RU2801681C1 - Method for separation of target fractions from natural gas (embodiments) - Google Patents

Method for separation of target fractions from natural gas (embodiments) Download PDF

Info

Publication number
RU2801681C1
RU2801681C1 RU2023103377A RU2023103377A RU2801681C1 RU 2801681 C1 RU2801681 C1 RU 2801681C1 RU 2023103377 A RU2023103377 A RU 2023103377A RU 2023103377 A RU2023103377 A RU 2023103377A RU 2801681 C1 RU2801681 C1 RU 2801681C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
tda
turbine
natural gas
fractions
Prior art date
Application number
RU2023103377A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Салават Зайнетдинович Имаев
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Аэрогаз"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Аэрогаз" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Аэрогаз"
Application granted granted Critical
Publication of RU2801681C1 publication Critical patent/RU2801681C1/en

Links

Abstract

FIELD: gas industry.
SUBSTANCE: present invention relates to the processes of separation of target fractions from gas mixtures, in particular, it can be used to extract propane-butane and ethane fractions from natural gas, stable gas gasoline, acidic components, water, etc. In the method for separating target fractions from natural gas, gas treatment includes the following processes one after another: heating natural gas in a gas-gas heat exchanger and a heater, expanding heated natural gas in a turbine of a turbo-expander unit (TEU), cooling gas in a gas-gas heat exchanger, separation of target natural gas fractions from natural gas by absorption, or adsorption, or membrane separation, compression of the entire flow of treated gas in the TEU compressor part, and the gas temperature upstream of the TEU turbine is maintained at such a level that the gas pressure at the outlet of the TEU compressor part exceeds the pressure gas in front of the TEU turbine.
EFFECT: significant reduction in capital and operating costs in plants designed to extract target fractions.
60 cl, 8 dwg, 3 tbl

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к газовой отрасли промышленности, а именно к процессам выделения из газовых смесей целевых фракций, в частности, может быть использовано для извлечения из природного газа пропан - бутановой и этановой фракций, стабильного газового бензина, кислых компонентов, воды и т.д. Под природными газами понимаются газы, содержащиеся в недрах Земли, а также газы земной атмосферы. Предлагаемая технология может быть использована для осушки воздуха, обработки дымовых газов и т.д.The invention relates to the gas industry, and in particular to the processes of separation of target fractions from gas mixtures, in particular, can be used to extract propane-butane and ethane fractions from natural gas, stable gas gasoline, acidic components, water, etc. Natural gases are understood as gases contained in the bowels of the Earth, as well as gases of the earth's atmosphere. The proposed technology can be used for air drying, flue gas treatment, etc.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Из уровня техники известен способ переработки природного газа, раскрытый в патенте US 4,889,545, опубликованном 26.12.1989, который предусматривает многостадийное низкотемпературное охлаждение газа с конденсацией за счет рекуперации тепла в теплообменниках, одноступенчатого сепарирования выделившейся жидкости, сброса давления на потоках газа путем его дросселирования и расширения в турбине турбодетандерного агрегата (ТДА), подачу всех холодных потоков в ректификационную колонну с получением метановой газовой фракции и фракции, содержащей в основном этан, пропан и тяжелые углеводороды, нагрева метановой газовой фракции в теплообменниках и последующего сжатия ее в компрессорной части ТДА. Перед подачей в газопровод метановую газовую фракцию дополнительно сжимают в компрессоре. Недостатком данного способа является то, что давление метановой газовой фракции после компрессорной части ТДА существенно ниже, чем давление газа входе в установку, поэтому на выходе из установки необходим дополнительный компрессор, который существенно увеличивает капитальные затраты на строительство такой установки.From the prior art, a method for processing natural gas is known, disclosed in US patent 4,889,545, published on December 26, 1989, which provides for multi-stage low-temperature cooling of gas with condensation due to heat recovery in heat exchangers, single-stage separation of the released liquid, pressure relief on gas streams by throttling and expanding in the turbine of a turbo-expander unit (TDA), supplying all cold streams to a distillation column to obtain a methane gas fraction and a fraction containing mainly ethane, propane and heavy hydrocarbons, heating the methane gas fraction in heat exchangers and then compressing it in the compressor part of the TDA. Before being fed into the gas pipeline, the methane gas fraction is additionally compressed in a compressor. The disadvantage of this method is that the pressure of the methane gas fraction after the TDA compressor part is significantly lower than the gas pressure at the inlet to the installation, therefore, an additional compressor is required at the outlet of the installation, which significantly increases the capital costs for the construction of such an installation.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков являются способ и установка выделения из природного газа целевых фракций, раскрытые в патенте RU 2749628, опубликованном 16.06.2021, в котором газ обрабатывается путем последовательно следующих друг за другом процессов сжатия газа в основном компрессоре, охлаждения газа в аппарате воздушного охлаждения, выделения из газа пропан-бутановой и этановой фракции в блоке низкотемпературной конденсации, включающем в себя процесс охлаждения газа в теплообменниках, сепарации из газа сконденсировавшегося конденсата, расширения газа в турбине основного турбодетандера или в дросселе, обработки охлажденного газа и/или выделенного из газа конденсата в ректификационной колонне, нагреве газа в теплообменниках, при этом после сжатия газа в основном компрессоре сжатый газ с температурой не менее 100°С направляется в турбину дополнительного турбодетандера.The closest analogue to the claimed invention in terms of the essential features are the method and installation for the separation of target fractions from natural gas, disclosed in patent RU 2749628, published on 06/16/2021, in which the gas is processed by successive processes of gas compression in the main compressor, cooling gas in an air cooler, separation of propane-butane and ethane fractions from gas in a low-temperature condensation unit, which includes the process of gas cooling in heat exchangers, separation of condensed condensate from gas, gas expansion in the turbine of the main turboexpander or in a throttle, processing of cooled gas and / or condensate separated from the gas in a distillation column, heating the gas in heat exchangers, and after compressing the gas in the main compressor, the compressed gas with a temperature of at least 100°C is sent to the turbine of the additional turboexpander.

Недостатком данного способа является то, что давление газа на выходе из такой установки (в описанном патенте 75 атм.) существенно ниже, чем давление газа после входного компрессора (150 атм.), поэтому для транспортирования товарного газа на большие расстояния по магистральным газопроводам на выходе из предлагаемой установки необходимо устанавливать дополнительную компрессорную станцию для сжатия товарного газа, перед его подачей в газопровод. Часто, давление в таких газопроводах превышает 150 атм. Стоимость такой компрессорной станции обычно соизмеримо со стоимостью установки выделения из природного газа целевых фракций.The disadvantage of this method is that the gas pressure at the outlet of such an installation (in the described patent 75 atm.) Is significantly lower than the gas pressure after the inlet compressor (150 atm.), Therefore, to transport commercial gas over long distances through main gas pipelines at the outlet from the proposed installation, it is necessary to install an additional compressor station to compress commercial gas before it is fed into the gas pipeline. Often, the pressure in such gas pipelines exceeds 150 atm. The cost of such a compressor station is usually commensurate with the cost of a plant for extracting target fractions from natural gas.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является снижение капитальных затрат на строительство установок извлечения целевых фракций из газовых смесей, за счет исключения из состава оборудования таких установок. дорогостоящих компрессорных станций.The technical problem to be solved by the claimed invention is to reduce capital costs for the construction of installations for extracting target fractions from gas mixtures, by excluding such installations from the equipment. expensive compressor stations.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленного изобретения, является существенное сокращение капитальных и эксплуатационных затрат на установках, предназначенных для извлечения целевых фракций.The technical result achieved in the implementation of the claimed invention is a significant reduction in capital and operating costs in plants designed to extract target fractions.

Далее на примере природного газа, добываемого на газовых или нефтяных месторождениях, будет описан принцип работы предлагаемого способа (варианты).Further, on the example of natural gas produced in gas or oil fields, the principle of operation of the proposed method (options) will be described.

Обычно установки извлечения целевых фракций из природного газа включают в себя компрессорные станции. В частности, на выходе из установок извлечения целевых фракций устанавливают выходные компрессорные станции, которые служат для увеличения давления товарного газа до уровня, необходимого для подачи товарного природного газа в магистральный газопровод.Typically, installations for extracting target fractions from natural gas include compressor stations. In particular, output compressor stations are installed at the outlet of the target fraction extraction units, which serve to increase the commercial gas pressure to the level necessary to supply commercial natural gas to the main gas pipeline.

В предлагаемом способе, за счет специальной схемы применения турбодетандерного агрегата, удается обеспечить работу установки извлечения целевых фракций из природного газа, таким образом, что давление газа на выходе из установки превышает давление газа на входе в установку. Таким образом обеспечивается бескомпрессорная подача товарного газа в магистральный газопровод. Сокращение капитальных затрат происходит за счет того, что стоимость турбодетандерного агрегата (ТДА) в несколько раз меньше, чем стоимость компрессорного агрегата той же мощности.In the proposed method, due to a special scheme for the use of a turbo-expander unit, it is possible to ensure the operation of the installation for extracting target fractions from natural gas in such a way that the gas pressure at the outlet of the installation exceeds the gas pressure at the inlet to the installation. Thus, compressorless supply of commercial gas to the main gas pipeline is ensured. The reduction in capital costs is due to the fact that the cost of a turbo-expander unit (TDA) is several times less than the cost of a compressor unit of the same capacity.

Согласно изобретению техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в первом способе выделения из природного газа целевых фракций обработка газа включает в себя следующие друг за другом процессы: нагрева природного газа в теплообменнике газ-газ и нагревателе, расширения нагретого природного газа в турбине турбодетандерного агрегата (ТДА), охлаждения газа в теплообменнике газ-газ, выделения из природного газа целевых фракций природного газа посредством абсорбции или адсорбции или мембранного разделения, сжатия всего потока обработанного газа в компрессорной части ТДА, причем температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части ТДА превышало давление газа перед турбиной ТДА.According to the invention, the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that in the first method for separating target fractions from natural gas, gas treatment includes the following processes one after another: heating natural gas in a gas-gas heat exchanger and heater, expanding heated natural gas in the turbine of a turbo-expander unit (TDA), gas cooling in a gas-gas heat exchanger, separation of target natural gas fractions from natural gas by absorption or adsorption or membrane separation, compression of the entire treated gas flow in the TDA compressor part, and the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at such a level that the gas pressure at the outlet of the TDA compressor part exceeds the gas pressure in front of the TDA turbine.

Во втором варианте способа выделения из природного газа целевых фракций обработка газа включает в себя следующие друг за другом процессы: нагрева природного газа в теплообменнике газ-газ и нагревателе, расширение нагретого природного газа в ТДА, охлаждение газа в теплообменнике газ-газ, частичной конденсации газа с использованием холода холодильной машины и выделение целевых компонентов, сконденсировавшихся при охлаждении, в сепараторе и/или ректификационной колонне, последующем сжатии всего потока газа в компрессорной части ТДА, причем температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части ТДА превышало давление газа перед турбиной ТДА.In the second version of the method for separating target fractions from natural gas, gas treatment includes the following processes one after another: heating natural gas in a gas-gas heat exchanger and a heater, expansion of heated natural gas in a TDA, gas cooling in a gas-gas heat exchanger, partial gas condensation using the cold of the refrigerating machine and separating the target components condensed during cooling in the separator and / or distillation column, followed by compression of the entire gas flow in the compressor part of the TDA, and the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at such a level that the gas pressure at the outlet of the compressor part of the TDA exceeded the gas pressure in front of the TDA turbine.

