NO852584L

NO852584L - Fremgangsmaate for utvinning av tunge komponenter fra gassformede hydro-karbonblandinger.

Info

Publication number: NO852584L
Application number: NO852584A
Authority: NO
Inventors: Luigi Gazzi
Original assignee: Snam Progetti
Priority date: 1984-06-29
Filing date: 1985-06-27
Publication date: 1985-12-30
Also published as: US4657571A

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for utvinning av tunge komponenter fra gassformede hydrokarbonblandinger. En rekke fremgangsmåter er kjent for utvinning av tunge komponenter fra gassblandinger, og turbo-ekspansjoner anvendes ofte mer og mer. Deres viktigste funksjon omfatter avkjøling som er nødvendig

for kondensering og fraksjonering av ovennevnte tunge komponenter, ved ekspandering av rågassen i en turbin, det vil si med fremstilling av ytre arbeid, og deretter komprimering av den behandlede gassen.

Hovedgrunnen til at en fremgangsmåte ved hjelp av turbo-ekspansjon anvendes i så stor grad, er at når kjølefluidet faller sammen med hovedstrømmen kan utstyr i forbindelse med kjøle-prosessen elimineres, noe som reduserer investeringsomkostning-ene .

Eliminering av ovennevnte utstyr anvendt i kjø1eprosssen vedrører åpenbart alt hjelpeutstyr, men ikke kompressoren som ikke kan e1imineres,men erstattes av en kompressor av samme type som anvendes for den behandlede gassen.

Dette betyr at investeringer til utstyr som beholdere, varme-veksler os.v. er sterkt redusert, mens omkostningene som gjelder kompressorene ikke forandres i større grad. Komprimerings-trinnet for den behandlede gassen blir derfor særlig viktig med hensyn til omkostningene i et turbo-ekspansjonsanlegg, og utgjør i noen tilfeller halvparten av de totalte omkostningene.

Det er derfor av største viktighet med hensyn til en reduksjon

av både drifts- og installasjonsomkostningene, å redusere kraften som anvendes for rekomprimering, når alle andre betingelser er uforandret. Et flytskjema av et vanlig anvendt turbo-ekspansjonsanlegg er vist i fig. 1. Rågassen som er fortørket, inn-føres i anlegget gjennom røret 1, avkjøles ved hjelp av varme-vekslere 2, 3 og 4 og føres inn i separatoren 5 hvor de kondenserte væskene separeres. Ovennevnte kondenserte væsker 6 ekspanderes ved hjelp av ventilen 7 over i separatoren 8,

mens gassen 9 som kommer fra separatoren 5 ekspanderes i turbo-ekspans jonsenheten 10 og tilføres separatoren 11, hvor den dannede væskefasen 12 separeres fra gassfasen 14 og overføres til separatoren 8 ved hjelp av ventilen 13.

En væskestrøm fra separatoren 8 tilføres fraksjoneringskolonnen 17 gjennom ventilen 16.

Inne i kolonnen 17 skilles de tunge komponentene fra restgassen og føres ut av anlegget gjennom røret 18. Ovennevnte fraksjoneringskolonne har en koker 19, med en mellomliggende koker 3 og en deflegmator 20 avkjølt av gassen 14 som er separert i separatoren 11.

Gassen 21 som strømmer fra toppen av kolonnen 17 går sammen

med g a s s-strømren 21 som kommer fra separatoren 8, oppvarmes i varmeveksleren 4, komprimeres i kompressoren 23, avkjøles i 24 og går sammen med hovedgass-strømmen inn i røret 25. Brensel-gassen som er nødvendig for driften av anlegget, avledes under et passende trykk gjennom røret 26.

Hovedgass-strømmen 14 som kommer fra separatoren 11, oppvarmes

i deflegmatoren 20 og i varmeveksleren 2, komprimeres i kompressoren 27 som drives av turbo-ekspansjonsenheten 10, deretter komprimeres gassen i kompressoren 28 som drives av en selvsten-dig drivenhet, og avkjøles endelig i 29 før den forlater anlegget gjennom røret 30.

