Система выделения водородсодержащего газа (варианты) Российский патент 2024 года по МПК C01B3/52 C10G45/02 

Изобретение относится к оборудованию для гидроочистки среднедистиллятных фракций и может найти применение в нефтеперерабатывающей промышленности.

Наиболее близка к заявляемому изобретению установка ЛЧ-24/2000 гидроочистки дизельного топлива [П.Г. Баннов. Процессы переработки нефти. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2000 г., с. 209], включающая, в том числе, расположенную на линии предварительно охлажденного гидрогенизата систему сепарации (выделения) водородсодержащего газа: горячий сепаратор с линиями тяжелой фракции и паров легкой фракции, на которой расположен теплообменник «легкая фракция/пары легкой фракции», теплообменник для получения водяного пара, воздушный и водяной холодильники и холодный сепаратор с линией легкой фракции и линией циркулирующего водородсодержащего газа, на которой расположен абсорбер с линиями углеводородного абсорбента и очищенного циркулирующего водородсодержащего газа, и линией абсорбата с системой его регенерации. Линия легкой фракции после теплообменника «легкая фракция/пары легкой фракции» соединена с линией тяжелой фракции, образуя линию их смеси, соединенную со средней частью стабилизационной колонны с линиями вывода стабильного гидрогенизата, газа стабилизации и линией подачи углеводородного газа.

Недостатками известной системы является низкая концентрация водорода в очищенном циркулирующем водородсодержащем газе из-за относительно высокой температуры в холодном сепараторе и высокие энергозатраты на охлаждение верха стабилизационной колонны.

Задача изобретения – повышение концентрации водорода в очищенном циркулирующем водородсодержащем газе и снижение энергозатрат.

Предложено два варианта системы выделения водородсодержащего газа, отличающихся аппаратурным оформлением.

Техническим результатом в обоих вариантах является повышение концентрации водорода в циркулирующем водородсодержащем газе, достигаемое путем размещения абсорбционной холодильной машины (АБХМ), а также нагревателя АБХМ взамен теплообменника «легкая фракция/пары легкой фракции» и теплообменника для получения водяного пара, и холодильника АБХМ – взамен водяного холодильника. Кроме того, достигается снижение энергозатрат на охлаждение верха стабилизационной колонны, достигаемое путем переобвязки последней. Во втором варианте достигается аналогичный технический результат путем, кроме вышеуказанного, дополнительной установки колонны отдувки сероводорода.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в известной системе выделения водородсодержащего газа, включающей горячий сепаратор с линиями тяжелой фракции и паров легкой фракции, на которой расположен теплообменник для получения водяного пара, воздушный и водяной холодильники и холодный сепаратор с линией легкой фракции и линией циркулирующего водородсодержащего газа, на которой расположен абсорбер с линией углеводородного абсорбента, линией очищенного циркулирующего водородсодержащего газа и линией абсорбата, а также стабилизационную колонну, верх которой оснащен системой охлаждения и линией газа стабилизации, а низ оснащен линиями углеводородного газа и стабильного гидрогенизата, особенностью является то, что линии легкой и тяжелой фракций оснащены редуцирующими устройствами, взамен теплообменника для получения водяного пара установлен нагреватель абсорбционной холодильной машины, взамен водяного холодильника установлен холодильник абсорбционной холодильной машины, при этом нагреватель абсорбционной холодильной машины и холодильник абсорбционной холодильной машины соединены с абсорбционной холодильной машиной линиями ввода/вывода теплоносителя и хладагента, соответственно, кроме того, абсорбционная холодильная машина оснащена дополнительным холодильником, расположенным на линии углеводородного абсорбента перед абсорбером, а линия абсорбата оснащена рекуперативным теплообменником и соединена со средней частью стабилизационной колонны ниже ее соединения с линией легкой фракции, но выше соединения с линией углеводородного абсорбента, оснащенной рекуперативным теплообменником и соединенной со средней частью стабилизационной колонны выше уровня соединения последней с линией тяжелой фракции, но ниже уровня соединения с линией легкой фракции.

