Газоперерабатывающий завод Российский патент 2023 года по МПК C10L3/10 F25J3/02 F25J3/06 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в газовой промышленности для переработки углеводородных газов.

Наиболее близок к предлагаемому изобретению способ холодоснабжения в установка для извлечения газоконденсатных жидкостей [RU 2763101, опубл. 27.12.2021 г., МПК C10L 3/10, f25J 3/06], осуществляемый на установке выделения фракции углеводородов С₂₊, включающей расположенные на линии очищенного и осушенного газа: компрессорную секцию первого детандер-компрессорного агрегата, основной многопоточный теплообменник, сепаратор, оснащенный линиями вывода газа сепарации и остатка сепарации, причем линия вывода газа сепарации разделена на линии подачи первого и второго газа сепарации, линия вывода остатка сепарации разделена на линии подачи первого и второго остатка сепарации, при этом линия подачи первого остатка сепарации соединена с линией подачи первого газа сепарации, оснащенной верхним многопоточным теплообменником, редуцирующим вентилем, и соединенной с верхней частью ректификационной колонны, линия подачи второго остатка сепарации оснащена редуцирующим вентилем и соединена со средней частью ректификационной колонны, линия подачи второго газа сепарации оснащена детандерной секцией первого детандер-компрессорного агрегата и соединена со средней частью ректификационной колонны выше линии подачи второго остатка сепарации, кроме того, верх ректификационной колонны оснащен линией вывода остаточного газа, на которой последовательно расположены верхний теплообменник, основной теплообменник, примыкание ответвления второго циркуляционного газа после компрессорной секции второго детандер-компрессорного агрегата, компрессор, холодильник, ответвление первого циркуляционного газа и ответвление второго циркуляционного газа, причем ответвление первого циркуляционного газа оснащено основным теплообменником, верхним теплообменником и редуцирующим вентилем и соединено с верхней частью ректификационной колонны выше линии подачи первого газа сепарации, ответвление второго циркуляционного газа оснащено детандерной секцией второго детандер-компрессорного агрегата, верхним теплообменником, основным теплообменником, компрессорной секцией второго детандер-компрессорного агрегата и соединено с линией вывода остаточного газа перед компрессором, кроме того, нижняя часть ректификационной колонны соединена с основным теплообменником линиями ввода/вывода первого и второго циркуляционных орошений, а низ ректификационной колонны соединен с основным теплообменником линией вывода фракции углеводородов С₂₊.

Недостатками данного способа и установки являются низкая степень извлечения фракции углеводородов С₂₊ и большой диаметр верхней части ректификационной колонны, что при высоких расходах сырьевого газа требует разделения колонны на две части из-за ее большого веса. Причиной указанных недостатков является непосредственное соединение с ректификационной колонной линии подачи второго газа сепарации, который после редуцирования состоит более, чем на 99% из газовой фазы. Это приводит к высокой нагрузке верхней части колонны по газовой фазе, что требует увеличения ее диаметра для предотвращения уноса жидкой фазы, а также приводит к потерям этана с остаточным газом из-за переноса в газовую фазу, обогащенную метаном, из жидкой фазы в результате массообмена.

Задача изобретения – повышение степени извлечения фракции углеводородов С₂₊ и снижение диаметра верхней части ректификационной колонны.

Технический результат – повышение степени извлечения фракции углеводородов С₂₊ и снижение диаметра верхней части ректификационной колонны – достигается путем установки по меньшей мере одного сепаратора на потоках, подаваемых в верхнюю часть ректификационной колонны.