Flytskjema av kjent type er tilpasset for utvinning av LPG fra naturgass. Som i dette tilfelle er påkrevd propanmengde i LPG svært lav, nøkkel forbindelsen er butan.

2

•Fødegassen, tilføres ved 35°C og et trykk 70, 3 kg/cm og har følgende molare sammensetning:

Rågassen har en temperatur på -39°C i det den tilføres separatoren 5, avkjøles til -72°C og et trykk 35 kg/cm ved turbo-ekspansjon. Væskene oppnådd i separatorene 5 og 11 fraksjoneres i kolonnen 17, og i bunnen av kolonnen får man ut en C-forbindelse i flytende form, som kan fraksjoneres til LPG med ønsket spesifikasjon og bensin.

Restgassen rekomprimeres til 71 kg/cm 2,0g etter avledning av brenselsgassen har de tunge hydrokarbonene, utvunnet som væske i bunnen av kolonnen 17, følgende molare sammensetning:

Den totale utvinninq av C4i væske forbindelsen er 89, 71% av C 4-innholdet i rågassen. Kra ftforbuket for rekomprimering av gassen er :

Totalt sett har ikke kraftforbruket for kompressoren 27 (2055 kW) blitt tatt hensyn til, da den drives ved hjelp av turbo-ekspans jonsenheten , omkommer derfor ikke med under forbruket.

Den største ulempen ved anlegget er at utvinnelsen av tunge komponenter utføres i kun et likevekts-trinn ved utløpet av turbo-ekspansjonsenheten (separatoren 11 på fig. 1 i flytskjem-et). Dette betyr at for å oppnå utvinnelse av de tunge komponentene i ønsket grad, må man ned i svært lave temperaturer,

og det er derfor nødvendig å ekspandere til lavere trykk, noe som fører til stort rekompresjons-kraftforbruk.

På den annen side er det vanskelig å utføre separasjonen i

to eller flere likevektstrinn, det vil si i en destillasjons-kolonne eller i det minste i en rekti fi kasjonsbeholder, ved at i et turbo-ekspansjonsanlegg er den turbo-ekspanderte gassen, som utgjør fødestrømmen til re k t i f i kas j onsbeho 1 de r en , og" "så"'" den kaldeste strømmen i anlegget, hvorfra en betydelig mengde kjøle-energienheter kan oppnås, slik at avkjøling av hoved-kondenseren i den hypotetiske rektifikasjonsbeholderen er vanskelig. Tidligere har man oppnådd en rektifikasjonsbeholder som avkjøles ved hjelp av væskene som separeres i separatoren 11 og ekspanderes til mindre trykk, men de tilgjengelige kjøle-energienhetene er for få og rektifikasjonsbeholderen er derfor ineffektiv.

Man har nå funnet at det er mulig å fremstille et flytende hydrokarbon som kan anvendes i en kolonne med mer enn et likevekts-trinn for den videre fraksjoneringen; av hovedgass-strømmen på ned-strømssiden av turbo-ekspansjonsenheten med utgangspunkt i gass-strømmene inneholdende lite av de forbindelsene man ønsker å gjenvinne og som i forhold til hovedgass-strømmen er:

- enten ved et høyere trykk,

- eller tyngre (det vil si gjennomsni11 ig mindre flyktig) og ved et høyere trykk.

Kolonnen med mer enn et likevektstrinn har form av en absorp-sjonskolonne. Man har funnet at den fungerer meget bra i det den virker ved høyere temperatur og av den grunn ved høyere trykk, ved utløpet av turbo-ekspansjonsenheten, og følgelig tillater betydelig besparelser i slutt-rekompresjonen.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen for utvinning av tunge komponenter fra en hydrokarbon-gassblanding ved høyt trykk omfatter følgende trinn: a) avkjøling og delvis kondensering av hydrokarbon-gassblandingen, b) separering av væsken kodensert fra gassblandingen og til-førsel av denne til en fraksjoneringskolonne.

