Установка для утилизации низконапорного природного и попутного нефтяного газов и способ её применения

Установка для утилизации низконапорного природного и попутного нефтяного газов и способ её применения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к комплексной переработке низконапорного природного или попутного нефтяного газов на нефтегазоконденсатных месторождениях и может быть использовано при разработке способов и устройств для получения электроэнергии и метанола.

Удаленность нефтегазоконденсатных месторождений от электростанций делает практически невозможным применение для их энергоснабжения линий электропередач. В связи с этим перспективным является получение электроэнергии из природного или попутного нефтяного газов непосредственно на месторождении с использованием газотурбинных установок.

При добыче и переработке природного газа образуются газовые гидраты, которые приводят к закупорке трубопроводов и авариям. Для предотвращения этого явления в газовый поток вводят ингибиторы. В настоящее время на действующих месторождениях Крайнего Севера России в качестве ингибитора гидратообразования, в основном, используется метанол. Транспортировка метанола с химических предприятий на промыслы значительно повышает его стоимость.

Предлагаемое техническое решение позволяет с максимальной эффективностью объединить в одном энергохимическом комплексе несколько технологий, а именно получение метанола из низконапорного природного или попутного нефтяного газа и электроэнергии из отходящих газов производства метанола в газотурбинной установке с регенеративным циклом.

Известен комбинированный способ получения электроэнергии в газотурбинных и парогазовых установках с использованием синтез-газа в качестве топлива для этих установок, а также для получения жидкого синтетического топлива (Патент RU на изобретение №2250872, 27.04.2005 г., МПК С01В 3/32, C10L 3/10, F01K 23/10). Основным недостатком является то, что электроэнергия и синтетическое топливо получаются через энергоемкую и требующую больших капитальных затрат стадию получения синтез-газа.

Близкой к предлагаемому техническому решению является комбинированная газотурбинная установка, предназначенная для комплексной утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газа, которая используется при создании наземных блочно-модульных комплексов для получения электричества и синтетических топлив с утилизацией остаточного тепла в газотурбинной установке (Патент RU на изобретение №2428575, 10.09.2011 г., МПК F02C 1/02).

Основным недостатком является то, что установка предусматривает подготовку низконапорного природного или попутного нефтяного газа - сероочистку, сепарацию и осушку перед подачей в газотурбинную установку, а также применение в качестве технологической схемы получения конечного продукта схему, в основе которой лежит 2-стадийный процесс получения синтетических жидких топлив через стадию получения синтез-газа.

Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков и организация комплексного использования низконапорного природного или попутного нефтяного газа для одновременного производства метанола и электроэнергии.

Решение указанной задачи достигается тем, что установка для утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов содержит газотурбинный блок, включающий камеру сгорания, расположенную в дымовой трубе, в которой также расположен регенератор газа, вход которого сообщен с воздушным компрессором, а выход - с турбиной высокого давления, соединенной с турбиной низкого давления, которая сообщена с камерой сгорания, и блок получения метанола, включающего до трех последовательно расположенных реакторов, сообщенных с рекуперативным теплообменником, подключенным к входу холодильника-конденсатора, и устройствами для регулирования параметров подаваемого пара, причем холодильник-конденсатор через дросселирующее устройство сообщен с сепаратором, подсоединенным к сборнику жидкой фракции, при этом к одному входу блока получения метанола подключен воздушный компрессор, к другому - компрессор по газу, который сообщен с блоком подготовки низконапорного природного или попутного нефтяного газов, а выходы блока получения метанола сообщены с газотурбинным блоком и ректификационным узлом.

В варианте исполнения установки для утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов, выход блока получения метанола дополнительно подсоединен к блоку подготовки низконапорного природного или попутного нефтяного газов для переработки части отходящих газов совместно с исходным газом, получаемым со скважины, в метанол.

Предложен способ утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов при помощи предлагаемой установки утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов, который включает выработку электроэнергии в газотурбинном блоке, содержащем камеру сгорания и регенератор, расположенные в дымовой трубе, и блок получения метанола. При этом газ из скважины разделяют на два потока - основной и вспомогательный, основной поток направляют в блок получения метанола, а вспомогательный - в камеру сгорания газотурбинного блока для запуска турбины.

