СПОСОБ И СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ И РАЗДЕЛЕНИЯ ПОТОКА УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 2020 года по МПК F25J3/02 F25J1/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу и системе охлаждения и разделения потока углеводородов.

Уровень техники

Обычным потоком углеводородов, требующим охлаждения, в некоторых случаях до полного сжижения, является природный газ.

Природный газ является практически используемым источником топлива, а также является источником различных углеводородных соединений. По ряду причин часто желательно сжижать природный газ в установке для сжижения природного газа (СПГ), расположенной на источнике потока природного газа или вблизи него. Например, природный газ можно хранить и транспортировать на большие расстояния более легко в виде жидкости, чем в газообразном состоянии, потому что она занимает меньший объем и не нуждается в хранении при высоком давлении.

Обычно природный газ, содержащий преимущественно метан, поступает в установку сжижения природного газа (СПГ) при повышенных давлениях и предварительно обрабатывается для получения очищенного сырьевого потока, пригодного для сжижения при криогенных температурах. Очищенный газ обрабатывается через несколько ступеней охлаждения с использованием теплообменников для постепенного снижения его температуры до наступления сжижения. Затем жидкий природный газ дополнительно охлаждается и окончательно расширяется до атмосферного давления, пригодного для хранения и транспортировки.

В дополнение к метану природный газ обычно включает в себя некоторые более тяжелые углеводороды и неуглеводороды, включая, но не ограничиваясь этим: двуокись углерода, ртуть, серу, сероводород и другие соединения серы, азот, гелий, воду и другие неуглеводородные нефтяные газы, содержащие сероводород, а также этан, пропан, бутаны, углеводороды C5+ и ароматические углеводороды. Эти и любые другие обычные или известные более тяжелые углеводороды и неуглеводороды либо не допускают, либо замедляют обычные известные способы сжижения метана, особенно наиболее эффективные способы сжижения метана.

Углеводороды, более тяжелые, чем метан и обычно этан, как правило, конденсируются и извлекаются в виде жидкостей природного газа (ЖПГ) из потока природного газа. Углеводороды, более тяжелые, чем метан и этан, как правило, удаляются из исходного сырьевого потока путем частичного конденсирования (предварительного охлаждения) исходного сырьевого потока, отделения конденсированной смешанной углеводородной фракции от более легкой паровой фракции в колонне или емкости, и непрерывной подачи потока жидкости в установку фракционирования, где происходит извлечение жидкостей природного газа (ЖПГ). Обычно эта установка фракционирования состоит из многоколонной системы извлечения, содержащей различные парожидкостные сепарационные колонны, либо (ребойлерную) абсорбционную(-ые) либо дистилляционную (-ые) колонну(-ы), что может требовать цикла охлаждения и/или нагрева через конденсаторы и ребойлеры.

Колонны обычно называются: колонной деметанизации, колонной деэтанизации, колонной депропанизации и колонной дебутанизации.

Жидкости природного газа (ЖПГ) обычно фракционируются в системе извлечения жидкостей природного газа для получения ценных углеводородных продуктов, либо для производства пара в чистом виде, либо для использования при сжижении, например, в качестве компонента хладагента или для обратного введения вниз по потоку с основным потоком сжиженного продукта на основе метана.

Тем не менее, процесс получения жидкостей природного газа обычно включает ступени охлаждения, конденсации и фракционирования, которые требуют производства значительного количества охлаждения и другого энергопотребления.

Для этого существуют различные схемы из известного уровня техники.

В US20080016910 описан процесс сжижения природного газа и извлечения компонентов, более тяжелых, чем метан, в котором природный газ охлаждают и разделяют в первой дистилляционной колонне на обогащенный метаном пар, отводимый с верха колонны, и поток донной фракции, обогащенный компонентами, более тяжелыми, чем метан, причем первая дистилляционная колонна использует сжиженный метаносодержащий поток флегмы. Этот поток флегмы может быть обеспечен конденсированной частью верхнего пара, т.е. пара, отводимого с верха колонны, или частью полностью конденсированного верхнего пара, который затем нагревается. Поток донной фракции может быть отделен в одной или нескольких дополнительных дистилляционных колоннах для получения одного или нескольких потоков продукта, любой из которых частично или полностью извлекается в виде восстановленных углеводородов. Поток невосстановленных жидких углеводородов может быть объединен либо с конденсированной частью верхнего пара, либо с частью полностью конденсированного верхнего пара, который затем нагревается.

В EP1469266 описан способ получения компонентов тяжелее метана из природного газа, включая извлечение из абсорбционной колонны донного потока, обогащенного компонентами, более тяжелыми, чем метан, и отделение его в поток, содержащий метан и этан, и один или несколько потоков, обогащенных компонентами тяжелее этана.

Абсорбционная колонна используется для отделения сырья в донную фракцию, обогащенную более тяжелыми углеводородами, и первый верхний пар, обогащенный метаном. Часть жидкости донной фракции, обычно описываемая как жидкость природного газа (ЖПГ), поступает в систему фракционирования жидкости природного газа. Здесь жидкость природного газа разделяется с использованием хорошо известных дистилляционных процессов, включая колонны деэтанизации, депропанизации и/или дебутанизации, для создания двух или более углеводородных фракций.