Заявленный технический результат достигается тем, что в газоперерабатывающем заводе, включающем установку выделения фракции углеводородов С₂₊, которая включает расположенные на линии очищенного и осушенного газа компрессорную секцию первого детандер-компрессорного агрегата, основной многопоточный теплообменник, сепаратор, оснащенный линиями вывода газа сепарации и остатка сепарации, причем линия вывода газа сепарации разделена на линии подачи первого и второго газа сепарации, линия вывода остатка сепарации разделена на линии подачи первого и второго остатка сепарации, при этом линия подачи первого остатка сепарации соединена с линией подачи первого газа сепарации, оснащенной верхним многопоточным теплообменником, редуцирующим вентилем и соединенной с верхней частью ректификационной колонны, линия подачи второго остатка сепарации оснащена редуцирующим вентилем и соединена со средней частью ректификационной колонны, линия подачи второго газа сепарации оснащена детандерной секцией первого детандер-компрессорного агрегата и соединена со средней частью ректификационной колонны выше линии подачи второго остатка сепарации, кроме того, верх ректификационной колонны оснащен линией вывода остаточного газа, на которой последовательно расположены верхний теплообменник, основной теплообменник, соединение с ответвлением второго циркуляционного газа после компрессорной секции второго детандер-компрессорного агрегата, компрессорный агрегат, холодильник, ответвление первого циркуляционного газа и ответвление второго циркуляционного газа, причем ответвление первого циркуляционного газа оснащено основным теплообменником, верхним теплообменником и редуцирующим вентилем и соединено с верхней частью ректификационной колонны выше линии подачи первого газа сепарации, а ответвление второго циркуляционного газа оснащено детандерной секцией второго детандер-компрессорного агрегата, верхним теплообменником, основным теплообменником, компрессорной секцией второго детандер-компрессорного агрегата и соединено с линией вывода остаточного газа перед компрессорным агрегатом, кроме того, нижняя часть ректификационной колонны соединена с основным теплообменником линиями ввода/вывода первого и второго циркуляционных орошений, а низ ректификационной колонны соединен с основным теплообменником линией вывода фракции углеводородов С₂₊, особенностью является то, что на линии подачи второго газа сепарации перед ректификационной колонной установлен сепаратор, соединенный с ректификационной колонной линией подачи третьего остатка сепарации, а с линией вывода остаточного газа – линией подачи третьего газа сепарации, кроме того, на линии подачи смеси первого газа сепарации с первым остатком сепарации перед ректификационной колонной также установлен сепаратор, соединенный с ректификационной колонной линией подачи четвертого остатка сепарации, а с линией вывода остаточного газа – линией подачи четвертого газа сепарации.

При необходимости на ответвлении первого циркуляционного газа перед ректификационной колонной также установлен сепаратор, соединенный с ректификационной колонной линией подачи пятого остатка сепарации, а с линией вывода остаточного газа – линией подачи пятого газа сепарации.

При необходимости низ ректификационной колонны может быть оборудован нагревателем, соединенным с линией очищенного и осушенного газа до и после основного теплообменника линией ввода/вывода его части.

При необходимости низ ректификационной колонны установки выделения фракции углеводородов С₂₊ оснащен дополнительным нагревателем с внешним теплоносителем.

При необходимости газоперерабатывающий завод дополнительно включает установки очистки и осушки газа, а также установку разделения фракции углеводородов С₂₊.

Компрессорный агрегат и компрессорные секции детандер-компрессорных агрегатов могут быть оснащены системами охлаждения сжатого газа. Сепараторы могут быть трубными или емкостными. Ректификационная колонна оборудована насадочными, пленочными или тарельчатыми внутренними контактными устройствами. Остальные составляющие газоперерабатывающего завода могут быть выполнены любым образом, известным из уровня техники.

Газоперерабатывающий завод показан на схеме и включает первый детандер-компрессорный агрегат 1 с компрессорной секцией 2 и детандерной секцией 3, второй детандер-компрессорный агрегат 4 с компрессорной секцией 5 и детандерной секцией 6, компрессорный агрегат 7, многопоточные теплообменники 8 (основной) и 9 (верхний), воздушный холодильник 10, сепараторы 11, 12 и 13, редуцирующие вентили 14-16, ректификационную колонну 17, насос 18. При необходимости установка может дополнительно включать сепаратор 19.

При работе газоперерабатывающего завода очищенный и осушенный газ, подаваемый по линии 20, сжимают в компрессорной секции 2 детандер-компрессорного агрегата 1, охлаждают в теплообменнике 8 и направляют в сепаратор 11, с верха которого по линии 21 выводят газ сепарации, который разделяют на потоки первого 22 и второго 23 газа сепарации. С низа сепаратора 11 по линии 24 выводят остаток сепарации, который разделяют на потоки первого 25 и второго 26 остатка сепарации. Второй остаток сепарации 26 редуцируют в редуцирующем вентиле 14 и направляют в среднюю часть колонны 17. Второй газ сепарации 23 редуцируют в детандерной секции 3 детандер-компрессорного агрегата 1 и направляют в сепаратор 12, с верха которого третий газ сепарации по линии 27 направляют в линию остаточного газа 29 до теплообменника 9. С низа сепаратора 12 по линии 28 третий остаток сепарации направляют в среднюю часть колонны 17 выше линии подачи второго остатка сепарации 26. Первый остаток сепарации 25 смешивают с первым газом сепарации 22, охлаждают в теплообменнике 9, редуцируют в редуцирующем вентиле 15 и направляют в сепаратор 13, с верха которого четвертый газ сепарации по линии 34 направляют в линию остаточного газа 29 до теплообменника 9, а четвертый остаток сепарации подают в верхнюю часть колонны 17.

