СПОСОБ КРИОГЕННОЙ ОБРАБОТКИ СЫРЬЯ, СОДЕРЖАЩЕГО АЗОТ И МЕТАН, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F25J3/02 

Изобретение относится к криогенной технике и используется в основном для разделения азота и метана путем криогенной ректификации.

Известен способ криогенной обработки сырья, содержащего азот и метан, путем частичной конденсации сырья с получением первого пара и первой жидкости, разделение последней отгонкой на обогащенную азотом и обогащенную метаном фракции, причем фракцию, обогащенную азотом, подают на ректификацию с получением компонентов, обогащенных азотом и метаном, а фракцию, обогащенную метаном, выделяют в качестве готового продукта [1]
Известно устройство для криогенной обработки сырья, содержащего азот и метан, включающее средство для частичной конденсации сырья и сепаратор фаз на первый пар и первую жидкость, отгонную колонну, устройство для удаления азота, имеющее, по крайней мере, одну колонну со структурированной насадкой, и средство для выведения из нее жидкости, средство для введения первой жидкости в отгоночную колонну, средство отвода жидкости из отгоночной колонны и средство для отвода потока из отгоночной колонны в устройство для удаления азота [1]
Недостатком известного способа и устройства для криогенной обработки сырья является низкое давление метана, выделяемого в качестве готового продукта, и следовательно, высокие затраты на его сжатие.

Целью изобретения является снижение энергозатрат для сжатия метана, выделяемого в качестве готового продукта.

В способе это достигается тем, что первый пар частично конденсируют с получением второго пара и второй жидкости, причем второй пар подают на ректификацию, а вторую жидкость на разделение отгонкой.

Кроме того, вторую жидкость подают на разделение отгонкой в зону с концентрацией по азоту выше, чем концентрация в зоне, в которую подают первую жидкость, сырье делят на два потока, один из которых частично конденсируют путем непрямого теплообмена, по крайней мере, с одним из компонентов, обогащенным азотом или метаном, полученных после ректификации, а второй путем непрямого теплообмена с жидкостью, отбираемой с отгонки, конденсацию первого пара проводят путем непрямого теплообмена с компонентом, обогащенным метаном, полученным после ректификации, а второй пар содержит 50% общего количества подаваемого на ректификацию продукта.

В устройстве это достигается тем, что оно дополнительно содержит средство для частичной конденсации первого пара, сепаратор фаз на второй пар и вторую жидкость и средства для введения второй жидкости в отгоночную колонну, а второго пара в устройство для удаления азота. Кроме того, средство для введения второй жидкости в отгоночную колонну соединено с отгоночной колонной в точке, расположенной выше точки соединения средства для введения первой жидкости в отгоночную колонну, а отгоночная колонна имеет внутреннюю набивку, включающую структурированную насадку.

На чертеже, представлена технологическая схема устройства для криогенной обработки сырья, содержащего азот и метан.

Устройство для криогенной обработки сырья содержит средство 1 для частичной конденсации сырья, сепаратор 2 фаз на первый пар и первую жидкость, отгоночную колонну 3, имеющую внутреннюю набивку, включающую структурированную насадку, устройство для удаления азота, имеющее колонну 4 со структурированной насадкой и средство 5 для выведения из нее жидкости, средство 6 с регулирующим клапаном 7 для введения первой жидкости в отгоночную колонну 3, средство 8 отвода жидкости из отгоночной колонны и средство 9 для отвода потока из отгоночной колонны в устройство для удаления азота. Устройство для криогенной обработки сырья снабжено также средством 10 для частичной конденсации первого пара, сепаратором 11 фаз на второй пар и вторую жидкость, средством 12 с регулирующим клапаном 13 для введения второй жидкости в отгоночную колонну 3 в точке, расположенной выше точки соединения средства 6 с этой колонной, средством 14 для введения второго пара в колонну 4, средством 15 с регулирующими клапанами 16 и 17 вывода обогащенной метаном фракции из отгоночной колонны 3 и теплообменником 18.

Способ реализуется следующим образом.

Сырье, концентрация азота в котором бывает от 5 до 80% а концентрация метана от 20 до 95% подают в средство 1, где оно частично конденсируется путем непрямого теплообмена, по крайней мере, с одним из компонентов, обогащенных азотом или метаном. Часть сырья можно частично сконцентрировать в теплообменнике 18 путем непрямого теплообмена с жидкостью, отводимой из отгоночной колонны 3. Оба потока частично сконцентрированного сырья направляют в сепаратор 2, где его разделяют на первый пар, имеющий повышенную концентрацию азота, и первую жидкость с большей концентрацией метана, чем в сырье. Первую жидкость через средство 6 и клапан 7 вводят в отгоночную колонну 3, работающую обычно при абсолютном давлении от 14 до 42 кг/см², а первый пар частично конденсируют в средстве 10 конденсации путем непрямого теплообмена со встречными потоками и вводят в сепаратор 11, где его разделяют на второй пар с повышенной концентрацией азота и вторую жидкость с большей концентрацией метана, чем в первом паре. Вторую жидкость выводят из сепаратора 11, пропускают через клапан 13 и вводят в отгоночную колонну 3. Причем точка ввода жидкости в отгоночную колонну расположена выше точки ввода первой жидкости из сепаратора 2 в эту колонну.

