СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА Российский патент 2004 года по МПК F25J3/02 

Изобретение относится к низкотемпературному разделению углеводородных газов и , в частности, к разделению попутного нефтяного газа.

Известен способ разделения газа и устройство для его осуществления (1), предназначенный для разделения природных газов, газов нефтепереработки и других газовых смесей, содержащих метан, этан, более тяжелые углеводороды, а также водород, азот, диоксид углерода и некоторые другие компоненты, согласно которому исходный газ охлаждают, сепарируют, а отводимый из сепаратора газ делят на два потока, один из которых охлаждается, конденсируется, а затем дросселируется в дистилляционную колонну. При этом второй поток газа расширяется в детандере турбодетандерного агрегата и тоже подается в колонну, куда направляется и поток жидкой фазы, отводимой из сепаратора. При этом отводимая из верхней части колонны метановая фракция последовательно дожимается в двух компрессорах - компрессоре турбодетандерного агрегата и в дополнительном дожимающем компрессоре.

Однако в процессе последовательного охлаждения исходного газа, кроме холода метановой фракции, отводимой из дистилляционной колонны, дополнительно используют внешний источник охлаждения в виде пропановой холодильной установки, что усложняет процесс разделения. Кроме того, в дистилляционную колонну на разделение подается весь поток газа, поступающего на установку, что приводит к существенному увеличению габаритов колонны. Помимо поджатия метановой фракции в компрессоре турбодетандерного агрегата ее дополнительно поджимают в специальном компрессоре. Все это делает процесс разделения недостаточно эффективным.

Этих недостатков в определенной степени лишен способ низкотемпературного разделения углеводородной смеси, предложенный в (2), который является наиболее близким по техническому решению к предлагаемому изобретению и выбран в качестве прототипа.

Согласно этому способу газ нефтепереработки, содержащий преимущественно метан, С2-углеводороды и водород с небольшими количествами азота и С3-углеводородов, охлаждают, сепарируют, газовую фазу расширяют в турбодетандере до первого промежуточного давления с последующим сепарированием этого потока и с дросселированием в него части дистиллята, отведенного из верхней части ректификационной колонны, с последующим нагнетанием этого потока жидкости насосом до второго промежуточного давления, а газовую фазу, полученную в первой зоне разделения, поджимают в компрессоре турбодетандерного агрегата, объединяют со второй газовой фазой, полученной во второй зоне разделения, и выводят из установки в качестве целевого продукта - газа, обогащенного метаном.

Однако недостатком данного способа является использование значительного числа внешних хладо- и теплоносителей, с помощью которых осуществляется охлаждение и конденсация дистиллята, отводимого из колонны, и подогрев двух потоков целевого газа. При этом не используется холод газовых фракций, полученных при разделении, для охлаждения исходного потока газа. Кроме того, в данном способе не решается задача комплексного разделения исходной смеси с получением товарных продуктов, а также задачи осушки исходного газа и очистки его от нежелательных примесей.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - разработка эффективного способа разделения попутного нефтяного газа, в котором, по сравнению с прототипом, осуществляется комплексное разделение исходной смеси с обеспечением ее глубокой осушки и очистки от нежелательных примесей и с получением целевых товарных продуктов разделения при более полной рекуперации холода продуктов разделения, позволяющей исключить необходимость применения внешних источников охлаждения.

Технический результат, который может быть получен при реализации данного способа, заключается в том, что холод конденсата, выделенного в процессе предварительного охлаждения и сепарации исходного газа, последовательно используется для создания флегмы во встроенном в деметанизатор дефлегматоре, а затем для предварительного охлаждения части исходного газа с последующей подачей этого потока в качестве питания в деметанизатор, а кубовый продукт деметанизатора (выделенная жидкая фракция) направляется в колонну стабилизации на последующее разделение, в результате которого дополнительно к отбензиненному газу получают целевые товарные продукты в виде смеси пропана и бутана технических и бензина стабильного газового.

