Способ деметанизации пирогаза

 

Использование: производство низших олефинов. Сущность изобретения: пирогаз подвергают многоступенчатому охлаждению и конденсации в теплообменниках с использованием в них проп-иленового и этиленового холода и холода обратных потоков . Образующиеся конденсат и газ подвергают сепарации в сепараторе. Поступающий из сепаратора в деметанизатор конденсат подвергают ректификации, Отходящие с верха деметанизатора газы подвергают одноступенчатой конденсации, сепарации жидкой и газовой фаз во флегмовой емкости, возвращают жидкую фазу в дефлегматор в виде флегмы. Метанводородную фракцию предварительно нагревают теплообменом с обратными потоками и используют в качестве рабочего газа в турбодетандере. Турбодетандер используют одновременно в качестве привода компрессора и генератора электроэнергии. Скомпримированные и отработанные в турбодетандере газы подают в топливную сеть. 1 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s С 10 G 5 /06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,, фь. С)

1 1

, 0 !

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4728474/04 (22) 10,08.89 (46) 15.06,92. Бюл, ¹ 22 (71) Центр по разработке эластомеров при

Казанском химико-технологическом институте им, С.М,Кирова (72) П.Ф.Авдонин, А,Г.Малюков, Ч.Е.Пак, С,В.Трифонов, А,Г.Лиакумович, Ю,А,Егоров, P.À.Àõìåäüÿíîâà, Э.Г.Воронкова и

Ю,И.Буткин (53) 662.75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N857226,,кл. С 10 G 5/06. 1977, Патент США

N- 2880592, кл. 62-25. 1959. (54) СПОСОБ ДЕМЕТАНИЗАЦИИ ПИРОГА3А (57) Ис ользование; производство низших олефинов. Сущность изобретения, пирогаз подвергают многоступенчатому .охлаждеИзобретение относится к способу деметанизации пирогаза и может быть использовано в производстве низших олефинов в химической и нефтехимической промышленности.

Известен способ деметанизации пирогаза путем низкотемпературной ректификации, двухступенчатой конденсации отходящих.с верха ректификационной колонны паров, сепарации жидкой и газовой фаз после каждой ступени конденсации с . последующим возвратом жидкой фазы на ректификацию в качестве флегмы двумя потоками, используя в качестве первого потока жидкую фазу первой ступени конденсации и в качестве второго потока — жидкую фазу, Ы, 1740399 А1 нию и конденсации в теплообменниках с использованием в них пропиленового и этиленового холода и холода обратных потоков. Образующиеся конденсат и газ подвергают сепарации в сепараторе, Поступающий из сепаратора в деметанизатор конденсат подвергают ректификации, Отходящие с верха деметанизатора газы подвергают одноступен .атой конденсации, сепарации жидкой и газовой фаз во флегмовой емкости, возвращают жидкую фазу в дефлегматор в виде флегмы. Метанводородную фракцию предварительно нагревают теплообменом с обратными потоками и используют в качестве рабочего газа в турбодетандере. Турбодетандер используют одновременно в качестве привода компрессора и генератора электроэнергии. Скомпримированные и отработанные в турбодетандере газы подают в топливную сеть. 1 ил. второй ступени при объемном соотношении

1,5;3-1 и поддержании температуры первого потока в пределах минус 80 —. минус 90 С и второго потока минус 90 — минус 120 С.

Известен также способ деметанизации пирогаза путем последовательного охлаждения и конденсации его, четырехступенчатой сепарации полученного конденсата и газа, с последующей ректификацией поступающего из сепараторов по четырем линиям питания в деметанизатор углеводородного конденсата с использованием для охлаждения газа перед четвертой ступенью конденсации турбодетандера.

Недостатками известных способов являются неэффективное использование

1740399 энергии сжатого газа и высокие потери этилена с метанводородной фракцией.

Цель изобретения — снижение энергетических затрат и уменьшение потерь этилена с метанводородной фракцией.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу деметанизацию пирогаза . осуществляют путем многоступенчатого охлаждения и конденсации в теплооменниках с использованием в них пропиленового и этиленового холода и холода обратных потоков, последующей сепарации образующегося конденсата и газа в сепараторах, ректификации поступающего из сепараторов в деметанизатор конденсата, одноступенчатой конденсации отходящих с верха деметанизатора газов; сепарации жидкой и газовой фаз во флегмовой емкости с возвратом жидкой фазы в дефлегматор в виде флегмы и использованием газовой фазы— метанводородной фракции в качестве рабочего газа в турбодетандере для ее охлаждения, при этом газовую фазу предварительно нагревают теплообменом с обратными потоками, турбодетандер используют одновременно в качестве привода компрессора, предназначенного для комп римирования метанводородной фракции после испарения и нагрева в теплообменниках обратных потоков, и генератора электроэнергии с подачей скомпримированных и отработанных в турбодетандере газов в топливную сеть.