С верха колонны 17 по линии 29 выводят остаточный газ, обогащенный метаном, смешивают с третьим и четвертым газами сепарации 27 и 34 и нагревают в теплообменниках 9 и 8, затем смешивают со вторым циркуляционным газом 31, сжимают в компрессорном агрегате 7, охлаждают в холодильнике 10, затем отбирают первый (линия 30) и второй (линия 31) циркуляционные газы, и далее направляют потребителям. Первый циркуляционный газ 30 охлаждают в теплообменниках 8 и 9, редуцируют в редуцирующем вентиле 16 и направляют в качестве флегмы в верхнюю часть колонны 17 выше линии подачи смеси первого газа сепарации 22 с первым остатком сепарации 25. Второй циркуляционный газ 31 направляют на расширение в детандерную секцию 6 детандер-компрессорного агрегата 4 и далее в качестве охлаждающей среды подают в теплообменники 9 и 8, затем компримируют в компрессорной секции 5 детандер-компрессорного агрегата 4 и смешивают с потоком 29 остаточного газа перед компрессорным агрегатом 7. Из нижней части колонны 17 по линиям 32 и 33 в/из теплообменника 8 вводят/выводят первое и второе циркуляционные орошения, соответственно. С низа колонны 17 по линии 35 насосом 18 выводят фракцию углеводородов С₂₊ после предварительного нагрева в теплообменнике 8.

При необходимости на ответвлении первого циркуляционного газа 30 перед колонной 17 установлен сепаратор 19, из которого в колонну 17 подают пятый остаток сепарации, а в линию 29 по линии 36 направляют пятый газ сепарации.

При необходимости низ колонны 17 может быть оборудован нагревателем, в который из линии очищенного и осушенного газа 20 до и после основного теплообменника 8 вводят/выводят его часть. При необходимости низ колонны 17 нагревают с помощью дополнительного нагревателя с внешним теплоносителем (на схеме условно не показано).

При необходимости на газоперерабатывающем заводе очищенный и осушенный газ получают на дополнительной установке очистки и осушки сырьевого газа, а фракцию углеводородов С₂₊ направляют для разделения на фракции в дополнительную установку разделения/газофракционирования (на схеме условно не показано).

Работоспособность установки подтверждается примером.

100000 нм³/час очищенного и осушенного углеводородного газа, содержащего, % об.: метан 70,62; этан 13,63; азот 2,39; углекислый газ 0,73; углеводороды С₃₊ остальное, при плюс 20 ºС и 5,2 МПа сжимают в компрессорной секции 2 детандер-компрессорного агрегата 1 до 7,1 МПа, охлаждают в теплообменнике 8 до температуры минус 7 ºС и направляют в сепаратор 11, с верха которого по линии 21 выводят 79120 нм³/час газа сепарации, который разделяют на равные потоки первого газа сепарации 22 и второго газа сепарации 23. С низа сепаратора 11 по линии 24 выводят 30,5 т/час остатка сепарации, который разделяют на 0,5 т/час первого остатка сепарации 25 и второй 26 остаток сепарации. Второй остаток сепарации 26 редуцируют в редуцирующем вентиле 14 до 1,71 МПа и при температуре минус 34 ºС направляют в среднюю часть ректификационной колонны 17. Второй газ сепарации 23 с расходом 39560 нм³/час редуцируют в детандерной секции 3 первого детандер-компрессорного агрегата 1 до 1,71 МПа и при температуре минус 59 ºС направляют в сепаратор 12, с верха которого третий газ сепарации с расходом 34910 нм³/час направляют на смешение в линию остаточного газа до верхнего теплообменника 9. С низа сепаратора 12 7,27 т/час третьего остатка сепарации направляют в среднюю часть ректификационной колонны 17 выше линии подачи второго остатка сепарации 26. Первый остаток сепарации 25 смешивают с первым газом сепарации 22, охлаждают в теплообменнике 9 до минус 50 ºС, редуцируют в редуцирующем вентиле 15 до 1,71 МПа и при температуре минус 91 ºС разделяют в сепараторе 13 на 26420 нм³/час четвертого газа сепарации, который направляют в линию остаточного газа, и 15,7 т/час четвертого остатка сепарации, который подают в верхнюю часть ректификационной колонны 17.

С верха ректификационной колонны 17 c температурой минус 101 ºС выводят остаточный газ 29, обогащенный метаном, с расходом 47710 нм³/час, смешивают с третьим 27 и четвертым 34 газами сепарации, смесь нагревают в теплообменниках 9 и 8 до плюс 35 ºС, смешивают с потоком 31, сжимают в компрессоре 7 до 7,93 МПа, охлаждают в холодильнике 10 до 20 ºС и далее направляют потребителям в количестве 77510 нм³/час.