c) turbo-eksp ansjon av ikke-kondensert gassblanding ,

d) separering av væsken kondensert ved turbo-ekspansjon og tilførsel av denne til nevnte fraksjoneringskolonne fra

hvis bunn de tunge komponenter utvinnes,

e) rekomprimering av gassene fra både fraksjoneringskolonnen og gassene separert i trinn d, hver for seg eller samlet,

opptil tilsiktet trykk av gassen som behandles,

karakterisert vedat separeringen av væsken kondensert ved turbo-ekspansjon av gassblandingen utføres i en absorberings-separator i hvis nedre del, i tillegg til den kondenserte væsken, en væske; ansamles som oppnås ved absorbering av ikke-kondenserte tunge komponenter ved hjelp av en absorberende olje som ut-gjøres av en hydrokarbonholdig væske, i alt vesentlig uten de tunge komponentene som skal utvinnes, oppnådd ved avkjøling og delvis kondensering av gassene som strømmer fra fraksjoneringskolonnen, hvorfra i det minste en del av de tunge komponentene er fjernet ved hjelp av en deflegmator, anordnet i den samme fraksjoneringskolonnen, idet de nevnte gasser som strømmer fra fraksjoneringskolonnen på oppstrøms eller nedstrøms-siden av de flegmatoren komprimeres til et trykk høyere enn trykket i fraksjoneringskolonnen .

Trykket i utløpet av turbo-ekspansjonsenheten og trykket i absorberings-separatoren er i området fra 5-70 atmosfærer, foretrukket fra 15 - 50 atmosfærer, mens fraksjoneringskolonnen virker ved trykk i området fra 5-45 atmosfærer, foretrukket fra 8-35 atmosfærer.

Dersom man ønsker utvinning av etan, er det nødvendig at trykket av gassen hvorfra den absorberte væsken er kondensert, er høyere enn trykket i absorberings-separatoren, og kan oppnås ved at den kondenserte væsken fra turbo-ekspansjonsenheten pumpes inn i fraksjoneringskolonnen ved et trykk som er høyere enn det i absorberings-separatoren.

Istedet for å pumpe væsken kondensert i turbo-ekspansjonsenheten inn i fraksjoneringskolonnen ved et trykk som er høyere enn det i absorberings-separatoren, er det mulig, fra et passende sted på rekompresjonsenheten som i trinn (e) å; delvis føre gassene som strømmer fra fraksjoneringskolonnen sammen med dem som er separert i trinn (d) for deretter å avkjøle og kondensere dem j det minste delvis, og derav oppnå en absorberende væske ved et trykk som er høyere enn i absorberings-separatoren.

Før avkjøling og kondensering kan gassene, som tas ut fra et passende sted på rekompresjonsenheten, bli ytterligere kompre-mert.

Trykket av de nevnte gassene er i området fra 20 - 200 atmosfærer, foretrukket fra 35 til 80 atmosfærer.

Væskene oppnådd ved turbo-ekspansjon og ved absorbering ved hjelp av hydrokarbono1jen kan eventuelt strippes med gass før de går videre til fraksjoneringskolonnen.

Strippegassen kan også være av typen , rågass som føres inn

i anlegget, foretrukket i en mengde inneholdende fra 2-25 volum % i forhold til total mengde av nevnte rågass.

En del av strippegassen fra innføringsdelen i anlegget kan erstattes med hydrokarbondamper utviklet i en koker.

Oppfinnelsen vil når forklares bedre ved hjelp av flytskjemaene i fig. 2, 3,4 og 5, som viser foretrukne utførelsesformer.

I fig. 2 innføres rågassen, som er fortørket,til anlegget gjennom 1, på samme måte som vist i flytskjema fig. 1, avkjøles ved hjelp av prosess-strømmer i varmevekslerne 2 og 4, og føres videre til separatoren 4 som separerer de kondenserte væskene 6 som ekspanderes i 7 og føres til separatoren 8, og gassen 9, som i sin tur ekspanderes i turbo-ekspansjonsenheten 10. Fra separatoren 8 tas en væskestrøm 15 ut, som føres til fra-sjoneringskolonnen gjennom ventilen 16.