На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ.

Пирогаз по трубопроводу 1 поступает в последовательно работающие холодильники 2, 3, 4, 5 и трех- и односекционные теплообменники 6 и 6 обратных потоков, где за счет пропиленового и этиленового холода и холода обратных потоков метанводородной фракции происходит охлаждение и частичная конденсация пирогаза. Смесь газа и конденсата после каждой ступени охлаждения и конденсации поступает в сепараторы

7-11, установленные соответственно после холодильников 2 и 3, первой секции теплообменника 6 и холодильника 4, второй секции теплообменника 6 и холодильника 5, третьей секции теплообменника 6, односекционного теплообменника 6 . Полученный в первых четырех сепараторах конденсат по четырем линиям питания поступает в деметанизатор 12, где при давлении 3,0-3,5 МПа (31-36 кгс/см ) и температуре куба 0-20 С и верха минус 80 — минус 90 С производится выделение из углеводородного конденсата метанводородной фракции, Пары с верха деметаниэатора (водород и метан с примесью этилена) поступают в дефлегматор

13, где за счет холода этилена-хладагента происходит частичная конденсация. Парожидкостная смесь из дефлегматора поступает во флегмовую емкость 14, где происходит разделение ее на жидкостную и

5 газовую фазы. Полученный конденсат насосом 15 подается в деметанизатор s виде флегмы, а часть его используется в качестве хладагента в теплообменнике 6 обратных потоков. Газообразная метан водородная

10 фракция из флегмовой емкости направляется в теплообменник 6 обратных потоков, где за счет тепла прямого потока пирогаза нагревается до температуры минус 50 С и поступает на прием турбодетандера 16. В

15 турбодетандере происходит расширение газа при снижении давления с 2,5 МПа (25 кгс/см ) до 0,5 МПа (5 кгс/см ), за счет чего снижается его температура с минус 50 до минус 100 С. Выходящий из турбодетанде20 ра газ направляется в теплообменник 6 обратных потоков, где отдает свой холод прямому потоку пирогаза, и поступает в теплообменник 17, где он нагревается, переохлаждая при этом пропилен-хладагент перед

25 подачей его потребителем, и отводится по трубопроводу 18 в топливную сеть установки, Жидкая метанводородная фракция из сепаратора 11 пятой ступени направляется в теплообменник 7, где за счет испарения

30 при давлении 0,05 МПа (0,5 кгс/см ) проис2 ходит охлаждение прямого потока газа, и далее проходит три секции теплообмен ника

6 и односекционный теплообменник 17, где она нагревается соответственно прямым

35 потоком пирогаза и пропиленом-хладагентом. Газообразная метанводородная фракция после теплообменника 17 подается на прием компрессора 19, приводом которой служит турбодетандер 16. Скомпримиро40 ванный до давления 0,5 МПа (5 кгс/см газ

2) вместе с метанводородной фракцией от турбодетандера по трубопроводу 18 направляется в топливную сеть установки, Газообразная водородная фракция из сепа45 ратора пятой ступени после нагрева в трех-. секционном теплообмен нике 6 и односекционном теплообменнике 17 направляется потребителям для использования в процессах гидри рова ния и

50 гидродеалкилирования. В комплект турбодетандера и компрессора входит также генератор 20, связанный с ними через редуктор 21, При этом изменения нагрузки на турбодетандер и компрессор компенси55 руются изменением нагрузки на генератор, за счет чего изменяется количество вырабатываемой электроэнергии.

Пример 1. Пирогаз с расходом 15 т/ч поступает в узел деметанизации пирогаза с давлением 3,8 МПа (39 кгс/см ) и темпера2

1740399

15 турой 10 С. Состав пирогаза следующий, мас. /:

Н2 1.5

СО 0,2

СН4 20,0

СгНг 0,5

С2Н4 42,3

С2Н6 9,6

СзН6 18,4

СзНв 0,6

С4Н6 2,9

С4Н6 2,8

С4Н1О 0,2

С6+ 6,8

Температура газа и конденсата после захолаживания в теплообменниках пропиленового и этиленового холодильных циклов и теплообменника обратных потоков по ступеням сепарации составляет

1-я ступень минус 25 С

2-я ступень минус 65 С

3-я ступень минус 95 С

4-я ступень минус 125 С

5-я ступень минус 160 С

Образующийся. конденсат из сепараторов первых четырех ступеней подают в деметанизатор. Давление в деметанизаторе составляет 3,5 МПа (36 кгс/см ), температура верха — минус 85 С, куба — 5 С. Отходящие с верха деметанизатора газы подвергают одноступенчатой конденсации.

