СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ АЗОТА ОТ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2012 года по МПК F25J3/02 

Изобретение относится к способу отделения фракции, обогащенной N₂, от фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, в частности, от сжиженного природного газа, причем фракция, обогащенная сжиженными углеводородами, после ее сжижения и переохлаждения подводится к отгоночной колонке, которая служит для отделения фракции, обогащенной N₂.

Родственные способы отделения фракции, обогащенной N₂, от фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, применяются, в частности, при сжижении природного газа. Сжиженный природный газ (ЖПГ), полученный способом сжижения согласно уровню техники, должен обычно иметь содержание азота всего максимум 1 об.%. Если содержание азота лежит выше этого предельного значения, то, как правило, требуется отделение недопустимого количества азота от сжиженного природного газа.

Такое отделение азота проводят обычно путем сброса давления сжиженного под давлением природного газа, причем за счет подходящего выбора начального состояния (в том, что касается температуры и давления сжиженного природного газа) перед сбросом давления и давления после сброса достигается направленная дегазация сжиженного природного газа. Через образующуюся при этом газовую фазу отводится нежелательный в жидкой фазе (под которой подразумевают желаемый ЖПГ-продукт) азот.

Однако при таком образе действий проблема состоит в том, что в зависимости от равновесия кипения будет нежелательно высоким количество удаляемого с азотом метана. Чтобы устранить этот недостаток, применяются родственные способы отделения азота от сжиженного природного газа, при которых благодаря установке отгоночной колонки можно селективно удалить азот и одновременно можно снизить нежелательные потери метана в обогащенной азотом фракции, из которой удаляется азот. О таком соответствующем уровню техники способе выделения обогащенной азотом фракции из фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, смотрите, например, патент US 5893274.

При вышеназванном способе фракция, обогащенная сжиженными углеводородами, после сброса в ней давления подается в две фазы в верхнюю часть отгоночной колонки. Куб отгоночной колонки с обогащенной сжиженными углеводородами фракцией перед сбросом в ней давления нагревается косвенным теплообменом через ребойлер или кипятильник. Накаливающаяся в кубе отгоночной колонки жидкая фракция представляет собой желаемый ЖПГ-продукт, а отбираемая после этого в верхней части отгоночной колонки обогащенная азотом газовая фракция применяется, как правило, в качестве горючего газа.

Однако недостатком такого способа является то, что необходим теплообменник или ребойлер, который служит для обогрева куба отгоночной колонки. Этот куб, в частности, в нестационарных условиях, таких как пуск процесса отгонки или выход установки из строя, испытывает высокие термические нагрузки. Если происходит отказ этого узла, то это, как правило, приводит к полному простою установки, который может затянуться на недопустимо долгое время, вплоть до нескольких недель.

Задачей настоящего изобретения является указать родственный способ отделения фракции, обогащенной N₂, от фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, который устраняет вышеуказанные недостатки.

Для решения этой задачи предлагается родственный способ отделения фракции, обогащенной N₂, от фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, который отличается тем, что первая порция фракции, обогащенная сжиженными углеводородами, подается в отгоночную колонку как флегма, тогда как вторая порция, обогащенная сжиженными углеводородами фракции, подается в куб отгоночной колонки, причем вторая порция фракции, обогащенная сжиженными углеводородами, под сжижающим давлением обладает более высокой температурой, чем первая порция фракции, обогащенная сжиженными углеводородами.

Согласно изобретению после этого порция фракции, обогащенная сжиженными углеводородами, сама служит для обогрева куба отгоночной колонки. Это делает ненужным установку дополнительного теплообменника или ребойлера, как это требуется в уровне техники. Все связанные с этим узлом недостатки устраняются благодаря способу по изобретению. Однако недостатком способа по изобретению является то, что незначительно повышается расход энергии на выбранном процессе сжижения.

Другие предпочтительные воплощения способа по изобретению для отделения фракции, обогащенной N₂, от фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, которые являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения, отличаются тем, что

- первая и/или вторая порция фракции, обогащенная сжиженными углеводородами, перед подачей в отгоночную колонку подвергается сбросу давления, предпочтительно сбросу давления в жидкостном детандере,

- разность температур между первой и второй порциями фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, перед сбросом давления до давления отгоночной колонки составляет от 40 до 100°C, предпочтительно от 60 до 80°C,

- первая порция фракции, обогащенная сжиженными углеводородами, вводимая в отгоночную колонку как флегма, имеет содержание газа не более 80 об.%, типично паросодержание после сброса давления - 20 об.%, предпочтительно 10 об.%,

- количественное соотношение между первой и второй порциями подаваемой в отгоночную колонку фракции, обогащенной углеводородами, может меняться, и

- дополнительно ко второй порции фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, в куб отгоночной колонки вводится по меньшей мере один следующий поток, обогащенный метаном или азотом.

