составляющих. С первого выхода 27 блока 25 стабилизации конденсата по трубопроводу 32 осуществляется отвод потока стабилизированного газа в трубопровод 7 подачи исходной газовой смеси, где происходит их смешение. Со второго выхода 28 блока 25 стабилизации конденсата по трубопроводу 33 осуществляется сброс потока газовой смеси на утилизацию. С третьего выхода 29 по трубопроводу 34 производится отвод стабильного углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачивания в нефть, а с четвертого выхода 30 по трубопроводу 35 отводится водный конденсат, который может быть использован для закачки его в пласт с целью поддержания пластового давления либо на утилизацию.

Таким образом, снабжение установки дополнительными мембранными модулями 13 и 14 и проведение во всех мембранных модулях 2, 3, 13 и 14 продувки их полостей 5 и 16 низкого давления и одновременного с этим поддержание в них пониженного давления обеспечивают повышение производительности и эффективное разделение газовой смеси.

1. Установка многостадийной очистки газовой смеси, содержащая компрессор и два мембранных модуля с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, вход компрессора сообщен с трубопроводом подачи исходной газовой смеси, а выход сообщен трубопроводом высокого давления газовой смеси с полостью высокого давления первого мембранного модуля с одной из ее сторон, другая сторона которой сообщена отводящим поток непроникшей газовой смеси трубопроводом с полостью высокого давления второго мембранного модуля с одной из его сторон, с другой стороны полость высокого давления второго мембранного модуля сообщена с трубопроводом подачи очищенной газовой смеси потребителю, при этом полость низкого давления первого мембранного модуля сообщена с первым трубопроводом отвода проникшего газа на дальнейшую переработку или утилизацию, полость низкого давления второго мембранного модуля сообщена вторым трубопроводом отвода проникшей газовой смеси с трубопроводом подачи исходной газовой смеси, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными мембранными модулями с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, одни из которых параллельно подключены к первому мембранному модулю, а другие подключены параллельно ко второму мембранному модулю, и двумя дополнительными вакуум-компрессорами, причем первый дополнительный вакуум-компрессор установлен в первом трубопроводе отвода проникшей газовой смеси, второй вакуум-компрессор установлен во втором трубопроводе отвода проникшей газовой смеси, при этом каждый из мембранных модулей оснащен каналами, выполненными с возможностью непрерывной подачи части непроникшей в их полостях высокого давления газовой смеси в соответствующие им полости низкого давления для их продувки.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительных мембранных модулей, подключенных к первому мембранному модулю, по количеству может быть больше дополнительных мембранных модулей, подключенных ко второму мембранному модулю.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в каждом канале для продувки может быть установлен дросселирующий элемент, например дюза.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каналы для продувки могут быть выполнены в самой конструкции соответствующего мембранного модуля или образованы с помощью трубопроводов.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она может быть оснащена последовательно установленными в трубопроводе высокого давления газовой смеси холодильником, сепаратором и фильтром для очистки газовой смеси от конденсата и механических примесей.

6. Установка по п.4, отличающаяся тем, что она может быть снабжена блоком стабилизации конденсата, имеющего один вход и четыре выхода, при этом вход блока стабилизации конденсата сообщен с трубопроводом отвода конденсата из сепаратора, первый выход блока стабилизации конденсата сообщен с трубопроводом подачи потока газа стабилизации, подключенным к трубопроводу подачи исходной газовой смеси для повторной переработки, второй выход сообщен с трубопроводом сброса потока газовой смеси на утилизацию, третий выход сообщен с трубопроводом отвода стабильного углеводородного конденсата на дальнейшую переработку либо для закачивания в нефть, четвертый выход сообщен с трубопроводом отвода водного конденсата для закачки его в пласт с целью поддержания пластового давления либо на утилизацию.