УСТАНОВКА ДЕЭТАНИЗАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2023 года по МПК C10L3/10 C10G5/06 F25J3/00 

Изобретение относится к криогенным установкам и может быть использовано в газовой промышленности для деэтанизации природного газа.

Известна установка для деэтанизации природного газа (варианты) [RU 2668896, опубл. 04.10.2018 г., МПК C10G 5/06, F25J 3/00, B01D 53/48], включающая линию магистрального газа, разделенную на две линии, компрессор, холодильник, редуцирующих устройства, соединенных с компрессором, рекуперационный теплообменник, дефлегматор с тепломассообменным блоком и линией подачи флегмы в блок фракционирования, соединенный линией подачи газа дефлегмации, оборудованной редуцирующим устройством, с сепаратором, оснащенным линией подачи метансодержащего газа из блока фракционирования, линией вывода широкой фракции легких углеводородов и линией вывода газа с тепломассообменным блоком и рекуперационным теплообменником.

Недостатком установки является низкий выход этана из-за его уноса из блока фракционирования с метансодержащим газом вследствие высокого содержания метана во фракционируемой смеси.

Наиболее близка к предлагаемому изобретению установка для деэтанизации природного газа (варианты) [RU 2739738, опубл. 28.12.2020 г., МПК B01D 53/48, C10L 3/10], включающая линию магистрального (углеводородного) газа, разделенную после блока осушки на две линии,

на первой линии установлены компрессор, холодильник, первый рекуперативный теплообменник, редуцирующее устройство и деметанизатор низкого давления (первый деметанизатор),

на второй линии установлены второй рекуперативный теплообменник, редуцирующее устройство и промежуточный сепаратор, который соединен с первым деметанизатором линией вывода остатка (конденсата) с редуцирующим устройством, и оснащен линией вывода газа, на которой установлен дефлегматор с тепломассообменным блоком.

Дефлегматор линией подачи флегмы (конденсата), оснащенной редуцирующим устройством, соединен с первым деметанизатором, а линией подачи газа дефлегмации, оснащенной редуцирующим устройством, соединен с низкотемпературным сепаратором.

Последний соединен с первым деметанизатором линиями подачи конденсата и метансодержащего газа, и оснащен линией подачи сухого отбензиненного газа, на которой расположены тепломассообменный блок дефлегматора и первый рекуперативный теплообменник.

Кроме того, первый деметанизатор соединен линиями подачи деметанизированного конденсата и отходящего (этансодержащего) газа со вторым деметанизатором, соединенным линией подачи углеводородной фракции (широкой фракции легких углеводородов) с деэтанизатором, оснащенным линиями вывода этановой и пропан-бутановой фракций,

а также соединен со вторым рекуперативным теплообменником линиями ввода/вывода циркулирующего орошения.

Недостатком данной установки является низкий выход этана вследствие повышенной температуры верха первого деметанизатора из-за подачи потока тепла вместе с этансодержащим газом из второго деметанизатора, низ которого нагревают теплом со стороны, а также из-за повышенной температуры конденсата, подаваемого в качестве острого орошения из низкотемпературного сепаратора.

Задача изобретения - повышение выхода этана.

Техническим результатом является повышение выхода этана за счет снижения температуры верха первого деметанизатора путем исключения соединения линии подачи этансодержащего газа с первым деметанизатором и за счет дополнительного оснащения первого деметанизатора линией подачи метановой фракции в качестве острого орошения.

Технический результат достигается тем, что в установке, включающей линию осушенного углеводородного газа, разделенную на две линии, первая линия соединена с первым деметанизатором, на второй линии установлены первый рекуперативный теплообменник, редуцирующее устройство и промежуточный сепаратор, который соединен с первым деметанизатором линией вывода конденсата с редуцирующим устройством, и оснащен линией вывода газа промежуточной сепарации, на которой установлен дефлегматор с тепломассообменным блоком, при этом дефлегматор соединен с первым деметанизатором линией подачи конденсата, оснащенной редуцирующим устройством, а с низкотемпературным сепаратором соединен линией подачи газа дефлегмации, оснащенной редуцирующим устройством, причем низкотемпературный сепаратор соединен с первым деметанизатором линией подачи конденсата, и оснащен линией подачи газа низкотемпературной сепарации, соединенной с первым рекуперативным теплообменником, кроме того, первый деметанизатор соединен линией подачи деметанизированного конденсата со вторым деметанизатором, оснащенным линией вывода этансодержащего газа, соединенным линией подачи широкой фракции легких углеводородов с деэтанизатором, оснащенным линиями вывода этановой и пропан-бутановой фракций, особенность заключается в том, что в качестве рекуперативных теплообменников установлены трехпоточные теплообменники, первая линия осушенного углеводородного газа оборудована нагревателем низа первого деметанизатора и соединена со второй линией осушенного углеводородного газа между первым трехпоточным теплообменником и редуцирующим устройством, линия подачи газа низкотемпературной сепарации разделена на две линии, первая линия газа низкотемпературной сепарации, оборудованная вторым рекуперативным теплообменником, соединена с линией вывода сухого отбензиненного газа после первого трехпоточного теплообменника, на второй линии газа низкотемпературной сепарации установлены первый трехпоточный теплообменник, компрессор, второй трехпоточный теплообменник, редуцирующее устройство и сепаратор отпарного газа, который соединен с первым деметанизатором линией подачи метановой фракции в качестве острого орошения, и соединен линией вывода отпарного газа, на которой расположен второй трехпоточный теплообменник, с линией вывода сухого отбензиненного газа после первого трехпоточного теплообменника, кроме того, линия вывода этансодержащего газа оборудована компрессором и соединена со второй линией осушенного углеводородного газа перед первым трехпоточным теплообменником.

