УСТАНОВКА ПОДГОТОВКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗОВЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 2016 года по МПК F25J3/06 

Изобретение относится к переработке нефтяных и природных газов и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической и нефтехимической отраслях промышленности.

Известна установка разделения газовых углеводородных смесей, реализующая способ по патенту РФ на изобретение №2028567, МПК⁶ F25J 3/06, опубл. 09.02.1995, содержащая узел компримирования газовой углеводородной смеси (компрессор), мембранный разделитель первой ступени, мембранный разделитель второй ступени, каждый мембранный разделитель имеет выходы потока, проникшего через мембрану (пенетрата), и выхода потока, не проникшего через мембрану (апенетрата), при этом выход пенетрата из первого мембранного разделителя соединен через узел низкотемпературного охлаждения с входом сепаратора, при этом узел низкотемпературного охлаждения обеспечивает охлаждение пенетрата за счет холода обратных потоков газа и жидкости, выходящих из сепаратора, и пропанового холода до температуры минус 35°C. Сепаратор соединен через узел низкотемпературного охлаждения с ректификационным блоком. Ректификационный блок имеет выход жидкости и паровой фазы. Выход апенетрата из первого мембранного разделителя может быть соединен с потребителем или при увеличении объема исходной газовой смеси выше заданного объема с мембранным разделителем второй ступени, выход апенетрата из которого соединен с потребителем, а выход пенетрата соединяют с выходом сухого газа из ректификационного блока и далее - с потребителем в виде транспортабельного газа.

Установка содержит дожимной компрессор, трубопроводные линии, соединяющие оборудование и запорно-регулирующую арматуру.

Общими признаками известного и предлагаемого решения являются следующие:

- трубопровод подвода сырья;

- узел компримирования газовой углеводородной смеси;

- мембранный разделитель, имеющий выходы потока, проникшего через мембрану, и потока, не проникшего через мембрану;

- выход потока, проникшего через мембрану, соединен через узел низкотемпературного охлаждения с входом сепаратора;

- узел низкотемпературного охлаждения включает рекуперативный теплообменник обратного потока газа и рекуперативный теплообменник обратного потока жидкости, выходящих из сепаратора;

- ректификационный блок, соединенный с линией обратного потока жидкости рекуперативного теплообменника;

- трубопроводные линии, соединяющие оборудование;

- запорно-регулирующая арматура.

Недостатками известной установки являются следующие.

Отсутствие возможности использования (вовлечения в переработку) углеводородного компрессата, образующегося при компримировании сырьевого углеводородного газа.

На выходе с установки получаются два газовых потока, которые отличаются и по давлению, и по качеству подготовки (степень извлечения C_3+выше и степень осушки газа), что может быть неприемлемым для потребителя, неоптимальным для дальнейшего трубопроводного транспорта и/или потребует использования дополнительного блока компримирования, что увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты.

В качестве жидкой продукции установки предусматривается получение только одного продукта - широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), что сужает потенциальные возможности и гибкость работы промышленного объекта. Во многих случаях даже для регионального потребления требуется более широкий спектр товарной продукции, например пропан автомобильный (ПА), пропан-бутан автомобильный (ПБА), сжиженные газы для коммунально-бытового потребления, авиационное сконденсированное топливо (АСКТ), бензин газовый стабильный (БСГ).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка подготовки и переработки газовых углеводородных смесей (Патент РФ на изобретение №2525764, МПК⁶ F25J 3/06, опубликовано: 20.08.2014),содержащая трубопровод подвода сырья, узел компримирования, имеющий выход углеводородного компрессата. Установка имеет, по крайней мере, один мембранный разделитель, имеющий выход потока, не проникшего через мембрану (апенетрата), соединенный с потребителем, и выход потока, проникшего через мембрану (пенетрата), соединенный с помощью устройства, регулирующего давление, с выходом углеводородного компрессата, и далее соединен с узлом низкотемпературного охлаждения. Узел низкотемпературного охлаждения включает последовательно установленные рекуперативный теплообменник обратного потока газа, соединенный с выходом газа из сепаратора, рекуперативный теплообменник обратного потока жидкости, соединенный с выходом жидкости из сепаратора, и пропановый испаритель. Узел низкотемпературного охлаждения соединен с входом сепаратора. Выход потока жидкости из сепаратора через рекуперативный теплообменник узла низкотемпературного охлаждения соединен с ректификационным блоком, имеющим входной теплообменник, колонну с входом жидкости, с узлом орошения ее верха, имеющим выход газа, и узлом подогрева ее низа, имеющим выход жидкости. Ректификационный блок имеет выходы продуктов. Выход газа узла орошения колонны может быть соединен с трубопроводом подвода сырья или трубопроводной линией на входе мембранного разделителя, или с выходом апенетрата из мембранного разделителя.