Как в US20080016910, так и в EP1469266 требуется дистилляционная колонна для каждого отдельного потока продукта, включая соответствующее вспомогательное оборудование, такое как: трубопроводы, ребойлеры, конденсаторы, накопители, насосы; и поэтому они дороги и занимают относительно большую площадь земельного участка.

В WO2009010558 описано использование двух или более газо/жидкостных сепараторов, последовательно используемых в получении жидкостей природного газа. В этом процессе поток конденсированного смешанного углеводородного сырья разделяется по меньшей мере на первый сырьевой поток и второй сырьевой поток. Первый сырьевой поток проходит в первый газо/жидкостный сепаратор для получения по меньшей мере первого фракционированного потока в виде первого газообразного верхнего потока. Первый поток донной жидкости, предоставляемый первым газо/жидкостным сепаратором, проходит во второй газо/жидкостный сепаратор для предоставления по меньшей мере второго фракционированного потока в виде второго газообразного верхнего потока, который охлаждается посредством теплообмена со вторым сырьевым потоком. Таким образом, энергию охлаждения из другого источника, например, (предварительное) охлаждение потока углеводородов, такого как природный газ, отдельным хладагентом, холодильной системой или контуром, не требуется перенаправлять для участия в извлечении и фракционировании потока смешанных углеводородов, например, в процессе извлечения жидкости природного газа, благодаря чему увеличивается эффективность других процессов или секций установки сжижения, например, установки для сжижения природного газа. Однако для этого процесса также требуется серия газо/жидкостных сепараторов, содержащая все связанное вспомогательное оборудование.

В WO2009101127 описан способ и устройство для охлаждения потока углеводородов, такого как природный газ. Первоначальный поток углеводородов проходит через первый сепаратор для получения начального верхнего потока и потока смешанного углеводородного сырья. Исходный верхний поток охлаждается для получения охлажденного потока углеводородов, такого как сжиженный природный газ, и по меньшей мере один верхний поток C1 и один или несколько верхних потоков C2, C3 и C4 отделяются от потока смешанного углеводородного сырья. По меньшей мере часть по меньшей мере одного из группы, состоящей из: верхнего потока С2, верхнего потока С3 и верхнего потока С4; охлаждается верхним потоком C1 для получения охлажденного потока, который дополнительно охлаждается по меньшей мере до части потока охлажденного, предпочтительно сжиженного углеводорода, для получения по меньшей мере частично сжиженного охлажденного потока.

Все документы предшествующего уровня техники, цитируемые выше, требуют наличия схемы извлечения жидкости природного газа, содержащей множество колонн фракционирования, последовательно соединенных для получения соответствующего количества отдельных потоков.

Желательно извлекать жидкости природного газа из потока природного газа по более экономичной схеме, которая требует меньше: вспомогательного оборудования, площади участка под установку и капитальных вложений.

Описание сущности изобретения

Настоящее изобретение предлагает способ охлаждения и разделения потока углеводородов, включающий, по меньшей мере, следующие этапы:

(a) пропускание потока углеводородного сырья (7) через первую ступень охлаждения и сепарации для получения верхнего потока пара, обогащенного метаном (110), и потока бедной на метан жидкости (10);

(b) пропускание потока бедной на метан жидкости (10) в колонну фракционирования (200) для разделения потока бедной на метан жидкости (10) на поток донного конденсата (210), верхний поток, обогащенный C1-C2 (220) и средний поток, обогащенный C3-C4 (230),

(c) охлаждение верхней части колонны фракционирования (201) конденсатором (206),

(d) расщепление верхнего потока пара, обогащенного метаном (110), на основной верхний поток (111) и расщепленный поток (112), и получение охлажденного расщепленного потока (112') путем охлаждения расширением объема расщепленного потока (112),

(e) подача сырьевого потока конденсатора (204) в конденсатор (206), причем сырьевой поток конденсатора (204) содержит охлажденный расщепленный поток (112') для получения холодопроизводительности в верхней части колонны фракционирования (201). Кроме того, настоящее изобретение относится к системе охлаждения и разделения потока углеводородов, содержащей:

- первую ступень охлаждения и разделения для приема потока углеводородного сырья (7) и генерирования верхнего потока пара, обогащенного метаном (110), и потока бедной на метан (10) жидкости;

- колонну фракционирования, содержащую впускное отверстие, выполненное с возможностью получения потока бедной на метан жидкости (10), донное выпускное отверстие для выпуска потока донного конденсата (210), верхнее выпускное отверстие для выпуска верхнего потока, обогащенного C1-C2, среднее выпускное отверстие для выпуска среднего потока, обогащенного C3-C4 (230),

- устройство охлаждения расширением объема, выполненное с возможностью получения расщепленного потока (112) из верхнего потока пара, обогащенного метаном (110), и генерирования охлажденного расщепленного потока (112') путем охлаждения расширением объема расщепленного потока (112),

- конденсатор (206), расположенный в верхней части колонны фракционирования (201) для обеспечения холодопроизводительности колонны фракционирования (201), причем конденсатор (206) содержит впускное отверстие для приема сырьевого потока конденсатора (204), при этом указанный поток (204) содержит охлажденный расщепленный поток (112').