Редуцирующие устройства выполнены в виде детандера, дроссельного вентиля или газодинамического устройства. Компрессоры оснащены охлаждающими устройствами и могут быть соединены с детандером(ами) с помощью кинематической и/или электрической, и/или магнитной, и/или гидравлической связи. Деметанизаторы, деэтанизатор и дефлегматор могут быть выполнены в виде ректификационных колонн. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Соединение линии подачи этансодержащего газа, имеющего относительно высокую температуру, с линией линию осушенного углеводородного газа исключает введение тепла со стороны в криогенную зону установки, что при прочих равных условиях снижает температуру верха первого деметанизатора, уменьшает содержание этана в сухом отбензиненном газе и обеспечивает повышение выхода этана. Дополнительное снижение температуры верха первого деметанизатора и повышение выхода этана достигается путем оснащения первого деметанизатора линией подачи метановой фракции в качестве острого орошения. При этом для получения метановой фракции на линии подачи части газа низкотемпературной сепарации последовательно расположены первый трехпоточный теплообменник, компрессор, второй трехпоточный теплообменник, редуцирующее устройство и сепаратор отпарного газа.

Установка показана на прилагаемой фигуре и включает первый и второй трехпоточные теплообменники 1 и 2, редуцирующие устройства 3-7, дефлегматор с тепломассообменным блоком 8, первый деметанизатор с нагревателем низа 9, второй деметанизатор с охлаждаемым верхом и нагреваемым низом 10, промежуточный 11, низкотемпературный 12 сепараторы и сепаратор отпарного газа 13, компрессоры 14 и 15. При давлении перерабатываемого газа ниже критического установка может дополнительно включать сепаратор 16 и редуцирующее устройство 17.

При работе установки очищенный и осушенный углеводородный газ подают по линии 18, разделяют на два потока, первый из которых (линия 19) охлаждают в нагревателе деметанизатора 9 и соединяют со вторым потоком, предварительно смешанным с этансодержащим газом и охлажденным в теплообменнике 1. Полученный объединенный поток редуцируют с помощью устройства 3, разделяют сепараторе 11 на конденсат, выводимый по линии 20, и газ промежуточной сепарации, который по линии 21 направляют в нижнюю часть дефлегматора 8, с низа которого по линии 22 выводят конденсат, а с верха по линии 23 выводят газ дефлегмации. Последний редуцируют с помощью устройства 5, разделяют в сепараторе 12 на конденсат, выводимый по линии 24, и газ низкотемпературной сепарации, который выводят по линии 25 и разделяют на два потока. Первый поток (линия 26) нагревают в теплообменнике 2 и подают в линию сухого отбензиненного газа 27. Второй поток нагревают в теплообменнике 1, сжимают компрессором 15, охлаждают в теплообменнике 2, редуцируют с помощью устройства 4 и направляют в сепаратор 13. Из сепаратора 13 по линии 28 выводят метановую фракцию, а по линии 29 выводят отпарной газ, который нагревают в теплообменнике 2 и подают в линию сухого отбензиненного газа 27.

