УСТАНОВКА ОЧИСТКИ ЭТАНИЗИРОВАННОЙ ШИРОКОЙ ФРАКЦИИ ЛЕГКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ОТ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА Российский патент 2013 года по МПК B01D3/14 

Изобретение относится к технике очистки жидких углеводородных смесей от кислых компонентов, в частности этанизированной широкой фракции легких углеводородов от двуокиси углерода, и может быть использована в нефте- и газоперерабатывающей промышленности.

Известна установка очистки жидких углеводородных смесей с использованием перегонно-мембранного разделения (Патент на изобретение РФ №2341315, МПК B01D 3/14, B01D 53/22, дата публикации 20.12.2008, см. фиг.2), содержащая колонну фракционной перегонки и мембранный блок, включающий твердую селективную мембрану для разделения жидкого потока отводимого из колонны фракционной перегонки. Колонна фракционной перегонки снабжена входом для сырья, соединенным с трубопроводом подачи жидкой углеводородной смеси, выходом газового потока с верха колонны, соединенным трубопроводом через холодильник с мембранным блоком, а также через холодильник и насос с колонной фракционной перегонки. Мембранный блок имеет выход непроницаемой текучей смеси (ретентат), соединенный через теплообменник и насос с колонной фракционной перегонки, и выход проницаемого компонента сырья (пермеат), соединенный с компрессором, холодильником и с хранилищем очищенных продуктов. Колонна фракционной перегонки снизу имеет выход жидкого потока и снабжена узлом подогрева в виде рибойлера с источником теплоносителя.

Общими признаками известной установки и предлагаемой установки являются:

- трубопровод подачи жидкой углеводородной смеси;

- колонна фракционной перегонки, снабженная выходом газового потока сверху и жидкого потока снизу;

- холодильник;

- насос для подачи орошения в колонну;

- мембранный блок, имеющий выходы пермеата и ретентата;

- узел подогрева низа колонны фракционной перегонки.

Недостатками известной установки являются следующие:

- Поток газа с верха колонны, охладившись в теплообменнике, поступает в газожидкостном состоянии непосредственно в мембранный блок, что снижает эффективность работы мембраны.

- Использование только одного хладагента (водяное охлаждение) повышает капитальные затраты установки.

- Поскольку один из потоков с мембранного блока возвращается в колонну, колонна не может работать на проектном режиме в случае вынужденной остановки мембранного блока, в этом случае, возможно, потребуется остановка колонны, что снижает устойчивую и эффективную работу установки.

- Поскольку потоки между ректификационной колонной и мембранным блоком образуют замкнутый цикл в нем возможно накопление метана, что приводит к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является известная установка очистки жидких углеводородных смесей, в частности этанизированной широкой фракции легких углеводородов от CO₂, с использованием перегонно-мембранного разделения (Патент на изобретение РФ №2341315, МПК B01D 3/14, B01D 53/22, дата публикации 20.12.2008, см. фиг.3), содержащая колонну фракционной перегонки и мембранный блок, включающий твердую селективную мембрану для разделения жидкого потока отводимого из колонны фракционной перегонки. Колонна фракционной перегонки снабжена входом для сырья, соединенным с трубопроводом подачи жидкой углеводородной смеси, выходом газового потока с верха колонны, соединенным трубопроводом через холодильник с рефлюксной емкостью, имеющей выходы газа и жидкости, последний соединен через насос с верхом колонны фракционной перегонки для осуществления орошения. Кроме того колонна фракционной перегонки снабжена боковым выводом потока жидкой среды, расположенным между верхней частью колонны и входом сырья, соединенным через теплообменник с мембранным блоком. Мембранный блок имеет выход непроницаемой текучей смеси (ретентата), соединенный через теплообменник и насос с колонной фракционной перегонки, и выход проницаемого компонента сырья (пермеата), соединенный с компрессором или альтернативной вакуумной системой, которая соединена с хранилищем очищенных продуктов. Колонна фракционной перегонки снизу имеет выход жидкого потока и снабжена узлом подогрева, в виде рибойлера с источником теплоносителя.

