СПОСОБ ПОДГОТОВКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2008 года по МПК F25J3/00 

Изобретение относится к способам подготовки углеводородного газа путем выделения из него воды и углеводородного конденсата. Оно может быть использовано в газовой, нефтяной и нефтехимической промышленности при подготовке углеводородных газов к транспорту и переработке.

Известен способ подготовки газа по авторскому свидетельству СССР №1245826, МПК: F25J 3/00, C10G 5/04, включающий ступенчатую сепарацию жидкости от газа, охлаждение газа между ступенями сепарации, дегазацию нестабильного конденсата после каждой ступени сепарации, противоточное контактирование конденсата со всех ступеней сепарации с газом, выходящим из последней ступени сепарации, и подачу газовой фазы, полученной после дегазации конденсата в нижнюю зону контакта.

Недостатком данного способа является низкая эффективность извлечения углеводородных компонентов С_3+в и необходимость наличия вместо низкотемпературного сепаратора аппарата колонного типа (абсорбера-сепаратора).

Известен способ подготовки газа по патенту РФ №2202079, МПК 7: F25J 3/00, включающий ступенчатую сепарацию жидкости от газа, охлаждение газа между ступенями сепарации, отделение углеводородного конденсата начальных ступеней сепарации, охлаждение его конденсатом последней низкотемпературной ступени сепарации и использование в качестве абсорбента. Конденсат начальных ступеней сепарации смешивают с газом, полученную смесь охлаждают и затем подают на последнюю низкотемпературную ступень сепарации. Давление газа перед смешиванием его с конденсатом начальных ступеней сепарации снижают на величину потерь давления конденсата начальных ступеней сепарации при его охлаждении.

Основным недостатком вышеизложенного способа является то, что в газовый поток подают весь углеводородный конденсат начальной ступени сепарации. Наличие большого количества жидкой фазы в газе ухудшает процесс расширения (дросселирования) последнего. В связи с тем, что углеводородный конденсат обладает высокой теплоемкостью, глубина охлаждения газа снижается и, как следствие, уменьшается выделение из него конденсируемых компонентов С_3+в. Для повышения извлечения компонентов С_3+в приходится увеличивать энергетические затраты в виде повышения перепада давления на расширительном устройстве путем повышения разрежения охлаждаемого газа. Большое количество конденсата и низкая плотность разреженного газа приводят к увеличению габаритов технологической аппаратуры (низкотемпературного сепаратора, теплообменного оборудования) и трубопроводов. Как следствие, повышаются общие массово-габаритные показатели всей установки, в которой реализуется данный способ.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности способа подготовки углеводородного газа путем увеличения выхода конденсируемых углеводородных компонентов С_3+в, снижения энергетических затрат и массово-габаритных показателей установки, в которой реализуется данный способ.

Технический результат достигается тем, что в способе подготовки углеводородного газа, включающем ступенчатую сепарацию, охлаждение газа между ступенями сепарации путем рекуперации и расширения, отделение углеводородного конденсата начальных ступеней сепарации, его охлаждение и использование в качестве абсорбента в потоке газа перед последней низкотемпературной ступенью сепарации, перед использованием в качестве абсорбента из углеводородного конденсата удаляют легкокипящие углеводородные компоненты и делят его на два потока, первый охлаждают и смешивают с расширенным низкотемпературным газом, а второй поток дегазируют и (или) деэтанизируют совместно с конденсатом последней низкотемпературной ступени сепарации, причем полученный в результате деэтанизации жидкий продукт используют для повышения молекулярной массы углеводородного конденсата в первом потоке.

Количество углеводородного конденсата в первом потоке поддерживают от 8% до 15% от общей массы.

Первый поток углеводородного конденсата охлаждают конденсированным воднометанольным раствором низкотемпературной ступени сепарации.

Легкокипящие углеводородные компоненты удаляют в поток расширенного газа после их охлаждения конденсатом низкотемпературной ступени сепарации.

Дегазацию производят с давлением, при котором молекулярная масса газовой фазы, выделяющейся из конденсата, соответствует молекулярной массе исходного газа или превышает ее.

Дегазацию и деэтанизацию производят с давлениями, при которых выделяемые газовые фазы эжектируют совместно или раздельно исходным углеводородным газом после его охлаждения и сепарации.