Второй вариант отличается наличием колонны отдувки сероводорода, расположенной на линии тяжелой фракции после редуцирующего устройства, и оснащенной линией углеводородного газа, линией газа отдувки, соединенной со средней частью стабилизационной колонны ниже уровня ее соединения с линией углеводородного абсорбента, и линией газа отдувки, при этом низ стабилизационной колонны оснащен системой нагрева и линией вывода стабильной фракции, которая соединена с линией вывода очищенной тяжелой фракции с образованием линии стабильного гидрогенизата.

В обоих вариантах на линии тяжелой фракции перед редуцирующим устройством при необходимости может быть установлен дополнительный нагреватель. При необходимости тепло к АБХМ может быть подведено непосредственно от потока паров легкой фракции с использованием прямого нагрева. Также при необходимости линия абсорбата после рекуперативного теплообменника может быть соединена с линией легкой фракции.

Все устройства, составляющие предлагаемый блок стабилизации известны из уровня техники. В качестве теплоносителя АБХМ может быть использован, например, высокотемпературный органический теплоноситель, а в качестве хладагента АБХМ – вода или водные растворы. Подача технологических потоков осуществляется за счет разности давлений или с помощью насосов.

В обоих вариантах установка АБХМ, а также ее нагревателя взамен теплообменника «легкая фракция/пары легкой фракции» и теплообменника для получения водяного пара, а также установка холодильника АБХМ взамен водяного холодильника позволяет понизить температуру паров легкой фракции до температуры, близкой к температуре гидратообразования за счет использования вторичного энергоресурса – тепла паров легкой фракции, и в большей степени сконденсировать легкие углеводороды, за счет чего повысить концентрацию водорода в циркулирующем водородсодержащем газе. Снижение энергозатрат на охлаждение верха стабилизационной колонны достигается за счет оснащения ее средней части линиями абсорбента и абсорбата, выполняющими дополнительную функцию циркуляционного орошения, что соответственно снижает нагрузку на систему охлаждения верха стабилизационной колонны.

Система выделения водородсодержащего газа в первом варианте (фиг.1) включает горячий 1 и холодный 2 сепараторы, АБХМ 3, нагреватель АБХМ 4, холодильник АБХМ 5, воздушный холодильник 6, дополнительный холодильник АБХМ 7, рекуперативный теплообменник 8, абсорбер 9 и стабилизационную колонну 10 с охлаждаемым верхом (показано условно), редуцирующие устройства 11 и 12. Второй вариант (фиг.2) отличается наличием колонны отдувки 13. В обоих вариантах может быть установлен дополнительный нагреватель 14.

При работе установки по первому варианту предварительно охлажденный гидрогенизат (15) в сепараторе 1 разделяют на тяжелую фракцию (16), которую редуцируют в устройстве 11 и подают в среднюю часть колонны 10, и пары легкой фракции (17). Последние охлаждают и конденсируют в аппаратах 4, 6, и 5, и разделяют в сепараторе 2 на циркулирующий водородсодержащий газ (18) и легкую фракцию (19). В/из АБХМ 3 в нагреватель 4 вводят/выводят теплоноситель (20), а в холодильники 5 и 7 вводят/выводят хладагент (21). Циркулирующий водородсодержащий газ (18) подают в нижнюю часть абсорбера 9, с верха которого выводят очищенный циркулирующий водородсодержащий газ (22). Из средней части колонны 10 выше уровня ввода тяжелой фракции (16) выводят углеводородный абсорбент (23), который далее охлаждают в теплообменнике 8 и холодильнике 7 и подают в верхнюю часть абсорбера 9, с низа которого выводят абсорбат (24), нагревают его в теплообменнике 8 и направляют в среднюю часть колонны 10 выше уровня отбора углеводородного абсорбента. Легкую фракцию 19 редуцируют в устройстве 12 и направляют в верхнюю часть колонны 10, с верха которой выводят газ стабилизации (25). В нижнюю часть колонны 10 подают углеводородный газ (26), а с низа колонны 10 выводят стабильный гидрогенизат (27).