В третьем варианте способа выделения из природного газа целевых фракций обработка газа включает в себя следующие друг за другом процессы: нагрева газа в теплообменнике газ-газ и нагревателе, расширение нагретого газа в турбине турбодетандерного агрегата (ТДА), охлаждение газа в теплообменнике газ-газ, сжатия всего потока газа в компрессорной части ТДА, выделения из природного газа целевых фракций природного газа посредством абсорбции или адсорбции или мембранного разделения, причем температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части ТДА превышало давление газа перед турбиной ТДА.In the third version of the method for separating target fractions from natural gas, gas treatment includes the following processes one after another: gas heating in a gas-gas heat exchanger and a heater, expansion of the heated gas in the turbine of a turbo-expander unit (TDA), gas cooling in a gas-gas heat exchanger, compression of the entire gas flow in the TDA compressor part, separation of target natural gas fractions from natural gas by absorption or adsorption or membrane separation, and the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at such a level that the gas pressure at the outlet of the TDA compressor part exceeds the gas pressure in front of the turbine TDA.

В четвертом варианте способа выделения из природного газа целевых фракций обработка газа включает в себя следующие друг за другом процессы: нагрева природного газа в теплообменнике газ-газ и нагревателе, расширение нагретого природного газа в турбине ТДА, охлаждение газа в теплообменнике газ-газ, сжатия всего потока газа в компрессорной части ТДА, частичной конденсации газа с использованием холода холодильной машины и выделения целевых компонентов, сконденсировавшихся при охлаждении, в сепараторе и/или ректификационной колонне, причем температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части ТДА превышало давление газа перед турбиной ТДА.In the fourth version of the method for separating target fractions from natural gas, gas treatment includes the following processes one after another: heating natural gas in a gas-gas heat exchanger and a heater, expanding heated natural gas in a TDA turbine, cooling gas in a gas-gas heat exchanger, compressing the entire gas flow in the compressor part of the TDA, partial condensation of the gas using the cold of the refrigerating machine and the release of the target components condensed during cooling in the separator and / or distillation column, and the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at such a level that the gas pressure at the outlet of the compressor part of the TDA exceeded the gas pressure in front of the TDA turbine.

В пятом варианте способа выделения из природного газа целевых фракций обработка газа включает в себя следующие друг за другом процессы: выделения из природного газа целевых фракций природного газа посредством абсорбции или адсорбции или мембранного разделения, нагрева газа в теплообменнике газ-газ и нагревателе, расширения нагретого газа в турбине ТДА охлаждение газа по меньшей мере теплообменнике газ-газ, сжатия всего потока газа в компрессорной части ТДА, причем температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части ТДА превышало давление газа перед турбиной ТДА.In the fifth version of the method for separating target fractions from natural gas, gas treatment includes the following processes one after another: separating target natural gas fractions from natural gas by absorption or adsorption or membrane separation, heating the gas in a gas-gas heat exchanger and heater, expanding the heated gas in the TDA turbine, gas cooling at least in a gas-gas heat exchanger, compression of the entire gas flow in the TDA compressor part, and the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at such a level that the gas pressure at the outlet of the TDA compressor part exceeds the gas pressure in front of the TDA turbine.

В шестом варианте способа выделения из природного газа целевых фракций обработка газа включает в себя следующие друг за другом процессы: частичной конденсации газа с использованием холода холодильной машины и выделения целевых компонентов, сконденсировавшихся при охлаждении, в сепараторе и/или ректификационной колонне, последующего нагрева газа в теплообменнике газ-газ и нагревателе, расширения нагретого газа в турбине турбодетандерного агрегата (ТДА), охлаждение газа в теплообменнике газ-газ, сжатие всего потока газа в компрессорной части ТДА, причем температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части ТДА превышало давление газа перед турбиной ТДА.In the sixth version of the method for separating target fractions from natural gas, gas treatment includes the following processes one after another: partial gas condensation using the cold of a refrigeration machine and separation of target components condensed during cooling in a separator and/or distillation column, subsequent gas heating in gas-gas heat exchanger and heater, expanding the heated gas in the turbine of the turbo-expander unit (TDA), cooling the gas in the gas-gas heat exchanger, compressing the entire gas flow in the compressor part of the TDA, and the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at such a level that the gas pressure is at at the outlet of the TDA compressor part, the gas pressure in front of the TDA turbine exceeded.

Реализация одного из шести предложенных вариантов зависит от входного давления природного газа. Первые два варианта реализуются, если давление входного газа слишком высокое для нормальной работы блока выделения из природного газа целевых фракций природного газа, в этом варианте перед подачей газа в блок, осуществляется снижение давления газа в турбине ТДА.The implementation of one of the six proposed options depends on the inlet pressure of natural gas. The first two options are implemented if the inlet gas pressure is too high for the normal operation of the unit for extracting target natural gas fractions from natural gas, in this option, before gas is supplied to the unit, the gas pressure in the TDA turbine is reduced.

Третий и четвертый варианты предлагаемого способа реализуются в том случае, если давление входного газа недостаточно для нормальной работы блока выделения из природного газа целевых фракций природного газа. В этом варианте после сжатия в компрессорной части ТДА происходит повышение давления газа до уровня, превышающего давление входного газа.The third and fourth variants of the proposed method are implemented if the inlet gas pressure is insufficient for the normal operation of the unit for extracting target natural gas fractions from natural gas. In this variant, after compression in the compressor part of the TDA, the gas pressure rises to a level exceeding the pressure of the inlet gas.

Пятый и шестой варианты предлагаемого способа реализуется, когда давление входного газа достаточно для нормальной работы блока выделения из природного газа целевых фракций природного газа, но после блока необходимо увеличить давление товарного газа.The fifth and sixth variants of the proposed method are implemented when the inlet gas pressure is sufficient for the normal operation of the block for extracting target natural gas fractions from natural gas, but after the block it is necessary to increase the pressure of the commercial gas.

Во всех вариантах реализации способа после сжатия газа в компрессорной части ТДА и/или после выделения из природного газа целевых фракций природного газа, газ дополнительно подвергают по крайней мере однократной дополнительной обработке, включающей в себя нагрев газа в дополнительных теплообменниках газ-газ и/или дополнительных нагревателях, расширение нагретого газа в турбине дополнительного турбодетандерного агрегата (ДТДА), охлаждение газа и сжатие газа в компрессорной части ДТДА.In all embodiments of the method, after gas compression in the TDA compressor part and/or after separation of target natural gas fractions from natural gas, the gas is additionally subjected to at least one additional treatment, including gas heating in additional gas-gas heat exchangers and/or additional heaters, expansion of the heated gas in the turbine of the additional turbo-expander unit (DTDA), gas cooling and gas compression in the compressor part of the DTDA.

В случаях, когда необходимо достичь высоких коэффициентов полезного действия турбин и компрессорных частей ТДА и/или ДТДА, целесообразно, чтобы турбина ТДА и /или ДТДА включали в себя, по крайней мере, два турбинных рабочих колеса, а компрессорная часть ТДА и/или ДТДА, по крайней мере, два компрессорных рабочих колеса.In cases where it is necessary to achieve high efficiency of turbines and TDA and/or DTDA compressor parts, it is advisable that the TDA and/or DTDA turbine include at least two turbine impellers, and the TDA and/or DTDA compressor part at least two compressor impellers.

Перед любым турбинным рабочим колесом газ может быть дополнительно нагрет, что позволяет увеличивать отбор механической энергии с турбинного рабочего колеса. Перед любым компрессорным рабочим колесом газ может быть дополнительно охлажден, что позволяет увеличивать степень сжатия газа в компрессорном рабочем колесе.Before any turbine impeller, the gas can be additionally heated, which makes it possible to increase the extraction of mechanical energy from the turbine impeller. Before any compressor impeller, the gas can be additionally cooled, which allows increasing the degree of gas compression in the compressor impeller.

Блок выделения из природного газа целевых фракций природного газа может находиться на удалении от компрессорной части ТДА, в этих случаях передача газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и ТДА осуществляется посредством газопровода. Также, блок выделения из природного газа целевых фракций природного газа может находиться на удалении от теплообменников и/или нагревателей, в этих случаях передачу газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и теплообменниками и нагревателями осуществляет посредством газопровода.The unit for extracting target natural gas fractions from natural gas can be located at a distance from the compressor part of the TDA, in these cases, the gas is transferred between the unit for extracting target natural gas fractions from natural gas and the TDA through a gas pipeline. Also, the unit for extracting target natural gas fractions from natural gas can be located at a distance from the heat exchangers and/or heaters, in these cases, the gas is transferred between the unit for extracting target natural gas fractions from natural gas and heat exchangers and heaters through a gas pipeline.

Для обеспечения снятия максимальной механической энергии, температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на уровне выше 200°С,To ensure the removal of maximum mechanical energy, the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at a level above 200 ° C,

Нагрев природного газа в теплообменниках и/или нагревателях можно осуществлять за счет тепла, образующегося при сгорании природного газа в чистом кислороде. В этом случае при сгорании природного газа в чистом кислороде будут образовываться дымовой газ высокой концентрацией СО2, который сразу же можно закачивать обратно в пласт на месторождении.Heating of natural gas in heat exchangers and/or heaters can be carried out due to the heat generated during the combustion of natural gas in pure oxygen. In this case, when natural gas is burned in pure oxygen, flue gas with a high concentration of CO 2 will be formed, which can be immediately injected back into the reservoir at the field.

Краткое описание фигур чертежейBrief description of the figures of the drawings

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The essence of the invention is illustrated by drawings, where:

на Фиг.1 представлена схема предлагаемого способа по первому и второму варианту реализации способа; figure 1 shows a diagram of the proposed method according to the first and second embodiments of the method;

на Фиг.2 - схема предлагаемого способа по третьему и четвертому варианту реализации способа; figure 2 is a diagram of the proposed method according to the third and fourth embodiments of the method;

на Фиг.3 - схема предлагаемого способа по пятому и шестому варианту реализации способа; figure 3 is a diagram of the proposed method according to the fifth and sixth embodiment of the method;

на Фиг.4 - схема предлагаемого способа, поясняющая п. 2, 12, 22, 32, 42, 52 формулы изобретения;figure 4 is a diagram of the proposed method, explaining p. 2, 12, 22, 32, 42, 52 of the claims;

на Фиг.5 - схема предлагаемого способа, поясняющая реализацию способа по п.3,4, 13,14,23,24,33,34,43,44,53,54 формулы изобретения.figure 5 is a diagram of the proposed method, explaining the implementation of the method according to p.

на Фиг.6 - схема предлагаемого способа, поясняющая реализацию способа по п.5,6,15,16,25,26,35,36,45,46,55,56 формулы изобретения.figure 6 is a diagram of the proposed method, explaining the implementation of the method according to p.

на Фиг.7 - схема блока обработки газа в блоке выделения из природного газа целевых фракций природного газа с использованием процесса низкотемпературной конденсации, в случае выделения фракции С3+ (ШФЛУ).Fig.7 is a diagram of a gas treatment unit in a unit for separating target natural gas fractions from natural gas using a low-temperature condensation process, in the case of separating the C3+ fraction (NGL).

на Фиг.8 - схема блока обработки газа в блоке выделения из природного газа целевых фракций природного газа с использованием процесса низкотемпературной конденсации, в случае выделения водяного пара из природного газа.8 is a diagram of a gas treatment unit in a unit for extracting target natural gas fractions from natural gas using a low-temperature condensation process in the case of extracting water vapor from natural gas.

