Способ разделения природных иНЕфТяНыХ гАзОВ Советский патент 1981 года по МПК F25J3/00 

(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ПРИРОДНЫХ И НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ

Изобретение относится к способам разделения природных и нефтяных газов с целью получения гелия, этана, пропана и более тяжелых углеводородов.

Известен способ низкотемпературной конденсации и ректификации, в соответствии с которым весь поток газа охлаждают за счет дросселирования разделяемого газа или внешних холодильных циклов, парожидкостную смесь разделяют в сепараторе, жидкую фазу направляют в ректификационную колонну для выделения индивидуальных углеводородов, паровую - на фракционирующую конденсацию для получения гелия 1.

Недостаток этого способа - высокие энергозатраты на сжатие дроссельного потока газа для дальнейшего его транспорта по магистральному газопроводу.

Наиболее близким к предлагаемому по технической суш,ности является способ разделения газа, включающий охлаждение его, разделение на два потока, охлаждение до полного сжижения одного из них обратными потоками, второго - циркулирующим холодильным агентом, объединение охлажденных потоков, расширение сжиженного потока в турбине, сепарацию жидкой и паровой фаз с получением гелиевой, метановой, этановой и широкой фракции 2. Недостатком указанного способа при использовании его для разделения природного газа на гелиевую и этановую фракции являются большие затраты энергии на полное сжижение газа и низкая степень извлечения легкого компонента - гелия.

Цель изобретения - повышение выхода продуктов; гелия, этана, широкой фракции углеводородов, а также снижение энергозатрат на охлаждение природного газа.

Цель достигается тем, что охлаждение исходного газа проводят до двухфазного состояния с содержанием жидкости 30-60%, после чего жидкую и газовую фазы разделяют.

Кроме того холодильный агент, применяемый для охлаждения природного газа, получают смешением потоков разделяемого газа: этановой, метановой фракции и широкой фракции углеводородов, после чего его направляют на циркуляцию для охлаждения второго потока исходного газа.

На фиг. 1 представлена технологическая схема разделения газовой смеси предлагаемым способом; на фиг. 2 - зависимость коэффициента извлечения гелия (кривая I) и этана (кривая 2) от степени конденсации газа.

Способ осуществляется следующим образом.

Очищенный и осущенный природный газ подают на установку при давлении 40- 60 кгс/см и разделяют на два потока, один из которых (60-80°/о) охлаждают и частично конденсируют за счет холода обратных потоков сдросселированного газа в теплообменнике 1, второй - циркулирующей многокомпонентной смесью в теплообменниках 2, 3, 4, затем потоки смещивают и сепарируют. Охлаждение производят до температуры, при которой сжижается 30-60% газа. Жидкость из сепаратора 5 направляют на частичную деметанизацию в сепаратор 6 при давлении на 5-10 кгс/см ниже, чем в сепараторе 5. Жидкость из сепаратора 6 подают на выделение углеводородов в колонны - деметаннзатор 7 и деэтанизатор 8. Пар из деэтанизатора 8 направляют в теплообменник 3, где производят его частичную конденсацию. Выпавщую жидкость направляют на орошение деэтанизатора 8.

Газ из сепаратора 5 конденсируют и переохлаждают в теплообменнике 9, после чего направляют в первую отпарную колонну 10. Обогащенный гелием газ первой отпарной колонны 10 вновь конденсируют в конденсаторе 11 и подают во вторую отпарную колонну 12 и противоточный конденсатор 13, где происходит обогащение газа гелием до 80-90%. Полученный гелиевый концентрат направляют затем на очистку от примесей. Холодильный цикл на многокомпонентном агенте состоит из компрессора 14, холодильника 15 и теплообменников 2, 3 и 4, в которых происходит охлаждение и частичная конденсация природного газа и паров из деэтанизатора 8 за счет испарения и нагрева сдросселированной многокомпонентной смеси. Циркулирующую смесь получают смещением потоков разделяемого на установке газа, этановой фракции, метановой фракции, отбираемой с верха деметанизатора 7 и щирокой фракции углеводородов.

Корректировку состава холодильного агента, в зависимости от состава и давления разделяемого газа, осуществляют частичной депропанизацией щирокой фракции углеводородов.

График на фиг. 2 построен по результатам экспериментальных работ по определению коэффициентов распределения углеводородов и гелия между жидкими и газообразными фазами в зависимости от температуры и давления.

Как видно из графика, степень извлечения гелия уменьщается с увеличением доли жилкой фазы, а степень извлечения этапа - растет.

С учетом соотнощения цен на гелий и этан установлено, что при их совместном извлечении оптимальным является извлечение 80-95% гелия и 60-85% этана. Как видно из графика, такие степени извлечения соответствуют конденсации газа на 30-60%. Например для Оренбургского природного газа, оптимальная конденсация составляет 40%.

Для достижения оптимальных показателей - минимума расхода энергии на охлаждение природного газа с помощью многокомпонентного холодильного агента, последний получают смещением потоков разделяемого газа как указывалось. Такой способ получения хладоагента позволяет сократить капитальные и эксплуатационные затраты по сравнению с получением хладоагента на специальной установке.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Патент Великобритании № 900325, кл. 8(2), (F25J), 20.01.61.