СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2010 года по МПК F25J3/02 

Область, к которой относится изобретение

Данное изобретение предусматривает извлечение углеводородов, которые тяжелее, чем метан, из сжиженного природного газа (СПГ) и, в частности, относится к двухстадийному процессу выделения, когда С₂₊ углеводороды, извлеченные на первой стадии выделения, расщепляются и часть нагревается перед поступлением на вторую стадию выделения, что способствует извлечению более тяжелых, чем метан, углеводородов.

Предпосылки создания изобретения

Природный газ обычно содержит до 15 об.% углеводородов, более тяжелых, чем метан. Таким образом, природный газ обычно разделяется с получением газообразной фракции, пригодной для трубопроводов, и менее летучей жидкой углеводородной фракции. Эти ценные жидкие компоненты природного газа (КПГ) состоят из этана, пропана, бутана и небольших количеств других тяжелых углеводородов. В некоторых случаях, как альтернатива передачи газа по трубопроводу, природный газ в отдаленных областях сжижают и транспортируют в особых танкерах для СПГ в соответствующие терминалы для обработки и хранения СПГ. Затем СПГ можно снова подвергнуть выпариванию и применять в качестве газообразного топлива так же, как природный газ. Так как СПГ состоит, по меньшей мере, из 80 мол.% метана, часто является необходимым отделение метана от более тяжелых углеводородов природного газа, чтобы соответствовать требованиям, предъявляемым к нагреванию при передаче по трубопроводу. Кроме того, желательно извлечь КПГ, так как его компоненты имеют большую ценность в виде жидких продуктов, когда они применяются как исходные химические продукты из нефтяного сырья, по сравнению с их ценностью в виде газообразного топлива.

КПГ обычно выделяют из потоков СПГ многими хорошо известными способами, включая адсорбцию «десорбированного масла», абсорбцию охлажденного «десорбированного масла» и конденсацию при криогенных температурах. Хотя известны многие способы, всегда существует компромисс между высокой степенью выделения и простотой процесса (а именно, низкой стоимостью). Наиболее распространенный способ извлечения КПГ из СПГ состоит в закачивании насосом и выпаривании СПГ и затем повторном направлении полученной газовой среды на осуществление типичного промышленного криогенного процесса выделения КПГ турборасширительного типа. Такой процесс требует большого падения давления через турбодетандер или клапан Джоуля-Томпсона для создания криогенных температур. Кроме того, такие известные способы обычно требуют, чтобы полученная газовая среда после экстракции LPG сжималась для достижения давления перед стадией расширения. Альтернативы этому стандартному способу известны, и два таких способа описаны в патентах США №5588308 и 5114457. Процесс выделения КПГ, описанный в патенте №5588308, использует аутоохлаждение и инжегрированный теплообмен вместо внешнего охлаждения турбоэкспандеров для исходного сырья. Этот способ требует, однако, чтобы исходные СПГ имели комнатную температуру и предварительно были обработаны для удаления воды, кислых газов и других примесей. Способ, описанный в патенте №5114457, предусматривает выделение КПГ из исходных СПГ, которые были нагреты за счет теплообмена со сжатой частью головной фракции. Баланс головного погона, состоящий из остаточного газа, обогащенного метаном, подвергается сжатию и нагревается для введения в системы распределения трубопровода.

Данное изобретение предусматривает другой альтернативный способ выделения КПГ, который позволяет получить при низком давлении жидкий поток, обогащенный метаном, который может быть направлен к основным насосам отвода СПГ, когда этот продукт может быть закачан насосами в трубопровод под давлением и может быть направлен в основные выпариватели СПГ. Более того, данное изобретение использует двухстадийный процесс разделения, когда С₂₊ углеводороды, выделенные на первой стадии разделения, разделяются и часть нагревается перед поступлением на вторую стадию разделения, чтобы облегчить выделение углеводородов, более тяжелых, чем метан, как описано ниже в описании и формуле изобретения.

Сущность изобретения

Как уже указывалось, изобретение направлено на усовершенствованный способ выделения КПГ из СПГ, который помогает избежать необходимости дегидратации, удаления кислых газов и других примесей. Другое преимущество данного процесса состоит в том, что он позволяет значительно снизить количество общей энергии и требования к топливу, так как требования к сжатию остаточного газа, связанные с типичной установкой выделения КПГ, устраняются. Данный способ также не требует большого падения давления в турбодетандере или клапане Джоуля-Томпсона для получения криогенных температур. Это позволяет уменьшить капитальные вложения на 30-50% по сравнению с применением типичной установки криогенного выделения КПГ.