Отличием способа является то, что энергоснабжение блока получения метанола осуществляют при помощи электроэнергии, получаемой в газотурбинном блоке, причем метанол получают методом прямого парциального окисления из низконапорного природного или попутного нефтяного газа без предварительной очистки от жирных компонентов, при этом окисление углеводородсодержащего газа проводят в последовательно расположенных реакционных зонах реакторов при начальной температуре до 500°С, давлении до 10 МПа и содержании кислорода в реакционных зонах не более 6 об. %. При этом отходящие газы, образующиеся при производстве метанола, после сепарации частично рециркулируют на вход реакторных зон, а остальной поток направляют в камеру сгорания газотурбинного блока.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема установки с указанием основных узлов, на фиг. 2 - схема газотурбинного блока, на фиг. 3 - схема блока получения метанола.

Предложенный способ может быть реализован при помощи установки, имеющей следующую конструкцию.

Установка утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов подключена к скважине 1 низконапорного природного или попутного нефтяного газа.

Выходная линия по газу 2 подключена к газотурбинному блоку 4.

Газотурбинный блок 4 содержит камеру сгорания 5, расположенную в дымовой трубе 6, где также расположен регенератор газа 7 (теплообменный аппарат), который со стороны входа сообщен трубопроводом с воздушным компрессором 8, а со стороны выхода - с турбиной 9 высокого давления, соединенной с турбиной 10 низкого давления. Турбина 10 низкого давления сообщена с помощью магистрали с полостью камеры сгорания 5. Турбина 9 высокого давления механически связана с воздушным компрессором 8, который соединен с электростартером-генератором 11. Турбина 10 низкого давления механически соединена с электрогенератором 12 (фиг. 2). Электрогенератор 12 соединен с блоком 13 получения метанола.

Выходная линия по газу 3 от скважины 1 низконапорного природного или попутного нефтяного газа подключена к блоку подготовки газа 14 и компрессору 15, подсоединенного к одному из входов блока 13 получения метанола, к другому входу которого по линии 16 подсоединен воздушный компрессор 17.

Блок 13 получения метанола содержит до трех последовательно расположенных реакторов 18-20, оснащенных трубопроводами для подачи водяного конденсата и отвода пара на ректификацию и устройствами 21-23 для регулирования параметров подаваемого пара, и рекуперативный теплообменник 24, который снабжен трубопроводом для подачи нагретого в нем газа и трубопроводом для подачи газожидкостной реакционной смеси в холодильник-конденсатор 25, который через дросселирующее устройство 26 соединен с сепаратором 27, подсоединенным посредством трубопровода для подачи жидкой фракции к сборнику 28, который сообщен с ректификационным узлом 29.

Предложенный способ при помощи указанной установки может быть реализован следующим образом.

Низконапорный природный или попутный нефтяной газ от скважины 1 разделяют на два потока - основной и вспомогательный. Вспомогательный поток газа по линии 2 подают на газотурбинный блок 4 (фиг. 2).

В газотурбинном блоке 4 газ и воздух из турбины 8 поступают в камеру сгорания 5, где перемешиваются и сгорают. Образовавшееся в камере сгорания 5 тепло нагревает в регенераторе 7 воздух, который с необходимой температурой поступает в качестве рабочего тела на турбины высокого 9 и низкого давления 10, обеспечивая их работу. Газотурбинная установка вырабатывает электроэнергию, которая поступает потребителям и на питание блока 13 получения метанола.

Основной поток очищенного и сжатого компрессором 15 низконапорного природного или попутного нефтяного газа под давлением до 10 МПа направляют в блок 13 получения метанола (фиг. 3), далее низконапорный природный или попутный нефтяной газ нагревают в рекуперативном теплообменнике 24 и подают в последовательно расположенные реакторы 18-20, куда также подают сжатый воздух из компрессора 17. После последовательного прохождения однотипных реакторов 18-20 с одной реакционной зоной в каждом или одного реактора, содержащего несколько реакционных зон, газожидкостная смесь охлаждается в рекуперативном теплообменнике 24, холодильнике-конденсаторе 25 и поступает в сепаратор 27, где разделяется на жидкие и газообразные продукты. Жидкие продукты поступают в сборник 28 и ректификационный узел 29 с отделением метанола для его дальнейшего использования. Одновременно происходит выделение водного раствора формальдегида для переработки в товарный формалин.