В отгоночной колонне 3 подаваемые жидкости разделяют на фракции, обогащенные азотом и метаном, путем отгонки более летучих компонентов из спускающейся жидкости в поднимающийся пар. Восходящий пар получают путем испарения жидкости, отводимой из отгоночной колонны, в теплообменнике 18.

Обогащенную метаном фракцию, выводимую из отгоночной колонны, разделяют на два потока. Один из потоков, составляющий большую часть, пропускают через вентиль 16, направляют на испарение в средство 1 для частичной конденсации сырья и выводят в виде газа под большим давлением с концентрацией метан до 99% потребителю, а второй поток пропускают через клапан 17, через средство 10 для частичной конденсации первого пара и через средство 1 для частичной конденсации сырья и выделяют в виде газообразного метана при низком давлении.

Обогащенную азотом фракцию из отгоночной колонны 3 подают на ректификацию в колонну 4 устройства для удаления азота. Второй пар, содержащий 50% общего количества подаваемого на ректификацию сырья, также направляют в колонну 4. Причем давление второго пара имеет приблизительно такое же давление, как сырье, исключая спад давления вследствие потерь, что больше давления обогащенной азотом фракции из отгоночной колонны 3.

В колонне 4 сырье разделяют методом ректификации на компонент, обогащенный азотом, и компонент, обогащенный метаном. Компонент, обогащенный азотом, подогревают, частично конденсируя сырье в средстве 1, и выводят из системы, а компонент, обогащенный метаном, соединяют с потоком обогащенной метаном фракции, проходящей через вентиль 17, перед подачей ее в средство 10 для частичной конденсации первого пара.

Использование: изобретение относится к криогенной технике и используется в основном для разделения азота и метана методом криогенной ректификации. Сущность изобретения: устройство содержит два сепаратора 2 и 11 фаз, отгоночную колонну 3 и устройство для удаления азота. В сепараторе 2 сырье разделяют на первый пар и первую жидкость, разделяют последнюю в отгоночной колонне 3 на обогащенную азотом и обогащенную метаном фракции, причем фракцию обогащенную азотом, подают на ректификацию в устройство для удаления азота, а фракцию, обогащенную метаном, выделяют в качестве готового продукта. Первый пар после частичной конденсации подают в сепаратор 11, где его разделяют на второй пар и вторую жидкость. Второй пар подают на ректификацию, а вторую жидкость - на разделение в отгоночную колонну. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ криогенной обработки сырья, содержащего азот и метан, путем частичной конденсации сырья с получением первого пара и первой жидкости, разделение последней отгонкой на обогащенную азотом и обогащенную метаном фракции, причем фракцию, обогащенную азотом, подают на ректификацию с получением компонентов, обогащенного азотом и обогащенного метаном, а фракцию, обогащенную метаном, выделяют в качестве готового продукта, отличающийся тем, что первый пар частично конденсируют с получением второго пара и второй жидкости, причем второй пар подают на ректификацию, а вторую жидкость на разделение отгонкой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторую жидкость подают на разделение отгонкой в зону с концентрацией по азоту выше, чем концентрация зоны, в которую подают первую жидкость. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сырье делят на два потока, один из которых частично конденсируют путем непрямого теплообмена по крайней мере с одним из компонентов, обогащенным азотом или метаном, полученных после ректификации, а второй путем непрямого теплообмена с жидкостью, отбираемой с отгонки. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что конденсацию первого пара проводят путем непрямого теплообмена с компонентом, обогащенным метаном, полученным после ректификации. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что второй пар содержит 50% общего количества подаваемого на ректификацию продукта. 6. Устройство для криогенной обработки сырья, содержащего азот и метан, включающее средство для частичной конденсации сырья и сепаратор фаз на первый пар и первую жидкость, отгоночную колонну, устройство для удаления азота, имеющее по крайней мере одну колонну со структурированной насадкой и средство для выведения из нее жидкости, средство для введения первой жидкости в отгоночную колонну, средство отвода жидкости из отгоночной колонны и средство для отвода потока из отгоночной колонны в устройство для удаления азота, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средство для частичной конденсации первого пара, сепаратор фаз на второй пар и вторую жидкость и средства для введения второй жидкости в отгоночную колонну, а второго пара в устройство для удаления азота. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что средство для введения второй жидкости в отгоночную колонну соединено с отгоночной колонной в точке, расположенной выше точки соединения средства для введения первой жидкости в отгоночную колонну. 8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что отгоночная колонна имеет внутреннюю набивку, включающую структированную насадку.