УСТАНОВКА ВЫДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ГАЗОВОЙ СМЕСИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2020 года по МПК C10G5/00 C07C7/00 

Изобретение относится к оборудованию для разделения газообразных смесей углеводородов с неконденсируемыми газами и может быть использовано в газовой промышленности для подготовки низкокалорийного природного газа, а также для разделения промышленных газовых смесей.

Известна установка низкотемпературного разделения газа [RU 77949, опубл. 05.07.2017 г., МПК F25J 3/00], состоящая из блока предварительного охлаждения газа, включающего последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блока конденсации и охлаждения газа, включающего теплообменники, сепараторы второй и третьей ступени, отпарные колонны и турбодетандерный агрегат, блока выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающего деметанизатор, деэтанизатор, теплообменники и блока получения гелиевого концентрата.

Недостатком известной установки является сложность и большие капитальные затраты.

Наиболее близки к предлагаемому изобретению способ переработки природного газа с извлечением С₂₊ и установка для его осуществления [RU 2614947, опубл. 31.03.2017 г., МПК F25J 3/00], которая содержит семь рекуперативных теплообменников, три фракционирующих колонны (деметанизатор, колонну предварительного концентрирования гелия и колонну выделения гелиевого концентрата) со вспомогательным оборудованием, два низкотемпературных сепаратора, турбодетандерный агрегат, насос, шесть дросселей (редуцирующих устройств), при этом первый рекуперативный теплообменник, первый сепаратор и деметанизатор расположены на трубопроводе (линии) сырьевого газа.

Недостатками данной установки являются сложность (более 20 единиц оборудования), а также низкая степень извлечения углеводородов (на установке получают только 72% товарного газа высокого и низкого давления с содержанием метана 97,9%) из-за низкой температуры метановой фракции, отбираемой в колонне получения гелиевого концентрата (минус 111°С при 2,0 МПа в сепараторе), что имеет следствием высокое содержание азота как в самой метановой фракции, так и в газе среднего давления, получаемом при ее испарении, который из-за этого имеет низкую калорийность и не соответствует требованиям норм на топливный газ.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение установки и увеличение выхода фракции углеводородов С₁₊ в виде товарного газа и/или сжиженного природного газа.

Предложено два варианта установки, отличающихся агрегатным состоянием выводимой фракции углеводородов C₁₊. В первом варианте это товарный газ, во втором - товарный газ и/или сжиженный природный газ.

Техническим результатом в обоих вариантах является упрощение установки за счет кратного снижения количества оборудования и повышение выхода товарного газа за счет вывода фракции углеводородов C₁₊ с низа фракционирующей колонны при повышенной температуре, гарантирующей минимальное содержание с ней негорючих неуглеводородных компонентов и соответствие требованиям норм по калорийности топливного газа.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей расположенные на линии сырьевого газа рекуперативный теплообменник и фракционирующую колонну, а также редуцирующие устройства, особенность заключается в том, что фракционирующая колонна оснащена тепломассообменной секцией в укрепляющей части и нагревателем в отгонной части, который расположен на байпасной линии рекуперативного теплообменника, низ колонны оснащен линией вывода фракции углеводородов C₁₊, на которой расположены редуцирующее устройство и рекуперативный теплообменник, а верх колонны оснащен линией вывода смеси неконденсируемых газов, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство, тепломассообменная секция и рекуперативный теплообменник.

Второй вариант отличается тем, что на линии вывода фракции углеводородов C₁₊ после редуцирующего устройства размещен сепаратор, оснащенный линией вывода сжиженного природного газа и линией вывода газа сепарации с рекуперативным теплообменником, которая соединена с линией подачи сырьевого газа.