Получению данного технического результата способствует и то, что в процессе разделения исходный газ достаточно эффективно осушается и очищается от нежелательных примесей. Исходный газ перед разделением подвергают адсорбционной осушке с последующей адсорбционной очисткой конденсата, полученного в деметанизаторе, от сернистых соединений, используя для охлаждения и регенерации часть потока метановой фракции с последующим охлаждением регенерирующего газа осушителей в аппарате воздушного охлаждения, где конденсируют из этого потока влагу и выделяют во влагоотделителе. Кроме того, при подогреве регенерирующего газа до рабочих температур его предварительно подогревают в рекуперативном теплообменнике горячим потоком газа, выходящим из адсорберов-осушителей, что позволяет снизить энергетические затраты на нагрев газа в огневом подогревателе, а при регенерации адсорберов сернистых соединений температуру регенерирующего потока метановой фракции регулируют, смешивая его с частью потока метановой фракции, идущей на охлаждение адсорберов и отбираемой из потока метановой фракции после поджатия в компрессоре турбодетандерного агрегата, при этом значения рабочих параметров потока исходного газа при его охлаждении в теплообменниках и разделении фаз в сепараторах выбирают такими, при которых не требуется специальных устройств для очистки исходного газа от диоксида углерода, так как он растворяется в жидкой фазе, состоящей из углеводородов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе разделения попутного нефтяного газа, включающем предварительную сепарацию исходного газа, последовательное охлаждение в теплообменниках, первую ступень сепарации, расширение газовой фракции до промежуточного давления в турбодетандере, вторую ступень сепарации, разделение в деметанизаторе с отводом из последнего отбензиненного газа (метановой фракции) и кубового продукта, согласно изобретению холод конденсата, выделенного из исходного газа в процессах предварительного охлаждения и детандирования, используют последовательно для создания флегмы в деметанизаторе и предварительного охлаждения части исходного газа, а кубовый продукт, отводимый из деметанизатора, разделяют в колонне стабилизации с получением целевых жидких продуктов - смеси пропана и бутана технических и бензина газового стабильного.

Параметры работы теплообменников предварительного охлаждения исходного газа и сепараторов выбирают такими, чтобы диоксид углерода, находящийся в исходном газе, растворился в жидких углеводородах.

Для достижения данного технического результата поток конденсата после рекуперации его холода в дефлегматоре и теплообменнике предварительного охлаждения объединяют с жидкостью, выделенной при предварительной сепарации, и подают на разделение в деметанизатор.

Кроме того, дистиллят, выходящий из колонны стабилизации, конденсируют в аппарате воздушного охлаждения, а затем часть конденсата направляют с помощью насоса на орошение колонны стабилизации, а другую отводят в виде товарного продукта.

В кипятильниках деметанизатора и колонны стабилизации используют водяной насыщенный пар одинаковых параметров, а образовавшийся паровой конденсат охлаждают в аппаратах воздушного охлаждения.

Достижению данного технического результата способствует и то, что регенерацию адсорберов-осушителей и адсорберов очистки от сернистых соединений производят частью потока метановой фракции, которую последовательно подогревают в рекуперативном теплообменнике и огневом подогревателе.

При этом адсорберы-осушители и адсорберы очистки от сернистых соединений после регенерации охлаждают потоком метановой фракции, отбираемой после компрессора турбодетандерного агрегата.

Поток исходного газа, выходящего из адсорберов-осушителей, подают в одну из ветвей фильтров, а вторую ветвь в это время очищают или держат в резерве.

Кроме того, из потока регенерирующего газа, выходящего после адсорберов-осушителей, конденсируют и отделяют капельную влагу, последовательно охлаждая газ в рекуперативном теплообменнике и аппарате воздушного охлаждения.

Метановую фракцию, подаваемую после огневого подогревателя на регенерацию адсорберов очистки от сернистых соединений, на входе в адсорберы смешивают с частью метановой фракции, отбираемой после компрессора турбодетандерного агрегата.

Энергию, вырабатываемую при расширении газа в детандере, используют для дожима отбензиненного газа (метановой фракции) до требуемого давления в компрессоре турбодетандерного агрегата.

На чертеже представлена принципиальная схема установки, позволяющая реализовать способ разделения попутного нефтяного газа.

Установка содержит линию 1 подачи исходного газа, сепараторы 2, 8, 12, адсорберы-осушители 3, фильтры 4, 22, теплообменники 5, 6, 7, 17, 21, 30, турбодетандерный агрегат с детандером 9 и дожимающим компрессором 14, насосы 13 и 26, деметанизатор со встроенным дефлегматором 11, кипятильники 16 и 29, аппараты воздушного охлаждения 18, 24, 32, 36, емкости 20 и 25, колонну стабилизации 23, адсорберы 19, огневой подогреватель 31, влагоотделитель 33, дроссельный вентиль 10, клапан 35 и линии: отвода отбензиненного газа (метановой фракции) 15, отвода жидких смеси пропана и бутана технических 27, бензина газового стабильного 28 и отвода сконденсированной влаги 34.