Часть потока остаточного газа после холодильника 10 по ответвлению первого циркуляционного газа 30 в количестве 32300 нм³/час охлаждают в основном теплообменнике 8 и верхнем теплообменнике 9 до температуры минус 60 ºС, редуцируют в редуцирующем вентиле 16 до 1,71 МПа и направляют в верхнюю часть ректификационной колонны выше линии подачи смеси первого газа сепарации 22 с первым остатком сепарации 25 в качестве флегмы. Часть потока остаточного газа после холодильника 10 по ответвлению второго циркуляционного газа 31 в количестве 51670 нм³/час редуцируют в детандерной секции 6 второго детандер-компрессорного агрегата 4 до 1,71 МПа и далее в качестве охлаждающей среды подают в теплообменники 9 и 8, затем компримируют в компрессорной секции 5 второго детандер-компрессорного агрегата 4 до 2,2 МПа и смешивают с потоком 29 остаточного газа перед компрессором 7.

Из нижней части ректификационной колонны 17 (4-я тарелка, здесь и далее – снизу) по ответвлению первого циркуляционного орошения по линии 32 с температурой минус 28 ºС отбирают жидкость в количестве 3 т/час и направляют на нагрев в основной теплообменник 8, затем возвращают обратно в ректификационную колонну 17 в качестве флегмы с температурой минус 5 ºС (на 3-ю тарелку). C нижней части ректификационной колонны 17 (2-я тарелка) по ответвлению второго циркуляционного орошения по линии 33 с температурой минус 2 ºС отбирают жидкость в количестве 3 т/час и направляют на нагрев в основной теплообменник 8, затем возвращают обратно в ректификационную колонну 17 в качестве флегмы с температурой плюс 10 ºС (на 1-ю тарелку). С низа ректификационной колонны 17 по линии 35 насосом 18 выводят фракцию углеводородов С₂₊ в количестве 43,1 т/час, содержащую, % об.: метан 0,66; этан 45,34; углекислый газ 1,47, остальное – углеводороды С₃₊, после предварительного нагрева в теплообменнике 8 до 16 ºС.

При этом в условиях примера глубина извлечения этана составила 77,1 %, максимальный действительный расход газа в верхней части ректификационной колонны составил 1267 м³/час, а расчетный диаметр верхней части колонны составил 1,189 м.

На установке в условиях прототипа глубина извлечения этана составила 73,9 %, максимальный действительный расход газа в верхней части ректификационной колонны составил 3305 м³/час, а расчетный диаметр верхней части колонны составил 1,837 м.

Таким образом, предлагаемый газоперерабатывающий завод позволяет повысить степень извлечения фракции углеводородов С₂₊, понизить диаметр верхней части ректификационной колонны и может быть использован в промышленности.