Метановую фракцию и конденсаты из сепараторов 11,12 и дефлегматора 8 направляют в деметанизатор 9, причем конденсаты из сепаратора 11 и дефлегматора 8 предварительно редуцируют с помощью устройств 7 и 6, соответственно. С верха деметанизатора 9 по линии 27 выводят сухой отбензиненный газ, нагревают его в тепломассообменном блоке дефлегматора 8, в теплообменнике 1 и выводят с установки после смешения с отпарным газом (линия 29) и частью газа из сепаратора 12 (линия 26). С низа деметанизатора 9 по линии 30 выводят частично деметанизированный конденсат и подают его в деметанизатор 10 с нагреваемым низом и охлаждаемым верхом (показано условно), с низа которого по линии 31 широкую фракцию легких углеводородов с заданным содержанием метана выводят с установки в качестве товарной продукции или направляют на разделение на узкие углеводородные фракции. С верха деметанизатора 10 по линии 32 выводят этансодержащий газ, сжимают его компрессором 14 и смешивают со вторым потоком углеводородного газа перед теплообменником 1.

При необходимости перед редуцирующим устройством 3 осуществляют предварительную сепарацию потока охлажденного углеводородного газа в сепараторе 16, при этом полученный конденсат также отправляют в деметанизатор 9 через редуцирующее устройство 17.

Работоспособность установки подтверждается примером.

662,3 тыс. нм³/час углеводородного газа, содержащего 90,4% метана, 0,22% азота, остальное - углеводороды С₂₊ (в том числе 58,8 т/час этана), при 8,0 МПа и 8°С, разделяют на два потока. 380,9 тыс. нм³/час первого потока охлаждают в нагревателе деметанизатора 9 и соединяют со вторым потоком, предварительно смешанным с 5,3 тыс. нм³/час этансодержащего газа и охлажденного в теплообменнике 1. Полученный объединенный поток при минус 61,5°С редуцируют до 3,6 МПа с помощью детандера 3, разделяют сепараторе 11 на 344,5 т/час конденсата и 257,3 тыс. нм³/час газа промежуточной сепарации, который направляют в дефлегматор 8, с низа которого выводят 41,1 т/час конденсата, а с верха выводят 203,8 тыс. нм³/час газа дефлегмации. Последний редуцируют до 2,3 МПа с помощью детандера 5, разделяют в сепараторе 12 на 19,4 т/час конденсата и 177,3 тыс. нм³/час газа низкотемпературной сепарации, который разделяют на два потока. 80,0 тыс. нм³/час первого потока нагревают в теплообменнике 2 и смешивают с сухим отбензиненным газом. Второй поток нагревают в теплообменнике 1, сжимают компрессором 15 до 8 МПа, охлаждают в теплообменнике 2, редуцируют с помощью детандера 4 и направляют в сепаратор 13. Из сепаратора 13 при минус 102,7 выводят 28,6 т/час метановой фракции и 57,5 тыс. нм³/час отпарного газа, который нагревают в теплообменнике 2 и смешивают с сухим отбензиненным газом. Метановую фракцию и конденсаты из сепараторов 11,12 и дефлегматора 8 направляют в деметанизатор 9, причем конденсаты из сепаратора 11 и дефлегматора 8 предварительно редуцируют с помощью редуцирующих вентилей 7 и 6 до 2,3 МПа, соответственно. С верха деметанизатора 9 при минус 101,3°С выводят 464,4 тыс. нм³/час сухого отбензиненного газа, нагревают его в тепломассообменном блоке дефлегматора 8, в теплообменнике 1 и выводят с установки после смешения с отпарным газом и частью газа из сепаратора 12. С низа деметанизатора 9 выводят 100,7 т/час частично деметанизированного конденсата и подают его в деметанизатор 10, с верха выводят этансодержащий газ, сжимают его компрессором 14 и смешивают со вторым потоком углеводородного газа перед теплообменником 1. С низа деметанизатора 10 выводят 95,7 т/час широкой фракции легких углеводородов, содержащей 56,5 т/час этана. Выход этана составил 96,05%.

В аналогичных условиях на установке по прототипу выход этана составил 92,1%.

Достигнутое повышение выхода этана обусловлено снижением температуры верха первого деметанизатора путем соединения линии подачи этансодержащего газа со вторым потоком углеводородного газа перед трехпоточным теплообменником, взамен ее соединения с первым деметанизатором по прототипу, и за счет дополнительного оснащения первого деметанизатора линией подачи метановой фракции в качестве острого орошения.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход этана и может быть использована в промышленности.

