IT9020371A1 - Procedimento per la separazione di azoto da gas naturale - Google Patents

Procedimento per la separazione di azoto da gas naturale

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Description

L'invenzione si riferisce ad un procedimento per la separazione di azoto da gas naturale, che contiene anidride carbonica e azoto in concentrazione variabile, per mezzo della rettifica a bassa temperatura in più stadi di separazione, in cui in un primo stadio di separazione l'anidride carbonica contenuta nel gas naturale viene separata quale frazione liquida insieme con una parte del metano ed eventualmente idrocarburi superiori, e la frazione gassosa completamente privata dell'anidride carbonica viene separata mediante ulteriore rettifica in più stadi in frazioni prodotte costituite da azoto e metano, dopo di che le correnti prodotte così formate sono riscaldate ed evaporate.
Un procedimento noto per la separazione di azoto da gas naturale è descritto in "Hydrocarbon Processing", Aprile 1970, alle pagine da 86 a 88. In questo riferimento, un gas naturale contenente azoto e anidride carbonica in concentrazione variabile viene raffreddato in scambio indiretto di calore con frazioni prodotte da riscaldare ed evaporare, viene parzialmente condensato e alimentato ad una colonna di separazione della CO2. Nel fondo della colonna di separazione della CO2 si forma una frazione liquida contenente CO2 , CH4 e idrocarburi superiori, mentre in testa alla colonna si forma una miscela gassosa di CH4/N2. Entrambe le frazioni vengono alimentate ad una colonna a pressione intermedia, dal cui fondo viene estratta una frazione prodotta a media pressione. Questa contiene una miscela di idrocarburi e tutta l'anidride carbonica. In testa alla colonna di separazione, si estrae lateralmente una frazione che viene alimentata ad una colonna a bassa pressione. In quest'ultima ha luogo la separazione in una frazione prodotta costituita da metano, ed una frazione prodotta costituita da azoto. Le frazioni prodotte della colonna a media pressione e quelle della colonna a bassa pressione vengono riscaldate ed evaporate per la successiva lavorazione, in scambio termico con il gas naturale da raffreddare.
Questo procedimento noto dalla tecnica precedente presenta lo svantaggio che nella corrente di gas naturale alimentata al processo deve essere presente un determinato valore del rapporto CO2/C2 <+ >, allo scopo di mantenere in soluzione la CO2 all'atto dell'evaporazione della frazione pròdotta a media pressione allo stato liquido. Se tale rapporto nella corrente di gas d'alimentazione fosse inferiore a tale valore determinato, si avrebbe di conseguenza la precipitazione dell'anidride carbonica allo stato solido.
Scopo della presente invenzione è provvedere un procedimento per la separazione dell'azoto da gas naturale contenente anidride carbonica, che costituisca un perfezionamento dello stato della tecnica in modo tale che all'atto del riscaldamento della frazione di CO2/idrocarburo ottenuta non si verifichi alcuna precipitazione di sostanza allo stato solido, con la separazione dell'azoto venendo contemporaneamente semplificata.
L'invenzione ha conseguito questo scopo con ciò che
(a) la frazione idrocarburica allo stato liquido, arricchita con anidride carbonica, viene evaporata parzialmente in scambio termico indiretto con la frazione idrocarburica arricchita di azoto in fase gassosa che si forma,
(b) per mezzo dell'evaporazione parziale della frazione idrocarburica arricchita con anidride carbonica si ottiene un prodotto costituito da metano in fase gassosa ed un prodotto idrocarburico liquido contenente anidride carbonica,
(c) detto prodotto idrocarburico liquido contenente anidride carbonica, prima di essere riscaldato ed evaporato mediante scambio di calore indiretto con il gas naturale da raffreddare viene compresso ad alta pressione.
Il procedimento secondo l'invenzione fa si che già nel primo stadio di separazione tutta l'anidride carbonica viene separata dalla frazione idrocarburica arricchita con azoto, per cui gli stadi successivi di separazione servono soltanto allo scopo della separazione dell'azoto, che è un problema di importanza soltanto relativa. Per mezzo dell'evaporazione parziale della frazione idrocarburica liquida arricchita con anidride carbonica, l'andride carbonica si arricchisce ulteriormente nella frazione idrocarburica prodotta che rimane allo stato liquido. Allo scopo di impedire che l'anidride carbonica precipiti allo stato solido all'atto dell'evaporazione di quest'ultima, il liquido viene pompato ad una pressione tale che l'anidride carbonica non possa più precipitare. L'adozione di questo vantaggioso accorgimento riduce inoltre il lavoro di compressione per la successiva compressione del gas ricavato quale prodotto commerciale.
Π procedimento secondo l'invenzione rende possibile una separazione dell'azoto in presenza di contenuti di anidride carbonica superiori rispetto a quanto era possibile in precedenza. Del pari, contrariamente al sopra citato stato della tecnica, la presenza di componenti C2<+ >nel gas naturale non è più necessaria.
Quale perfezionamento dell'invenzione si propone di sottoraffreddare la frazione idrocarburica arricchita di anidride carbonica prima della sua evaporazione parziale.
Secondo un'ulteriore realizzazione pratica dell'invenzione, la frazione idrocarburica arricchita con azoto che si forma viene separata in ulteriori stadi di separazione, e il metano in tal modo ottenuto viene mescolato con il metano prodotto del primo stadio si separazione.
In tale contesto, la pressione degli stadi di separazione viene preferibilmente scelta in modo tale che il miscelamento può aver luogo senza una precedente compressione.
Il procedimento secondo l'invenzione viene descritto di seguito a scopo esemplificativo, sulla base della figura.
Attraverso la conduttura 1 si alimenta un gas naturale che si trova sotto pressione, che viene condensato parzialmente nello scambiatore di calore E1 in scambio indiretto di calore con le correnti di prodotto da riscaldare ed evaporare e in un separatore D viene separato in una frazione 2 liquida, contenente la maggior parte dei componenti pesanti, e in una frazione 3 in fase gassosa. La frazione in fase gassosa 3 viene espansa in una colonna di separazione T1, dopo un ulteriore raffreddamento nello scambiatore di calore E1. Dal fondo di quest'ultima viene estratta una frazione idrocarburica arricchita con anidride carbonica 4, che viene sottoraffreddata nello scambiatore di calore E2, e viene espansa nella sezione superiore della colonna di separazione T1. In seguito a tale espansione, la frazione idrocarburica arricchita con anidride carbonica viene parzialmente evaporata in scambio di calore con la frazione idrocarburica di testa arricchita con azoto, in fase gassosa, che si forma quale frazione di testa della colonna di rettifica.
Si formano un prodotto 6 costituito da metano privo di anidride carbonica in fase gassosa, ed una corrente idrocarburica prodotta 8 contenente anidride carbonica e allo stato liquido. La corrente prodotta idrocarburica 8 viene pompata per mezzo della pompa P ad una pressione sufficientemente alta, tale che all'atto del riscaldamento ed evaporazione di questa frazione nello scambiatore di calore E1 non si verifichi alcuna precipitazione di materiale solido. Questa frazione riscaldata ed evaporata viene scaricata qale prodotto ad alta pressione 9. La corrente prodotta costituita da metano in fase gassosa 6 viene mescolata con una frazione metanica 13 che si forma nell'ulteriore separazione metano/azoto, viene riscaldata nello scambiatore di calore E1, e viene scaricata quale prodotto a media pressione 7. La frazione di metano/azoto in fase gassosa 10 che si forma nello scambiatore di calore E3 viene sottoposta ad un'ulteriore separazione in 2 stadi T2 e T3 per la separazione dell'azoto. A tale scopo, la corrente 10 viene prima raffreddata nello scambiatore di calore E2. Una parte 11 viene espansa con produzione di frigorie, e, dopo riscaldamento negli scambiatori di calore E2 ed E1 serve quale "fuel gas [gas combustibile]" 11. La parte di gran lunga maggiore 12 viene espansa in T2 per la separazione dell'azoto. Sul fondo della colonna T2 si forma una corrente prodotta costituita da metano allo stato liquido 13, che, dopo riscaldamento ed evaporazione nello scambiatore di calore E2 viene mescolata con la corrente prodotta costituita da metano in fase gassosa della colonna di separazione T1. La pressione di lavoro di entrambe le colonne di separazione T1 e T2 viene scelta in maniera tale che è possibile evitare una compressione di 13. Alla testa della colonna T2 viene estratta la frazione che rimane in fase gassosa 14, che viene raffreddata negli scambiatori di calore E4 ed E5, e viene espansa nella zona superiore della colonna T3. Da quest'ultima, dalla testa viene estratta una frazione costituita da azoto 16, che dopo riscaldamento negli scambiatori di calore E5, E4, E2 ed E1, viene scaricata. La frazione idrocarburica liquida 15 che si forma nel fondo della colonna T3 viene scaricata quale prodotto a bassa pressione dopo riscaldamento ed evaporazione negli scambiatori di calore E4, E2 ed E1.
La seguente tabella illustra a scopo esemplificativo l'efficienza del procedimento sulla base di alcune indicazioni quantitative relative ad calcune delle correnti indicate in Figura (le indicazioni delle quant tà sono in moli %).
In questo esempio si raggiunge una resa in idrocarburi del 99,65%.