На фигурах обозначены следующие позиции:The figures show the following positions:

1 - входной поток природного газа,1 - input flow of natural gas,

2 - теплообменник,2 - heat exchanger,

4 - нагреватель,4 - heater,

6 - турбина ТДА,6 - TDA turbine,

8 - блок выделения из природного газа целевых фракций природного газа,8 - block for extracting target fractions of natural gas from natural gas,

10 - компрессорная часть ТДА,10 - compressor part of TDA,

13 - турбина ТДА с двумя рабочими колесами,13 - TDA turbine with two impellers,

14 - компрессорная часть ТДА с двумя колесами,14 - TDA compressor part with two wheels,

15 - первое турбинное колесо турбины ТДА,15 - the first turbine wheel of the TDA turbine,

16 - промежуточный нагреватель,16 - intermediate heater,

17 - второе рабочее колесо турбины ТДА,17 - the second impeller of the TDA turbine,

18 - первое рабочее колесо компрессорной части ТДА,18 - the first impeller of the TDA compressor part,

19 - промежуточный охладитель,19 - intercooler,

20 - второе рабочее колесо компрессорной части ТДА,20 - the second impeller of the TDA compressor part,

21 - дополнительный теплообменник,21 - additional heat exchanger,

22 - дополнительный нагреватель,22 - additional heater,

23 - турбина ДТДА,23 - turbine DTDA,

24 - компрессорная часть дополнительного ДТДА,24 - compressor part of the additional DTDA,

25 - целевые фракции, извлеченные из природного газа,25 - target fractions extracted from natural gas,

26, 27 - рекуперативные теплообменники,26, 27 - recuperative heat exchangers,

28 - холодильная машина,28 - refrigerator,

29 - сепаратор,29 - separator,

30 - компрессор,30 - compressor,

31 - ректификационная колонна,31 - distillation column,

3, 5, 7, 9, 11, 12, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44 - потоки по установке.3, 5, 7, 9, 11, 12, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44 - installation threads.

Варианты осуществление изобретенияEmbodiments of the invention

Работа предлагаемого изобретения по первому варианту реализации предлагаемого способа иллюстрируется на примере установки, схема которого приведена на Фиг.1. Входной поток природный газа 1 нагревают в теплообменниках 2 и нагревателях 4 и расширяют в турбине 6 ТДА. Далее газ охлаждают, например в теплообменнике 2, и обрабатывают в блоке 8 выделения из природного газа целевых фракций, Газ после обработки в блоке 8 сжимают в компрессорной части 10 ТДА, причем температуру газа перед турбиной 6 ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части 10 ТДА превышало давление газа перед турбинной частью 6 ТДА.The work of the invention according to the first embodiment of the proposed method is illustrated by the example of the installation, the scheme of which is shown in Fig.1. The input stream of natural gas 1 is heated in heat exchangers 2 and heaters 4 and expanded in the turbine 6 TDA. Next, the gas is cooled, for example, in a heat exchanger 2, and processed in a block 8 for extracting target fractions from natural gas. After processing in block 8, the gas is compressed in the compressor part 10 of the TDA, and the gas temperature in front of the turbine 6 of the TDA is provided at such a level that the gas pressure is at outlet of the compressor part 10 TDA exceeded the gas pressure in front of the turbine part 6 TDA.

В соответствии с первым и вторым вариантом реализации предлагаемого способа, в блоке 8 выделения из природного газа целевых фракций используются абсорберы, и/или адсорберы, и/или мембранное разделение.In accordance with the first and second embodiments of the proposed method, absorbers and/or adsorbers and/or membrane separation are used in block 8 for extracting target fractions from natural gas.

В абсорберах осуществляется разделения газовой смеси на составные части растворением одного или нескольких компонентов этой смеси в жидкости, называемой абсорбентом. Абсорбер обычно представляет собой колонку с насадкой или тарелками, в нижнюю часть которой подаётся газ, а в верхнюю - жидкость; газ удаляется из абсорбера сверху, а жидкость - снизу. При этом, целевые фракции поглощаются жидкостью. В некоторых случаях в абсорбере газ барботируется через абсорбент, залитый в колонну. Детально с конструкциями различных абсорберов можно ознакомиться в книге Рамм В. М.Адсорбция газов. Изд. 2-е, переработ. и доп. М., "Химия", 1976.In absorbers, a gas mixture is separated into its constituent parts by dissolving one or more components of this mixture in a liquid called an absorbent. The absorber is usually a column with a packing or plates, in the lower part of which gas is supplied, and in the upper part - liquid; gas is removed from the absorber at the top and liquid at the bottom. In this case, the target fractions are absorbed by the liquid. In some cases, in the absorber, the gas is bubbled through the absorbent filled into the column. Details of the designs of various absorbers can be found in the book Ramm V.M. Gas Adsorption. Ed. 2nd, revised. and additional M., "Chemistry", 1976.

Адсорбер - это аппарат для поглощения поверхностным слоем твердого тела, называемого адсорбентом (поглотителем), растворенных или газообразных веществ. Обычно адсорбер это вертикальный или горизонтальный сосуд, заполненный твердым адсорбентом. В качестве адсорбента можно использовать активированный уголь, селикагели, цеолиты, глингистые материалы и т.д. Известны химическая и физическая адсорбция. При физической адсорбции поглощение целевых фракций происходит без химических реакций, при химической адсорбции происходит образование новых химических соединений. Одна из особенностей адсорберов - необходимость непрерывной или периодической регенерации. Регенерацию адсорбента проводят обычно посредством его нагрева и/или продувкой газом. Детально с конструкциями различных адсорберов можно ознакомиться в книге Н.В.Кельцев, Основы адсорбционной техники, М., 1984.An adsorber is an apparatus for absorbing dissolved or gaseous substances by the surface layer of a solid, called an adsorbent (absorber). Typically, an adsorber is a vertical or horizontal vessel filled with a solid adsorbent. Activated carbon, silica gels, zeolites, clay materials, etc. can be used as an adsorbent. Chemical and physical adsorption are known. During physical adsorption, the absorption of target fractions occurs without chemical reactions; during chemical adsorption, the formation of new chemical compounds occurs. One of the features of adsorbers is the need for continuous or periodic regeneration. The regeneration of the adsorbent is usually carried out by heating and/or purging with gas. Details of the designs of various adsorbers can be found in the book by N.V. Keltsev, Fundamentals of adsorption technology, M., 1984.

В случае использования мембранного разделения, выделение целевых фракций из природного газа осуществляется в мембранах, обладающих свойством селективной проницаемости компонентов природного газа, т. е. различные фракции природного газа проникают через мембрану с различной скоростью. При обработке газа в мембранном модуле исходный природный газ разделяется на два потока - на проникающие через мембрану целевые фракции (пермеат) и на очищенный природный газ (ретентат). Часто используют двухступенчатую обработку природного газа, при которой пермиат обрабатывают во второй ступени также с помощью мембран. Мембраны изготавливаются из различных материалов, например из полимеров, из нанопористых, цеолитовых или кремнеземных материалов и др. Детально с конструкциями различных мембран можно ознакомиться в книге Ю.И.Дытнерский, В.П. Брыков, Г.Г. Каграманов, Мембранное разделение газов, М. «Химия», 1991 г.In the case of membrane separation, the separation of target fractions from natural gas is carried out in membranes that have the property of selective permeability of natural gas components, i.e., different fractions of natural gas penetrate through the membrane at different rates. When processing gas in a membrane module, the source natural gas is divided into two streams - into target fractions penetrating through the membrane (permeate) and into purified natural gas (retentate). A two-stage treatment of natural gas is often used, in which the permeate is treated in the second stage also by means of membranes. Membranes are made from various materials, for example, from polymers, from nanoporous, zeolite or silica materials, etc. Details on the designs of various membranes can be found in the book by Yu.I. Dytnersky, V.P. Brykov, G.G. Kagramanov, Membrane separation of gases, M. "Chemistry", 1991

В соответствии со вторым вариантом реализации предлагаемого способа, в блоке 8 выделения из природного газа целевых фракций обработку газа проводят с использованием процесса низкотемпературной конденсации, при котором газ охлаждают с использованием теплообменников и холодильной машины, а целевые компоненты, сконденсировавшиеся при охлаждении выделяют в сепараторе и/или ректификационной колонне. В качестве примера, на Фиг.7 приведена схема возможной конфигурации такого блока 8. В блоке 8 газ охлаждается в рекуперативных теплообменниках 26 и 27, далее охлажденный газ дополнительно охлаждается в испарителе холодильной машины 28. Сконденсировавшийся при охлаждении газа углеводородный конденсат отделяют от газа в сепараторе 29. Далее отделенный конденсат нагревают в рекуперативном теплообменнике 26 и направляют в ректификационную колонну 31. Снизу колонны 31 отбирают целевые фракции 25, сверху колонны отбирается газы выветривания, которые с помощью компрессора 30 сжимаются и подаются газ перед сепаратором 29.In accordance with the second embodiment of the proposed method, in block 8 for extracting target fractions from natural gas, gas treatment is carried out using a low-temperature condensation process, in which the gas is cooled using heat exchangers and a refrigeration machine, and the target components condensed during cooling are isolated in a separator and/ or distillation column. As an example, Fig.7 shows a diagram of a possible configuration of such a block 8. In block 8, the gas is cooled in recuperative heat exchangers 26 and 27, then the cooled gas is additionally cooled in the evaporator of the refrigerator 28. The hydrocarbon condensate condensed during cooling of the gas is separated from the gas in the separator 29. Next, the separated condensate is heated in a recuperative heat exchanger 26 and sent to a distillation column 31. Target fractions 25 are taken from the bottom of the column 31, weathering gases are taken from the top of the column, which are compressed using a compressor 30 and gas is supplied before the separator 29.

В качестве одного из возможных применений предлагаемого способа, в таблице 1 приведены параметры основных потоков по установке показанной на Фиг.1 для случая извлечения из попутного газа фракции, состоящей из углеводородных компонентов тяжелее пропана (С3+, ШФЛУ). Входной поток 1 природного газа с давлением 8.0 МПА и температурой 30°С, нагревается в теплообменнике 2 и нагревателе 4 до температуры 287,9°С. Далее нагретый газ расширяется в турбине турбодетандерного агрегата до давления 5.0 МПА и охлаждается в теплообменнике 2 до температуры 35°С и направляется в блок 8 выделения из природного газа целевых фракций природного газа. В котором с помощью абсорберов (первый вариант реализации предлагаемого способа); либо адсорберов и/или мембран (второй вариант реализации предлагаемого способа); либо с использованием процесса низкотемпературной конденсации, при котором газ охлаждают с использованием теплообменников и холодильной машины, а целевые компоненты, сконденсировавшиеся при охлаждении выделяют в сепараторе и/или ректификационной колонне (третий вариант реализации предлагаемого способа), происходит отделение из природного газа целевых фракций 25 природного газа С3+ (ШФЛУ). Очищенный от целевых фракций газ с выхода блока 8 с давлением 4.8 МПА сжимается в компрессорной части ТДА до давления 10,0 МПА. В данном примере из входного газа с расходом 910,8 тонн/день природного газа выделяется 188,9 тонн целевых фракций С3+. При этом газ давление газа 11 на выходе из компрессорной части ТДА превышает давление газа 5 перед турбинной частью ТДА.As one of the possible applications of the proposed method, table 1 shows the parameters of the main streams for the installation shown in Fig.1 for the case of extracting a fraction consisting of hydrocarbon components heavier than propane (C3+, NGL) from associated gas. The input stream 1 of natural gas with a pressure of 8.0 MPa and a temperature of 30°C is heated in the heat exchanger 2 and heater 4 to a temperature of 287.9°C. Next, the heated gas expands in the turbine of the turbo-expander unit to a pressure of 5.0 MPa and is cooled in the heat exchanger 2 to a temperature of 35°C and is sent to the unit 8 for separating target natural gas fractions from natural gas. In which with the help of absorbers (the first implementation of the proposed method); or adsorbers and/or membranes (second embodiment of the proposed method); or using a low-temperature condensation process, in which the gas is cooled using heat exchangers and a refrigeration machine, and the target components condensed during cooling are isolated in a separator and/or distillation column (the third embodiment of the proposed method), the target fractions of 25 natural gas are separated from natural gas C3+ gas (NGL). Purified from target fractions, the gas from the outlet of block 8 with a pressure of 4.8 MPa is compressed in the compressor part of the TDA to a pressure of 10.0 MPa. In this example, 188.9 tons of target C3+ fractions are released from the inlet gas at a flow rate of 910.8 tons/day of natural gas. In this case, the gas pressure of the gas 11 at the outlet of the compressor part of the TDA exceeds the pressure of the gas 5 in front of the turbine part of the TDA.