Настоящее изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в газовой промышленности для переработки углеводородных газов. Предложен газоперерабатывающий завод, включающий установку выделения фракции углеводородов С₂₊, которая включает расположенные на линии очищенного и осушенного газа компрессорную секцию первого детандер-компрессорного агрегата, основной многопоточный теплообменник, сепаратор, оснащенный линиями вывода газа сепарации и остатка сепарации. Причем линия вывода газа сепарации разделена на линии подачи первого и второго газов сепарации, линия вывода остатка сепарации разделена на линии подачи первого и второго остатков сепарации, при этом линия подачи первого остатка сепарации соединена с линией подачи первого газа сепарации, оснащенной верхним многопоточным теплообменником, редуцирующим вентилем и соединенной с верхней частью ректификационной колонны, линия подачи второго остатка сепарации оснащена редуцирующим вентилем и соединена со средней частью ректификационной колонны, линия подачи второго газа сепарации оснащена детандерной секцией первого детандер-компрессорного агрегата и соединена со средней частью ректификационной колонны выше линии подачи второго остатка сепарации. Верх ректификационной колонны оснащен линией вывода остаточного газа, на которой последовательно расположены верхний теплообменник, основной теплообменник, соединение с ответвлением второго циркуляционного газа после компрессорной секции второго детандер-компрессорного агрегата, компрессорный агрегат, холодильник, ответвление первого циркуляционного газа и ответвление второго циркуляционного газа. Причем ответвление первого циркуляционного газа оснащено основным теплообменником, верхним теплообменником и редуцирующим вентилем и соединено с верхней частью ректификационной колонны выше линии подачи первого газа сепарации, а ответвление второго циркуляционного газа оснащено детандерной секцией второго детандер-компрессорного агрегата, верхним теплообменником, основным теплообменником, компрессорной секцией второго детандер-компрессорного агрегата и соединено с линией вывода остаточного газа перед компрессорным агрегатом. Нижняя часть ректификационной колонны соединена с основным теплообменником линиями ввода/вывода первого и второго циркуляционных орошений, а низ ректификационной колонны соединен с основным теплообменником линией вывода фракции углеводородов С₂₊. При этом на линии подачи второго газа сепарации перед ректификационной колонной установлен сепаратор, соединенный с ректификационной колонной линией подачи третьего остатка сепарации, а с линией вывода остаточного газа – линией подачи третьего газа сепарации, кроме того, на линии подачи смеси первого газа сепарации с первым остатком сепарации перед ректификационной колонной также установлен сепаратор, соединенный с ректификационной колонной линией подачи четвертого остатка сепарации, а с линией вывода остаточного газа – линией подачи четвертого газа сепарации. Технический результат - повышение степени извлечения фракции углеводородов С₂₊ и снижение диаметра верхней части ректификационной колонны. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Газоперерабатывающий завод, включающий установку выделения фракции углеводородов С₂₊, которая включает расположенные на линии очищенного и осушенного газа компрессорную секцию первого детандер-компрессорного агрегата, основной многопоточный теплообменник, сепаратор, оснащенный линиями вывода газа сепарации и остатка сепарации, причем линия вывода газа сепарации разделена на линии подачи первого и второго газов сепарации, линия вывода остатка сепарации разделена на линии подачи первого и второго остатков сепарации, при этом линия подачи первого остатка сепарации соединена с линией подачи первого газа сепарации, оснащенной верхним многопоточным теплообменником, редуцирующим вентилем и соединенной с верхней частью ректификационной колонны, линия подачи второго остатка сепарации оснащена редуцирующим вентилем и соединена со средней частью ректификационной колонны, линия подачи второго газа сепарации оснащена детандерной секцией первого детандер-компрессорного агрегата и соединена со средней частью ректификационной колонны выше линии подачи второго остатка сепарации, кроме того, верх ректификационной колонны оснащен линией вывода остаточного газа, на которой последовательно расположены верхний теплообменник, основной теплообменник, соединение с ответвлением второго циркуляционного газа после компрессорной секции второго детандер-компрессорного агрегата, компрессорный агрегат, холодильник, ответвление первого циркуляционного газа и ответвление второго циркуляционного газа, причем ответвление первого циркуляционного газа оснащено основным теплообменником, верхним теплообменником и редуцирующим вентилем и соединено с верхней частью ректификационной колонны выше линии подачи первого газа сепарации, а ответвление второго циркуляционного газа оснащено детандерной секцией второго детандер-компрессорного агрегата, верхним теплообменником, основным теплообменником, компрессорной секцией второго детандер-компрессорного агрегата и соединено с линией вывода остаточного газа перед компрессорным агрегатом, кроме того, нижняя часть ректификационной колонны соединена с основным теплообменником линиями ввода/вывода первого и второго циркуляционных орошений, а низ ректификационной колонны соединен с основным теплообменником линией вывода фракции углеводородов С₂₊, отличающийся тем, что на линии подачи второго газа сепарации перед ректификационной колонной установлен сепаратор, соединенный с ректификационной колонной линией подачи третьего остатка сепарации, а с линией вывода остаточного газа – линией подачи третьего газа сепарации, кроме того, на линии подачи смеси первого газа сепарации с первым остатком сепарации перед ректификационной колонной также установлен сепаратор, соединенный с ректификационной колонной линией подачи четвертого остатка сепарации, а с линией вывода остаточного газа – линией подачи четвертого газа сепарации.

2. Газоперерабатывающий завод по п. 1, отличающийся тем, что на ответвлении первого циркуляционного газа перед ректификационной колонной установлен сепаратор, соединенный с ректификационной колонной линией подачи пятого остатка сепарации, а с линией вывода остаточного газа - линией подачи пятого газа сепарации.

3. Газоперерабатывающий завод по п. 1, отличающийся тем, что низ ректификационной колонны оборудован нагревателем, соединенным с линией очищенного и осушенного газа до и после основного теплообменника линией ввода/вывода его части.

4. Газоперерабатывающий завод по п. 1, отличающийся тем, что низ ректификационной колонны установки выделения фракции углеводородов С₂₊ оснащен дополнительным нагревателем с внешним теплоносителем.

5. Газоперерабатывающий завод по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает установки очистки и осушки газа, а также установку разделения фракции углеводородов С₂₊.