Общими признаками известной установки и предлагаемой установки являются:

- трубопровод подачи жидкой углеводородной смеси;

- колонна фракционной перегонки, снабженная выходом газового потока сверху и очищенного жидкого потока снизу;

- холодильник;

- рефлюксная емкость, имеющая выходы газа и жидкости;

- выход газового потока соединен через холодильник с рефлюксной емкостью;

- выход жидкости из рефлюксной емкости соединен через насос с верхом колонны фракционной перегонки;

- мембранный блок, имеющий выходы пермеата и ретентата;

- узел подогрева низа колонны фракционной перегонки.

Недостатками известной установки являются следующие:

При очистке от CO₂ этанизированной широкой фракции легких углеводородов будут большие потери целевого компонента - этана. Поскольку он является одним из наиболее легких компонентов сырья, его содержание в верхнем продукте будет высоко, за счет этого происходит накопление легких компонентов.

Использование только водяного охлаждения увеличивает потери этана и повышает капитальные и эксплуатационные затраты установки.

Работа колонны фракционной перегонки зависит от работы мембранного блока, что не обеспечивает устойчивую работу установки.

Кроме того, мембранный блок не обеспечит стабильную и эффективную работу, так как на мембранный блок подают двухфазный поток, что в результате снижает стабильную работу установки в целом.

Техническая задача заключается в повышении устойчивой работы установки в заданном режиме при снижении потерь этана и снижении капитальных и эксплуатационных затрат.

Поставленная задача достигается тем, что в известной установке очистки этанизированной широкой фракции легких углеводородов от двуокиси углерода, содержащей трубопровод подачи жидкой углеводородной смеси, колонну фракционной перегонки, снабженную снизу выходом очищенного жидкого потока, сверху - выходом газового потока, который соединен с холодильником, выход которого соединен с рефлюксной емкостью, имеющей выходы газа и жидкости, последний соединен через насос с верхом колонны фракционной перегонки, мембранный блок, имеющий выходы пермеата и ретентата, узел подогрева низа колонны фракционной перегонки, новым является то, что трубопровод подачи жидкой углеводородной смеси соединен через запорно-регулирующую арматуру с трубопроводом, соединяющим выход газового потока из колонны фракционной перегонки с холодильником, и с трубопроводом, соединяющим насос с верхом колонны фракционной перегонки, кроме того, установка дополнительно имеет колонну выделения углеводородов из кислого газа, снабженную в нижней части входом для газового потока, вверху - выходом кислых газов и внизу - выходом жидких углеводородов, при этом вход для газового потока соединен с выходом газа из рефлюксной емкости, выход кислых газов соединен с мембранным блоком, а выход жидких углеводородов соединен через установленный насос с колонной фракционной перегонки, кроме того, колонна выделения углеводородов из кислого газа в верхней части имеет встроенный холодильник, соединенный с источником хладагента.

Кроме того, выход ретентата соединен с установкой низкотемпературной конденсации.

Соединение трубопровода подачи жидкой углеводородной смеси через запорно-регулирующую арматуру с трубопроводом, соединяющим выход газового потока из колонны фракционной перегонки с холодильником и с трубопроводом, соединяющим насос с верхом колонны фракционной перегонки в заявляемой совокупности признаков обеспечивает подачу исходного потока на очистку в летнее время на смешение с газовым потоком, выходящим из колонны фракционной перегонки, а в зимнее время - на верхнюю тарелку колонны фракционной перегонки вместе с жидкостью, подаваемой на орошение из рефлюксной емкостью, что позволяет сократить эксплуатационные затраты.

Дополнительная колонна выделения углеводородов из кислого газа со встроенным холодильником позволяет преимущественно вести охлаждение в целом на установке самым дешевым способом (воздушным охлаждением), и минимально более дорогим охлаждением пропаном-хладагентом. Кроме того, пропановое охлаждение обеспечивает гораздо меньшие потери этана, чем водяное охлаждение, что позволяет вырабатывать больше товарной продукции.

Охлаждение кислого газа пропаном-хладагентом и мембранное разделение позволяют достигать низких потерь углеводородов с кислым газом.