В блоке 8 для выделения целевых фракций С3+ из природного газа, в данном конкретном примере, целесообразно применять:In block 8, for the separation of target C3+ fractions from natural gas, in this particular example, it is advisable to use:

- в качестве абсорбента бензин, керосин, солярный дистиллят, либо фракции, входящие в состав природного газа, в случае использования абсорберов (первый вариант предлагаемого способа),- as an absorbent, gasoline, kerosene, solar distillate, or fractions that are part of natural gas, in the case of using absorbers (the first version of the proposed method),

- в качестве адсорбента оксид алюминий, цеолиты, селикагель и.т.п., в случае использования адсорберов (второй вариант предлагаемого способа),- as an adsorbent, aluminum oxide, zeolites, silica gel, etc., in the case of using adsorbers (the second variant of the proposed method),

- в качестве мембран половолоконные газоразделительные мембраны, полимерные мембраны и.т.п., в случае использования мембран (второй вариант предлагаемого способа),- as membranes, hollow fiber gas separation membranes, polymeric membranes, etc., in the case of using membranes (the second variant of the proposed method),

- в качестве холодильной машины пропановые, фреоновые, аммиачные холодильные машины, в случае использования холодильных машин (третий вариант предлагаемого способа),- propane, freon, ammonia refrigerating machines as a refrigerating machine, in case of using refrigerating machines (the third variant of the proposed method),

Теплообменники 2 могут быть установлены как последовательно с нагревателями 4, как это показано на Фиг.1, так и параллельно. Теплообменники 2 могут иметь различную конструкцию, и изготовлены в виде кожухотрубных, витых, пластинчатых и др. аппаратов.Heat exchangers 2 can be installed both in series with heaters 4, as shown in Fig.1, and in parallel. Heat exchangers 2 can have different designs and are made in the form of shell-and-tube, twisted, plate, and other devices.

Нагреватели 4 представляют собой теплообменные аппараты, в которых нагрев газа осуществляется за счет передачи тепла от горячего теплоносителя, такого, например, как горячее масло, пар, дымовые газы, горячий газ, горячая жидкость и.т.д. При этом нагреватели 4 могут состоять из нескольких теплообменных аппаратов с разными теплоносителями. Аппаратно, нагреватели 4 могут быть выполнены как в одном блоке с печью нагрева теплоносителя, так и раздельно. Горячим газом, используемым в качестве теплоносителя, могут служить горячие газы, имеющиеся на установке, в частности, например, горячие газы, образующиеся после компримирования газа в компрессорной части ТДА (поток 11).Heaters 4 are heat exchangers in which gas is heated by transferring heat from a hot heat carrier such as hot oil, steam, flue gases, hot gas, hot liquid, etc. In this case, the heaters 4 may consist of several heat exchangers with different heat carriers. Hardware-wise, the heaters 4 can be made both in one unit with the heat carrier heating furnace, or separately. The hot gas used as a heat carrier can be hot gases available in the plant, in particular, for example, hot gases formed after gas compression in the TDA compressor part (stream 11).

Под турбодетандерным агрегатом (ТДА) понимаются машины, в которых либо турбина и компрессорная часть связаны механически, при этом механическая энергия от турбины передается компрессорной части, либо турбина и компрессорная часть связаны электрически, при этом турбина связана с электрическим генератором, а компрессорная часть связана с электродвигателем (электрическая энергия от электрического генератора передается электродвигателю). Иногда целесообразно передавать механическую работу от турбины компрессорной части используя мультипликаторы и редукторы. Каждая турбина и компрессорная часть ТДА может быть выполнена по радиальной, осевой и радиально-осевой схеме. В свою очередь в случае использования радиальной схемы, могут быть применены как центростремительные, так и центробежные рабочие колеса и направляющие аппараты. Так как на входе турбину и компрессорную часть недопустимо содержание механических и жидких примесей, поэтому в ТДА должны быть предусмотрены устройства (сепараторы, фильтры), обрабатывающие газ, перед подачей газа в турбины и компрессорные части.A turbo-expander unit (TDA) is understood as a machine in which either the turbine and the compressor part are mechanically connected, while the mechanical energy from the turbine is transferred to the compressor part, or the turbine and the compressor part are electrically connected, while the turbine is connected to an electric generator, and the compressor part is connected to electric motor (electrical energy from the electric generator is transferred to the electric motor). Sometimes it is advisable to transfer mechanical work from the turbine to the compressor part using multipliers and gearboxes. Each turbine and compressor part of the TDA can be made according to the radial, axial and radial-axial scheme. In turn, in the case of using a radial scheme, both centripetal and centrifugal impellers and guide vanes can be used. Since the content of mechanical and liquid impurities is unacceptable at the inlet of the turbine and the compressor part, therefore, devices (separators, filters) that process gas must be provided in the TDA before gas is supplied to the turbines and compressor parts.

Таблица 1Table 1 Потокиstreams 11 33 55 77 99 11eleven 1212 2525 ТемператураTemperature CC 30,030.0 237,7237.7 287,9287.9 35,035.0 40,040.0 102,3102.3 251,9251.9 40,040.0 ДавлениеPressure МПАMPA 8,08.0 7,97.9 7,97.9 5,05.0 4.84.8 10,010.0 5,05.0 4,84.8 Массовый расходMass flow Тонн/деньTons/day 910,8910.8 910,8910.8 910,8910.8 910,8910.8 721,9721.9 721,9721.9 910,8910.8 188,9188.9 Мольный составMole composition CO2 CO2 0,01740.0174 0,01740.0174 0,01740.0174 0,01740.0174 0,01890.0189 0,01890.0189 0,01740.0174 0,00000.0000 N2 N 2 0,02100.0210 0,02100.0210 0,02100.0210 0,02100.0210 0,02290.0229 0,02290.0229 0,02100.0210 0,00000.0000 CH4 CH 4 0,83130.8313 0,83130.8313 0,83130.8313 0,83130.8313 0,90490.9049 0,90490.9049 0,83130.8313 0,00000.0000 C2H6 C 2 H 6 0,04810.0481 0,04810.0481 0,04810.0481 0,04810.0481 0,05240.0524 0,05240.0524 0,04810.0481 0,00000.0000 C3H8 C 3 H 8 0,04900.0490 0,04900.0490 0,04900.0490 0,04900.0490 0,00050.0005 0,00050.0005 0,04900.0490 0,59700.5970 I-C4H10 IC4H10 _ 0,01010.0101 0,01010.0101 0,01010.0101 0,01010.0101 0,00010.0001 0,00010.0001 0,01010.0101 0,12310.1231 N-C4H10 NC 4 H 10 0,01350.0135 0,01350.0135 0,01350.0135 0,01350.0135 0,00010.0001 0,00010.0001 0,01350.0135 0,16450.1645 I-C5H12 IC 5 H 12 0,00350.0035 0,00350.0035 0,00350.0035 0,00350.0035 0,00000.0000 0,00000.0000 0,00350.0035 0,04260.0426 N-C5H12 NC 5 H 12 0,00300.0030 0,00300.0030 0,00300.0030 0,00300.0030 0,00000.0000 0,00000.0000 0,00300.0030 0,03650.0365 C6H14 C 6 H 14 0,00200.0020 0,00200.0020 0,00200.0020 0,00200.0020 0,00000.0000 0,00000.0000 0,00200.0020 0,02490.0249 С7Н16 C 7 H 16 0,00070.0007 0,00070.0007 0,00070.0007 0,00070.0007 0,00000.0000 0,00000.0000 0,00070.0007 0,00900.0090 0,00020.0002 0,00020.0002 0,00020.0002 0,00020.0002 0,00000.0000 0,00000.0000 0,00020.0002 0,00240.0024

Работа предлагаемого изобретения по третьему и четвертому варианту реализации предлагаемого способа иллюстрируется на примере установки, схема которого приведена на Фиг.2. Входной поток природный газа 1 нагревают в теплообменниках 2 и нагревателях 4 и расширяют в турбине 6 ТДА. Далее газ охлаждают, например в теплообменнике 2, и сжимают в компрессорной части 10 ТДА, сжатый газ обрабатывают в блоке 8 выделения из природного газа целевых фракций, причем температуру газа перед турбиной 6 ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части 10 ТДА превышало давление газа перед турбинной частью 6 ТДА. The work of the invention according to the third and fourth embodiments of the proposed method is illustrated by the example of the installation, the scheme of which is shown in Fig.2. The input stream of natural gas 1 is heated in heat exchangers 2 and heaters 4 and expanded in the turbine 6 TDA. Next, the gas is cooled, for example, in a heat exchanger 2, and compressed in the compressor part 10 of the TDA, the compressed gas is processed in the block 8 for separating target fractions from natural gas, and the gas temperature in front of the turbine 6 of the TDA is provided at such a level that the gas pressure at the outlet of the compressor part 10 TDA exceeded the gas pressure in front of the turbine part 6 TDA.

Охлаждение газа перед компрессорной частью 10 ТДА может осуществляться также в аппарате воздушного охлаждения.Gas cooling before the compressor part 10 of the TDA can also be carried out in an air cooler.

В блоке 8 выделение целевых фракций может осуществляться как с помощью абсорберов, адсорберов, мембранного разделения, так и с помощью частичной конденсации газа с использованием холода холодильной машины и выделения целевых компонентов, сконденсировавшихся при охлаждении, в сепараторе и/или ректификационной колонне,In block 8, the separation of target fractions can be carried out both with the help of absorbers, adsorbers, membrane separation, and with the help of partial gas condensation using the cold of a refrigeration machine and the separation of target components condensed during cooling in a separator and / or distillation column,

В качестве одного из возможных применений предлагаемого способа, в таблице 2 приведены параметры основных потоков по установке показанной на Фиг.2 для случая извлечения из попутного газа водяных паров (осушка газа). Входной поток 1 природного газа с давлением 5.0 МПА и температурой 30°С, нагревается в теплообменнике 2 и нагревателе 4 до температуры 306,6°С. Далее нагретый газ расширяется в турбине турбодетандерного агрегата до давления 3.0 МПА и охлаждается в теплообменнике 2 до температуры 35°С и сжимается в компрессорной части ТДА до давления 6,0 МПА. Сжатый газ направляется в блок 8 выделения из природного газа целевых фракций природного газа. В котором с помощью абсорберов; либо адсорберов и/или мембран; либо с использованием процесса низкотемпературной конденсации, при котором газ охлаждают с использованием теплообменников и холодильной машины, а целевые компоненты, сконденсировавшиеся при охлаждении выделяют в сепараторе, происходит отделение из природного газа воды 25. В данном примере из входного газа с расходом 730,5 тонн/день природного газа выделяется 800 кг/день воды. При этом давление газа на выходе из компрессорной части 10 ТДА превышает давление газа перед турбиной 6 ТДА.As one of the possible applications of the proposed method, table 2 shows the parameters of the main flows for the installation shown in figure 2 for the case of extracting water vapor from associated gas (gas dehydration). The input stream 1 of natural gas with a pressure of 5.0 MPa and a temperature of 30°C is heated in the heat exchanger 2 and heater 4 to a temperature of 306.6°C. Further, the heated gas expands in the turbine of the turbo-expander unit to a pressure of 3.0 MPa and is cooled in heat exchanger 2 to a temperature of 35°C and compressed in the TDA compressor section to a pressure of 6.0 MPa. Compressed gas is sent to block 8 for separating target natural gas fractions from natural gas. In which with the help of absorbers; or adsorbers and/or membranes; or using a low-temperature condensation process, in which the gas is cooled using heat exchangers and a refrigeration machine, and the target components condensed during cooling are separated in the separator, water 25 is separated from natural gas. In this example, from the input gas with a flow rate of 730.5 tons / day of natural gas is released 800 kg/day of water. In this case, the gas pressure at the outlet of the compressor part 10 TDA exceeds the gas pressure in front of the turbine 6 TDA.