Работа второго варианта отличается тем, что тяжелую фракцию (16) после устройства 11 направляют в верхнюю часть колонны 13, в нижнюю часть которой подают углеводородный газ (26). При этом с низа колонны 13 выводят очищенную тяжелую фракцию (28), а с верха выводят газ отдувки (29), который подают в среднюю часть колонны 10 ниже уровня вывода абсорбента (23). С обогреваемого низа (показано условно) колонны 10 выводят стабильную фракцию (30), которую смешивают с очищенной тяжелой фракцией (28) с получением стабильного гидрогенизата (27). Подача промывной воды перед холодильником и вывод кислой воды условно не показаны. Работоспособность системы выделения водородсодержащего газа подтверждается примерами.

Пример 1. 33,1 т/час предварительно охлажденного гидрогенизата (15) в сепараторе 1 при 240 °С разделяют на 7,7 т/час паров легкой фракции (17) и 25,5 т/час тяжелой фракции (16), которую редуцируют и подают в среднюю часть колонны 10. Пары легкой фракции (17) охлаждают и конденсируют в аппаратах 4, 6 и 5, и разделяют в сепараторе 2 при 5 °С на 21,9 тыс. нм³/час циркулирующего водородсодержащего газа (18) и 4,1 т/час легкой фракции (19). Циркулирующий водородсодержащий газ (18) подают в нижнюю часть абсорбера 9, с верха которого выводят 21,6 тыс. нм³/час очищенного циркулирующего водородсодержащего газа (22). Из средней части колонны 10 выше уровня ввода тяжелой фракции (16) выводят 6,0 т/час углеводородного абсорбента (23), который далее охлаждают в теплообменнике 8 и холодильнике 7 до 5 °С и подают в верхнюю часть абсорбера 9, с низа которого выводят 6,6 т/час абсорбата (24), нагревают его в теплообменнике 8 и направляют в среднюю часть колонны 10 выше уровня отбора углеводородного абсорбента. Легкую фракцию (19) редуцируют в устройстве 12 и направляют в верхнюю часть колонны 10, с верха которой выводят 0,8 тыс. нм³/час газа стабилизации (25). В нижнюю часть колонны 10 подают 0,04 тыс. нм³/час природного газа (26), а с низа выводят 28,9 т/час стабильного гидрогенизата (27). Концентрация водорода в очищенном циркулирующем водородсодержащем газе составила 63,4 % мас. (94,8 % об.). Расход холода на охлаждение верха колонны 10 составил 0,02 МВт.

Пример 2. В условиях примера 1 тяжелую фракцию (16) после устройства 11 направляют в верхнюю часть колонны 13, в нижнюю часть которой подают 0,03 тыс. нм³/час природного газа (26). При этом с низа колонны 13 выводят 18,8 т/час очищенной тяжелой фракции (28), а с верха выводят 1,0 тыс. нм³/час газа отдувки (29), который подают в среднюю часть колонны 10 ниже уровня вывода абсорбента (23). С низа колонны 10 выводят 9,8 т/час стабильной фракции (30), которую смешивают с очищенной тяжелой фракцией (28) с получением 28,6 стабильного гидрогенизата (27). Концентрация водорода в очищенном циркулирующем водородсодержащем газе составила 64,8 % мас. (95,1 % об.). Расход холода на охлаждение верха колонны 10 составил 0,13 МВт.

При выделении водородсодержащего газа в системе согласно прототипу в условиях примера 1 концентрация водорода в водородсодержащем газе составила 52,4 % мас. Расход холода на охлаждение верха стабилизационной колонны 10 составил 0,33 МВт.

Таким образом предлагаемая система выделения водородсодержащего газа позволяет повысить концентрацию водорода в очищенном циркулирующем водородсодержащем газе, снизить энергозатраты, и может быть использована в промышленности.