Далее способ по изобретению для отделения фракции, обогащенной N₂, от фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, а также другие его воплощения будут подробнее пояснены посредством представленного на фигуре примера способа.

Сжижаемый обогащенный углеводородами поток, далее обозначаемый как природный газ (поток), находящийся под давлением от 30 до 120 бар, проводится по линии 1 на процесс сжижения. Этот процесс сжижения показан на фигуре исключительно в схематической форме, а именно в форме областей двух теплообменников E1 и E2, а также черного ящика R, который означает компоненты одного или нескольких контуров хладагента или смеси хладагентов. В принципе, способ по изобретению может комбинироваться со всеми известными способами сжижения.

В показанном на фигуре варианте реализации способа по изобретению в теплообменнике E1 происходит сжижение, а при необходимости также незначительное переохлаждение сжижаемого потока природного газа посредством потока хладагента (смеси хладагентов), который проводится по линии 4 через теплообменник E1. Поскольку природный газ является сверхкритическим (это имеет место в зависимости от состава природного газа, начиная с давления примерно 60 бар), то, строго говоря, больше не происходит никакого сжижения и переохлаждения, а происходит скорее повышение плотности в результате охлаждения.

Сжиженный и при необходимости немного переохлажденный поток природного газа отбирается по линии 1' из теплообменника E1 и делится на два парциальных потока 2 и 3.

Первая порция потока охлаждается в теплообменнике E2 потоком хладагента (смеси хладагентов) 5, подводимым по линии 5 через теплообменник E2, и его давление снижается в жидкостном детандере X1, производя холод, и затем по линии 2' подается в верхнюю часть отгоночной колонки S как флегма. Отгоночная колонка S обычно работает в диапазоне давлений от 1,0 до 2,0 бар, предпочтительно от 1,0 до 1,3 бар.

Вторая порция потока сжиженного и при необходимости немного охлажденного природного газа подается по линии 3 в жидкостной детандер X2, в котором его давление снимается, производя холод, и затем по линии 3' вводится в куб отгоночной колонки S. Вышеуказанный детандер X2 при необходимости может быть выполнен как так называемый двухфазный детандер, в котором текучая среда на выходе является двухфазной.

Вышеуказанные детандеры X1 и X2 могут устанавливаться факультативно. Если оба или один из этих детандеров не предусмотрены, то в типичном случае в линии 2 и 3 вводятся клапаны a и b сброса давления, с помощью которых давление подводимых в отгоночную колонку S парциальных потоков сбрасывается до давления отгоночной колонки S. Отказ от этих клапанов a и b сброса давления при одновременном отказе от вышеуказанных детандеров X1 и X2 был бы допустим в том случае, если парциальные потоки, подводимые по линиям 2 и 3 в отгоночную колонку S, уже находились бы под давлением, царящим в отгоночной колонке S.

Разность температур между первой и второй порциями потоков, подводимых в отгоночную колонку S, потоков природного газа составляет, перед сбросом их давления, от 40 до 100°C, предпочтительно от 60 до 80°C. Параметры давления и температуры подводимого в куб отгоночной колонки S второго парциального потока природного газа следует выбирать так, чтобы этот парциальный поток после сброса давления до давления отгоночной колонки S был двухфазным. Благодаря этому можно использовать газовую фазу как технологический пар для отгоночной колонки S.

Регулированием количественного соотношения между двумя парциальными потоками природного газа 2/2' и 3/3', а также их паросодержания после сброса их давления до давления отгоночной колонки S можно достичь желаемой отгонки азота из ЖПГ-продукта, получаемого в кубе отгоночной колонки S. Одновременно этим образом действий можно, как и ранее, регулировать или устанавливать содержание метана в головном продукте отгоночной колонки S.

ЖПГ-продукт отбирается из куба отгоночной колонки S по линии 6 и подается, например, в ЖПГ-хранилище T. Из него он может насосом P по линии 7 подаваться на танкер С для перевозки ЖПГ.