Таблица 2table 2 Потокиstreams 11 2525 3232 3333 3434 3535 3636 3737 ТемператураTemperature CC 30,030.0 40,040.0 253,8253.8 306,6306.6 263,0263.0 35,035.0 96,896.8 40,040.0 ДавлениеPressure МПАMPA 5,05.0 6,06.0 5,05.0 4,94.9 3,03.0 2,92.9 6,06.0 6,06.0 Массовый расходMass flow Тонн/деньTons/day 730,5730.5 0,80.8 729,8729.8 729,8729.8 729,8729.8 729,8729.8 729,8729.8 729,0729.0 Мольный составMole composition CO2 CO2 0,00160.0016 0,000.00 0,00160.0016 0,00160.0016 0,00160.0016 0,00160.0016 0,00160.0016 0,00160.0016 N2 N 2 0,00190.0019 0,000.00 0,00190.0019 0,00190.0019 0,00190.0019 0,00190.0019 0,00190.0019 0,00190.0019 CH4 CH 4 0,98520.9852 0,000.00 0,98520.9852 0,98520.9852 0,98520.9852 0,98520.9852 0,98520.9852 0,98620.9862 C2H6 C 2 H 6 0,00440.0044 0,00.0 0,00440.0044 0,00440.0044 0,00440.0044 0,00440.0044 0,00440.0044 0,00440.0044 C3H8 C 3 H 8 0,00450.0045 0,000.00 0,00450.0045 0,00450.0045 0,00450.0045 0,00450.0045 0,00450.0045 0,00450.0045 I-C4H10 IC4H10 _ 0,00090.0009 0,000.00 0,00090.0009 0,00090.0009 0,00090.0009 0,00090.0009 0,00090.0009 0,00090.0009 N-C4H10 NC 4 H 10 0,00040.0004 0,000.00 0,00040.0004 0,00040.0004 0,00040.0004 0,00040.0004 0,00040.0004 0,00040.0004 H2O H2O 0,00100.0010 1,001.00 0,00100.0010 0,00100.0010 0,00100.0010 0,00100.0010 0,00100.0010 0,00000.0000

В блоке 8 для выделения водяных паров из природного газа, в данном конкретном примере, целесообразно применять:In block 8, for the separation of water vapor from natural gas, in this particular example, it is advisable to use:

- в качестве абсорбента этиленгликоль (ЭГ), диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ), метанол (четвертый вариант предлагаемого способа),- as an absorbent ethylene glycol (EG), diethylene glycol (DEG), triethylene glycol (TEG), methanol (fourth version of the proposed method),

- в качестве адсорбента оксид алюминий, цеолиты, селикагель и.т.п. (пятый вариант предлагаемого способа),- as an adsorbent aluminum oxide, zeolites, silica gel, etc. (fifth version of the proposed method),

- в качестве мембран половолоконные газоразделительные мембраны, полимерные мембраны и.т.п. (пятый вариант предлагаемого способа),- as membranes, hollow fiber gas separation membranes, polymeric membranes, etc. (fifth version of the proposed method),

- в качестве холодильной машины пропановые, фреоновые, аммиачные и т.п. (шестой вариант предлагаемого способа),- as a refrigerating machine propane, freon, ammonia, etc. (the sixth version of the proposed method),

Для рассматриваемого примера, одна из возможных схем блока 8 по шестому способу приведена на Фиг.8. Газ 7 охлаждается в рекуперативном теплообменнике 27 и испарителе холодильной машины до температуры -25°С, сконденсировавшаяся вода отделяется от газа в сепараторе 29, газ с верха сепаратора направляется на нагрев в рекуперативный теплообменник.For the example under consideration, one of the possible diagrams of block 8 according to the sixth method is shown in Fig.8. Gas 7 is cooled in the recuperative heat exchanger 27 and the evaporator of the refrigeration machine to a temperature of -25°C, the condensed water is separated from the gas in the separator 29, the gas from the top of the separator is sent to the recuperative heat exchanger for heating.

Работа предлагаемого изобретения по пятому и шестому вариантам реализации предлагаемого способа иллюстрируется на примере установки, схема которого приведена на Фиг.3. Входной поток природного газа 1 обрабатывают в блоке 8 выделения из природного газа целевых фракций, нагревают в теплообменниках 2 и нагревателях 4 и расширяют в турбине 6 ТДА. Далее газ охлаждают, например в теплообменнике 2, и сжимают в компрессорной части 10 ТДА, причем температуру газа перед турбиной 6 ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части 10 ТДА превышало давление газа перед турбинной частью 6 ТДА. The operation of the invention according to the fifth and sixth embodiments of the proposed method is illustrated by the example of the installation, the diagram of which is shown in Fig.3. The input stream of natural gas 1 is processed in the block 8 for separating target fractions from natural gas, heated in heat exchangers 2 and heaters 4 and expanded in the turbine 6 TDA. Next, the gas is cooled, for example, in a heat exchanger 2, and compressed in the TDA compressor part 10, and the gas temperature in front of the TDA turbine 6 is provided at such a level that the gas pressure at the outlet of the TDA compressor part 10 exceeds the gas pressure in front of the TDA turbine part 6.

Охлаждение газа перед компрессорной частью 10 ТДА может осуществляться также в аппарате воздушного охлаждения.Gas cooling before the compressor part 10 of the TDA can also be carried out in an air cooler.

В качестве одного из возможных применений предлагаемого способа, в таблице 3 приведены параметры основных потоков по установке показанной на Фиг.3 для случая извлечения из попутного газа кислых компонентов H2S и СО2. Входной поток 1 природного газа с давлением 6.0 МПА и температурой 30°С направляется в блок 8 выделения из природного газа кислых компонентов Н2S и СО2, в котором отделяется поток кислых компонентов 38, а очищенный от кислых компонентов газ нагревается в теплообменнике 2 и нагревателе 4 до температуры 300°С. Далее нагретый газ расширяется в турбине турбодетандерного агрегата до давления 4.0 МПА и охлаждается в теплообменнике 2 до температуры 50°С и сжимается в компрессорной части ТДА до давления 6,5 МПА.As one of the possible applications of the proposed method, table 3 shows the parameters of the main streams for the installation shown in Fig.3 for the case of extraction of acid components H 2 S and CO 2 from associated gas. The inlet stream 1 of natural gas with a pressure of 6.0 MPa and a temperature of 30°C is sent to the unit 8 for separating acidic components H 2 S and CO 2 from natural gas, in which the stream of acidic components 38 is separated, and the gas purified from acidic components is heated in heat exchanger 2 and heater 4 to a temperature of 300°C. Further, the heated gas expands in the turbine of the turbo-expander unit to a pressure of 4.0 MPa and is cooled in heat exchanger 2 to a temperature of 50°C and compressed in the TDA compressor section to a pressure of 6.5 MPa.

Таблица 3Table 3 Потокиstreams 11 3838 3939 4040 4141 4242 4343 4444 ТемператураTemperature CC 30,030.0 49,349.3 30,030.0 246,5246.5 300,0300.0 268,3268.3 50,050.0 94,894.8 ДавлениеPressure МПАMPA 6,06.0 6,06.0 6,06.0 6,06.0 5,95.9 4,04.0 4,04.0 6,56.5 Массовый расходMass flow Тонн/деньTons/day 1000,01000.0 47,347.3 952,7952.7 952,7952.7 952,7952.7 952,7952.7 952,7952.7 952,7952.7 Мольный составMole composition CO2 CO2 0,01590.0159 0,77920.7792 0,00000.0000 0,00000.0000 0,00000.0000 0,00000.0000 0,00000.0000 0,00000.0000 N2 N 2 0,01290.0129 0,00000.0000 0,01320.0132 0,01320.0132 0,01320.0132 0,01320.0132 0,01320.0132 0,01320.0132 CH4 CH 4 0,90320.9032 0,00000.0000 0,92210.9221 0,92210.9221 0,92210.9221 0,92210.9221 0,92210.9221 0,92210.9221 C2H6 C 2 H 6 0,04220.0422 0,00000.0000 0,04300.0430 0,04300.0430 0,04300.0430 0,04300.0430 0,04300.0430 0,04300.0430 C3H8 C 3 H 8 0,01230.0123 0,00000.0000 0,01260.0126 0,01260.0126 0,01260.0126 0,01260.0126 0,01260.0126 0,01260.0126 I-C4H10 IC4H10 _ 0,00460.0046 0,00000.0000 0,00470.0047 0,00470.0047 0,00470.0047 0,00470.0047 0,00470.0047 0,00470.0047 N-C4H10 NC 4 H 10 0,00430.0043 0,00000.0000 0,00440.0044 0,00440.0044 0,00440.0044 0,00440.0044 0,00440.0044 0,00440.0044 H2SH 2 S 0,00450.0045 0,22080.2208 0,00000.0000 0,00000.0000 0,00000.0000 0,00000.0000 0,00000.0000 0,00000.0000

В блоке 8 выделение из природного газа кислых компонентов осуществляется с помощью абсорберов; либо адсорберов и/или мембран; либо с использованием процесса низкотемпературной конденсации, при котором газ охлаждают с использованием теплообменников и холодильной машины, а целевые компоненты, сконденсировавшиеся при охлаждении выделяют в сепараторе и/или ректификационной колонне, происходит отделение из природного газа кислых компонентов Н2S и СО2. При этом давление газа на выходе из компрессорной части 10 ТДА превышает давление газа перед турбиной 6 ТДА.In block 8, acidic components are separated from natural gas using absorbers; or adsorbers and/or membranes; or using a low-temperature condensation process, in which the gas is cooled using heat exchangers and a refrigeration machine, and the target components condensed during cooling are separated in a separator and / or a distillation column, the acidic components H 2 S and CO 2 are separated from natural gas. In this case, the gas pressure at the outlet of the compressor part 10 TDA exceeds the gas pressure in front of the turbine 6 TDA.