Изобретение относится к двум вариантам системы выделения водородсодержащего газа. По одному из вариантов система включает горячий сепаратор с линией тяжелой фракции и линией паров легкой фракции, на которой расположен нагреватель абсорбционной холодильной машины, воздушный холодильник, холодильник абсорбционной холодильной машины и холодный сепаратор с линией легкой фракции и линией циркулирующего водородсодержащего газа, на которой расположен абсорбер с линией углеводородного абсорбента, линией очищенного циркулирующего водородсодержащего газа и линией абсорбата, а также стабилизационную колонну, верх которой оснащен системой охлаждения и линией газа стабилизации, а низ оснащен линиями углеводородного газа и стабильного гидрогенизата, причем линии легкой и тяжелой фракций оснащены редуцирующими устройствами, при этом нагреватель абсорбционной холодильной машины и холодильник абсорбционной холодильной машины соединены с абсорбционной холодильной машиной линиями ввода/вывода теплоносителя и хладагента, соответственно, кроме того, абсорбционная холодильная машина оснащена дополнительным холодильником, расположенным на линии углеводородного абсорбента перед абсорбером, а линия абсорбата оснащена рекуперативным теплообменником и соединена со средней частью стабилизационной колонны ниже соединения последней с линией легкой фракции, но выше соединения с линией углеводородного абсорбента, которая оснащена рекуперативным теплообменником и соединена со средней частью стабилизационной колонны выше уровня соединения последней с линией тяжелой фракции, но ниже уровня соединения с линией легкой фракции. Технический результат - повышение концентрации водорода в очищенном циркулирующем водородсодержащем газе и снижение энергозатрат. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

1. Система выделения водородсодержащего газа, включающая горячий сепаратор с линией тяжелой фракции и линией паров легкой фракции, на которой расположен нагреватель абсорбционной холодильной машины, воздушный холодильник, холодильник абсорбционной холодильной машины и холодный сепаратор с линией легкой фракции и линией циркулирующего водородсодержащего газа, на которой расположен абсорбер с линией углеводородного абсорбента, линией очищенного циркулирующего водородсодержащего газа и линией абсорбата, а также стабилизационную колонну, верх которой оснащен системой охлаждения и линией газа стабилизации, а низ оснащен линиями углеводородного газа и стабильного гидрогенизата, причем линии легкой и тяжелой фракций оснащены редуцирующими устройствами, при этом нагреватель абсорбционной холодильной машины и холодильник абсорбционной холодильной машины соединены с абсорбционной холодильной машиной линиями ввода/вывода теплоносителя и хладагента, соответственно, кроме того, абсорбционная холодильная машина оснащена дополнительным холодильником, расположенным на линии углеводородного абсорбента перед абсорбером, а линия абсорбата оснащена рекуперативным теплообменником и соединена со средней частью стабилизационной колонны ниже соединения последней с линией легкой фракции, но выше соединения с линией углеводородного абсорбента, которая оснащена рекуперативным теплообменником и соединена со средней частью стабилизационной колонны выше уровня соединения последней с линией тяжелой фракции, но ниже уровня соединения с линией легкой фракции.

2. Система выделения водородсодержащего газа, включающая горячий сепаратор с линией тяжелой фракции и линией паров легкой фракции, на которой расположен нагреватель абсорбционной холодильной машины, воздушный холодильник, холодильник абсорбционной холодильной машины и холодный сепаратор с линией легкой фракции и линией циркулирующего водородсодержащего газа, на которой расположен абсорбер с линией углеводородного абсорбента, линией очищенного циркулирующего водородсодержащего газа и линией абсорбата, а также стабилизационную колонну, верх которой оснащен системой охлаждения и линией газа стабилизации, причем линии легкой и тяжелой фракций оснащены редуцирующими устройствами, при этом нагреватель абсорбционной холодильной машины и холодильник абсорбционной холодильной машины соединены с абсорбционной холодильной машиной линиями ввода/вывода теплоносителя и хладагента, соответственно, кроме того, абсорбционная холодильная машина оснащена дополнительным холодильником, расположенным на линии углеводородного абсорбента перед абсорбером, а линия абсорбата оснащена рекуперативным теплообменником и соединена со средней частью стабилизационной колонны между ее соединениями с линией легкой фракции и линией углеводородного абсорбента, при этом последняя соединена со средней частью стабилизационной колонны между ее соединениями с линиями абсорбата и газа отдувки и оснащена рекуперативным теплообменником, установленным перед дополнительным холодильником, помимо этого система оборудована колонной отдувки сероводорода, расположенной на линии тяжелой фракции после редуцирующего устройства и оснащенной линией углеводородного газа, линией очищенной тяжелой фракции и линией газа отдувки, соединенной со средней частью стабилизационной колонны ниже соединения с линией углеводородного абсорбента, при этом низ стабилизационной колонны оснащен системой нагрева и линией стабильной фракции, которая соединена с линией очищенной тяжелой фракции с образованием линии стабильного гидрогенизата.