Известная установка обеспечивает получение различного моторного топлива, а именно, пропана автомобильного (ПА) или пропан-бутана автомобильного (ПБА), или смеси пропан-бутановой технической (СПБТ). В качестве бокового выхода может быть получено авиационное сконденсированное топливо (АСКТ), при этом узел орошения имеет дополнительно выход пропана автомобильного (ПА).

Установка оснащена трубопроводными линиями, соединяющими оборудование с запорно-регулирующей арматурой.

Общими признаками известного решения и предлагаемого решения являются:

- трубопровод подвода сырья;

- узел компримирования газовой углеводородной смеси, имеющий выход углеводородного компрессата;

- по крайней мере, один мембранный разделитель, имеющий выходы потока, не проникшего через мембрану, соединенный с потребителем, и выход потока, проникшего через мембрану;

- выход потока, проникшего через мембрану, соединен с помощью устройства, регулирующего давление, с выходом углеводородного компрессата;

- выход потока, проникшего через мембрану, соединен через узел низкотемпературного охлаждения с сепаратором;

- узел низкотемпературного охлаждения включает последовательно установленные рекуперативный теплообменник обратного потока газа, соединенный с выходом газа из сепаратора, рекуперативный теплообменник обратного потока жидкости, соединенный с выходом жидкости из сепаратора;

- ректификационный блок, имеющий выходы продуктов, соединен через узел низкотемпературного охлаждения с выходом жидкости из сепаратора;

- трубопроводные линии, соединяющие оборудование;

- запорно-регулирующая арматура.

Недостатками известной установки являются следующие.

Для обеспечения работы установки необходима пропановая холодильная установка для подачи охлаждающего потока в пропановый испаритель узла низкотемпературного охлаждения, что увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты, в частности увеличивает затраты на электроэнергию, в итоге снижается энергоэффективность установки.

Техническим результатом изобретения является повышение энергоэффективности установки за счет использования холода внутренних потоков установки, а также снижение капитальных и эксплуатационных затрат.

Этот результат достигается тем, что в известной установке подготовки и переработки газовых углеводородных смесей, содержащей трубопровод подвода сырья, узел компримирования газовой углеводородной смеси, имеющий выход углеводородного компрессата, по крайней мере, один мембранный разделитель, имеющий выход потока, не проникшего через мембрану (апенетрата), соединенный с потребителем, и выход потока, проникшего через мембрану (пенетрата), соединенный с помощью устройства, регулирующего давление, с выходом углеводородного компрессата и далее через узел низкотемпературного охлаждения с сепаратором. Узел низкотемпературного охлаждения включает последовательно установленные рекуперативный теплообменник обратного потока газа, соединенный с выходом газа из сепаратора, рекуперативный теплообменник обратного потока жидкости, соединенный с выходом жидкости из сепаратора. Установка имеет ректификационный блок, снабженный выходами продуктов, соединенный через узел низкотемпературного охлаждения с выходом жидкости из сепаратора.

Новым в установке является то, что узел низкотемпературного охлаждения содержит дополнительный рекуперативный теплообменник, который по одному теплообменному пространству соединен с выходом потока, проникшего через мембрану и соединенного с углеводородным компрессатом, из рекуперативного теплообменника обратного потока жидкости, а по другому теплообменному пространству вход дополнительного рекуперативного теплообменника соединен через дроссельное устройство с выходом жидкости из сепаратора, при этом выход из дополнительного рекуперативного теплообменника соединен с дополнительным сепаратором, снабженным выходом газовой фазы и выходом жидкой фазы, причем выход газовой фазы соединен с узлом компримирования, а выход жидкой фазы через насос соединен с ректификационным блоком.

Кроме того, на линии, соединяющей рекуперативный теплообменник обратного потока газа с выходом газа из сепаратора, может быть установлено дроссельное устройство.

Оборудование установки соединено трубопроводными линиями с запорно-регулирующей арматурой.