В общем, способ по изобретению позволяет выделить углеводороды, более тяжелые, чем метан, с применением сжиженного природного газа низкого давления (например, непосредственно из системы хранения СПГ) и двухстадийного процесса выделения, когда С₂₊ углеводороды выделяются на первой стадии разделения (выделения), разделяются и часть нагревается перед поступлением на вторую стадию разделения, а другая часть применяется как поток флегмы на второй стадии разделения. Это помогает выделить углеводороды, которые тяжелее метана, при этом достигается высокий выход КПГ. Обогащенный C₁-C₂ поток, выделенный в виде головного погона, на второй стадии разделения возвращается в цикл на первую стадию разделения с получением потока, обогащенного метаном.

Этот поток, обогащенный метаном, с первой стадии разделения направляется в сторону всасывания компрессора с низкой температурой, малым напором для повторного сжижения потока, обогащенного метаном. Эти вновь сжиженные СПГ затем разделяются; часть применяется в качестве второй флегмы на первой стадии разделения, а оставшаяся часть направляется к основным насосам отвода СПГ.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена схематическая диаграмма одного варианта данного изобретения.

Подробное описание изобретения

Жидкие компоненты природного газа выделяются из сжиженного природного газа (СПГ) низкого давления при отсутствии необходимости внешнего охлаждения и турбодетандеров для исходного сырья, используемых в известных способах. Как показано на чертеже, процесс 100 предусматривает подачу исходного потока СПГ 1 в насос 2 при очень низком давлении, обычно в интервале 0-5 ф/дюйм², и при температуре менее 200°F. Насос 2 может быть любым насосом, обычно используемым для перекачки СПГ, при условии, что он способен повысить давление СПГ на несколько сотен футов до величины, равной примерно 100-500 ф/дюйм², предпочтительно, находящейся в интервале 300-350 ф/дюйм². Полученный поток 3 из насоса 2 физически подается в холодильный резервуар 4, где он обменивается теплом с остаточным газом, практически не содержащим КПГ, полученным при выходе из компрессора 8 на линии 9. В этих условиях, когда в холодильном резервуаре 4 необходимо охлаждение, для увеличения охлаждающей способности может быть использована внешняя охлаждающая линия 32. Хотя точная природа внешнего охлаждающего агента не является критичной, наиболее удобно применять поток СПГ с высоким давлением. Нагретый поток исходного СПГ удаляется из холодильного резервуара 4 в виде потока 5.

После нагрева и частичного испарения СПГ в виде потока 5 может быть дополнительно нагрет, если это необходимо, в начале процесса при помощи возможного теплообменника (не показан) и затем направлен в первый сепаратор или регенерационную колонну 6. Сепаратор 6 может включать один процесс разделения или ряд приспособлений для нескольких операций, обычно применяемых для выделения фракций исходного СПГ. Внутренняя конфигурация конкретного(-ых) сепаратора(-ов) является обычным предметом инженерного конструирования и не является решающей для данного изобретения. Поток 5 разделяется в сепараторе 6 на нижний отстой 11, обогащенный КПГ, который удаляется насосом 12, и поток 13. Поток 13 делится на две части с получением потоков 14 и 15. Относительные количества потоков 14 и 15 зависят от желаемого количества выделяемого этана и состава исходного СПГ. Предпочтительно, чтобы в потоке 14 содержалось 15-85% и в потоке 15 15-85% продукта. Поток 14 в конце концов нагревается перед направлением по линии 31 в этаноотгонную колонну 16. Предпочтительный способ нагревания потока 14 состоит в возвращении его в холодильный резервуар 4, где происходит теплообмен со сжатыми СПГ из потока 9. Поток 15 используется непосредственно в виде флегмы в этаноотгонной колонне 16 для повышения степени выделения желаемых тяжелых компонентов. Этаноотгонная колонна 16 может нагреваться кипятильником у основания колонны или расположенным сбоку кипятильником 27.

Отгон 17, обогащенный метаном, удаляется из этаноотгонной колонны 16 и направляется в регенерационную башню 6. Направление этого отгона назад в колонну позволяет выделить этан и тяжелые компоненты, содержащиеся в этом потоке. Поток 19 выделенного КПГ удаляется из этаноотгонной колонны 16 и направляется на хранение КПГ или перекачивается в трубопровод КПГ или в ректификационную колонну (не показана). Отогнанный поток 7, богатый метаном и практически не содержащий КПГ, удаляется из сепаратора 6 и подается в низкотемпературный компрессор 8 с малым напором, где он образует сжатый поток СПГ 9. Компрессор 8 нужен для создания достаточного повышения давления с тем, чтобы выходящий из него поток 9 сохранял адекватную разницу температур в основном теплообменнике для газа (холодильном резервуаре) 4 для образования вновь ожиженного потока, обогащенного метаном (СПГ) 10. Компрессор 8 сконструирован так, чтобы можно было достичь предельного давления, равного примерно 75-115 ф/дюйм², предпочтительно, при повышении давления от примерно 300 ф/дюйм² до примерно 350-425 ф/дюйм². Повторно ожиженный, обогащенный метаном (СПГ) в потоке 10 делится на две части, образующие потоки 30 и 33. Поток 30 используется как внешняя флегма для сепаратора 6. Эта флегма необходима для достижения очень высоких степеней выделения этана. Соотношение потоков 30 и 33 зависит от исходного состава СПГ и требуемого количества выделяемого этана. Предпочтительно, чтобы поток 3 составлял 2-10% и поток 30 составлял 90-98%. Вновь сжиженные обогащенные метаном СПГ в потоке 33 направляются в основные насосы для выгрузки СПГ (не показаны), где жидкость закачивается в трубопровод под давлением и в конце концов направляется в основные выпариватели СПГ.