Поток углеводородов содержит: метан, этан, пропан, бутан и пентан.

Расщепленный поток может быть отделен от верхнего потока пара, обогащенного метаном (110), с использованием подходящей детали аппарата, такой, например, как тройник, разделяющий верхний поток пара, обогащенного метаном (110), на расщепленный поток (112) и основной верхний поток (111). Скорость расщепленного потока предпочтительно управляемая.

Конденсатор может быть внутренним конденсатором (206), расположенным в верхней части колонны фракционирования (201), предпочтительно над самой высокой тарелкой в колонне фракционирования (201).

Изобретение дополнительно относится к установке сжиженного природного газа оборудования, содержащего такую систему. Установка сжиженного природного газа - это установка по производству сжиженного природного газа. Оборудование может быть береговым или прибрежным оборудованием, включая плавучий объект.

Кроме того, настоящее изобретение предлагает установку или устройство для получения сжиженного природного газа, содержащую систему, определенную в данном документе.

Предпочтительные варианты и примеры осуществления настоящего изобретения описаны ниже только в качестве примеров со ссылкой на прилагаемые неограничивающие чертежи, на которых:

на фиг. 1 схематично проиллюстрирован первый вариант осуществления изобретения;

на фиг. 2 схематично проиллюстрирован второй вариант осуществления изобретения; и

на фиг. 3 схематично проиллюстрирован третий вариант осуществления изобретения.

Для целей этого описания односсылочному номеру присваивается линия, а также поток, переносимый вдоль этой линии.

Предлагается выполнять экстракцию жидкостей природного газа с помощью колонны фракционирования, обеспечивающей поток донного конденсата, верхний поток, обогащенный C1-C2, и средний поток, обогащенный C3-C4. Это экономит площадь участка, вес и количество оборудования/капитальные затраты. Поток конденсата обогащен до С5+.

Вместо серии колонн фракционирования, каждая из которых имеет вспомогательное оборудование, содержащее: ребойлеры, конденсаторы, накопители, насосы и связанные с ними трубопроводы; предлагается использовать одну колонну фракционирования, предпочтительно имеющую внутренний конденсатор и внутренний ребойлер, благодаря чему получается значительное сокращение аппаратных элементов. Это обеспечивает более компактную конструкцию с уменьшенным количеством оборудования и уменьшенными трубопроводами и, следовательно, с уменьшенным весом. Уменьшенный вес может способствовать уменьшению требуемого основания и конструкционной стали, когда секция фракционирования встроена в модуль. Кроме того, это облегчает транспортировку подвижных модулей и выгодно для плавающих приложений.

При объединении нескольких колонн фракционирования в одну колонну фракционирования, имеющую три впускных потока, как описано выше, температура верхней части одной колонны фракционирования обычно ниже температуры окружающей среды и, следовательно, использование окружающего воздуха или охлаждающей воды для обеспечения достаточного охлаждения колонны нецелесообразно, если вообще возможно.

Используя расщепленный поток верхнего потока пара, обогащенного метаном (110), для обеспечения холодопроизводительности вместо потока окружающей среды (вода/воздух) или потока хладагента, количество оборудования (меньшее количество вспомогательного оборудования и трубопроводов) может быть дополнительно уменьшено.

Способ и система для охлаждения и разделения потока углеводородов предлагаются, например, как проиллюстрировано на фиг. 1.

Поток углеводородного сырья проходит через первую ступень охлаждения и разделения, благодаря чему получается верхний поток пара, обогащенного метаном (110), и поток бедной на метан жидкости (10). Это соответствует этапу (а), как указано выше.

Согласно варианту осуществления изобретения на этапе (а), первая ступень охлаждения и разделения, как определено выше, содержит:

(a1) пропускание потока углеводородного сырья 7 через предварительный охладитель 14, получающий предварительно охлажденный, частично сконденсированный поток углеводородного сырья 8,

(a2) пропускание предварительно охлажденного, частично конденсированного потока углеводородного сырья 8 в первый сепаратор 16 для отделения потока жидкости, бедной на метан, 10 из предварительно охлажденного, частично сконденсированного потока углеводородного сырья 8.

Это схематически проиллюстрировано на фиг. 1, изображающей первую ступень охлаждения и разделения, и содержащую предварительный охладитель 14 и первый сепаратор 16. Первый сепаратор 16 может быть газожидкостным сепаратором. Предварительный охладитель 14 выполнен с возможностью: получения потока углеводородного сырья 7, охлаждения потока углеводородного сырья 7 и передачи его в первый сепаратор 16. Предварительный охладитель 14 выполнен с возможностью получения потока хладагента 100 и выпуска потока 100a нагретого хладагента. Холодильный цикл, обычно содержащий компрессор, конденсатор и расширительный клапан, не проиллюстрирован.