Удаление из углеводородного конденсата перед его использованием в качестве абсорбента легкокипящих углеводородных компонентов и деление на два потока, первый из которых охлаждают и смешивают с расширенным низкотемпературным газом, а второй поток дегазируют и (или) деэтанизируют совместно с конденсатом последней низкотемпературной ступени сепарации, позволяет оптимизировать гидрогазодинамические и термодинамические параметры процесса подготовки углеводородного газа, при этом:

- исключение жидкой фазы (углеводородного конденсата) в расширяющемся газе уменьшает энергетические затраты в виде снижения перепада давления газа на расширительном устройстве и приводит к повышению плотности расширившегося газа, что, в конечном итоге, уменьшает габариты технологической аппаратуры и трубопроводов;

- охлаждение первого потока углеводородного конденсата (обладающего большой теплоемкостью) уменьшает его энтальпию. За счет этого при последующем смешивании охлажденного конденсата с расширенным низкотемпературным газом компенсируется тепло, выделяемое при конденсации жидкости, и увеличивается выход из газа углеводородных компонентов С_3+в;

- дегазация и (или) деэтанизация второго потока углеводородного конденсата совместно с конденсатом последней низкотемпературной ступени сепарации позволяет использовать имеющуюся тепловую энергию для испарения из жидкой фазы легкокипящих углеводородных компонентов и уменьшить затраты привносимого извне тепла;

- повышение молекулярной массы углеводородного конденсата первого потока путем добавления в него жидкого продукта, получаемого после деэтанизации второго потока, приводит к повышению абсорбционных свойств этого конденсата и, как следствие (при последующем смешивании его с охлажденным газом), к увеличению выхода из газовой фазы углеводородных компонентов С_3+в.

Количество углеводородного конденсата в первом потоке от 8 до 15% от общей массы является оптимальным и достаточным для получения максимального выхода из охлажденного газа углеводородных компонентов С_3+в.

Охлаждение первого потока углеводородного конденсата водно-метанольным раствором, сконденсированным в низкотемпературной ступени сепарации, позволяет рекуперировать холод и снизить энергетические затраты на процесс подготовки газа.

Удаление легкокипящих углеводородных компонентов в поток расширенного газа после их охлаждения конденсатом низкотемпературной ступени сепарации также позволяет рекуперировать холод и снизить энергетические затраты на процесс подготовки газа.

Производство дегазации с давлением, при котором молекулярная масса газовой фазы, выделяющейся из конденсата, соответствует молекулярной массе исходного газа или превышает ее, позволяет увеличить в газе последней низкотемпературной ступени сепарации концентрацию углеводородных компонентов С_3+в и тем самым интенсифицировать процесс абсорбции их в жидкую фазу.

Производство дегазации и деэтанизации с давлениями, при которых выделяемые газовые фазы эжектируют совместно или раздельно исходным углеводородным газом после его охлаждения и сепарации, позволяет использовать энергию расширяющегося газа для производства работы на перемещение газовых фаз. При расширении газа с производством работы получается более глубокий холод, чем при простом его дросселировании. Это повышает количество выделяемого конденсата из расширяющегося газа в последней низкотемпературной ступени сепарации.

В совокупности эти технические приемы увеличивают выход конденсируемых углеводородных компонентов С_3+в, снижают энергетические затраты и массово-габаритные показатели установки, в которой реализуется данный способ, повышают эффективность последнего.

Из существующего уровня техники авторам не известны способы, в которых за счет приведенных признаков повышалась бы эффективность процесса низкотемпературной сепарации при подготовке углеводородного газа, снижались энергетические затраты и массово-габаритные показатели установки.

На чертеже представлена принципиальная схема установки для реализации предлагаемого способа подготовки углеводородного газа.

Установка для осуществления способа подготовки углеводородного газа содержит сепаратор первой ступени сепарации 1, сепаратор второй ступени сепарации 2, сепаратор последней низкотемпературной ступени сепарации 3, рекуперативные теплообменники 4, 5, 6, 7, расширительное устройство 8 со струйными аппаратами 9 и 10, дегазатор 11, выветриватель 12, установку деэтанизации 13.

Установка работает следующим образом.

В исходный многокомпонентный углеводородный газ (поток 14) для исключения гидратообразования вводят в жидком виде метанол (потоки 15, 16), который абсорбирует из газа водный компонент. Затем производят ступенчатую сепарацию жидкости (водного раствора метанола и углеводородного конденсата) от газа в сепараторах 1, 2 и 3. Охлаждают газ между ступенями сепарации в рекуперативном теплообменнике 4 и расширительном устройстве 8, удаляют жидкую фазу (потоки 17, 18, 19, 20) из сепараторов 1, 2, 3.

Перед подачей в качестве абсорбента из углеводородного конденсата первых ступеней сепарации (потоки 17 и 18) удаляют в дегазаторе 11 легкокипящие углеводородные компоненты (поток 21), затем полученный углеводородный конденсат делят на два потока (поток 22 и поток 23).

Первый (поток 22) охлаждают в рекуперативном теплообменнике 6 и смешивают с расширенным низкотемпературным газом (поток 24).