Рекуперативный теплообменник выполнен многопоточным и может быть соединен с холодильной машиной. Фракционирующая колонна выполнена, например, в виде пленочной колонны. Редуцирующие устройства могут быть выполнены в виде редуцирующего вентиля, газодинамического устройства или детандера. При выполнении по меньшей мере одного из редуцирующих устройств в виде детандера, последний может быть соединен с посредством кинематических и/или электрических и/или магнитных и/или гидравлических устройств с компрессором компрессионной холодильной машины (например, с многокомпонентным хладоагентом), соединенной с рекуперативным теплообменником или оснащенной испарителем, расположенным на линии вывода из колонны фракции углеводородов C₁₊ или на линии вывода смеси неконденсируемых газов. В качестве остальных элементов установки могут быть установлены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Сокращение количества оборудования до четырех-пяти единиц упрощает установку. Оснащение укрепляющей части фракционирующей колонны тепломассообменной секцией, охлаждаемой редуцированной смесью неконденсируемых газов, позволяет поддерживать температуру верха колонны на таком уровне, который обеспечивает заданный уровень потерь метана, что позволяет вырабатывать товарный газ с высоким и задаваемым выходом. Оснащение отгонной части колонны нагревателем, расположенным на байпасной линии рекуперативного теплообменника, позволяет нагреть сырьевым газом выводимую из куба колонны фракцию углеводородов C₁₊ до температуры, достаточной для достижения нужной степени отпарки неконденсируемых газов, и получить товарный газ заданной калорийности.

Установка показана на фиг. 1 и 2 и в обоих вариантах включает рекуперативный теплообменник 1, полную фракционирующую колонну 2 с тепломассообменной секцией в укрепляющей части и с нагревателем в отгонной части, а также два редуцирующих устройства 3 и 4. Второй вариант установки дополнительно включает сепаратор 5.

При работе установки по первому варианту (фиг. 1) осушенный и очищенный от кислых компонентов сырьевой газ, содержащий, например, 15 об.% углеводородов C₁₊, поступающий по линии 6 с давлением 2,0-3,0 МПа, разделяют на два потока, первый поток по байпасной линии 7 направляют в качестве теплоносителя в нагреватель колонны 2, затем смешивают со вторым потоком, предварительно охлажденным в теплообменнике 1 и с температурой минус 135-145°С подают в среднюю часть колонны 2. С низа колонны 2 по линии 8 выводят фракцию углеводородов C₁₊, редуцируют ее с помощью устройства 3, например, редуцирующего вентиля, например, до 0,3-1,3 МПа абс, нагревают в теплообменнике 1 и выводят в качестве товарного газа с низшей теплотой сгорания не менее 31,8 МДж/нм³ или в качестве сырья для дальнейшей переработки. С верха колонны 2 по линии 9 выводят смесь неконденсируемых газов (например, азота, кислорода, водорода и инертных газов), содержащую, преимущественно не более 1 мол.% метана, редуцируют ее с помощью устройства 4, например, детандера, до 0,1-2,0 МПа абс. и подают в качестве хладоагента в верхнюю часть верхней тепломассообменной секции, из нижней части которой выводят частично нагретую газовую смесь, нагревают ее в теплообменнике 1 и выводят в качестве отходящего газа или в качестве сырья для дальнейшей переработки.

При работе установки по второму варианту (фиг. 2) сырьевой газ, содержащий, например, 7 об.% углеводородов C₁₊, поступающий по линии 6 с давлением 2,0-3,0 МПа, разделяют на два потока, первый поток по байпасной линии 7 направляют в качестве теплоносителя в нагреватель колонны 2, затем смешивают со вторым потоком, предварительно охлажденным в теплообменнике 1 и с температурой минус 140-150°С подают в среднюю часть колонны 2. С низа колонны 2 по линии 8 выводят фракцию углеводородов C₁₊, редуцируют ее с помощью устройства 3, например, редуцирующего вентиля, до давления хранения сжиженного природного газа, например, до 0,3-0,9 МПа абс, и разделяют в сепараторе 5 на сжиженный природный газ, который выводят по линии 10 в качестве товарного продукта или сырья для дальнейшей переработки, и газ сепарации, который по линии 11 направляют для нагрева в теплообменник 1, и затем, либо полностью выводят с установки по линии 11 в качестве товарного газа, либо по линии 12 в какой-то части направляют в линию подачи сырьевой смеси (например, с помощью компрессора, на чертеже не показан), увеличивая выход сжиженного природного газа. При этом, при необходимости, количество выводимого сжиженного природного газа может регулироваться путем перепуска его части в линию 11 по линии 13. С верха колонны 2 по линии 9 выводят смесь неконденсируемых газов (например, азота, кислорода, водорода и инертных газов), содержащую, преимущественно не более 1 мол.%, редуцируют ее с помощью устройства 4, например, редуцирующего вентиля, до 0,1-2,0 МПа абс. и подают в качестве хладоагента в верхнюю часть верхней тепломассообменной секции, из нижней части которой выводят частично нагретую газовую смесь, нагревают ее в теплообменнике 1 и выводят в качестве отходящего газа или в качестве сырья для дальнейшей переработки.