Предварительный охладитель 14 схематически проиллюстрирован, как один теплообменник 14, но может также содержать множество параллельных и/или последовательных теплообменников. Предварительный охладитель 14 может охлаждать поток углеводородного сырья с использованием первого хладагента, который может быть однокомпонентным хладагентом, таким как пропан, или смешанным хладагентом, например, содержащим ряд следующих компонентов: пропан, этан/этилен и бутан.

Сепаратор 16 имеет верхнее выпускное отверстие, из которого в процессе работы выходит верхний поток пара, обогащенного метаном 110, и донное выпускное отверстие, из которого в процессе работы выходит поток бедной на метан жидкости 10.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг. 2, (а) (первая ступень охлаждения и разделения), дополнительно содержит:

(a3) получение потока углеводорода с предварительно охлажденным паром 9 в виде верхнего потока из первого сепаратора 16 и пропускания потока углеводорода с предварительно охлажденным паром 9 в еще один предварительный охладитель 14', получающий дополнительный предварительно охлажденный поток углеводородного сырья 9',

(a4) пропускание дополнительного предварительно охлажденного потока углеводородного сырья 9' во второй сепаратор 17 для отделения верхнего потока пара, обогащенного метаном 110, из дополнительного предварительно охлажденного потока углеводородного сырья 9'.

Как предварительный охладитель 14, так и дополнительный предварительный охладитель 14', могут охлаждаться одним и тем же хладагентом. Опять же, предварительный охладитель 14 и дополнительный предварительный охладитель схематически проиллюстрированы как одиночные теплообменники, но каждый из них может содержать множество параллельных и/или последовательных теплообменников.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения первый сепаратор представляет собой скруберную колонну 16', содержащую множество тарелок и может быть снабжен (внутренним) ребойлером (не проиллюстрирован).

Второй сепаратор 17, который может быть сепараторным сосудом, может дополнительно производить донный поток 18, который пропускается в первый сепаратор 16', например, с помощью насоса 19, и обеспечивается в виде флегмы в первом сепараторе 16'. Донный поток 18 может быть введен в первый сепаратор 16' на более высоком уровне, чем вводится предварительно охлажденный, частично сконденсированный поток углеводородного сырья 8.

Как в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 1 и 2, поток бедной на метан жидкости 10, поступает в колонну фракционирования 200 для разделения потока бедной на метан жидкости 10 на: поток донного конденсата 210, верхний поток 220, обогащенный C1-C2, и средний поток 230, обогащенный C3-C4.

Верхний поток 220 обогащен C1-C2, то есть обогащен метаном, этаном; средний поток 230 обогащен C3-C4, то есть обогащен пропаном и бутаном; а поток донного конденсата 210 обогащен компонентами, более тяжелыми, чем бутан, такими как пентан.

Термин «обогащенный» используется для обозначения того, что молярное содержание в % указанного компонента (компонентов) было увеличено по отношению к молярному содержанию в % того же компонента (компонентов), из которого был получен обогащенный поток, в данном случае это поток бедной на метан жидкости 10.

Скорость потока, бедной на метан жидкости 10 можно регулировать с помощью клапана 11.

Колонна фракционирования 201 содержит подходящее оборудование переноса массы, такое как насадка или множество внутренних тарелок, расположенных на разных уровнях в колонне фракционирования 201. Колонна фракционирования 201 может быть снабжена ребойлером 207, расположенным под ректификационной секцией, например, под самой нижней тарелкой. Бойлер может быть внешним ребойлером, но предпочтительно является внутренним ребойлером 207 для более компактного дизайна.

Колонна фракционирования 201 схематически иллюстрирована и содержит внутренний конденсатор 206 и внутренний ребойлер 207. Понятно, что колонна фракционирования 201 может альтернативно содержать внешний конденсатор и/или внешний ребойлер.

Кроме того, для всех описанных вариантов осуществления изобретения колонна фракционирования 201 может содержать дополнительное оборудование для дальнейшей оптимизации колонны фракционирования 201, то есть колонна фракционирования 201 может быть колонной с разделенной стеной или оснащенной боковой отпарной секцией для потока 230 и т.д.

Верхняя часть колонны фракционирования 201 содержит внутренний конденсатор 206 для обеспечения достаточной холодопроизводительности для колонны фракционирования 201. Внутренний конденсатор 206 расположен над ректификационной секцией, например, над верхней тарелкой.

Верхний поток пара, обогащенного метаном110, разделяется на расщепленный поток 112 и основной верхний поток 111. На фигурах это происходит в точке соединения 130, которая может быть расщепляющим устройством, таким как тройник с двумя независимыми выпускными клапанами.

Расщепленный поток 112 обычно меньше основного верхнего потока 111. Скорость расщепленного потока 112 предпочтительно управляется. Это может быть сделано любым подходящим способом, включая использование управляемого расцепляющего устройства.

Расщепленный поток 112 может, например, иметь поток менее 25% по массе основного верхнего потока 111 или менее 15% по массе основного верхнего потока 111 или менее 10% по массе основного верхнего потока 111, например, 9% по массе основного верхнего потока 111. Расщепленный поток 112 проходит через детандер 113, или клапан для получения охлажденного расщепленного потока 112' путем охлаждения расширением объема расщепленного потока 112.