Как очевидно для специалистов в данной области, конкретные конструкции теплообменников, насосов, компрессоров и сепараторов не являются критическими для данного изобретения. В действительности рутинное инженерное проектирование поможет выбрать и изготовить конкретные узлы для получения нужного результата.

Данное изобретение основывается на уникальном сочетании работы установок и применении необработанного СПГ в качестве внешней флегмы для достижения высокоэффективного разделения для выделения КПГ.

Хотя выше описаны предпочтительные варианты изобретения, специалисты в данной области знают, что могут быть осуществлены другие и дополнительные модификации, например для адаптации данного изобретения к различным условиям, типу исходного сырья или другим требованиям, не выходя за рамки настоящего изобретения, объем которого определяется следующей ниже формулой изобретения.

Способ выделения углеводородов, являющихся более тяжелыми, чем метан, из сжиженного природного газа (СПГ) включает закачивание насосом жидкого СПГ низкого давления в зону с давлением, превышающим 100 ф/дюйм², направление сжатого жидкого СПГ в холодильный резервуар, где происходит его теплообмен с целью повышения его температуры, направление нагретого жидкого СПГ под давлением в сепаратор, где в комбинации с первой и второй флегмой получается отгоняемый продукт разделения вместе с нижним отстоем, сжатие нижнего отстоя из сепаратора и затем разделение этого сжатого продукта на первую и вторую части, направление первой части нижнего отстоя в этаноотгонную колонну в виде потока флегмы, нагревание второй части сжатого нижнего отстоя из сепаратора путем направления этой второй части в холодильный резервуар, направление нагретой второй части сжатого нижнего отстоя из сепаратора в этаноотгонную колонну, удаление углеводородов, которые являются более тяжелыми, чем метан, в качестве отстоя из этаноотгонной колонны, направление погона из этаноотгонной колонны в качестве второй порции сырья в сепаратор, удаление погона из сепаратора и сжатие этого погона перед введением в холодильный резервуар и теплообменом со сжатым жидким СПГ с получением вновь сжиженного сжатого СПГ и выделение части вновь сжиженного сжатого СПГ с целью использования его в качестве первой флегмы. Техническим результатом являются снижение энергозатрат и уменьшение капитальных вложений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ выделения углеводородов, являющихся более тяжелыми, чем метан, из сжиженного природного газа (СПГ), включающий:
а) закачивание насосом жидкого СПГ низкого давления в зону с давлением, превышающим 100 ф/дюйм²;
б) направление сжатого жидкого СПГ со стадии а) в холодильный резервуар, где происходит его теплообмен с целью повышения его температуры;
в) направление нагретого жидкого СПГ под давлением со стадии б) в сепаратор, где в комбинации с первой и второй флегмами получается отгоняемый продукт разделения вместе с нижним отстоем;
г) сжатие нижнего отстоя из сепаратора и затем разделение этого сжатого продукта на первую и вторую части;
д) направление первой части нижнего отстоя в этаноотгонную колонну в виде потока флегмы;
е) нагревание второй части сжатого нижнего отстоя из сепаратора путем направления этой второй части в холодильный резервуар;
ж) направление нагретой второй части сжатого нижнего отстоя из сепаратора в этаноотгонную колонну;
з) удаление углеводородов, которые являются более тяжелыми, чем метан, в качестве отстоя из этаноотгонной колонны;
и) направление погона из этаноотгонной колонны в качестве второй порции сырья в сепаратор;
к) удаление погона из сепаратора и сжатие этого погона перед введением в холодильный резервуар и теплообменом со сжатым жидким СПГ с получением вновь сжиженного сжатого СПГ и
л) выделение части вновь сжиженного сжатого СПГ с целью использования его в качестве первой флегмы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает подачу внешнего охлаждающего агента для холодильного резервуара.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что он дополнительно включает применение потока СПГ высокого давления в качестве внешнего охлаждающего агента для холодильного резервуара.