В блоке 8 для выделения кислых компонентов H2S и СО2 из природного газа, в данном конкретном примере, целесообразно применять:In block 8, for the separation of acidic components of H 2 S and CO 2 from natural gas, in this particular example, it is advisable to use:

- в качестве абсорбента амины, цеолиты, щелочи, или другие инновационные абсорбентов (седьмой вариант предлагаемого способа),- as an absorbent amines, zeolites, alkalis, or other innovative absorbents (the seventh version of the proposed method),

- в качестве адсорбента, активированный уголь, молекулярные сита, оксиды Zn или оксиды Cu, цинк-медный поглотитель, синтетический сорбент для очистки газов от сероводорода с содержанием 35-95% оксидов марганца, или другие инновационные адсорбенты (восьмой вариант предлагаемого способа),- as an adsorbent, activated carbon, molecular sieves, Zn oxides or Cu oxides, zinc-copper absorber, synthetic sorbent for gas purification from hydrogen sulfide containing 35-95% manganese oxides, or other innovative adsorbents (the eighth variant of the proposed method),

- в качестве мембран, эластичная мембрана, полимерные мембраны или другие инновационных мембраны (восьмой вариант предлагаемого способа),- as membranes, an elastic membrane, polymeric membranes or other innovative membranes (the eighth variant of the proposed method),

- в качестве холодильной машины, пропановые, фреоновые, аммиачные, на смешанных хладагентах, углекислотные, воздушные или другие инновационные холодильные машины (девятый вариант предлагаемого способа),- as a refrigeration machine, propane, freon, ammonia, mixed refrigerants, carbon dioxide, air or other innovative refrigeration machines (the ninth version of the proposed method),

Для рассматриваемого примера, одна из возможных схем блока 8 по шестому варианту способа приведена на Фиг.8. Газ 7 охлаждается в рекуперативном теплообменнике 27 и испарителе холодильной машины до температуры -20°С, сконденсировавшаяся вода отделяется от газа в сепараторе 29, газ с верха сепаратора направляется на нагрев в рекуперативный теплообменник.For the example under consideration, one of the possible diagrams of block 8 according to the sixth variant of the method is shown in Fig.8. Gas 7 is cooled in the recuperative heat exchanger 27 and the evaporator of the refrigeration machine to a temperature of -20°C, the condensed water is separated from the gas in the separator 29, the gas from the top of the separator is sent to the recuperative heat exchanger for heating.

В случаях когда требуется значительное увеличение давления газа на выходе из установки, на Фиг.4 представлен вариант реализации способа по п.2,12,22,32,42,52 формулы изобретения, в котором после сжатия газа в компрессорной части 10 ТДА, газ дополнительно подвергают по крайней мере однократной дополнительной обработке, включающей в себя нагрев газа в дополнительных теплообменниках 21 газ-газ и/или дополнительных нагревателях 22, расширение нагретого газа в турбине 23 дополнительного турбодетандерного агрегата (ДТДА), охлаждение газа в теплообменнике 21, сжатие газа в компрессорной части 24 ДТДА. Аналогичную, по крайней мере, однократную дополнительную обработку газа можно проводить и после обработки газа в блоке выделения из природного газа целевых фракций природного газа.In cases where a significant increase in gas pressure at the outlet of the installation is required, Figure 4 shows an embodiment of the method according to clauses 2,12,22,32,42,52 of the claims, in which, after compressing the gas in the compressor part 10 of the TDA, the gas is additionally subjected to at least one additional processing, including heating the gas in additional gas-gas heat exchangers 21 and/or additional heaters 22, expanding the heated gas in the turbine 23 of an additional turbo-expander unit (DTDA), cooling the gas in the heat exchanger 21, compressing the gas in compressor part 24 DTDA. A similar, at least one-time additional gas treatment can be carried out after gas treatment in the unit for separating target natural gas fractions from natural gas.

Турбина ТДА и /или ДТДА, может включать в себя, по крайней мере, два турбинных рабочих колеса. На Фиг.5 показана турбина ТДА 13 с двумя рабочими колесами. Использование двух и более турбинных колеса целесообразно при больших степенях расширения газа в турбине, в этом случае использование нескольких рабочих колес позволяет увеличить эффективность (КПД) расширения газа в турбине. Это позволяет отобрать большую механическую энергию с турбины.Turbine TDA and/or DTDA may include at least two turbine impellers. Figure 5 shows the turbine TDA 13 with two impellers. The use of two or more turbine wheels is advisable at high degrees of gas expansion in the turbine; in this case, the use of several impellers makes it possible to increase the efficiency (efficiency) of gas expansion in the turbine. This allows you to take a lot of mechanical energy from the turbine.

Компрессорная часть ТДА и /или ДТДА, может включать в себя, по крайней мере, два компрессорных рабочих колеса. На Фиг.5 показана компрессорная часть ТДА 14 с двумя компрессорными рабочими колесами. Использование двух и более компрессорных колеса целесообразно при больших степенях сжатия газа в компрессорной части ТДА, в этом случае использование нескольких рабочих колес позволяет увеличить эффективность (КПД) сжатия газа в компрессорной части ТДА. Это позволяет обеспечить более высокую степень сжатия газа в компрессорной части ТДА.The compressor part of the TDA and / or DTDA may include at least two compressor impellers. Figure 5 shows the compressor part of the TDA 14 with two compressor impellers. The use of two or more compressor wheels is advisable at high degrees of gas compression in the TDA compressor part, in this case, the use of several impellers makes it possible to increase the efficiency (efficiency) of gas compression in the TDA compressor part. This makes it possible to provide a higher degree of gas compression in the TDA compressor part.

Компрессорные и турбинные рабочие колеса ТДА и /или ДТДА могут быть разбиты на несколько независимых корпусов для уменьшения размера корпусов, и снижения стоимости ТДА и ДТДА.Compressor and turbine impellers of TDA and/or DTDA can be split into several independent housings to reduce the size of the housings, and reduce the cost of TDA and DTDA.

Для увеличения отбираемой механической энергии, перед любым турбинным рабочим колесом газ может быть дополнительно нагрет, как это показано на схеме Фиг.6. В этой схеме после нагрева газа в теплообменнике 2 и нагревателе 4 газ расширяется в первом рабочем колесе турбины ТДА, затем газ нагревают в дополнительном нагревателе 16 и расширяют во втором рабочем колесе турбины ТДА.To increase the extracted mechanical energy, the gas can be additionally heated in front of any turbine impeller, as shown in the diagram of Fig.6. In this scheme, after heating the gas in heat exchanger 2 and heater 4, the gas expands in the first impeller of the TDA turbine, then the gas is heated in an additional heater 16 and expanded in the second impeller of the TDA turbine.

Для увеличения степени сжатия в компрессорной части ТДА, перед любым компрессорным рабочим колесом газ может быть дополнительно охлажден как это показано на схеме Фиг.6. В этой схеме после сжатия газа в первом компрессорном рабочем колесе газ охлаждается, например в аппарате воздушного охлаждения 19, и расширяется во втором компрессорном рабочем колесе ТДАTo increase the compression ratio in the TDA compressor part, the gas can be additionally cooled before any compressor impeller, as shown in the diagram of Fig.6. In this scheme, after gas compression in the first compressor impeller, the gas is cooled, for example, in an air cooler 19, and expands in the second TDA compressor impeller

В случае значительного удаления ТДА от блока выделения из природного газа целевых фракций природного газа, передача газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и ТДА может осуществляется посредством газопровода большой протяженности. Аналогично, передача газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и теплообменниками и/или нагревателями также может осуществляться посредством газопровода большой протяженности. В некоторых случаях длина данного газопровода может достигать нескольких десятков километров.In the case of a significant distance of the TDA from the unit for extracting target natural gas fractions from natural gas, the transfer of gas between the unit for extracting target natural gas fractions from natural gas and the TDA can be carried out through a long gas pipeline. Similarly, the transfer of gas between the natural gas extraction unit and the heat exchangers and/or heaters can also be carried out by means of a long gas pipeline. In some cases, the length of this gas pipeline can reach several tens of kilometers.

Для снижения капитальных затрат, ДТА и ДТДА могут быть выполнены в одном корпусе.To reduce capital costs, DTA and DTDA can be made in the same building.

Температуру газа перед турбиной ТДА, в некоторых случаях, обеспечивают на уровне выше 200°С. Как показывают опытные испытания установок, базирующихся на предлагаемом способе, существующие в настоящее время турбодетандерные агрегаты позволяют обеспечивать давление газа на выходе из компрессорной части ТДА превышающее давление газа перед турбинной частью ТДА, при уровне температуры газа перед турбиной ТДА на уровне выше 200°С.The gas temperature in front of the TDA turbine, in some cases, is provided at a level above 200°C. As experimental tests of installations based on the proposed method show, currently existing turbo-expander units make it possible to provide gas pressure at the outlet of the TDA compressor section exceeding the gas pressure in front of the TDA turbine section, at a gas temperature level in front of the TDA turbine at a level above 200 ° C.

Нагрев природного газа в теплообменниках и/или нагревателях можно осуществлять за счет тепла, образующегося при сгорании природного газа в чистом кислороде. В этом случае в горелку нагревателя, подают чистый кислород, получаемый на воздухоразделительной установке, и природный газ. При сгорании природного газа в чистом кислороде в дымовых газах будет содержаться в основном СО2 и пары воды. В этом случае дымовой газ, после предварительной обработки может быть закачан в пласт, или использован для других нужд (например, для производства чистого СО2 или для питания растений или бактерий, при производстве протеина).Heating of natural gas in heat exchangers and/or heaters can be carried out due to the heat generated during the combustion of natural gas in pure oxygen. In this case, the burner of the heater is supplied with pure oxygen obtained from the air separation plant and natural gas. When natural gas is burned in pure oxygen, the flue gases will contain mainly CO 2 and water vapor. In this case, the flue gas, after pre-treatment, can be injected into the reservoir, or used for other needs (for example, to produce pure CO 2 or to feed plants or bacteria, in the production of protein).

Claims (60)