Заявляемая совокупность признаков обеспечивает подачу на мембранный блок потока только газовой фазы, так как на мембранный блок подаются кислые газы после колонны выделения углеводородов из кислого газа, в которую поступает газ из рефлюксной емкости, что исключает возможность попадания двухфазного потока на мембранный блок, что позволяет обеспечить повышение устойчивой работы установки в заданном режиме.

Заявляемая совокупность признаков позволяет выделить на мембранном блоке пермеат - углекислый газ, который в дальнейшем может подаваться на дожимную компрессорную станцию на смешение с отбензиненным газом, а ретентат - углеводороды С_2+выше с остаточным содержанием СО₂ могут быть направлены, например, на переработку на установке НТК, что способствует стабильной работе и невысоким капитальным затратам установки.

На фигуре представлена принципиальная технологическая схема установки очистки этанизированной широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) от двуокиси углерода.

Установка содержит трубопровод подачи жидкой углеводородной смеси 1, колонну фракционной перегонки 2, снабженную снизу выходом очищенного жидкого потока 3, сверху - выходом газового потока 4. Колонна фракционной перегонки 2 в нижней части снабжена узлом подогрева жидкого потока, выполненным в виде рибойлера 5 с подводом теплоносителя, при этом рибойлер 5 соединен с нижней частью колонны фракционной перегонки 2. Рибойлер 5 имеет выход очищенного жидкого потока - этанизированной широкой фракции легких углеводородов, который через теплообменник воздушного охлаждения 6 соединен с потребителем. Выход газового потока 4 соединен с холодильником 7, представляющим собой аппарат воздушного охлаждения, выход которого соединен с рефлюксной емкостью 8. Рефлюксная емкость 8 имеет выходы газа 9 и жидкости 10, последний соединен через насос 11 с верхом колонны фракционной перегонки 2. Установка имеет колонну выделения углеводородов из кислого газа 12, снабженную в нижней части входом для газового потока 13, сверху - выходом кислых газов 14 и снизу - выходом жидких углеводородов 15, при этом вход для газового потока 13 соединен с выходом газа 9 из рефлюксной емкости 8. Колонна выделения углеводородов из кислого газа 12 в верхней части имеет встроенный холодильник 16, соединенный с источником хладагента (не показано).

Выход кислых газов 14 соединен с мембранным блоком 17, а выход жидких углеводородов 15 соединен через установленный насос 18 с колонной фракционной перегонки 2.

Мембранный блок 17 имеет выход пермеата 19 - углекислого газа, который соединен, например, с дожимной компрессорной станцией (ДКС), и выход ретентата 20 - углеводороды С_2+выше с остаточным содержанием CO₂, который может быть соединен, например, с установкой низкотемпературной конденсации (НТК) (не показана).

Трубопровод подачи жидкой углеводородной смеси 1 соединен через запорно-регулирующую арматуру 21 с трубопроводом, соединяющим выход газового потока 4 из колонны фракционной перегонки 2 с холодильником 7 и через запорно-регулирующую арматуру 22 - с трубопроводом, соединяющим насос 11 с верхом колонны фракционной перегонки 2.

Установка очистки этанизированной ШФЛУ от двуокиси углерода работает следующим образом.

По трубопроводу подачи жидкой углеводородной смеси 1 этанизированная ШФЛУ поступает в летнее время через открытую запорно-регулирующую арматуру 21 (запорно-регулирующая 22 при этом закрыта) в трубопровод, соединяющий выход газового потока 4 из колонны фракционной перегонки 2 с холодильником 7, на смешение с парами из колонны фракционной перегонки 2. В зимнее время - через открытую запорно-регулирующую арматуру 22 (запорно-регулирующая 21 при этом закрыта) этанизированная ШФЛУ поступает в трубопровод, соединяющий насос 11 с верхом колонны фракционной перегонки 2, и далее в качестве орошения на верхнюю тарелку колонны фракционной перегонки 2.

Газовый поток из выхода 4 колонны фракционной перегонки 2 охлаждается и частично конденсируется в холодильнике 7, после чего направляется в рефлюксную емкость 8. В колонне фракционной перегонки 2 в качестве верхнего продукта вырабатывается кислый газ с высоким содержанием CO₂. Жидкость из рефлюксной емкости 8 насосом 11 подается на орошение колонны фракционной перегонки 2. Газ из выхода 9 рефлюксной емкости 8 подается в низ колонны выделения углеводородов из кислого газа 12 через вход для газового потока 13.