Den turbo-ekspanderte gassen føres inn i absorberings-separatoren 31, hvor den vaskes i motstrøm med en væske delvis dannet ved kondensering av gassene 32 fra kolonnen 17 i varmeveksleren 33, etter at gassene fra separatoren 8 har gått sammen med gassene 32 gjennom ventilen 22 og denne resultatstrømmen er oppvarmet i varmeveksleren 4, komprimert i 23 og avkjølt i 24. Den kondenserte væsken separeres i beholderen 34 og føres inn i absorberings-separatoren 31 gjennom røret 35. Den sepa-rerte gassen i 34 går sammen med gassen 36 som kommer ut fra absorberings-separatoren 31 i røret 37, den dannede gassblandingen oppvarmes i def1egmatoren 38 og i varmeveksleren 2, før den komprimeres i 27 og 28, avkjøles i 29 og føres til fordelingsnettet gjennom 30.

Væsken 12 som strømmer ut av absorberings-separatoren 31 føres til separatoren 8 gjennom ventilen 13. De tunge komponentene føres ut av anlegget gjennom røret 18, mens brenselsgassen avledes gjennom røret 26.

Kolonnen 17 er utstyrt med kokere 19, med den mellomliggende kokeren 33 og med de flegmatoren 38.

Flytskjemaet i fig. 2 er velegnet for utvinning av C eller tyngre fraksjoner. Dersom utvinning av etan er ønsket må I gassen hvorfra den absorberende væske kondenseres ha et trykk som er høyere enn i absorberings-separatoren. Dette kan gjennomføres som vist i flytskjemaet fig. 3.

Gassen som turbo-ekspanderes i 10 føres inn i absorberings-separatoren 31. Herfra pumpes væsken 39, hvortil væsken separert i 5 er tilført gjennom ventilen 7, inn i kolonnen 17 ved hjelp av pumpen 40.

Toppgassen 32 i kolonnen 17 kondenseres delvis i varmeveksleren 41, ved forbuk av kjøle-energienhetene fra den behandlede gassen 36, og separeres i 42, væsken 43 føres inn i absorberings-separatoren gjennom ventilen 44, mens gassen 45, etter oppvarming i varmeveksleren 4, overføres til et passende sted på kompressorenheten, det vil si til et mellomliggende innførsels-sted på kompressoren 28.

Som et alternativ til flytskjemaet i fig. 3, kan gassen som skal omdannes til væske, tas fra utløpet i kompressoren 28, eller det kan være nødvendig med videre kompressjon av gassen før omdannelse til væske, opptil et trykk høyere enn det som tilsiktes den behandlede gassen.

Som et eksempel, oppvarmes toppgassen 32 fra kolonnen 17, som vist i fig. 4, i varmeveksleren 4 og tilføres kompressoren på et passende sted. Gassen som skal avkjøles og delvis kondenseres, kan tas fra uttaket i kompressoren 28 etter avkjøling i 29, eller etter en vide.re kompresjon og avkjøling i 46 og 47 (omsluttet av den stiplede linjen).

Den komprimerte gassen kondenseres delvis i 48 og 49, ekspanderes i 50, tilføres separatoren 51 hvori en væske 52, til-ført absorberings-separatoren 31,separeres fra gassen 53 som går sammen med gassen fra absorberings-separatoren 31 (det er åpenbart at dersom den komprimerte gassen befinner seg ved et hyper-kritisk trykk, får man i realiteten ikke damp og væske før etter ekspandering i ventilen 50). 1 fig. 5 føres den fortørkede rågassen inn i anlegget gjennom 1, avkjøles ved hjelp av prosess-strømmer i varmevekslerne 2 og 3 og føres inn i separatoren 5 som separerer de kondenserte væskene--5, som så ekspanderes i 6 og tilføres absorberings-separatoren 7, og gassen 8, som ekspanderes i turbo-ekspansjonsenheten 9.

Den turbo-ekspanderte gassen tilføres absorberings-separatoren

7 som har en strippedel 10.

Fra bunnen av strippedelen tas ut en væske 11, den strippede væsken, som føres gjennom ventilen 12 til fraksjoneringskolonnen 13 etter oppvarming i 3.