Заявленная совокупность признаков обеспечивает повышение энергоэффективности установки за счет утилизации холода внутренних технологических потоков установки, а именно размещение в узле низкотемпературного охлаждения дополнительного рекуперативного теплообменника, соединенного по одному теплообменному пространству, а именно по охлаждаемой среде, с выходом потока пенетрата, соединенного с углеводородным компрессатом, из рекуперативного теплообменника обратного потока жидкости, а по другому теплообменному пространству, а именно по охлаждающей среде, соединенного через дроссельное устройство с выходом жидкости из сепаратора, с дополнительным сепаратором, в котором происходит разделение потока на газовую и жидкую фазу, что позволяет выход газовой фазы соединить с узлом компримирования. При этом в зависимости от исходного сырья и режимных параметров работы установки возможно регулирование потока жидкости, подаваемого в дополнительный рекуперативный теплообменник из сепаратора, что обеспечивает за счет эффекта дросселирования необходимое охлаждение потока, проникшего через мембрану, в узле низкотемпературного охлаждения, т.е. за счет использования только внутренних потоков, что снижает капитальные и эксплуатационные затраты, по сравнению с прототипом. Установка дополнительного сепаратора, соединенного с узлом компримирования, позволяет обеспечить полную утилизацию внутренних технологических потоков и, как следствие, эффективную работу как узла низкотемпературного охлаждения, так и установки в целом с достижением технического результата. Установка на линии, соединяющей рекуперативный теплообменник обратного потока газа с выходом газа из сепаратора дроссельного устройства, обеспечивает необходимое давление для подачи газа после узла низкотемпературного охлаждения в трубопровод подвода сырья, что позволяет утилизировать потоки внутри установки.

В результате выше перечисленного и при большей технологичности и простоте установка может работать в широком диапазоне давлений и температур охлаждения «жирных» потоков углеводородных смесей, что позволяет регулировать степень извлечения C_3+выше из сырьевого газа, а следовательно, и качество его подготовки при полном использовании (утилизации) сырьевого газа и образующегося при компримировании компрессата при снижении энергозатрат установки.

На чертеже представлена схема установки.

Установка подготовки и переработки газовых углеводородных смесей содержит трубопровод 1 подвода сырья (газовой углеводородной смеси), соединенный с узлом компримирования 2, включающим компрессор, привод и вспомогательное оборудование (входной сепаратор, газоохладитель, концевой сепаратор) (на чертеже не показано). Узел компримирования 2 имеет, по крайней мере, одну ступень компримирования. Узел компримирования 2 соединен трубопроводной линией 3, по крайней мере, с одним мембранным разделителем 4, имеющим выход 5 потока, не проникшего через мембрану газа (апенетрата), соединенный с потребителем, и выход 6 потока, проникшего через мембрану (пенетрата). Узел компримирования 2 имеет выход воды и тяжелых углеводородов, подаваемых на установку подготовки нефти или в систему утилизации стоков в зависимости от наличия этих объектов вблизи данной установки. Узел компримирования 2 также имеет выход 7 углеводородного компрессата, который соединен с помощью устройства 8, обеспечивающего регулирование давления, с выходом 6 потока пенетрата из мембранного разделителя 4. Далее выход 6 потока пенетрата соединен через узел низкотемпературного охлаждения 9 с сепаратором 10. Сепаратор 10 работает как трехфазный сепаратор и имеет выход газа 11, выход жидкости 12 и линию 13 вывода из сепаратора 10 насыщенного гликоля на регенерацию.

Узел низкотемпературного охлаждения 9 включает последовательно соединенные с выходом 6 охлаждаемого потока пенетрата, соединенного с углеводородным компрессатом 7, рекуперативный теплообменник 14 обратного потока газа, рекуперативный теплообменник 15 обратного потока жидкости и дополнительный рекуперативный теплообменник 16.

При этом рекуперативный теплообменник 14 обратного потока газа по другому своему теплообменному пространству соединен с выходом газа 11 из сепаратора 10 через дроссельное устройство 17 и соединен с трубопроводом 1.

Рекуперативный теплообменник 15 обратного потока жидкости по другому своему теплообменному пространству соединяет выход жидкости 12 из сепаратора 10 с ректификационным блоком 18.

Дополнительный рекуперативный теплообменник 16, вход которого по другому своему теплообменному пространству, а именно по охлаждающему потоку, соединен с выходом жидкости 12 из сепаратора 10 через дроссельное устройство 19, соответствующим выходом соединен с дополнительным сепаратором 20.