Второй (поток 23) дегазируют в выветривателе 12 и (или) деэтанизируют в установке 13 совместно с конденсатом (поток 20) последней низкотемпературной ступени сепарации (сепаратор 3).

Молекулярную массу углеводородного конденсата первого потока (поток 22) повышают, добавляя в него жидкий продукт (поток 25), полученный в процессе деэтанизации в установке 13.

Количество углеводородного конденсата в первом потоке (22) поддерживают от 8% до 15% от общей массы.

Первый поток углеводородного конденсата (поток 22) охлаждают в рекуперативном теплообменнике 6 конденсированным водно-метанольным раствором (поток 19).

Легкокипящие углеводородные компоненты (поток 21) удаляют в поток расширенного газа (поток 24) после их охлаждения в теплообменнике 7 конденсатом (поток 20).

Дегазацию в выветривателе 12 производят с давлением, при котором молекулярная масса газовой фазы (поток 26), выделяющейся из конденсата, соответствует молекулярной массе исходного потока газа (поток 14) или превышает ее.

Дегазацию в выветривателе 12 и деэтанизацию в установке 13 производят с давлениями, при которых выделяемые газовые фазы (потоки 26, 27) эжектируют совместно или раздельно в струйных аппаратах 9, 10 исходным углеводородным газом (поток 28) после его охлаждения в рекуперативном теплообменнике 4 и проведения сепарации в сепараторе 2 второй ступени сепарации.

Подготовленный газ (поток 29) после низкотемпературной сепарации в сепараторе 3 и рекуперации холода в теплообменниках 4 и 5 подают потребителю.

ПРИМЕР

Исходный газ (поток 14), состоящий из компонентов, концентрация которых в мас.% N₂ - 0,97; CO₂ - 1,77; CH₄ - 65,83; С₂Н₆ - 3,16; С₃Н₈ - 11,83; iC₄H₁₀ - 3,56; nC₄Н₁₀ - 5,38; С₅Н₁₂ - 2,02; С₆Н₁₄ - 2,5; С₁₀Н₂₂ - 2,35, имеющий давление 11,10 МПа, температуру 32°С, и содержащий в дисперсном виде углеводородный конденсат порядка 150 г/ кг и пары воды, подают в количестве 50,4 т/ч (54,3 тыс.м³/ч) в установку, принципиальная схема которой представлена на чертеже, для подготовки к транспорту.

В исходный газ (поток 14) для исключения гидратообразования вводят в жидком виде метанол (потоки 15, 16), имеющий концентрацию 97%, который абсорбирует из газа водный компонент. В сепараторе 1 от газа отделяют в основном водно-метанольный раствор в количестве 1,7 т/ч и углеводородный конденсат в количестве 6,48 т/ч (поток 17). Затем газ охлаждают в рекуперативном теплообменнике 4 до минус 8°С и расширительном устройстве 8 до 43°С. Удаляют жидкую фазу из сепараторов 2 и 3. При этом потоки 18, 19 и 20 имеют, соответственно, расходы водно-метанольного раствора 3,1 т/ч; 2,37 т/ч; 0,03 т/ч; углеводородного конденсата 2,8 т/ч; 0,02 т/ч; 14,1 т/ч; температуру минус 8; 40; 40°С и давление 11,0; 3,0; 3,0 МПа.

Углеводородный конденсат поток 22, охлажденный в рекуперативном теплообменнике 6 до температуры минус 28°С, подают в качестве абсорбента с расходом 1,17 т/ч в поток 24 газа перед последней низкотемпературной ступенью сепарации в сепараторе 3.

Углеводородный конденсат (поток 23), имеющий температуру 12°С и расход 6,63 т/ч, дегазируют в выветривателе 12 и (или) деэтанизируют в установке 13 совместно с конденсатом (поток 20) низкотемпературной ступени сепарации.

Причем в углеводородном конденсате первых ступеней сепарации перед их разделением на два потока (потоки 17 и 18) повышают молекулярную массу углеводородного конденсата, удаляя из него в дегазаторе 11 легкокипящие углеводородные компоненты CH₄; С₂Н₆ (поток 21).

Дополнительно повышают молекулярную массу углеводородного конденсата, используемого в качестве абсорбента, добавляя в поток 22 жидкий продукт (поток 25), получаемый после деэтанизации в установке 13 второго потока 23 углеводородного конденсата.

Легкокипящие углеводородные компоненты (поток 21) удаляют в поток 24 расширенного газа после их охлаждения до температуры 30°С в рекуперативном теплообменнике 7 конденсатом (поток 20) низкотемпературной ступени сепарации (сепаратор 3).

Дегазацию в выветривателе 12 производят с давлением 2,8 МПа, при котором молекулярная масса газовой фазы (поток 26), выделяющейся из конденсата, соответствует молекулярной массе исходного газа (поток 14) или превышает ее.