Термин «охлаждение расширением объема» используется в этом тексте для обозначения изоэнтропийного процесса, в котором расщепленный поток 112, проходит через (турбо-) детандер 113, выполняет работу с понижением давления и температуры расщепленного потока 112; и для обозначения изоэнтальпийного процесса, в котором расщепленный поток 112 проходит через (дросселирующий)клапан (например, клапан Джоуля-Томпсона), и поэтому давление и температура расщепленного потока 112 снижаются.

Таким образом, расщепленный поток 112 может проходить через (дросселирующий) клапан или (турбо) детандер 113 для снижения температуры расщепленного потока до температуры, достаточно низкой для обеспечения холодопроизводительности в верхней части колонны фракционирования.

Клапан менее эффективен с точки зрения получения холода, но, как правило, более надежный, поскольку он не содержит движущихся/вращающихся деталей.

Согласно варианту осуществления изобретения получение охлажденного расщепленного потока 112' осуществляется путем пропускания расщепленного потока 112 через детандер 113 или клапан для получения охлажденного расщепленного потока 112'.

Использование детандера 113, хотя оно является более сложным и дорогостоящим элементом конструкции, чем клапан, является более предпочтительным, поскольку оно создает более холодный поток, чем клапан, и, следовательно, обеспечивает минимальный расход расщепленного потока 112.

Охлажденный расщепленный поток 112' обычно может быть охлажден до температуры ниже -60°С, например, до температуры ниже -80°С.

Согласно примеру, расщепленный поток 112 находится под давлением от 52 до 8 бар абсолютного давления над турбодетандером 113 и, следовательно, охлаждается от -28°С (поток 112) до -80°С (поток 112'). Если вместо этого использовать клапан Джоуля-Томсона, то такое же снижение давления приведет к охлаждению от -28°C (поток 112) до -60°C (поток 112').

Обычно температура охлажденного расщепленного потока 112' находится в диапазоне от -60°С до -120°С и имеет давление в диапазоне 8-10 бар абсолютного давления. Во внутренний конденсатор 206 подается поток сырья конденсатора 204. Согласно описанным вариантам осуществления изобретения поток сырья конденсатора 204 содержит охлажденный расщепленный поток 112'. Таким образом, холодопроизводительность обеспечивается для внутреннего конденсатора 206 и, таким образом, для верхней части колонны фракционирования 201 эффективным образом.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения данный способ дополнительно включает:

(f) подачу сырьевого потока 231 на вторую ступень охлаждения, причем сырьевой поток 231 содержит основной верхний поток 111 для получения охлажденного сжиженного углеводородного потока 225.

На фиг. 1 схематично проиллюстрирована вторая ступень охлаждения, схематически представленная одним теплообменником 115, хотя понятно, что могут использоваться любые типы и любое количество параллельных и/или последовательных теплообменников. Теплообменник 115 второй охлаждающей ступени выполнен с возможностью получения второго потока хладагента 114 и выпуска второго потока 114a нагретого хладагента. Цикл охлаждения второго хладагента обычно содержащий компрессор, конденсатор и расширительный клапан и т.п., не проиллюстрирован. Второй цикл охлаждения может включать охлаждение второго хладагента первым хладагентом.

Вторая ступень охлаждения может содержать основной криогенный теплообменник, через который циклически передается второй хладагент, при этом второй хладагент расщепляется на легкий смешанный хладагент и тяжелый смешанный хладагент.

Первая и вторая ступени охлаждения могут быть охлаждены первым и вторым циклами охлаждения с первым и вторым хладагентами (100/114) соответственно, причем первый хладагент более тяжелый, чем второй хладагент. Первый и второй хладагенты могут быть однокомпонентными хладагентами и/или смешанными хладагентами. Наличие дополнительных ступеней охлаждения, конечно, не исключается.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, расщепление верхнего потока пара, обогащенного метаном 110, на основной верхний поток 111 и расщепленный поток 112 осуществляется перед второй ступенью охлаждения.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения данный способ дополнительно включает:

(g) получение выходного потока конденсатора 205 из конденсатора 206 и объединение выходного потока конденсатора 205 и верхнего потока 220, обогащенного C1-C2, обеспечивающего объединенный поток 222,

(h) подачу дополнительного сырьевого потока 223 на вторую ступень охлаждения, причем дополнительный сырьевой поток 223 содержит объединенный поток 222 для получения дополнительного охлажденного сжиженного углеводородного потока 224.

Давление расщепленного потока 112 предпочтительно уменьшается при охлаждении расширением объема расщепленного потока до давления, по существу равного давлению верхнего потока 220 колонны фракционирования 200. Термин «по существу» используется здесь для обозначения того факта, что два потока можно объединить без необходимости в дополнительных устройствах для снижения или повышения давления, таких как клапаны или насосы.