Дополнительный сепаратор 20 снабжен выходом газовой фазы 21 и выходом жидкой фазы 22, причем выход газовой фазы 21 соединен с узлом компримирования 2, например с входным сепаратором узла компримирования (на чертеже не показано), а выход жидкой фазы 22 через насос 23 соединен с ректификационным блоком 18.

Узел низкотемпературного охлаждения 9 снабжен линией подачи 24 ингибитора гидратообразования - гликоля.

Ректификационный блок 18 состоит из рекуперативного теплообменника 25, соединенного с ректификационной колонной 26, верхняя часть которой снабжена узлом орошения, включающим аппарат воздушного охлаждения 27, рефлюксную емкость 28, которая через насос орошения 29 соединена с ректификационной колонной 26. Рефлюксная емкость 28 имеет выход 30 готового товарного продукта потребителю и выход газа 31, который может быть соединен с трубопроводом 1, или с трубопроводной линией 3, или с выходом 5 потока, не проникшего через мембрану.

Низ ректификационной колонны 26 снабжен нагревателем 32. Ректификационный блок 18 имеет аппарат воздушного охлаждения 33, соединенный с выходом продукта с низа ректификационной колонны 26. Ректификационная колонна 26 может иметь боковой выход 34 готового продукта.

Установка работает следующим образом.

Газовая углеводородная смесь (попутный нефтяной газ) по трубопроводу 1 поступает в узел компримирования 2, на выходе которого получают скомпримированный газ, который по трубопроводной линии 3 подают в мембранный разделитель 4, где газовую смесь делят на апенетрат 5 (поток газа, подготовленный до необходимых требований к его качеству (давление, температура точки росы по влаге (ТТР_H2O) и по углеводородам (ТТР_уг-ды)), и пенетрат 6.

Пенетрат 6 соединяют с углеводородным компрессатом 7, получаемым и выводимым с узла компримировании 2 с заданным давлением 0,4…2,4 МПа, обеспечиваемым устройством 8, и получаемый поток в виде газожидкостной смеси подают в узел низкотемпературного охлаждения 9. Полученную газожидкостную смесь охлаждают последовательно в рекуперативном теплообменнике 14 газом, поступающим из выхода газа 11 сепаратора 10 через дроссельное устройство 17 до 0…15°C. Далее в рекуперативном теплообменнике 15 эту газожидкостную смесь охлаждают до минус 5…минус 20°C жидкостью, поступающей из выхода жидкости 12 сепаратора 10, и далее ее охлаждают в дополнительном рекуперативном теплообменнике 16 жидкостью до минус 20…минус 40°C, поступающей из сепаратора 10, через выход жидкости 12 и через дроссельное устройство 19. Газожидкостную смесь из рекуперативного теплообменника 16 подают в сепаратор 10 с температурой минус 20…минус 40°C. Данные режимные параметры достаточны для того, чтобы в сепараторе 10 обеспечить разделение на газ, отводимый через выход газа 11 в рекуперативный теплообменник 14 через дроссельное устройство 17 и далее в трубопровод 1, и на жидкость, которую через выход жидкости 12, рекуперативный теплообменник 15 подают непосредственно в ректификационный блок 18. Жидкий поток из выхода жидкости 12 через дроссельное устройство 19 поступает в рекуперативный теплообменник 16, где она охлаждает газожидкостную смесь, и подается в дополнительный сепаратор 20, где разделяется на газовый поток и жидкий поток. Газовый поток через выход газовой фазы 21 поступает в узел компримирования 2, а жидкий поток через выход жидкой фазы 22 насосом 23 подается в ректификационный блок 18. В узел низкотемпературного охлаждения 9 подают в линию подачи 24 ингибитор гидратообразования, например этиленгликоль.

В ректификационной колонне 26 происходит разделение углеводородной смеси. При этом с верха ректификационной колонны 26 получают паровую углеводородную фазу, которую, охладив в аппарате воздушного охлаждения 27, разделяют в рефлюксной емкости 28 на газ стабилизации с выхода газа 31 и сконденсированную жидкую часть, а именно продукты, такие как пропан автомобильный (ПА), либо пропан-бутан автомобильный (ПБА), либо смесь пропан-бутан технический (СПБТ), часть которых подают насосом орошения 29 в ректификационную колонну 26, а балансовую часть сконденсированной жидкости через выход 30 выводят как готовый товарный продукт потребителю. Указанные продукты получают при заданных параметрах в зависимости от качества сырья и требуемого ассортимента продуктов. Несконденсированная газовая часть - газ стабилизации из рефлюксной емкости 28 через вход газа 31 в зависимости от давления возвращают в трубопровод 1 с потоком исходной газовой углеводородной смеси (попутного нефтяного газа), либо в трубопроводную линию 3 с потоком скомпримированного газа, поступающего на мембранный разделитель 4, либо в трубопроводную линию на выходе 5 апенетрата и далее потребителю.