Дегазацию в выветривателе 12 и деэтанизацию в установке 13 производят с давлениями, соответственно, 2,8 МПа и 2,4 МПа, при которых выделяемые газовые фазы (потоки 26, 27) эжектируют совместно или раздельно в струйных аппаратах 9, 10 до давления 7,5 МПа исходным углеводородным газом (поток 28).

Подготовленный газ после низкотемпературной сепарации в сепараторе 3 (поток 29) после рекуперации холода в теплообменниках 4 и 5 с температурой 16°С и давлением 7,5 МПа подают потребителю.

Результаты сравнительных расчетов предложенного способа подготовки газа и известного по патенту РФ №2202079 на одинаковые исходные условия показали, что выход продуктов составляет:

- для предложенного способа:

подготовленного газа 35,875 т/ч и отправленного потребителю с давлением 7,5 МПа; углеводородного конденсата - 23,4 т/ч; при этом процесс низкотемпературной сепарации протекает при давлении 3,0 МПа с температурой 43°С;

- для способа, известного по патенту РФ №2202079:

подготовленного газа 37,9 т/ч и отправленного потребителю с давлением 2,8 МПа; углеводородного конденсата - 21,375 т/ч; при этом процесс низкотемпературной сепарации протекает с давлением 2,6 МПа с температурой 40°С.

Таким образом, предложенный способ позволил добиться повышения эффективности подготовки углеводородного газа путем увеличения выхода конденсируемых углеводородных компонентов С_3+в, снижения энергетических затрат и массово-габаритных показателей установки, в которой реализуется данный способ.

Способ подготовки углеводородного газа относится к способам подготовки углеводородного газа путем выделения из него воды и углеводородного конденсата, может быть использован в газовой, нефтяной и нефтехимической промышленности, при подготовке углеводородных газов к транспорту и переработке. Способ включает ступенчатую сепарацию, охлаждение газа между ступенями сепарации путем рекуперации и расширения, отделение углеводородного конденсата начальных ступеней сепарации, его охлаждение и использование в качестве абсорбента в потоке газа перед последней низкотемпературной ступенью сепарации. Перед использованием в качестве абсорбента из углеводородного конденсата удаляют легкокипящие углеводородные компоненты и делят его на два потока, первый охлаждают и смешивают с расширенным низкотемпературным газом, а второй поток дегазируют и (или) деэтанизируют совместно с конденсатом последней низкотемпературной ступени сепарации, причем полученный в результате деэтанизации жидкий продукт используют для повышения молекулярной массы углеводородного конденсата в первом потоке. Использование изобретения позволит повысить эффективность подготовки углеводородного газа путем увеличения выхода конденсируемых углеводородных компонентов С_3+в, снижения энергетических затрат и массово-габаритных показателей установки, в которой реализуется данный способ. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ подготовки углеводородного газа, включающий ступенчатую сепарацию, охлаждение газа между ступенями сепарации путем рекуперации и расширения, отделение углеводородного конденсата начальных ступеней сепарации, его охлаждение и использование в качестве абсорбента в потоке газа перед последней низкотемпературной ступенью сепарации, отличающийся тем, что перед использованием в качестве абсорбента из углеводородного конденсата удаляют легкокипящие углеводородные компоненты и делят его на два потока, первый охлаждают и смешивают с расширенным низкотемпературным газом, а второй поток дегазируют и (или) деэтанизируют совместно с конденсатом последней низкотемпературной ступени сепарации, причем полученный в результате деэтанизации жидкий продукт используют для повышения молекулярной массы углеводородного конденсата в первом потоке.2. Способ подготовки углеводородного газа по п.1, отличающийся тем, что количество углеводородного конденсата в первом потоке поддерживают от 8 до 15% от общей массы.3. Способ подготовки углеводородного газа по п.1, отличающийся тем, что первый поток углеводородного конденсата охлаждают конденсированным воднометанольным раствором низкотемпературной ступени сепарации.4. Способ подготовки углеводородного газа по п.1, отличающийся тем, что легкокипящие углеводородные компоненты удаляют в поток расширенного газа после их охлаждения конденсатом низкотемпературной ступени сепарации.5. Способ подготовки углеводородного газа по п.1, отличающийся тем, что дегазацию производят с давлением, при котором молекулярная масса газовой фазы, выделяющейся из конденсата, соответствует молекулярной массе исходного газа или превышает ее.6. Способ подготовки углеводородного газа по п.1, отличающийся тем, что дегазацию и деэтанизацию производят с давлениями, при которых выделяемые газовые фазы эжектируют совместно или раздельно исходным углеводородным газом после его охлаждения и сепарации.