I absorberings-separatoren 7 vaskes den turbo-ekspanderte gassen motstrøms ved hjelp av en væske dannet ved delvis kondensering av toppgassene 14 fra kolonnen 13 i varmeveksleren 15 og 16 etter kompresjon i 17 og avkjøling i 18.

Fra absorberings-separatoren 7 utgår et gass 19 som oppvarmes

i varmeveksleren 16 i deflegmatoren 20 i fraksjoneringskolonnen 13 og i varmeveksleren 2 før komprimering i 21 og 22, av-kjøles i 23 og sendes ut til fordelingsnettet.

De tunge komponentene føres ut av anlegget gjennom røret 24, mens brenselsgassen avledes gjennom røret 25.

Kolonnen 13 er utstyrt med en koker 26 og en deflegmator 20.

Noe av den tilførte gassen 27, anvendes som strippegass idet den tilføres gjennom ventilen 28 til strippedelen 10. Strippingen kan integreres med kokeren 29 som er vist i figuren ved en stiplet linje.

Som en videre eksemplifisert utførelsesform, kan rågassen ekspanderes i en turbo-ekspansjonsenhet istedet for i ventilen 28 .

Den oppnådde kraften kan anvendes til å drive kompressoren

17, enten alene eller ved hjelp av en annen drivenhet.

For bedre å tydeliggjøre disse mulige flytskjemaene som full-fører oppfinnelsen vises til to eksempler for utvinnelse av tunge komponenter.

Eksempel 1

Som vist i fig. 2, avkjøles rågassen, som er fortørket og

har en sammensetning og strømningshastighet lik de forutgående, i varmevekslerne 2 og 4 ned til -37°C, og avkjøles videre ned til -61°C ved turbo-ekspansjon ned til et trykk 43,4 kg/cm .

Toppgassen fra kolonnen 17, sammen med gassen utviklet i separatoren 8, kondenseres delvis etter kompresjon og derpåfølgen-de avkjøling og gir 409 kmol væske/t som anvendes som absorberende olje i absorberings-separatoren 31. Restgassen rekomprimeres ved 71 kg/cm etter avledning av brenselsgassen.

De tunge hydrokarbonene utvunnet i væskefasen på bunnen av kolonnen 17, har følgende molare sammensetning:

Total utvinnelse av butan økte til 98,34%. Kraftforbruket for rekompresjon av gassen var:

Også i dette tilfellet er kompressoren 27 (1491 kW), som drives ved hjelp av turbo-ekspansjonsenheten, ikke medregnet.

Forbundet med den større utvinningen av butan er en kraftbe-sparelse på 29% sammenlignet med kjent fremgangsmåte.

Eksempel 2

Fortørket rågass tilføres ved 35°C og et trykk 70,3 kg/cm<2>

med sammensetning og strømningshastighet lik de forutgående.

Som vist i flytskjemaet i fig. 5, der den valgfrie^ kokeren ikke anvendes, avkjøles rågassen i varmevekslerne 2 og 3, ned til

-38°C og avkjøles videre til -61,5°C ved turbo-ekspansjon ned

2

til 43,4 kg/cm .

Toppgassene fra kolonnen 13 anvendes som absorberingsolje i absorberings-separatoren etter komprimering og derpåfølgende avkjøling.

Restgassen rekomprimeres til 71 kg/cm 2 etter avledning av bren-selsgass. Menden som avledes i ventilen 28 er 5% sammenlignet med total mengde rågass. De tunge hydrokarbonene utvunnet i væskefasen i bunnen av kolonnen 10 har samme molare sammensetning som dem i foregående eksempel, og total utvinnelse av butan er 9 8 , 3 4 ?o men kraftforbruket for rekomprimering er:

I dette tilfellet er kompressoren 21, som drives ved hjelp av turbo-ekspansjonsenheten, hvis kraft er 1480 kW, ikke medregnet.