Попутный нефтяной газ высокого давления, содержащий преимущественно метан, а также ряд предельных и непредельных углеводородов с примесями азота, диоксида углерода и сернистых соединений, подают в систему разделения по линии 1 в сепаратор 2, где от него отделяют капельную жидкость и механические примеси. Поток газа из сепаратора 2 затем поступает на осушку в адсорберы-осушители 3. Далее осушенный газ проходит через одну из групп фильтров 4 для очистки от механических примесей и мелкодисперсной сорбентной пыли. Для обеспечения беспрерывной работы установлены две группы фильтров 4. Когда одна из них находится в работе, другая - на очистке или в резерве.

Осушенный и очищенный газ делят на два потока, которые охлаждают соответственно в теплообменниках 5 и 6. По выходе из этих теплообменников оба потока соединяются и поступают на дальнейшее охлаждение и частичную конденсацию в теплообменник 7. Сепарацию фаз по выходе потока газа из теплообменника 7 производят в сепараторе первой ступени 8, откуда газ направляют на расширение в турбодетандер 9, а жидкость через дроссельный вентиль 10 подают на объединение с потоком жидкости после второй ступени сепарации. Выходящий из турбодетандера 9 парожидкостный поток направляют в сепаратор второй ступени 12, откуда жидкую фазу отбирают насосом 13 и совместно с потоком жидкости, отводимой из сепаратора 8, подают в дефлегматор деметанизатора 11.

Рекуперация холода этого потока происходит последовательно в дефлегматоре деметанизатора 11, теплообменнике 6, а затем он вместе с потоком жидкости, выделенной в сепараторе 2, поступает в качестве потока питания в деметанизатор 11.

Верхний продукт деметанизатора 11 - отбензиненный газ (метановую фракцию) соединяют с потоком пара, отводимого из сепаратора 12, последовательно подогревают (рекуперируют холод ) в теплообменниках 7 и 5 и направляют в компрессор 14 турбодетандерного агрегата. После поджатия в компрессоре потока метановой фракции (потока отбензиненного газа) его частично используют для регенерации адсорберов-осушителей 3, а основной поток по линии 15 направляют в газопровод низкого давления.

В качестве теплоносителя в кипятильнике 16 используют насыщенный водяной пар, который подают в межтрубное пространство кипятильника 16 под давлением, обеспечивающим температуру, необходимую для процессов кипения в кипятильниках деметанизатора и колонны стабилизации.

Кубовый продукт деметанизатора 11 последовательно охлаждают в теплообменнике 17 и воздушном холодильнике 18 , а затем подают в адсорберы 19 для очистки от сернистых соединений. Выходящую из адсорберов 19 жидкость сливают в емкость 20. Жидкость, которую собирают в емкость 20, является исходным сырьем для получения двух целевых продуктов: смеси пропана и бутана технических (СПБТ) и бензина газового стабильного (СГБ).

Из емкости 20 жидкость направляют через одну из групп попеременно работающих фильтров 22 для очистки от пыли сорбентов и затем подогревают в теплообменниках 17 и 21.

Далее поток жидкости подают в колонну стабилизации 23, пар из верхней части которой полностью конденсируют в аппарате воздушного охлаждения 24, а образовавшуюся жидкость сливают в рефлюксную емкость 25. Из емкости 25 жидкость отбирают насосом 30 и подают частично в качестве флегмы на орошение колонны 23, а другую часть отводят из установки по линии 27 в виде готового продукта (СПБТ).

Кубовый продукт колонны 23, являющийся бензином газовым стабильным (СГБ), охлаждают в теплообменнике 21 и по линии 28 отводят из установки на склад готовой продукции.

Теплоносителем в кипятильнике 29 является насыщенный водяной пар тех же параметров, что и в кипятильнике 16.

Для регенерации адсорберов-осушителей 3, используемых для осушки исходного газа, из потока метановой фракции, выходящей после компримирования из компрессора 14 турбодетандерного агрегата, отбирают часть газа и направляют в адсорбер-осушитель, находящийся в режиме охлаждения. По выходе из него поток газа посылают в рекуперативный теплообменник 30, а затем направляют на нагрев в огневой подогреватель 31. Использование рекуперативного теплообменника 30 позволяет обеспечить более равномерную нагрузку на огневой подогреватель.

Нагретый до 300 - 350°С регенерационный газ разделяют на два потока, один из которых направляют на регенерацию адсорберов-осушителей 3, а другой - на регенерацию адсорберов 19. Поток регенерационного газа после адсорберов-осушителей 3 направляют на последовательное охлаждение в рекуперативный теплообменник 30 и аппарат воздушного охлаждения 32, после которого сконденсированную из этого потока влагу отделяют во влагоотделителе 33 и по линии 34 выводят из установки. Газ, отводимый из влагоотделителя 33, направляют в линию всасывания компрессора 14 турбодетандерного агрегата.