1. Способ выделения из природного газа целевых фракций, включающий в себя следующие друг за другом процессы нагрева природного газа в теплообменнике газ-газ и нагревателе, расширения нагретого природного газа в турбине турбодетандерного агрегата (ТДА), охлаждения газа в теплообменнике газ-газ, выделения из природного газа целевых фракций природного газа посредством абсорбции, или адсорбции, или мембранного разделения, сжатия всего потока обработанного газа в компрессорной части ТДА, причем температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части ТДА превышало давление газа перед турбиной ТДА. 1. A method for separating target fractions from natural gas, which includes successive processes of heating natural gas in a gas-gas heat exchanger and a heater, expanding heated natural gas in a turbine of a turbo-expander unit (TDA), cooling gas in a gas-gas heat exchanger, separating from natural gas of target fractions of natural gas by absorption, or adsorption, or membrane separation, compression of the entire flow of treated gas in the TDA compressor part, and the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at such a level that the gas pressure at the outlet of the TDA compressor part exceeds the gas pressure in front of the TDA turbine. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после сжатия газа в компрессорной части ТДА и/или после выделения из природного газа целевых фракций природного газа газ дополнительно подвергают по крайней мере однократной дополнительной обработке, включающей в себя нагрев газа в дополнительных теплообменниках газ-газ и/или дополнительных нагревателях, расширение нагретого газа в турбине дополнительного турбодетандерного агрегата (ДТДА), охлаждение газа и сжатие газа в компрессорной части ДТДА. 2. The method according to claim 1, characterized in that after compressing the gas in the compressor part of the TDA and / or after separating the target fractions of natural gas from natural gas, the gas is additionally subjected to at least one additional treatment, including heating the gas in additional gas heat exchangers -gas and / or additional heaters, expansion of the heated gas in the turbine of the additional turbo-expander unit (DTDA), gas cooling and gas compression in the compressor part of the DTDA. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что турбина ТДА и/или ДТДА включает в себя по крайней мере два турбинных рабочих колеса.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the TDA and/or DTDA turbine includes at least two turbine impellers. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что компрессорная часть ТДА и/или ДТДА включает в себя по крайней мере два компрессорных рабочих колеса. 4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the compressor part of the TDA and/or DTDA includes at least two compressor impellers. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что перед каждым турбинным рабочим колесом газ дополнительно нагревают.5. The method according to claim 3, characterized in that the gas is additionally heated before each turbine impeller. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что перед каждым компрессорным рабочим колесом газ дополнительно охлаждают.6. Method according to claim 4, characterized in that the gas is additionally cooled before each compressor impeller. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что передачу газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и ТДА осуществляют посредством газопровода. 7. The method according to claim 1, characterized in that the transfer of gas between the unit for separating target natural gas fractions from natural gas and the TDA is carried out through a gas pipeline. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что передачу газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и теплообменниками и нагревателями осуществляют посредством газопровода.8. The method according to claim 1, characterized in that the transfer of gas between the unit for separating target natural gas fractions from natural gas and heat exchangers and heaters is carried out by means of a gas pipeline. 9. Способ по из п.1 или 2, отличающийся тем, что температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на уровне выше 200 °С.9. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at a level above 200 °C. 10. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что нагрев природного газа в нагревателях осуществляют за счет тепла, образующегося при сгорании природного газа в чистом кислороде.10. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the heating of natural gas in heaters is carried out due to the heat generated during the combustion of natural gas in pure oxygen. 11. Способ выделения из природного газа целевых фракций, включающий в себя следующие друг за другом процессы нагрева природного газа в теплообменнике газ-газ и нагревателе, расширения нагретого природного газа в ТДА, охлаждения газа в теплообменнике газ-газ, частичной конденсации газа с использованием холода холодильной машины и выделения целевых компонентов, сконденсировавшихся при охлаждении, в сепараторе и/или ректификационной колонне, последующего сжатии всего потока газа в компрессорной части ТДА, причем температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части ТДА превышало давление газа перед турбиной ТДА. 11. A method for separating target fractions from natural gas, which includes successive processes of heating natural gas in a gas-gas heat exchanger and a heater, expanding heated natural gas in a TDA, cooling gas in a gas-gas heat exchanger, partial gas condensation using cold refrigerating machine and separation of the target components condensed during cooling in the separator and / or distillation column, subsequent compression of the entire gas flow in the TDA compressor part, and the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at such a level that the gas pressure at the outlet of the TDA compressor part exceeds gas pressure in front of the TDA turbine. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что после сжатия газа в компрессорной части ТДА и/или после обработки газа в блоке выделения из природного газа целевых фракций природного газа газ дополнительно подвергают по крайней мере однократной дополнительной обработке, включающей в себя нагрев газа в дополнительных теплообменниках газ-газ и/или дополнительных нагревателях, расширение нагретого газа в турбине ДТДА, охлаждение газа и сжатие газа в компрессорной части ДТДА. 12. The method according to claim 11, characterized in that after compressing the gas in the compressor part of the TDA and / or after processing the gas in the unit for separating target natural gas fractions from natural gas, the gas is additionally subjected to at least one additional treatment, including gas heating in additional gas-gas heat exchangers and / or additional heaters, expansion of heated gas in the DTDA turbine, gas cooling and gas compression in the DTDA compressor part. 13. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что турбина ТДА и/или ДТДА включает в себя по крайней мере два турбинных рабочих колеса.13. Method according to claim 11 or 12, characterized in that the TDA and/or DTDA turbine includes at least two turbine impellers. 14. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что компрессорная часть ТДА и/или ДТДА включает в себя по крайней мере два компрессорных рабочих колеса. 14. The method according to claim 11 or 12, characterized in that the compressor part of the TDA and/or DTDA includes at least two compressor impellers. 15. Способ по п.13, отличающийся тем, что перед каждым турбинным рабочим колесом газ дополнительно нагревают.15. The method according to claim 13, characterized in that the gas is additionally heated before each turbine impeller. 16. Способ по п.14, отличающийся тем, что перед каждым компрессорным рабочим колесом газ дополнительно охлаждают.16. Method according to claim 14, characterized in that the gas is additionally cooled before each compressor impeller. 17. Способ по п.11, отличающийся тем, что передачу газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и ТДА осуществляют посредством газопровода. 17. The method according to claim 11, characterized in that the gas is transferred between the unit for extracting target natural gas fractions from natural gas and the TDA by means of a gas pipeline. 18. Способ по п.11, отличающийся тем, что передачу газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и теплообменниками и нагревателями осуществляют посредством газопровода.18. The method according to claim 11, characterized in that the transfer of gas between the unit for separating target natural gas fractions from natural gas and heat exchangers and heaters is carried out by means of a gas pipeline. 19. Способ по п.11, отличающийся тем, что температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на уровне выше 200 °С.19. The method according to claim 11, characterized in that the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at a level above 200 ° C. 20. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что нагрев природного газа в нагревателях осуществляют за счет тепла, образующегося при сгорании природного газа в чистом кислороде.20. The method according to claim 11 or 12, characterized in that the heating of natural gas in heaters is carried out due to the heat generated during the combustion of natural gas in pure oxygen. 21. Способ выделения из природного газа целевых фракций, включающий в себя следующие друг за другом процессы нагрева газа в теплообменнике газ-газ и нагревателе, расширения нагретого газа в турбине турбодетандерного агрегата (ТДА), охлаждения газа в теплообменнике газ-газ, сжатия всего потока газа в компрессорной части ТДА, выделения из природного газа целевых фракций природного газа посредством абсорбции, или адсорбции, или мембранного разделения, причем температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части ТДА превышало давление газа перед турбиной ТДА. 21. A method for separating target fractions from natural gas, which includes successive processes of heating gas in a gas-gas heat exchanger and a heater, expanding the heated gas in a turbine of a turbo-expander unit (TDA), cooling gas in a gas-gas heat exchanger, compressing the entire flow gas in the TDA compressor part, separation of target natural gas fractions from natural gas by absorption, or adsorption, or membrane separation, and the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at such a level that the gas pressure at the outlet of the TDA compressor part exceeds the gas pressure in front of the TDA turbine . 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что после сжатия газа в компрессорной части ТДА и/или после обработки газа в блоке выделения из природного газа целевых фракций природного газа газ дополнительно подвергают по крайней мере однократной дополнительной обработке, включающей в себя нагрев газа в дополнительных теплообменниках газ-газ и/или дополнительных нагревателях, расширение нагретого газа в турбине ДТДА, охлаждение газа и сжатие газа в компрессорной части ДТДА. 22. The method according to p. in additional gas-gas heat exchangers and / or additional heaters, expansion of heated gas in the DTDA turbine, gas cooling and gas compression in the DTDA compressor part. 23. Способ по п.21 или 22, отличающийся тем, что турбина ТДА и/или ДТДА включает в себя по крайней мере два турбинных рабочих колеса.23. The method according to claim 21 or 22, characterized in that the TDA and/or DTDA turbine includes at least two turbine impellers. 24. Способ по п.21 или 22, отличающийся тем, что компрессорная часть ТДА и/или ДТДА включает в себя по крайней мере два компрессорных рабочих колеса. 24. The method according to claim 21 or 22, characterized in that the compressor part of the TDA and/or DTDA includes at least two compressor impellers. 25. Способ по п.22, отличающийся тем, что перед каждым турбинным рабочим колесом газ дополнительно нагревают.25. The method according to claim 22, characterized in that the gas is additionally heated before each turbine impeller. 26. Способ по п.23, отличающийся тем, что перед каждым компрессорным рабочим колесом газ дополнительно охлаждают.26. Method according to claim 23, characterized in that the gas is additionally cooled before each compressor impeller. 27. Способ по п.21, отличающийся тем, что передачу газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и ТДА осуществляют посредством газопровода. 27. The method according to claim 21, characterized in that the gas is transferred between the unit for extracting target natural gas fractions from natural gas and the TDA by means of a gas pipeline. 28. Способ по п.21, отличающийся тем, что передачу газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и теплообменниками и нагревателями осуществляют посредством газопровода.28. The method according to claim 21, characterized in that the transfer of gas between the unit for separating target natural gas fractions from natural gas and heat exchangers and heaters is carried out through a gas pipeline. 29. Способ по п.21 или 22, отличающийся тем, что температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на уровне выше 200 °С.29. The method according to claim 21 or 22, characterized in that the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at a level above 200 ° C. 30. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что нагрев природного газа в нагревателях осуществляют за счет тепла, образующегося при сгорании природного газа в чистом кислороде.30. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the heating of natural gas in heaters is carried out due to the heat generated during the combustion of natural gas in pure oxygen. 31. Способ выделения из природного газа целевых фракций, включающий в себя следующие друг за другом процессы нагрева природного газа в теплообменнике газ-газ и нагревателе, расширения нагретого природного газа в турбине ТДА, охлаждения газа в теплообменнике газ-газ, сжатия всего потока газа в компрессорной части ТДА, частичной конденсации газа с использованием холода холодильной машины и выделения целевых компонентов, сконденсировавшихся при охлаждении, в сепараторе и/или ректификационной колонне, причем температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части ТДА превышало давление газа перед турбиной ТДА. 31. A method for separating target fractions from natural gas, which includes successive processes of heating natural gas in a gas-gas heat exchanger and a heater, expanding heated natural gas in a TDA turbine, cooling gas in a gas-gas heat exchanger, compressing the entire gas flow into compressor part of the TDA, partial condensation of gas using the cold of the refrigeration machine and the release of the target components condensed during cooling in the separator and / or distillation column, and the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at such a level that the gas pressure at the outlet of the TDA compressor part exceeds gas pressure in front of the TDA turbine. 32. Способ выделения из природного газа целевых фракций по п.31, отличающийся тем, что после сжатия газа в компрессорной части ТДА и/или после обработки газа в блоке выделения из природного газа целевых фракций природного газа газ дополнительно подвергают по крайней мере однократной дополнительной обработке, включающей в себя нагрев газа в дополнительных теплообменниках газ-газ и/или дополнительных нагревателях, расширение нагретого газа в турбине ДТДА, охлаждение газа и сжатие газа в компрессорной части ДТДА. 32. The method of separating target fractions from natural gas according to claim 31, characterized in that after gas compression in the TDA compressor part and / or after gas treatment in the unit for separating target natural gas fractions from natural gas, the gas is additionally subjected to at least one additional additional processing , which includes gas heating in additional gas-gas heat exchangers and / or additional heaters, expansion of the heated gas in the DTDA turbine, gas cooling and gas compression in the DTDA compressor part. 33. Способ по п.31 или 32, отличающийся тем, что турбина ТДА и/или ДТДА включает в себя по крайней мере два турбинных рабочих колеса.33. The method according to claim 31 or 32, characterized in that the TDA and/or DTDA turbine includes at least two turbine impellers. 34. Способ по п.31 или 32, отличающийся тем, что компрессорная часть ТДА и/или ДТДА включает в себя по крайней мере два компрессорных рабочих колеса. 34. The method according to claim 31 or 32, characterized in that the compressor part of the TDA and/or DTDA includes at least two compressor impellers. 35. Способ по п.32, отличающийся тем, что перед каждым турбинным рабочим колесом газ дополнительно нагревают.35. The method according to claim 32, characterized in that the gas is additionally heated before each turbine impeller. 36. Способ по п.34, отличающийся тем, что перед каждым компрессорным рабочим колесом газ может быть дополнительно охлажден.36. The method according to claim 34, characterized in that the gas can be additionally cooled before each compressor impeller. 37. Способ по п.31, отличающийся тем, что передачу газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и ТДА осуществляют посредством газопровода. 37. The method according to claim 31, characterized in that the transfer of gas between the unit for separating target natural gas fractions from natural gas and the TDA is carried out through a gas pipeline. 38. Способ по п.31, отличающийся тем, что передачу газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и теплообменниками и нагревателями осуществляет посредством газопровода.38. The method according to claim 31, characterized in that the gas is transferred between the unit for extracting target natural gas fractions from natural gas and heat exchangers and heaters through a gas pipeline. 39. Способ по п.31 или 32, отличающийся тем, что температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на уровне выше 200 °С.39. The method according to claim 31 or 32, characterized in that the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at a level above 200 ° C. 40. Способ по п.31 или 32, отличающийся тем, что нагрев природного газа в нагревателях осуществляют за счет тепла, образующегося при сгорании природного газа в чистом кислороде.40. The method according to claim 31 or 32, characterized in that the heating of natural gas in heaters is carried out due to the heat generated during the combustion of natural gas in pure oxygen. 41. Способ выделения из природного газа целевых фракций, включающий в себя следующие друг за другом процессы выделения из природного газа целевых фракций природного газа посредством абсорбции, или адсорбции, или мембранного разделения, нагрева газа в теплообменнике газ-газ и нагревателе, расширения нагретого газа в турбине ТДА, охлаждения газа по меньшей мере в теплообменнике газ-газ, сжатия всего потока газа в компрессорной части ТДА, причем температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части ТДА превышало давление газа перед турбиной ТДА. 41. A method for separating target fractions from natural gas, which includes successive processes for separating target fractions of natural gas from natural gas by absorption, or adsorption, or membrane separation, heating the gas in a gas-gas heat exchanger and heater, expanding the heated gas in TDA turbine, gas cooling at least in the gas-gas heat exchanger, compression of the entire gas flow in the TDA compressor part, and the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at such a level that the gas pressure at the outlet of the TDA compressor part exceeds the gas pressure in front of the TDA turbine. 42. Способ по п.41, отличающийся тем, что после сжатия газа в компрессорной части ТДА и/или после обработки газа в блоке выделения из природного газа целевых фракций природного газа газ дополнительно подвергают по крайней мере однократной дополнительной обработке, включающей в себя нагрев газа в дополнительных теплообменниках газ-газ и/или дополнительных нагревателях, расширение нагретого газа в турбине ДТДА, охлаждение газа и сжатие газа в компрессорной части ДТДА. 42. The method according to claim 41, characterized in that after compressing the gas in the compressor part of the TDA and / or after treating the gas in the unit for extracting target natural gas fractions from natural gas, the gas is additionally subjected to at least one additional treatment, including gas heating in additional gas-gas heat exchangers and / or additional heaters, expansion of heated gas in the DTDA turbine, gas cooling and gas compression in the DTDA compressor part. 43. Способ по п.41 или 42, отличающийся тем, что турбина ТДА и/или ДТДА включает в себя по крайней мере два турбинных рабочих колеса.43. The method according to claim 41 or 42, characterized in that the TDA and/or DTDA turbine includes at least two turbine impellers. 44. Способ по п.41 или 42, отличающийся тем, что компрессорная часть ТДА и/или ДТДА включает в себя по крайней мере два компрессорных рабочих колеса. 44. The method according to claim 41 or 42, characterized in that the compressor part of the TDA and/or DTDA includes at least two compressor impellers. 45. Способ по п.42, отличающийся тем, что перед каждым турбинным рабочим колесом газ дополнительно нагревают.45. The method according to claim 42, characterized in that the gas is additionally heated before each turbine impeller. 46. Способ по п.43, отличающийся тем, что перед каждым компрессорным рабочим колесом газ дополнительно охлаждают.46. The method according to claim 43, characterized in that the gas is additionally cooled before each compressor impeller. 47. Способ по п.41, отличающийся тем, что передачу газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и ТДА осуществляют посредством газопровода. 47. The method according to claim 41, characterized in that the gas is transferred between the unit for extracting target natural gas fractions from natural gas and the TDA by means of a gas pipeline. 48. Способ по п.41, отличающийся тем, что передачу газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и теплообменниками и нагревателями осуществляют посредством газопровода.48. The method according to claim 41, characterized in that the transfer of gas between the unit for separating target natural gas fractions from natural gas and heat exchangers and heaters is carried out through a gas pipeline. 49. Способ по п.41 или 42, отличающийся тем, что температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на уровне выше 200 °С.49. The method according to claim 41 or 42, characterized in that the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at a level above 200 ° C. 50. Способ по п.41 или 42, отличающийся тем, что нагрев природного газа в нагревателях осуществляют за счет тепла, образующегося при сгорании природного газа в чистом кислороде.50. The method according to claim 41 or 42, characterized in that the heating of natural gas in heaters is carried out due to the heat generated during the combustion of natural gas in pure oxygen. 51. Способ выделения из природного газа целевых фракций, включающий в себя следующие друг за другом процессы частичной конденсации газа с использованием холода холодильной машины и выделения целевых компонентов, сконденсировавшихся при охлаждении, в сепараторе и/или ректификационной колонне, последующего нагрева газа в теплообменнике газ-газ и нагревателе, расширения нагретого газа в турбине турбодетандерного агрегата (ТДА), охлаждения газа в теплообменнике газ-газ, сжатия всего потока газа в компрессорной части ТДА, причем температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на таком уровне, чтобы давление газа на выходе из компрессорной части ТДА превышало давление газа перед турбиной ТДА. 51. A method for separating target fractions from natural gas, which includes successive processes of partial gas condensation using the cold of a refrigeration machine and separating target components condensed during cooling in a separator and / or distillation column, followed by heating the gas in a gas heat exchanger gas and heater, expanding the heated gas in the turbine of the turbo-expander unit (TDA), cooling the gas in the gas-gas heat exchanger, compressing the entire gas flow in the compressor part of the TDA, and the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at such a level that the gas pressure at the outlet of the compressor room part of the TDA exceeded the gas pressure in front of the TDA turbine. 52. Способ по п.51, отличающийся тем, что после сжатия газа в компрессорной части ТДА и/или после обработки газа в блоке выделения из природного газа целевых фракций природного газа газ дополнительно подвергают по крайней мере однократной дополнительной обработке, включающей в себя нагрев газа в дополнительных теплообменниках газ-газ и/или дополнительных нагревателях, расширение нагретого газа в турбине ДТДА, охлаждение газа и сжатие газа в компрессорной части ДТДА. 52. The method according to claim 51, characterized in that after compressing the gas in the compressor part of the TDA and / or after treating the gas in the unit for separating target natural gas fractions from natural gas, the gas is additionally subjected to at least one additional treatment, including gas heating in additional gas-gas heat exchangers and / or additional heaters, expansion of heated gas in the DTDA turbine, gas cooling and gas compression in the DTDA compressor part. 53. Способ по п.51 или 52, отличающийся тем, что турбина ТДА и/или ДТДА включает в себя по крайней мере два турбинных рабочих колеса.53. The method according to claim 51 or 52, characterized in that the TDA and/or DTDA turbine includes at least two turbine impellers. 54. Способ по п.51 или 52, отличающийся тем, что компрессорная часть ТДА и/или ДТДА включает в себя по крайней мере два компрессорных рабочих колеса. 54. The method according to claim 51 or 52, characterized in that the compressor part of the TDA and/or DTDA includes at least two compressor impellers. 55. Способ по п.53, отличающийся тем, что перед каждым турбинным рабочим колесом газ дополнительно нагревают.55. The method according to claim 53, characterized in that the gas is additionally heated before each turbine impeller. 56. Способ по п.54, отличающийся тем, что перед каждым компрессорным рабочим колесом газ дополнительно охлаждают.56. The method according to claim 54, characterized in that the gas is additionally cooled before each compressor impeller. 57. Способ по п.51, отличающийся тем, что передачу газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и ТДА осуществляют посредством газопровода. 57. The method according to claim 51, characterized in that the gas is transferred between the unit for extracting target natural gas fractions from natural gas and the TDA by means of a gas pipeline. 58. Способ по п.51, отличающийся тем, что передачу газа между блоком выделения из природного газа целевых фракций природного газа и теплообменниками и нагревателями осуществляют посредством газопровода.58. The method according to claim 51, characterized in that the transfer of gas between the unit for separating target natural gas fractions from natural gas and heat exchangers and heaters is carried out through a gas pipeline. 59. Способ по п.51 или 52, отличающийся тем, что температуру газа перед турбиной ТДА обеспечивают на уровне выше 200 °С.59. The method according to claim 51 or 52, characterized in that the gas temperature in front of the TDA turbine is provided at a level above 200 ° C. 60. Способ по п.51 или 52, отличающийся тем, что нагрев природного газа в нагревателях осуществляют за счет тепла, образующегося при сгорании природного газа в чистом кислороде.60. The method according to claim 51 or 52, characterized in that the heating of natural gas in heaters is carried out due to the heat generated during the combustion of natural gas in pure oxygen.
RU2023103377A 2023-02-15 Method for separation of target fractions from natural gas (embodiments) RU2801681C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2801681C1 true RU2801681C1 (en) 2023-08-14