Выход фракции углеводородов C₁₊ в виде товарного газа и/или сжиженного природного газа определяется потерями метана со смесью неконденсируемых газов и, в зависимости от состава сырьевого газа, составляет 90-99%.

Таким образом, предлагаемая установка проще, позволяет увеличить выход фракции углеводородов C₁₊ в виде товарного газа и/или сжиженного природного газа и может найти применение в газовой промышленности.

Изобретение относится к оборудованию для разделения газообразных смесей. Описана установка выделения углеводородов из газовой смеси, включающая расположенные на линии сырьевого газа рекуперативный теплообменник и фракционирующую колонну, а также редуцирующие устройства, в которой фракционирующая колонна оснащена тепломассообменной секцией в укрепляющей части и нагревателем в отгонной части, который расположен на байпасной линии рекуперативного теплообменника, низ колонны оснащен линией вывода фракции углеводородов С₁₊, на которой расположены редуцирующее устройство и рекуперативный теплообменник, а верх колонны оснащен линией вывода смеси неконденсируемых газов, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство, тепломассообменная секция и рекуперативный теплообменник. Описана установка выделения углеводородов из газовой смеси, включающая расположенные на линии сырьевого газа рекуперативный теплообменник и фракционирующую колонну, а также сепаратор и редуцирующие устройства, в которой фракционирующая колонна оснащена тепломассообменной секцией в укрепляющей части и нагревателем в отгонной части, который расположен на байпасной линии рекуперативного теплообменника, низ колонны оснащен линией вывода фракции углеводородов C₁₊, на которой расположены редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода сжиженного природного газа и линией вывода газа сепарации с рекуперативным теплообменником, соединенной с линией сырьевого газа, а верх колонны оснащен линией вывода смеси неконденсируемых газов, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство, тепломассообменная секция и рекуперативный теплообменник. Технический результат – упрощение установки и повышение выхода товарного газа. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка выделения углеводородов из газовой смеси, включающая расположенные на линии сырьевого газа рекуперативный теплообменник и фракционирующую колонну, а также редуцирующие устройства, отличающаяся тем, что фракционирующая колонна оснащена тепломассообменной секцией в укрепляющей части и нагревателем в отгонной части, который расположен на байпасной линии рекуперативного теплообменника, низ колонны оснащен линией вывода фракции углеводородов С₁₊, на которой расположены редуцирующее устройство и рекуперативный теплообменник, а верх колонны оснащен линией вывода смеси неконденсируемых газов, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство, тепломассообменная секция и рекуперативный теплообменник.

2. Установка выделения углеводородов из газовой смеси, включающая расположенные на линии сырьевого газа рекуперативный теплообменник и фракционирующую колонну, а также сепаратор и редуцирующие устройства, отличающаяся тем, что фракционирующая колонна оснащена тепломассообменной секцией в укрепляющей части и нагревателем в отгонной части, который расположен на байпасной линии рекуперативного теплообменника, низ колонны оснащен линией вывода фракции углеводородов C₁₊, на которой расположены редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода сжиженного природного газа и линией вывода газа сепарации с рекуперативным теплообменником, соединенной с линией сырьевого газа, а верх колонны оснащен линией вывода смеси неконденсируемых газов, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство, тепломассообменная секция и рекуперативный теплообменник.