УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ГАЗОВОЙ СМЕСИ Российский патент 2020 года по МПК C10G5/06 F25J3/02 

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) и холодильную машину для охлаждения верха колонны выделения гелиевого концентрата, 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 вырабатываемой метановой фракции (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 C₁₊ в виде товарного газа и/или сжиженного природного газа.

Техническим результатом 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 (и регулируемой) температуре, гарантирующей ее соответствие требованиям норм по калорийности топливного газа.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей расположенные на линии сырьевого газа рекуперативный теплообменник и фракционирующую колонну, а также холодильную машину, сепаратор и редуцирующие устройства, особенность заключается в том, что фракционирующая колонна оснащена верхней и нижней тепломассообменными секциями 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 через рекуперативный теплообменник в качестве товарного газа, соединенной с линией подачи сырьевого газа, кроме того, верх колонны оснащен линией вывода смеси неконденсируемых газов, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство, верхняя тепломассообменная секция и рекуперативный теплообменник, а нижняя тепломассообменная секция соединена с холодильной машиной линиями ввода/вывода хладоагента.

Холодильная машина может быть выполнена компрессионной и, например, с многокомпонентным хладоагентом. Рекуперативный теплообменник выполнен многопоточным и может быть соединен с дополнительной 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, он может быть соединен с посредством кинематических и/или электрических и/или магнитных и/или гидравлических устройств с компрессором холодильной машины, соединенной с нижней тепломассообменной секцией. Также детандер(ы) может(гут) быть соединен(ы) с компрессором дополнительной холодильной машины, соединенной аналогичным образом 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 с более 20 до шести единиц упрощает установку. Оснащение укрепляющей части фракционирующей колонны тепломассообменными секциями, охлаждаемыми технологическим потоком и хладоагентом, подаваемым из холодильной машины, позволяет поддерживать температуру верха колонны на уровне, обеспечивающем заданную степень потерь метана со смесью неконденсируемых газов, что позволяет получать углеводороды с высоким выходом. Оснащение отгонной части фракционирующей колонны нагревателем, который расположен на байпасной линии рекуперативного теплообменника, позволяет нагреть сырьевым газом, без ввода внешнего тепла, выводимую из куба колонны фракцию углеводородов C₁₊ до температуры, достаточной для отпарки азота и других более легких газов, и получить товарный газ или сжиженный природный газ нормативного качества.

Установка показана на чертеже и включает рекуперативный теплообменник 1, полную фракционирующую колонну 2 с двумя тепломассообменными секциями в укрепляющей части и с нагревателем в отгонной части, а также холодильную машину 3, два редуцирующих устройства 4 и 5 и сепаратор 6.

При работе установки осушенный и очищенный от кислых компонентов сырьевой газ, содержащий, например, 8% об. углеводородов C₁₊, поступающий по линии 7 с давлением 2-3 МПа, разделяют на два потока, первый поток по байпасной линии 8 направляют в качестве теплоносителя в нагреватель колонны 2, затем смешивают со вторым потоком, предварительно охлажденным в теплообменнике 1 и с температурой минус 145 - минус 150°С подают в среднюю часть колонны 2. С низа колонны 2 по линии 9 выводят фракцию углеводородов C₁₊, редуцируют ее с помощью устройства 5, например, редуцирующего вентиля, до, например, 0,2-1,2 МПа и разделяют в сепараторе 6 на сжиженный природный газ, выводимый по линии 10 в качестве товарного продукта или сырья для дальнейшей переработки, и газ сепарации, который выводят из сепаратора 6 по линии 11, нагревают в теплообменнике 1 и выводят с установки в качестве товарного газа с низшей теплотой сгорания не менее 31,8 МДж/м³ или сырья для дальнейшей переработки. При необходимости снизить или исключить вывод товарного газа, по меньшей мере часть газа сепарации после теплообменника 1 рециркулируют, подавая из линии 11 в линию 7 по линии 12, например, с помощью компрессора (условно не показан). С верха колонны 2 по линии 13 отбирают смесь неконденсируемых газов (например, азота, кислорода, водорода и инертных газов), содержащую, преимущественно не более 1% мол. метана, редуцируют ее с помощью устройства 4, например, редуцирующего вентиля, до 0,1 - 2,0 МПа 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 сырья для дальнейшей переработки. Нижнюю тепломассообменную секцию колонны 2 охлаждают с помощью холодильной машины 3, вводя/выводя хладоагент по линиям 14. Для регулирования выхода сжиженного природного газа часть фракции углеводородов C₁₊ или часть сжиженного природного газа может быть направлена по байпасным линиям 15 или 16, соответственно (показано пунктиром).

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 углеводородов с неконденсируемыми газами и может быть использовано в газовой промышленности для подготовки низкокалорийного природного газа, а также для разделения промышленных газовых смесей. Изобретение касается установки для получения углеводородов из газовой смеси, которая включает расположенные на линии сырьевого газа рекуперативный теплообменник и фракционирующую колонну, а также холодильную машину, сепаратор и редуцирующие устройства. Фракционирующая колонна оснащена верхней и нижней тепломассообменными секциями 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 сепаратор, оснащенный линией вывода сжиженного природного газа и линией вывода газа сепарации через рекуперативный теплообменник в качестве товарного газа, соединенной с линией подачи сырьевого газа, кроме того, верх колонны оснащен линией вывода смеси неконденсируемых газов, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство, верхняя тепломассообменная секция и рекуперативный теплообменник, а нижняя тепломассообменная секция соединена с холодильной машиной линиями ввода/вывода хладагента. Технический результат - упрощение установки и увеличение выхода фракции углеводородов C₁₊ в виде товарного газа и/или сжиженного природного газа. 1 ил.

Установка для получения углеводородов из газовой смеси, включающая расположенные на линии сырьевого газа рекуперативный теплообменник и фракционирующую колонну, а также холодильную машину, сепаратор и редуцирующие устройства, отличающаяся тем, что фракционирующая колонна оснащена верхней и нижней тепломассообменными секциями 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 сепаратор, оснащенный линией вывода сжиженного природного газа и линией вывода газа сепарации через рекуперативный теплообменник в качестве товарного газа, соединенной с линией подачи сырьевого газа, кроме того, верх колонны оснащен линией вывода смеси неконденсируемых газов, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство, верхняя тепломассообменная секция и рекуперативный теплообменник, а нижняя тепломассообменная секция соединена с холодильной машиной линиями ввода/вывода хладагента.