Claims

1. Fremgangsmåte for utvinning av tunge komponenter fra en hydrokarbon-gassbLanding med høyt trykk omfatterfde følgende trinn: a) avkjøling og delvis kondensering av hydrokarbon-gassblandingen, b) separering av væsken kondensert fra gassblandingen og til-førsel av denne til en fr aksjone r ingskolonne , c) turbo-ekspansjon av ikke-kondensert gassblanding, d) separering av væsken kondensert ved turbo-ekspansjon av gassblandingen og tilførsel av væsken til ovennevnte fraksjoneringskolonne, fra hvis bunn de tunge komponentene utvinnes, e) rekomprimering av både gassene fra fraksjoneringskolonnen og gassene separert i trin d, hver for seg eller samlet, opptil tilsiktet trykk av gassen som behandles, karakterisert ved at separeringen av væsken kondensert ved turbo-ekspansjonen av gassblandingen utføres i en absorberings-separator i hvis nedre del"" i tillegg til den kondenserte væsken, en væske' ansamles som oppnås ved absorbering av ikke-kondenserbare tunge komponenter ved hjelp av en absorberende olje som utgjøres av en hydrokarbonholdig væske, i alt vesentlig uten de tunge komponentene som skal utvinnes, oppnådd ved avkjøling og delvis kondensering av gassene som strømmer fra fraksjoneringskolonnen hvorfra i det minste en del av de tunge komponentene er fjernet ved hjelp av en deflegmator anordnet i den samme fraksjoneringskolonnen, og komprimert til et trykk høyere enn trykket i fraksjoneringskolonnen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at gassene som strømmer fra fraksjoneringskolonnen, komprimeres før de føres til deflegmatoren for å fjerne i det minste en del av de tunge komponentene.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at væsken som kondenseres ved turboekspansjon pumpes inn i fraksjoneringskolonnen ved et trykk høyere enn trykket i absorberings-separatoren.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den absorberte hydro-karbonvæsken oppnås ved avkjøling og delvis kondensering av gassene fra fraksjoneringskolonnen sammen med gassene som separeres i trinn d, og tas delvis fra et passende sted på re-kompres jon-enheten som omtales i trinn e.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at gassene som delvis tas fra et passende sted på rekompresjons-enheten som omtales i trinn e, komprimeres videre før de avkjøles og delvis kondenseres.

6. Fremgangsmåte som angitt i kravene 1-5, karakterisert ved at væskene som oppnås ved turbo-ekspansjon og absorbsjon ved hjelp av en hydrokarbon-olje, strippes med gass før de tilføres fraksjoneringskolonnen.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at strippegassen er rågassen som tilføres anlegget.

8. Fremgangsmåte som angitt i kravene 6 og 7, karakterisert ved at strippegassen er i mengde fra 2 - 25 volum" av den tilførte rågassen.

9. Fremgangsmåte som angitt i kravene 7 og 8, karakterisert ved at rågassen som tilføres anlegget turbo-ekspanderes før den anvendes som strippegass.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at kraften som oppnås ved turbo-ekspansjon anvendes, eventuelt ved hjelp av en annen drivenhet, til komprimering av toppgassen fra fraksjoneringskolonnen.

11. Fremgangsmåte som angitt i kravene 6, 7 og 8, karakterisert ved at minst en del av strippegassen e<rstattes med hydrokarbondamper som dannes i en koker.

12. Fremgangsmåte som angitt i kravene 1-5, karakterisert ved at turbo-ekspansjonsenhetens utløpstrykk og trykk i\ absorberings-separatoren er i området fra 5-78 atmosfærer, foretrukket fra 15 - 50 atmosfærer.

13." Fremgangsmåte som angitt i kravene 1-5, karakterisert ved at trykket i fraksjoneringskolonnen er i området fra 5-45 atmosfærer, foretrukket fra 8 til 35 atmosfærer.

14. fremgangsmåte som angitt i kravene 4 og 5, karakterisert ved at gassene, som delvis tas fra et passende sted på rekompresjonsenheten før de avkjøl-es og kondenseres delvis, har et trykk på 20 - 100 atmosfærer, foretrukket fra 35 - 80 atmosfærer.