При регенерации адсорберов очистки от сернистых соединений 19 для обеспечения плавного повышения температуры газа на входе в адсорбер на линии горячего газа установлен смеситель (на чертеже не показан), в который через клапан 35 подают холодный газ, отбираемый после компрессора 14. Выходящий из адсорберов 19 поток газа после регенерации объединяют с потоком охлаждающего газа и направляют в аппарат воздушного охлаждения 36, а затем пропускают через емкость 20, где из этого потока отделяют капли углеводородного конденсата. Из емкости 20 поток газа возвращают на всасывание компрессора 14 турбодетандерного агрегата.

В таблице приведен средний состав перерабатываемого нефтяного попутного газа и целевых товарных продуктов, полученных при его разделении по предлагаемому способу.

Источники информации

1. Патент РФ № 2047061, кл. F 25 J 3/02, публ. 27.10.95.

2. Патент СССР № 1553018, кл. F 25 J 3/02 , публ. 23.03.90 (прототип).

Изобретение используется в газовой и нефтехимической промышленности. Способ разделения попутного нефтяного газа включает предварительную сепарацию исходной смеси, адсорбционную осушку, очистку от механических примесей, последовательное охлаждение в теплообменниках, первую ступень сепарации, расширение газовой фракции до промежуточного давления в турбодетандере, вторую ступень сепарации, разделение выделенного на первой и второй ступенях сепарации конденсата в деметанизаторе со встроенным дефлегматором с отводом из последнего отбензиненного газа (метановой фракции) и кубового продукта. Холод конденсата, выделенного из исходного газа в процессах предварительного охлаждения и детандирования, используют для создания флегмы в деметанизаторе и затем для предварительного охлаждения части исходного газа. Кубовый продукт, отводимый из деметанизатора, разделяют в колонне стабилизации с получением целевых жидких продуктов - смеси пропана и бутана технических и бензина газового стабильного. Использование изобретения позволит обеспечить эффективную адсорбционную осушку исходного газа и адсорбционную очистку кубового продукта, выводимого из деметанизатора, от сернистых соединений с использованием для регенерации части потока отбензиненного газа. 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ разделения попутного нефтяного газа, включающий предварительную сепарацию исходной смеси, адсорбционную осушку, очистку от механических примесей, последовательное охлаждение в теплообменниках, первую ступень сепарации, расширение газовой фракции до промежуточного давления в турбодетандере, вторую ступень сепарации, разделение выделенного на первой и второй ступенях сепарации конденсата в деметанизаторе со встроенным дефлегматором с отводом из последнего отбензиненного газа (метановой фракции) и кубового продукта, отличающийся тем, что холод конденсата, выделенного из исходного газа в процессах предварительного охлаждения и детандирования, используют для создания флегмы в деметанизаторе и затем для предварительного охлаждения части исходного газа, а кубовый продукт, отводимый из деметанизатора, разделяют в колонне стабилизации с получением целевых жидких продуктов - смеси пропана и бутана технических и бензина газового стабильного.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметры предварительного охлаждения исходного газа выбирают такими, чтобы диоксид углерода, находящийся в исходном газе, растворился в жидких углеводородах.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что конденсат после рекуперации его холода смешивают с потоком углеводородного конденсата, отводимого после предварительной сепарации исходного газа и направляют на разделение в деметанизатор.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что выходящий из колонны стабилизации пар конденсируют в аппарате воздушного охлаждения, а затем часть конденсата направляют с помощью насоса на орошение колонны стабилизации, а другую отводят в виде целевого продукта.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в деметанизаторе и колонне стабилизации в качестве теплоносителей используют насыщенный водяной пар одинаковых параметров, а образовавшийся паровой конденсат охлаждают в аппарате воздушного охлаждения.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть потока метановой фракции последовательно подогревают в рекуперативном теплообменнике и огневом подогревателе и используют для регенерации адсорберов-осушителей и адсорберов очистки от сернистых соединений.7. Способ по п.6, отличающийся тем, что адсорберы-осушители и адсорберы очистки от сернистых соединений после регенерации охлаждают потоком метановой фракции, отбираемой после компрессора турбодетандерного агрегата.8. Способ по п.6, отличающийся тем, что из потока регенерирующего газа, выходящего после адсорберов-осушителей, конденсируют и отделяют капельную влагу, последовательно охлаждая газ в рекуперативном теплообменнике и аппарате воздушного охлаждения, после чего его возвращают на всасывание компрессора турбодетандерного агрегата.9. Способ по п.6, отличающийся тем, что метановую фракцию, подаваемую после огневого подогревателя на регенерацию адсорберов очистки от сернистых соединений, на входе в адсорберы смешивают с частью метановой фракции, отбираемой после компрессора турбодетандерного агрегата.