Термохимическая установка для утилизации попутного нефтяного газа

Изобретение относится к технике утилизации попутного нефтяного газа. Полезная модель направлена на повышение выхода и качества товарной продукции и обеспечение энергетической независимости установок. Указанный технический результат достигается путем получения синтез - газа и синтеза углеводородов из полученного синтез - газа, и разделением фракций углеводородов в колоннах разделения, отбор тепла у конденсаторов которых производится с помощью термоакустического холодильника.

Изобретение относится к технике утилизации попутного нефтяного газа. Полезная модель направлена на повышение выхода и качества товарной продукции и обеспечение энергетической независимости установок.

Указанный технический результат достигается путем получения синтез - газа и синтеза углеводородов из полученного синтез - газа, и разделением фракций углеводородов в колоннах разделения, отбор тепла у конденсаторов которых производится с помощью термоакустического холодильника.

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.

Прототипом изобретения является патент US 4973453 «Apparatus for the production of heavier hydrocarbons from gaseous light hydrocarbons» (Установка для производства тяжелых углеводородов из газообразных легких углеводородов). Недостатками прототипа является наличие блока сжигания остатков реакционной смеси и термическая неэффективность установки. Сжигание остатков реакционной смеси приводит к потерям части углеводородов, как содержащихся в исходном попутном нефтяном газе, так и вновь синтезированных в двух последовательных реакторах.

Технический результат изобретения состоит в обеспечении полного использования всех углеводородных фракций попутного нефтяного газа.

Указанный технический результат достигается тем, что используется конверсия фракций попутного нефтяного газа в синтез - газ и конверсия полученной смеси. Выделение товарных фракций происходит в блоке колонн разделения, отбор тепла у конденсаторов которых производится с помощью термоакустического холодильника. В отличие от прототипа это обеспечивает полную утилизацию содержащегося в сырье углерода.

Приводом термоакустического холодильника является термоакустический двигатель, где сжигается часть поступающего в установку попутного нефтяного газа.

Принципиальная схема термохимической установки для утилизации попутного нефтяного газа представлена на Фиг.1. Установка состоит из следующих основных элементов:

1. Узел подготовки газа

2. Теплообменник

3. Теплообменник

4. Реактор синтез - газа

5. Горелка

6. Термоакустический двигатель

7. Нагрев испарителей колонн

8. Волновод - резонатор

9. Термоакустический холодильник

10. Реактор синтеза углеводородов

11. Воздушный теплообменник

12. Колонны разделения

13. Отбор тепла у конденсаторов колонн разделения

Попутный нефтяной газ через узел подготовки газа 1, противоточный теплообменник 2 и теплообменник 3, подогреваемый дымовыми газами термоакустического двигателя поступает в реактор синтез - газа 4 и далее в реактор синтеза углеводородов 10, откуда через воздушный теплообменник 11 поступает в колонны разделения 12. Отбор тепла у конденсаторов колонн разделения 12 производится с помощью термоакустического холодильника 9, который через волновод - резонатор 8 приводится в действие термоакустическим двигателем 6. Дымовые газы от горелки 5 термоакустического двигателя 6 подогревают испарители колонн разделения 12 и теплообменник 3 реактора синтез - газа 4. В колоннах разделения 12 происходит низкотемпературное отделение товарных фракций углеводородов с выбросом азота и углекислого газа.

Термохимические установки для утилизации 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 и подвода силового электроснабжения.

Отсутствие движущихся механических частей, т.е. исключительная простота и надежность, а также их энергетическая автономность позволяет размещать термохимические установки непосредственно на промыслах или узлах сбора.

Обозначения

1. Узел подготовки газа

2. Теплообменник

3. Теплообменник

4. Реактор синтез - газа

5. Горелка

6. Термоакустический двигатель

7. Нагрев испарителей колонн

8. Волновод - резонатор

9. Термоакустический холодильник

10. Реактор синтеза углеводородов

11. Воздушный теплообменник

12. Колонны разделения

13. Отбор тепла у конденсаторов колонн разделения

Установка для утилизации попутного нефтяного газа путем получения синтез-газа, имеющая реактор получения синтез-газа и реактор синтеза углеводородов, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества товарной продукции, разделение фракций углеводородов производится в узле колонн разделения, отбор тепла у конденсаторов которых производится с помощью термоакустического холодильника, который приводится в действие термоакустическим двигателем.