Claims (3)

  1. R i v e n d i c a z i o n i 1. Procedimento per la separazione di azoto da gas naturale, che contiene anidride carbonica e azoto in concentrazione variabile, per mezzo della rettifica a bassa temperatura in più stadi di separazione, in cui in un primo stadio di separazione l'anidride carbonica contenuta nel gas naturale viene separata quale frazione liquida insieme con una parte del metano ed eventualmente idrocarburi superiori, e la frazione gassosa completamente privata dell'anidride carbonica viene separata mediante ulteriore rettifica in più stadi in frazioni prodotte costituite da azoto e metano, dopo di che le correnti prodotte così formate sono riscaldate ed evaporate, caratterizzato dal fatto che (a) la frazione idrocarburica allo stato liquido, arricchita con anidride carbonica, viene evaporata parzialmente in scambio termico indiretto con la frazione idrocarburica arricchita con azoto in fase gassosa che si forma, (b) per mezzo dell'evaporazione parziale della frazione idrocarburica arricchita con anidride carbonica si ottiene un prodotto costituito da metano in fase gassosa ed un prodotto idrocar— burico liquido contenente anidride carbonica, e (c) detto prodotto idrocarburico liquido contenente anidride carbonica, prima di essere riscaldato ed evaporato mediante scambio di calore indiretto con il gas naturale da raffreddare viene compresso ad alta pressione.
  2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la frazione idrocarburica arricchita con anidride carbonica viene sottoraffreddata prima di essere evaporata parzialmente.
  3. 3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la frazione idrocarburica arricchita icon azoto che si forma viene scomposta per mezzo di ulteriore rettifica in più stadi e la frazione metanica prodotta in tale rettifica viene mescolata con il metano prodotto.
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