Из ректификационной колонны 26 через боковой выход 34 можно вывести как готовый товарный продукт - авиационное сконденсированное топливо (АСКТ) потребителю, при этом из узла орошения выводят пропан автомобильный (ПА).

С нижней части ректификационной колонны 26 можно получить в качестве продукта либо АСКТ, либо широкую фракцию легких углеводородов (ШФЛУ), либо бензин газовый стабильный (БГС), который выводят из нагревателя 32. Получаемый продукт после нагревателя 32 охлаждают последовательно в рекуперативном теплообменнике 25 и аппарате воздушного охлаждения 33 и далее подают потребителю.

Таким образом, установка дополнительного рекуперативного теплообменника 16 в узле низкотемпературного охлаждения 9, использующего холод сдросселированного в дроссельном устройстве 19 потока жидкости из сепаратора 10, установка дополнительного сепаратора 20 с заявленными связями между оборудованием позволяют получать продукты заданного качества при повышении энергоэффективности установки благодаря использованию холода внутренних потоков установки при снижении капитальных затрат ориентировочно на 30…40% и снижении затрат на электроэнергию ориентировочно на 25…30% по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к переработке нефтяных и природных газов. Установка содержит трубопровод подвода сырья, узел компримирования газовой углеводородной смеси, по крайней мере, один мембранный разделитель, соединенный с потребителем, и выход потока, проникшего через мембрану, соединенный с помощью устройства, регулирующего давление, с выходом углеводородного компрессата и через узел низкотемпературного охлаждения с сепаратором. Узел низкотемпературного охлаждения включает последовательно установленные рекуперативный теплообменник обратного потока газа, рекуперативный теплообменник обратного потока жидкости и дополнительный рекуперативный теплообменник, который по одному теплообменному пространству соединен с выходом потока из рекуперативного теплообменника обратного потока жидкости, а по другому теплообменному пространству вход дополнительного рекуперативного теплообменника соединен через дроссельное устройство с выходом жидкости из сепаратора. Изобретение направлено на повышение энергоэффективности установки, а также на снижение затрат по обслуживанию. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка подготовки и переработки газовых углеводородных смесей, содержащая трубопровод подвода сырья, узел компримирования газовой углеводородной смеси, имеющий выход углеводородного компрессата, по крайней мере, один мембранный разделитель, имеющий выходы потока, не проникшего через мембрану, соединенный с потребителем, и выход потока, проникшего через мембрану, соединенный с помощью устройства, регулирующего давление, с выходом углеводородного компрессата и далее через узел низкотемпературного охлаждения, включающий последовательно установленные рекуперативный теплообменник обратного потока газа, соединенного с выходом газа из сепаратора, и рекуперативный теплообменник обратного потока жидкости, соединенный с выходом жидкости из сепаратора, с входом сепаратора, соединенного выходом жидкости через узел низкотемпературного охлаждения с ректификационным блоком, имеющим выходы продуктов, трубопроводные линии, соединяющие оборудование и запорно-регулирующую арматуру, отличающаяся тем, что узел низкотемпературного охлаждения содержит дополнительный рекуперативный теплообменник, который по одному теплообменному пространству соединен с выходом потока, проникшего через мембрану и соединенного с углеводородным компрессатом, из рекуперативного теплообменника обратного потока жидкости, а по другому теплообменному пространству вход дополнительного рекуперативного теплообменника соединен через дроссельное устройство с выходом жидкости из сепаратора, при этом выход из дополнительного рекуперативного теплообменника соединен с дополнительным сепаратором, снабженным выходом газовой фазы и выходом жидкой фазы, причем выход газовой фазы соединен с узлом компримирования, а выход жидкой фазы через насос соединен с ректификационным блоком.

2. Установка подготовки и переработки газовых углеводородных смесей по п. 1, отличающаяся тем, что на линии, соединяющей рекуперативный теплообменник обратного потока газа с выходом газа из сепаратора, установлено дроссельное устройство.