RU2733711C1

RU2733711C1 - Установка для выделения углеводородов из газовой смеси

Info

Publication number: RU2733711C1
Application number: RU2020118663A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владиславович Курочкин
Original assignee: Андрей Владиславович Курочкин
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2020-10-06

Abstract

Изобретение относится к оборудованию для разделения газообразных смесей. Описана установка для выделения углеводородов из газовой смеси, включающая расположенные на линии сырьевого газа рекуперативный теплообменник и фракционирующую колонну, а также холодильную машину и редуцирующие устройства, в которой фракционирующая колонна оснащена верхней и нижней тепломассообменными секциями в укрепляющей части и нагревателем в отгонной части, который расположен на байпасной линии рекуперативного теплообменника, низ колонны оснащен линией вывода фракции углеводородов C, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство и рекуперативный теплообменник, а верх колонны оснащен линией вывода смеси неконденсируемых газов, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство, верхняя тепломассообменная секция и рекуперативный теплообменник, при этом нижняя тепломассообменная секция соединена с холодильной машиной линиями ввода/вывода хладагента. Технический результат – упрощение установки и повышение выхода товарного газа. 1 ил.

Description

Изобретение относится к оборудованию для разделения газообразных смесей углеводородов с неконденсируемыми газами и может быть использовано в газовой промышленности для подготовки низкокалорийного природного газа, а также для разделения промышленных газовых смесей.

Известна установка низкотемпературного разделения газа [RU 77949, опубл. 05.07.2017 г., МПК F25J 3/00], состоящая из блока предварительного охлаждения газа, включающего последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блока конденсации и охлаждения газа, включающего теплообменники, сепараторы второй и третьей ступени, отпарные колонны и турбодетандерный агрегат, блока выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающего деметанизатор, деэтанизатор, теплообменники и блока получения гелиевого концентрата.

Недостатком известной установки является сложность и большие капитальные затраты.

Наиболее близки к предлагаемому изобретению способ переработки природного газа с извлечением С₂₊ и установка для его осуществления [RU 2614947, опубл. 31.03.2017 г., МПК F25J 3/00], которая содержит семь рекуперативных теплообменников, три фракционирующих колонны (деметанизатор, колонну предварительного концентрирования гелия и колонну выделения гелиевого концентрата) со вспомогательным оборудованием, два низкотемпературных сепаратора, турбодетандерный агрегат, насос, шесть дросселей (редуцирующих устройств) и холодильную машину для охлаждения верха колонны выделения гелиевого концентрата, при этом первый рекуперативный теплообменник, первый сепаратор и деметанизатор расположены на трубопроводе (линии) сырьевого газа.

Недостатками данной установки являются сложность (более 20 единиц оборудования), а также низкая степень извлечения углеводородов (на установке получают только 72% товарного газа высокого и низкого давления с содержанием метана 97,9%) из-за низкой температуры отбираемой метановой фракции (минус 111°С при 2,0 МПа в сепараторе), что имеет следствием высокое содержание азота как в самой метановой фракции, так и в газе среднего давления, получаемом при ее испарении, который из-за этого имеет низкую калорийность и не соответствует требованиям норм на топливный газ.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение установки и увеличение выхода фракции углеводородов C₁₊ в виде товарного газа.

Техническим результатом является упрощение установки за счет кратного снижения количества оборудования и повышение выхода товарного газа за счет вывода фракции углеводородов C₁₊с низа фракционирующей колонны при повышенной (и регулируемой) температуре, гарантирующей ее соответствие требованиям норм по калорийности топливного газа.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей расположенные на линии сырьевого газа рекуперативный теплообменник и фракционирующую колонну, а также холодильную машину и редуцирующие устройства, особенность заключается в том, что фракционирующая колонна оснащена верхней и нижней тепломассообменными секциями в укрепляющей части и нагревателем в отгонной части, который расположен на байпасной линии рекуперативного теплообменника, низ колонны оснащен линией вывода фракции углеводородов C₁₊, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство и рекуперативный теплообменник, а верх колонны оснащен линией вывода смеси неконденсируемых газов, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство, верхняя тепломассообменная секция и рекуперативный теплообменник, при этом нижняя тепломассообменная секция соединена с холодильной машиной линиями ввода/вывода хладоагента.