Нагрев кубовой части колонны фракционной перегонки 2 осуществляется за счет подачи теплоносителя в рибойлер 5. Кубовый продукт колонны фракционной перегонки 2 - очищенная этанизированная ШФЛУ - из рибойлера 5 направляется на охлаждение в теплообменник воздушного охлаждения 6 и далее - в продуктопровод потребителю. Пары из рибойлера 5 подаются в нижнюю часть колонные для регулирования температурного режима.

Кислый газ через выход 14 колонны 12 подается на разделение на мембранный блок 17. На мембранном блоке 17 происходит выделение углекислого газа, который в дальнейшем подается через выход пермеата 19 на ДКС и далее может подаваться на смешение с отбензиненным газом. Выделенные из кислого газа углеводороды С_2+выше с остаточным содержанием СО₂ через выход ретентата 20 может быть направлен на переработку на установке НТК совместно с осушенным нефтяным газом.

Жидкие углеводороды через выход 15 колонны выделения углеводородов из кислого газа 12 насосом 18 подаются в верхнюю часть колонны фракционной перегонки 2.

Изобретение относится к технике очистки жидких углеводородных смесей от кислых компонентов. Установка содержит трубопровод подачи жидкой углеводородной смеси, колонну фракционной перегонки, снабженную снизу выходом очищенного жидкого потока, сверху - выходом газового потока, соединенным с холодильником, выход которого соединен с рефлюксной емкостью с выходами газа и жидкости, последний соединен через насос с верхом колонны фракционной перегонки, мембранный блок, узел подогрева низа колонны фракционной перегонки. Трубопровод подачи соединен с трубопроводом, соединяющим выход газового потока из колонны фракционной перегонки с холодильником, и с трубопроводом, соединяющим насос с верхом колонны фракционной перегонки. Установка имеет колонну выделения углеводородов из кислого газа, снабженную в нижней части входом для газового потока, вверху - выходом кислых газов, внизу - выходом жидких углеводородов. Вход для газового потока соединен с выходом газа из рефлюксной емкости, выход кислых газов соединен с мембранным блоком, выход жидких углеводородов соединен через насос с колонной фракционной перегонки. Колонна выделения углеводородов из кислого газа в верхней части имеет встроенный холодильник, соединенный с источником хладагента. Технический результат: повышение устойчивой работы установки в заданном режиме при снжении потерь этана и снижение капитальных и эксплуатационных затрат. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка очистки этанизированной широкой фракции легких углеводородов от двуокиси углерода, содержащая трубопровод подачи жидкой углеводородной смеси, колонну фракционной перегонки, снабженную снизу выходом очищенного жидкого потока, сверху - выходом газового потока, который соединен с холодильником, выход которого соединен с рефлюксной емкостью, имеющей выходы газа и жидкости, последний соединен через насос с верхом колонны фракционной перегонки, мембранный блок, имеющий выходы пермеата и ретентата, узел подогрева низа колонны фракционной перегонки, отличающаяся тем, что трубопровод подачи жидкой углеводородной смеси соединен через запорно-регулирующую арматуру с трубопроводом, соединяющим выход газового потока из колонны фракционной перегонки с холодильником, и с трубопроводом, соединяющим насос с верхом колонны фракционной перегонки, кроме того, установка дополнительно имеет колонну выделения углеводородов из кислого газа, снабженную в нижней части входом для газового потока, вверху - выходом кислых газов и внизу - выходом жидких углеводородов, при этом вход для газового потока соединен с выходом газа из рефлюксной емкости, выход кислых газов соединен с мембранным блоком, а выход жидких углеводородов соединен через установленный насос с колонной фракционной перегонки, кроме того, колонна выделения углеводородов из кислого газа в верхней части имеет встроенный холодильник, соединенный с источником хладагента.

2. Установка очистки этанизированной широкой фракции легких углеводородов от двуокиси углерода по п.1, отличающаяся тем, что выход ретентата соединен с установкой низкотемпературной конденсации.