Часть газовой смеси после сепаратора 27 подается на вход реакционных зон, а часть поступает в дросселирующее устройство 26, понижающее давление смеси до 0,6 МПа. Из дросселирующего устройства 26 газовую смесь подают на сжигание в газотурбинный блок 4 установки.

Предлагаемая установка для утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов и способ ее применения позволяет повысить продуктивность нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений за счет того, что газ без специальной подготовки может быть использован для выработки энергии, необходимой для собственных нужд, а также для питания блока получения метанола.

Кроме того, сжигание в камере сгорания 5 в дымовой трубе 6 с активной подачей воздуха отходящего газа после процесса получения метанола, содержащего 30-40% азота, позволяет при возможном применении современных матричных малоэмиссионных горелочных устройств снизить вредные выбросы по оксидам азота NOx и монооксиду углерода СО.

Схема производства метанола прямым парциальным окислением экономически выгоднее по сравнению со способами получения синтетического жидкого топлива через стадию синтез-газа. Кроме того, по предложенной технологической схеме возможно получение одновременно нескольких товарных продуктов: метанола и формальдегида. Возможно регулирование конверсии метана в метанол за счет изменения числа реакторов и рецикла отходящих газов.

Применение предложенного технического решения позволяет организовать комплексное использование низконапорного природного или попутного нефтяного газа для одновременного производства электроэнергии и метанола.

1. Установка для утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов, характеризующаяся тем, что она содержит газотурбинный блок, включающий дымовую трубу, в которой расположены камера сгорания и регенератор газа, вход которого сообщен с воздушным компрессором, а выход - с турбиной высокого давления, соединенной с турбиной низкого давления, которая сообщена с камерой сгорания, при этом турбина высокого давления механически связана с воздушным компрессором, и блок получения метанола, включающий до трех последовательно расположенных реакторов, сообщенных с рекуперативным теплообменником, подключенным к входу холодильника-конденсатора, и устройствами для регулирования параметров подаваемого пара, причем холодильник-конденсатор через дросселирующее устройство сообщен с сепаратором, подсоединенным к сборнику жидкой фракции, при этом к одному входу блока получения метанола подключен воздушный компрессор, к другому - компрессор по газу, который сообщен с блоком подготовки низконапорного природного или попутного нефтяного газов, а выходы блока получения метанола сообщены с газотурбинным блоком и ректификационным узлом.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что выход блока получения метанола дополнительно подсоединен к блоку подготовки низконапорного природного или попутного нефтяного газов для переработки части отходящих газов совместно с исходным газом, получаемым со скважины, в метанол.

3. Способ утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов при помощи установки по п. 2, включающий выработку электроэнергии в газотурбинном блоке, содержащем камеру сгорания и регенератор, расположенные в дымовой трубе, и блок получения метанола, характеризующийся тем, что газ из скважины разделяют на два потока - основной и вспомогательный, основной поток направляют в блок подготовки газа для дальнейшей переработки в блоке получения метанола, а вспомогательный - в камеру сгорания газотурбинного блока.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что энергоснабжение блока получения метанола осуществляют при помощи электроэнергии, получаемой в газотурбинном блоке.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что метанол получают методом прямого парциального окисления из низконапорного природного или попутного нефтяного газа без предварительной очистки от жирных компонентов, при этом окисление углеводородсодержащего газа проводят в последовательно расположенных реакционных зонах реакторов при начальной температуре до 500°С, давлении до 10 МПа и содержании кислорода в реакционных зонах не более 6 об. %.

6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что отходящие газы, образующиеся при производстве метанола, после сепарации частично рециркулируют на вход реакторных зон, а остальной поток направляют в камеру сгорания газотурбинного блока.