Обогащенная азотом фракция, отбираемая с верхней части отгоночной колонки S по линии 9, обычно сжимается в одну или несколько ступеней до желаемого давления выгрузки и по линии 10 подводится для дальнейшего применения, например, в качестве горючего газа.

Сжатие V предпочтительно проводится с помощью компрессора, всасывающего холодный газ. Применение компрессора, всасывающего холодный газ, позволяет установить давление отгоночной колонки S близким атмосферному давлению без опасности при этом так называемого прорыва кислорода в отводимую по линии 9 фракцию, обогащенную азотом, чего следовало бы опасаться при нагревании обогащенной азотом фракции, отбираемой по линии 9, из-за потери ее давления.

В предпочтительном способе применяемый для сжатия компрессор V имеет регулируемую впускную лопатку. Это делает возможным широкий диапазон нагрузки, без необходимости возврата газа, который мог бы быть осуществлен по линии 11. Обогащенная азотом фракция, вводимая по линии 11 в куб отгоночной колонки S, представляет собой так называемую фракцию для защиты от пульсаций.

Испарившийся газ, образующийся при загрузке танкера С для перевозки ЖПГ, также может по линии 12 подаваться в куб отгоночной колонки S и/или возвращаться по линиям 12 и 8 в ЖПГ-хранилище T. Кроме того, скапливающийся в ЖПГ-хранилище T испарившийся газ может по линиям 8 и 12 подводиться в куб отгоночной колонки S. Таким образом, вышеуказанные подаваемые в куб отгоночной колонки S фракции могут, вместе со вторым парциальным потоком сжиженного природного газа, использоваться для процесса отгонки.

Обычно в линии 8 должна предусматриваться воздуходувка G, показанная на фигуре пунктиром, с помощью которой испарившийся газ, образующийся в ЖПГ-хранилище T, проводится в куб отгоночной колонки S. Отказ от такой воздуходувки возможен тогда, когда отгоночная колонка S может располагаться достаточно высоко над ЖПГ-хранилищем T, так что, хотя давление в ЖПГ-хранилище T может быть выше, чем в кубе отгоночной колонки S, однако установка насоса в линии 6 не требуется.

Описан способ отделения фракции, обогащенной N₂, от фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, в частности, от сжиженного природного газа, при котором фракция, обогащенная сжиженными углеводородами, после ее сжижения и переохлаждения проводится на отгоночную колонку, которая служит для отделения фракции, обогащенной N₂. Согласно изобретению, первый (2, 2') парциальный поток фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, подается в отгоночную колонку (S) как флегма, тогда как второй парциальный поток (3, 3') фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, подается в куб отгоночной колонки (S), причем второй (2, 2') парциальный поток фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, имеет более высокую температуру, чем первый (2, 2') парциальный поток фракции, обогащенной сжиженными углеводородами. Использование изобретения позволит повысить стабильность работы установки. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ отделения фракции, обогащенной N₂, от фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, в частности, от сжиженного природного газа, причем фракция, обогащенная сжиженными углеводородами, после ее сжижения и переохлаждения подводится к отгоночной колонке, которая служит для отделения фракции, обогащенной N₂, отличающийся тем, что первый парциальный поток (2, 2') обогащенной сжиженными углеводородами фракции подается на отгоночную колонку (S) как флегма, а второй парциальный поток (3, 3') обогащенной сжиженными углеводородами фракции подводится в куб отгоночной колонки (S), причем второй парциальный поток (3, 3') обогащенной сжиженными углеводородами фракции имеет более высокую температуру, чем первый (2, 2') парциальный поток фракции, обогащенной сжиженными углеводородами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый (2, 2') и/или второй (3, 3') парциальный поток фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, перед подачей в отгоночную колонку (S) подвергается сбросу давления (а, b, X1, Х2), предпочтительно сбросу давления в жидкостном детандере (X1, Х2).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что разность температур между первым (2, 2') и вторым (3, 3') парциальными потоками фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, составляет от 40 до 100°С, предпочтительно от 60 до 80°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый (2, 2') парциальный поток фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, подаваемый в отгоночную колонку (S) как флегма, имеет содержание газа самое большее 80 об.%.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что количественное соотношение между первым и вторым парциальными потоками (2, 2', 3, 3') обогащенной углеводородами фракции, подаваемой в отгоночную колонку (S), может изменяться.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно ко второму парциальному потоку (3, 3') фракции, обогащенной сжиженными углеводородами, в куб отгоночной колонки (S) подается по меньшей мере один следующий обогащенный метаном или азотом поток (8, 11, 12).