Холодильная машина может быть выполнена компрессионной и, например, с многокомпонентным хладоагентом. Рекуперативный теплообменник выполнен многопоточным и может быть соединен с дополнительной холодильной машиной. Фракционирующая колонна выполнена, например, в виде пленочной колонны. Редуцирующие устройства могут быть выполнены в виде редуцирующего вентиля, газодинамического устройства или детандера. При выполнении по меньшей мере одного из редуцирующих устройств в виде детандера, он может быть соединен с посредством кинематических и/или электрических и/или магнитных и/или гидравлических устройств с компрессором имеющейся холодильной машины. Также детандер(ы) может(гут) быть соединен(ы) с компрессором дополнительной холодильной машины, соединенной с рекуперативным теплообменником, или оснащенной испарителем, расположенным на линии вывода из колонны фракции углеводородов C₁₊или на линии вывода смеси неконденсируемых газов. В качестве остальных элементов установки могут быть установлены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Сокращение количества оборудования с более, чем 20, до пяти единиц упрощает установку. Оснащение укрепляющей части фракционирующей колонны тепломассообменными секциями, охлаждаемыми технологическим потоком и хладоагентом, поступающим из холодильной машины, позволяет поддерживать температуру верха колонны на уровне, обеспечивающем заданную степень потерь метана со смесью неконденсируемых газов, что позволяет вырабатывать товарный газ с высоким выходом. Оснащение отгонной части фракционирующей колонны нагревателем, который расположен на байпасной линии рекуперативного теплообменника, позволяет нагреть сырьевым газом, без подвода внешнего тепла, выводимую из низа колонны фракцию углеводородов C₁₊до температуры, достаточной для отпарки азота и других более легких газов, и получить товарный газ нормативной (заданной) калорийности.

Установка показана на чертеже и включает рекуперативный теплообменник 1, полную фракционирующую колонну 2 с верхней и нижней тепломассообменными секциями в укрепляющей части и с нагревателем в отгонной части, а также холодильную машину 3 и два редуцирующих устройства 4 и 5.

При работе установки по осушенный и очищенный от кислых компонентов сырьевой газ, содержащий 10% об. углеводородов C₁₊, поступающий по линии 6 с давлением 2-3 МПа, разделяют на два потока, первый поток по байпасной линии 7 направляют в качестве теплоносителя в нагреватель колонны 2, затем смешивают со вторым потоком, предварительно охлажденным в теплообменнике 1 и с температурой минус 145 - минус 150°С (в зависимости от состава сырьевого газа) подают в среднюю часть колонны 2. С низа колонны 2 по линии 8 выводят фракцию углеводородов C₁₊, содержащую не более 5% мол. азота, редуцируют ее с помощью устройства 5, например, редуцирующего вентиля, до давления потребления (например, 0,2-1,2 МПа), нагревают в теплообменнике 1 и выводят в качестве товарного газа с низшей теплотой сгорания не менее 31,8 МДж/м³ или сырья для дальнейшей переработки. С верха колонны 2 по линии 9 выводят смесь неконденсируемых газов (например, азота, водорода и инертных газов), содержащую, преимущественно не более 1% об. метана, редуцируют ее с помощью устройства 4, например, редуцирующего вентиля, до 0,1-2,0 МПа и подают в качестве хладоагента в верхнюю часть верхней тепломассообменной секции, из нижней части которой выводят частично нагретую газовую смесь, нагревают ее в теплообменнике 1 и выводят в качестве отходящего газа или сырья для дальнейшей переработки. Нижнюю тепломассообменную секцию колонны 2 охлаждают с помощью холодильной машины 3, вводя/выводя хладоагент по линиям 10.

Таким образом, предлагаемая установка проще, позволяет увеличить выход фракции углеводородов C₁₊в виде товарного газа и может найти применение в газовой промышленности.

Claims

Установка для выделения углеводородов из газовой смеси, включающая расположенные на линии сырьевого газа рекуперативный теплообменник и фракционирующую колонну, а также холодильную машину и редуцирующие устройства, отличающаяся тем, что фракционирующая колонна оснащена верхней и нижней тепломассообменными секциями в укрепляющей части и нагревателем в отгонной части, который расположен на байпасной линии рекуперативного теплообменника, низ колонны оснащен линией вывода фракции углеводородов C₁₊, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство и рекуперативный теплообменник, а верх колонны оснащен линией вывода смеси неконденсируемых газов, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство, верхняя тепломассообменная секция и рекуперативный теплообменник, при этом нижняя тепломассообменная секция соединена с холодильной машиной линиями ввода/вывода хладагента.