Объединение выходного потока конденсатора 205 и верхнего потока 220, обогащенного C1-C2, обеспечивающего объединенный поток 222, может быть осуществлено с помощью любого подходящего объединителя 221, такого как тройник.

Согласно варианту осуществления изобретения основной верхний поток 111 и объединенный поток 222 охлаждаются на параллельных путях охлаждения на второй ступени охлаждения.

Основной начальный верхний поток и объединенный поток охлаждаются параллельно во второй ступени охлаждения, предпочтительно в одном и том же или нескольких теплообменниках, обычно называемых основным криогенным теплообменником (теплообменниками).

Основной начальный верхний поток 111 и объединенный поток 222 проходят через вторую ступень охлаждения при разном давлении. Основной верхний поток 111 проходит через вторую ступень охлаждения при первом давлении, а объединенный поток 222 проходит через вторую ступень охлаждения при втором давлении, причем первое давление больше второго давления. Поскольку исходный верхний поток 111 обычно находится при более высоком давлении, чем объединенный поток 222, а охлаждение может быть выполнено наиболее эффективно при более высоких давлениях, то потоки не объединяются перед второй ступенью охлаждения, а проходят через тот же теплообменник (теплообменники) 115 второй ступени охлаждения через разные пути охлаждения, например, охлаждающие трубки, работающие параллельно.

Согласно альтернативному варианту осуществления изобретения основной верхний поток 111 и объединенный поток 222 объединяются перед второй ступенью охлаждения. Перед объединением давление объединенного потока 222 может быть увеличено и/или давление основного верхнего потока 111 может быть уменьшено для выравнивания давлений основного верхнего потока 111 и объединенного потока 222 перед объединением. Повышение давления комбинированного потока 222 может быть выполнено с помощью компрессора, который может частично приводиться в действие детандером 113. Компрессор и детандер 113 могут, например, иметь общую ось.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения данный способ включает:

(h) объединение охлажденного сжиженного углеводородного потока 225 и дополнительного охлажденного сжиженного углеводородного потока 224 после второй ступени охлаждения.

Объединение может содержать выравнивание давлений как охлажденного сжиженного углеводородного потока 225 и дополнительного охлажденного сжиженного углеводородного потока 224 путем пропускания обоих потоков через соответствующий клапан или детандер 301. Охлажденный сжиженный углеводородный поток 225 предпочтительно пропускают через детандер 301, а дополнительный охлажденный сжиженный углеводородный поток 224 предпочтительно пропускают через клапан Джоуля-Томпсона 301.

Как правило, давление охлажденного сжиженного углеводородного потока 225 и дополнительного охлажденного сжиженного углеводородного потока 224 снижают до 3 бар выше давления насыщения потоков (например, 4-5 бар абсолютного давления).

Затем объединенный поток 303 подается в резервуар для хранения СПГ 302 или через емкость газа мгновенного испарения в резервуар для хранения сжиженного природного газа (не проиллюстрирован).

В соответствии с вариантом осуществления изобретения этап (d) содержит управление массовым потоком расщепленного потока 112 в ответ на один или несколько из следующих параметров, но без ограничения только ими: показание температуры (Т) верхнего потока, обогащенного С1-С2, показание температуры охлажденного расщепленного потока 112', состав верхнего потока, обогащенного C1-C2.

Массовый поток расщепленного потока 112 может управляться любым подходящим способом, например, путем управления настройками двух выпускных клапанов (не проиллюстрированы) на тройнике 130 или одного клапана (не проиллюстрирован) ниже по потоку соединения 130 в трубопроводе 112.

Показанием температуры может быть измеренная температура верхнего потока, обогащенного С1-С2, полученная прямым измерением температуры, или показание температуры, получено при измерении температуры на верхней тарелке колонны фракционирования 200, или на тарелке в верхней части 201 колонны фракционирования 200.

Предусмотрен регулятор температуры 131, который управляет массовым потоком расщепленного потока 112 на основе принятого показания температуры (T). Согласно примеру, проиллюстрированному на фиг. 1 и 2, показание температуры (T) получается из верхнего потока, обогащенного C1-C2.

Средний поток 230, обогащенный C3 и C4, может быть направлен в резервуар для хранения (не проиллюстрирован) для продажи отдельно или для использования в качестве пополнения хладагента.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения сырьевой поток 231 для второй ступени охлаждения дополнительно содержит средний поток 230, обогащенный C3-C4.

Таким образом, способ в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения включает в себя объединение среднего потока, обогащенного в C3-C4, и основного верхнего потока 111, в результате чего получается объединенный поток, причем сырьевой поток для второй ступени охлаждения содержит объединенный поток. Объединение может быть выполнено любым подходящим объединителем 150, таким как тройник.

На фиг. 3 схематически проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором расщепление верхнего потока пара, обогащенного метаном 110, в основном верхнем потоке 111 и в расщепленном потоке 112 не выполняется перед второй ступенью охлаждения, как проиллюстрировано на фиг. 1 и 2, а происходит в промежуточном положении во второй ступени охлаждения, в частности, в промежуточном положении в теплообменнике 115.