Изобретение относится к криогенным установкам и может быть использовано в газовой промышленности. Предложена установка деэтанизации углеводородного газа. Установка включает линию осушенного углеводородного газа, разделенную на две линии. Первая линия соединена с первым деметанизатором, на второй линии установлены первый рекуперативный теплообменник, редуцирующее устройство и промежуточный сепаратор. При этом сепаратор соединен с первым деметанизатором линией вывода конденсата с редуцирующим устройством, и оснащен линией вывода газа промежуточной сепарации, на которой установлен дефлегматор с тепломассообменным блоком. Дефлегматор соединен с первым деметанизатором линией подачи конденсата, оснащенной редуцирующим устройством, а с низкотемпературным сепаратором соединен линией подачи газа дефлегмации, оснащенной редуцирующим устройством. Низкотемпературный сепаратор соединен с первым деметанизатором линией подачи конденсата, и оснащен линией подачи газа низкотемпературной сепарации, соединенной с первым рекуперативным теплообменником. Кроме того, первый деметанизатор соединен линией подачи деметанизированного конденсата со вторым деметанизатором, оснащенным линией вывода этансодержащего газа, соединенным линией подачи широкой фракции легких углеводородов с деэтанизатором, оснащенным линиями вывода этановой и пропан-бутановой фракций. При этом в качестве рекуперативных теплообменников установлены трехпоточные теплообменники. Первая линия осушенного углеводородного газа оборудована нагревателем низа первого деметанизатора и соединена со второй линией осушенного углеводородного газа между первым трехпоточным теплообменником и редуцирующим устройством. Также линия подачи газа низкотемпературной сепарации разделена на две линии. Первая линия газа низкотемпературной сепарации, оборудованная вторым рекуперативным теплообменником, соединена с линией вывода сухого отбензиненного газа после первого трехпоточного теплообменника. На второй линии газа низкотемпературной сепарации установлены первый трехпоточный теплообменник, компрессор, второй трехпоточный теплообменник, редуцирующее устройство и сепаратор отпарного газа. При этом сепаратор отпарного газа соединен с первым деметанизатором линией подачи метановой фракции в качестве острого орошения, и соединен линией вывода отпарного газа. На линии вывода отпарного газа расположен второй трехпоточный теплообменник, с линией вывода сухого отбензиненного газа после первого трехпоточного теплообменника. Кроме того, линия вывода этансодержащего газа оборудована компрессором и соединена со второй линией осушенного углеводородного газа перед первым трехпоточным теплообменником. Техническим результатом изобретения является повышение выхода этана за счет снижения температуры верха первого деметанизатора путем исключения соединения линии подачи этансодержащего газа с первым деметанизатором и за счет дополнительного оснащения первого деметанизатора линией подачи метановой фракции в качестве острого орошения. 1 ил., 1 пр.

Установка деэтанизации углеводородного газа, включающая линию осушенного углеводородного газа, разделенную на две линии, первая линия соединена с первым деметанизатором, на второй линии установлены первый рекуперативный теплообменник, редуцирующее устройство и промежуточный сепаратор, который соединен с первым деметанизатором линией вывода конденсата с редуцирующим устройством, и оснащен линией вывода газа промежуточной сепарации, на которой установлен дефлегматор с тепломассообменным блоком, при этом дефлегматор соединен с первым деметанизатором линией подачи конденсата, оснащенной редуцирующим устройством, а с низкотемпературным сепаратором соединен линией подачи газа дефлегмации, оснащенной редуцирующим устройством, причем низкотемпературный сепаратор соединен с первым деметанизатором линией подачи конденсата, и оснащен линией подачи газа низкотемпературной сепарации, соединенной с первым рекуперативным теплообменником, кроме того, первый деметанизатор соединен линией подачи деметанизированного конденсата со вторым деметанизатором, оснащенным линией вывода этансодержащего газа, соединенным линией подачи широкой фракции легких углеводородов с деэтанизатором, оснащенным линиями вывода этановой и пропан-бутановой фракций, отличающаяся тем, что в качестве рекуперативных теплообменников установлены трехпоточные теплообменники, первая линия осушенного углеводородного газа оборудована нагревателем низа первого деметанизатора и соединена со второй линией осушенного углеводородного газа между первым трехпоточным теплообменником и редуцирующим устройством, линия подачи газа низкотемпературной сепарации разделена на две линии, первая линия газа низкотемпературной сепарации, оборудованная вторым рекуперативным теплообменником, соединена с линией вывода сухого отбензиненного газа после первого трехпоточного теплообменника, на второй линии газа низкотемпературной сепарации установлены первый трехпоточный теплообменник, компрессор, второй трехпоточный теплообменник, редуцирующее устройство и сепаратор отпарного газа, который соединен с первым деметанизатором линией подачи метановой фракции в качестве острого орошения, и соединен линией вывода отпарного газа, на которой расположен второй трехпоточный теплообменник, с линией вывода сухого отбензиненного газа после первого трехпоточного теплообменника, кроме того, линия вывода этансодержащего газа оборудована компрессором и соединена со второй линией осушенного углеводородного газа перед первым трехпоточным теплообменником.