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2088866C1 (en) * 1995-04-21 1997-08-27 Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий Method of preparation of natural gas for transportation
RU2626270C1 (en) * 2016-07-28 2017-07-25 Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа" (АО "НИПИгазпереработка") Method of stripped gas compression
RU2630202C1 (en) * 2016-09-30 2017-09-05 Публичное акционерное общество "Газпром" Method of extracting c2+ fraction from raw gas and plant for its implementation
RU2749628C1 (en) * 2020-04-24 2021-06-16 Общество с ограниченной ответственностью "АЭРОГАЗ" (ООО "АЭРОГАЗ") Method and installation for separation of target fractions from natural gas

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2088866C1 (en) * 1995-04-21 1997-08-27 Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий Method of preparation of natural gas for transportation
RU2626270C1 (en) * 2016-07-28 2017-07-25 Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа" (АО "НИПИгазпереработка") Method of stripped gas compression
RU2630202C1 (en) * 2016-09-30 2017-09-05 Публичное акционерное общество "Газпром" Method of extracting c2+ fraction from raw gas and plant for its implementation
RU2749628C1 (en) * 2020-04-24 2021-06-16 Общество с ограниченной ответственностью "АЭРОГАЗ" (ООО "АЭРОГАЗ") Method and installation for separation of target fractions from natural gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7145530B2 (en) VOCs recovery system by cryogenic condensation using air as a refrigerant
US8906138B2 (en) Methods of generating and utilizing utility gas
US10150926B2 (en) Configurations and methods of flexible CO2 removal
RU2489197C2 (en) Method of gas cleaning by membranes with permeate blow for removal of carbon dioxide from combustion products
US6648944B1 (en) Carbon dioxide removal process
RU2462295C2 (en) Hydrogen sulphide removal from natural gas flow
US3989478A (en) Producing gaseous fuels of high calorific value
EA009089B1 (en) Configurations and methods of acid gas removal
CN107106937B (en) Cyclonic separation and recovery of carbon dioxide from heated liquid adsorbents
EP3229940B1 (en) Method for energy efficient recovery of carbon dioxide from an absorbent and a plant suitable for operating the method
WO2009007936A2 (en) Process and apparatus for the separation of a gaseous mixture
US20240019205A1 (en) Facility for producing gaseous methane by purifying biogas from landfill, combining membranes and cryogenic distillation for landfill biogas upgrading
WO2016108731A1 (en) Method of complex extraction of valuable impurities from helium-rich hydrocarbon natural gas with high nitrogen content
CN104884148A (en) Membrane-based gas separation process using ejector-driven gas recycle
AU2013224145A1 (en) Gas treatment system using supersonic separators
CN101760270A (en) Method for removing and recycling CO2 in natural gas
CN115069057B (en) Method for purifying and recovering carbon dioxide by low-temperature rectification
US9964034B2 (en) Methods for producing a fuel gas stream
RU2615092C1 (en) Processing method of main natural gas with low calorific value
Puri Commercial applications of membranes in gas separations
RU2801681C1 (en) Method for separation of target fractions from natural gas (embodiments)
CN217661593U (en) Device for purifying and recovering carbon dioxide by low-temperature rectification
US10393015B2 (en) Methods and systems for treating fuel gas
WO2011102747A1 (en) Method of xenon concentrate extraction from natural combustible gas, products of its processing, including anthropogenic off gases and the device for its realization (variants)
RU2615703C2 (en) Method of gas condensate deposits complex processing with c3+ hydrocarbons deep extraction and plant for its implementation