Теплообменник 115 может быть криогенным основным теплообменником, через который легкий смешанный и тяжелый смешанный хладагенты циклически проходят через параллельные трубки (комплект), несущие легкий смешанный и тяжелый смешанный хладагент, соответственно. Теплообменник 115 также содержит множество трубок, несущих поток(и), которые должны охлаждаться легким смешанными и тяжелым смешанным хладагентами.

Промежуточное положение может быть выбрано в положении, когда трубы выходят из теплообменника, чтобы позволить тяжелому смешанному хладагенту расширяться и снова вводиться в направлении оболочки теплообменника 115 для обеспечения охлаждения. Трубы, несущие легкий смешанный хладагент, снова входят в теплообменник и выходят из теплообменника в положении ниже по потоку (ниже по потоку относительно промежуточного положения), чтобы расширить и повторно ввести легкий смешанный хладагент в направлении оболочки теплообменника 115 для обеспечения охлаждения.

В соответствии с таким вариантом осуществления изобретения, расщепление верхнего потока пара, обогащенного метаном110, на основной верхний поток 111 и расщепленный поток 112 осуществляется в промежуточном положении во второй ступени охлаждения.

Вторая ступень охлаждения, в частности теплообменник(и) 115, находится на второй ступени охлаждения, содержит впускное отверстие второй ступени охлаждения 233 для получения верхнего потока пара, обогащенного метаном 110, и выпускное отверстие второй ступени охлаждения 232 для выпуска охлажденного сжиженного углеводородного потока 225, причем промежуточное положение находится в положении между впускным отверстием и выпускным отверстием второй ступени охлаждения 233, 232.

На фиг. 3 вторая ступень охлаждения проиллюстрирована как один теплообменник, в котором проиллюстрирован одинарный контур охлаждения хладагента 114, 114'.

Расщепленный поток 112 проходит к клапану или детандеру 113 для получения охлажденного расщепленного потока 112' и подается в качестве потока сырья конденсатора 204 во внутренний конденсатор 206.

Пример

Далее, функционирование варианта осуществления, показанного на фиг. 2, будет описано в виде примера.

Поток углеводородного сырья 7 проходит через первую ступень охлаждения и разделения для получения потока бедной на метан жидкости 10, с массовым расходом — 6,1 кг/с, при температуре -24,6°С и давлении 8,5 бар абсолютного давления; и имеющего: 30% молярного содержания метана, 13% молярного содержания этана, 16% молярного содержания пропана, 24% молярного содержания бутана и 17% молярного содержания C5+. Массовый расход потока жидкости, бедной на метан 10, составляет 6,1 кг/с.

Расщепленный поток 112 с массовым расходом в 5,2 кг/с получается при температуре -27,6°С и давлении 51,3 бар абсолютного давления; и имеет: 1% молярного содержания N₂, 88% молярного содержания метана, 8% молярного содержания этана и 3% молярного содержания пропана. После прохождения детандера 113 охлажденный расщепленный поток 112' получается с температурой -87,4°С и давлением 8,3 бар абсолютного давления.

Из колонны фракционирования 200 получают следующие потоки:

- донный конденсатный поток 210 с массовым расходом в 1,9 кг/с, имеющий температуру 124,1°С, давление 8,7 бар абсолютного давления, и имеющий приблизительно 100 % молярного содержания С5+;

- верхний поток 220, обогащенный C1-C2, с массовым расходом в 3,2 кг/с, имеющий температуру 11,9°С, давление 8 бар абсолютного давления, и имеющий: 42% молярного содержания метана, 18% молярного содержания этана, 21% молярного содержания пропана и 19% молярного содержания бутана;

- средний поток 230, обогащенный C3-C4, с массовым расходом в 1 кг/с, имеющий температуру 37,3°C, давление 8,4 бар абсолютного давления; и имеющий: 4% молярного содержания метана и этана, 12% молярного содержания пропана, 81% молярного содержания бутана и 3% молярного содержания C5+.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено многими различными способами без отхода от объема прилагаемой формулы изобретения.

Настоящее изобретение относится к способу охлаждения и разделения потока углеводородов. Пропускают поток углеводородного сырья (7) через первую ступень охлаждения и сепарации для получения верхнего потока пара, обогащенного метаном (110), и потока бедной на метан жидкости (10). Пропускают поток бедной на метан жидкости (10) в колонну фракционирования (200) для получения донного конденсатного потока (210), верхнего потока, обогащенного C₁-C₂ (220) и среднего потока, обогащенного C₃-C₄ (230). Охлаждают верхнюю часть колонны фракционирования (201) конденсатором (206). Получают расщепленный поток (112) из верхнего потока пара, обогащенного метаном (110), охлажденный расщепленный поток (112') путем охлаждения расширением объема расщепленного потока (112). Обеспечивают холодопроизводительность в верхней части колонны фракционирования (201) с помощью охлажденного расщепленного потока (112'). Техническим результатом является повышение компактности и снижение веса конструкции. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ охлаждения и разделения потока углеводородов, включающий по меньшей мере следующие стадии:

(a) пропускание потока углеводородного сырья через первую ступень охлаждения и сепарации для получения верхнего потока пара, обогащенного метаном, и потока бедной на метан жидкости;

(b) пропускание указанного потока бедной на метан жидкости в колонну фракционирования для разделения указанного потока бедной на метан жидкости на поток донного конденсата, верхний поток, обогащенный C₁-C₂, и средний поток, обогащенный C₃-C₄;

(c) охлаждение верхней части указанной колонны фракционирования конденсатором,

(d) расщепление указанного верхнего потока пара, обогащенного метаном, на основной верхний поток и расщепленный поток и получение охлажденного расщепленного потока путем охлаждения расширением объема указанного расщепленного потока;

(e) подачу сырьевого потока конденсатора, который содержит указанный охлажденный расщепленный поток, в указанный конденсатор для обеспечения холодопроизводительности в верхней части указанной колонны фракционирования.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получение охлажденного расщепленного потока осуществляется путем пропускания указанного расщепленного потока через детандер или клапан для получения указанного охлажденного расщепленного потока.

3. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что данный способ включает

(f) подачу сырьевого потока, который содержит указанный основной верхний поток, на вторую ступень охлаждения для получения охлажденного сжиженного углеводородного потока.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что расщепление указанного верхнего потока пара, обогащенного метаном, на основной верхний поток и расщепленный поток осуществляется выше по ходу потока от второй ступени охлаждения.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что расщепление указанного верхнего потока пара, обогащенного метаном, на основной верхний поток и расщепленный поток осуществляется в промежуточном положении во второй ступени охлаждения.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что данный способ дополнительно включает

(g) получение выходного потока конденсатора из указанного конденсатора и объединение указанного выходного потока конденсатора и указанного верхнего потока, обогащенного C₁-C₂, обеспечивая объединенный поток;

(h) подачу дополнительного сырьевого потока, который содержит указанный объединенный поток, на вторую ступень охлаждения для получения дополнительного охлажденного сжиженного углеводородного потока.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что указанный основной верхний поток и указанный объединенный поток охлаждаются на параллельных путях охлаждения во второй ступени охлаждения.

8. Способ по любому из пп. 6-7, отличающийся тем, что данный способ включает

(i) объединение указанного охлажденного сжиженного углеводородного потока и указанного дополнительного охлажденного сжиженного углеводородного потока ниже по ходу потока от второй ступени охлаждения.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что стадия (d) включает управление массовым расходом указанного расщепленного потока в ответ на один или несколько из следующих параметров: показание температуры (Т) указанного верхнего потока, обогащенного С₁-С₂, показание температуры указанного охлажденного расщепленного потока, состав указанного верхнего потока, обогащенного C₁-C₂.

10. Способ по п. 3, отличающийся тем, что указанный сырьевой поток для второй ступени охлаждения дополнительно содержит указанный средний поток, обогащенный C₃-C₄.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что стадия (а) включает:

(a1) пропускание указанного потока углеводородного сырья через предварительный охладитель, производящий предварительно охлажденный, частично сконденсированный поток углеводородного сырья;

(a2) пропускание указанного предварительно охлажденного, частично сконденсированного потока углеводородного сырья в первый сепаратор для отделения указанного потока бедной на метан жидкости из указанного предварительно охлажденного, частично сконденсированного потока углеводородного сырья.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что стадия (а) дополнительно включает:

(a3) получение предварительно охлажденного углеводородного потока пара в качестве верхнего потока из указанного первого сепаратора и пропускание указанного предварительно охлажденного углеводородного потока пара в дополнительный предварительный охладитель, производящий дополнительный предварительно охлажденный поток углеводородного сырья,

(a4) пропускание указанного дополнительного предварительно охлажденного потока углеводородного сырья во второй сепаратор для отделения указанного верхнего потока пара, обогащенного метаном, из указанного дополнительного предварительно охлажденного потока углеводородного сырья.

13. Система охлаждения и разделения потока углеводородов, содержащая:

- первую ступень охлаждения и разделения для приема потока углеводородного сырья и генерирования верхнего потока пара, обогащенного метаном, и потока бедной на метан жидкости;

- колонну фракционирования, содержащую: входное отверстие, выполненное с возможностью приема указанного потока бедной на метан жидкости, донное выходное отверстие для выпуска потока донного конденсата, верхнее выходное отверстие для выпуска верхнего потока, обогащенного C₁-C₂, и среднее выходное отверстие для выпуска среднего потока, обогащенного C₃-C₄;

- устройство охлаждения расширением объема, выполненное с возможностью приема расщепленного потока из указанного верхнего потока пара, обогащенного метаном, и генерирования охлажденного расщепленного потока путем охлаждения расширением объема указанного расщепленного потока;

- конденсатор, расположенный в верхней части колонны фракционирования для обеспечения холодопроизводительности в указанной колонне фракционирования, при этом указанный конденсатор содержит впускное отверстие для приема сырьевого потока конденсатора, причем указанный сырьевой поток конденсатора содержит указанный охлажденный расщепленный поток.

14. Установка для производства сжиженного природного газа, включающая систему по п. 13.