Полученный конденсат из флегмовой емкости подают в виде флегмы в деметанизатор с расходом 10 т/ч. Часть конденсата в количестве 5 т/ч направляют в теплообменники обратных потоков для охлаждения пирогаза, за счет чего происходит его испарение и последующий нагрев газа. после чего его направляют в топливную сеть установки.

Состав этого газа следующий. мас. /: X20.1:

СО 0,2; СН4 98,2; С2Н4 1,5, В качестве рабочего газа турбодетандера используют газовую фазу из флегмовой емкости деметанизатора после нагрева в теплообменнике обратных потоков до температуры минус 50 С, поступающую на ее прием при давлении 2,5 МПа (25 кгс/см ) с расходом 13 т/ч и имеющую в своем составе следующие компоненты, мас. /: Н2 0,9; СО

0,5; СН4 97,6; С2Н4 1,0, ВыхОдящий иэ турбодетандера газ, температура которого составляет минус 100 С и давление 0,5 МПа (5 кгс/см ), нагревается в теплообменниках обратных потоков до 5 С. Турбодетандер, являющийся одновременно приводом метанового компрессора и генератора, развивает при этом мощность 0,6 МВт, Конденсат последней ступени конденсации пирогаза — метанводородная фракция — после испарения и нагрева в

55 теплообменниках обратных потоков до температу2оы 5 С при давлении 0,03 МПа (0,3 кгс/см ) с расходом 3 т/ч поступает на прием метанового компрессора и имеет в своем составе следующие компоненты, мас.%: H2

0,8 СО 1,5; СН4 95,9; С2Н4 1,8; Скомпримированный до давления 0,5 МПа (5 кгс/см ) газ и отработанный газ турбодетандера после нагрева отводят в топливную сеть. Потребляемая компрессором мощность составляет 0,45 МВт.

Избыточную мощность турбодетандера, которая составляет 0,1 ЫВт, используют для загрузки генератора.

Потери этилена с метанводородной фракцией составляют 0,26 т/ч.

Содержание метана в кубовом продукте деметанизатора составляет 0,3 мас. /.

Затраты тепловой энергии на деметанизацию пирогаза составляют 38 ГДЖ/ч (9,1

Гкал/ч).

Пример 2. Деметанизацию пирогаза осуществляют при тех же условиях, что и в примере 1, однако расход метанводородной фракции, поступающей на прием метанового компрессора, составляет 2,5 т/ч, а на прием турбодетандера — 13,5 т/ч. Потребляемая компрессором мощность составляет

0,35 МВт, а вырабатываемая турбодетандером — 0,65 МВт, За счет наличия на турбодетандере избыточной мощности загрузка генератора составляет 0,25 МВт.

Затраты тепловой энергии на деметанизацию пирогаза составляет 38,4 ГДж/ч (9,2

Гкал /ч), Пример 3. Деметанизацию пирогаза осуществляют при тех же условиях, что и в примере 1, но температура метанводородной фракции на приеме турбодетандера составляет минус 30 С. а на выходе из него— минус 85 С, Развиваемая турбодетандером мощность составляет 0,65 МВт.

За счет наличия на турбодетандере избыточной мощности загрузка генератора составляет 0,15 МВт.

Затраты тепловой энергии на деметанизацию пирогаза составляют 38,4 ГДж/ч (9,2

Гкал/ч).

Пример 4 (по прототипу), Пирогаз с расходом 115 т/ч поступает в узел деметанизации при давлении 3,8 МПа (39 кгс/см ) и температуре 10 С. Состав пирогаза такой же как и в примере 1,Температура газа и конденсата после захолаживания в теплообменниках пропиленового и этиленового холодильных циклов и теплообменниках обратных потоков по ступеням сепарации составляет:

1-я ступень минус 30 С

1740399

50

2-я ступень минус 70 С

3-я ступень минус 95 С

4-я ступень минус 150 С

Образующийся конденсат из сепараторов четырех ступеней подают в деметаниза- 5 тор. Давление в деметанизаторе составляет

2,5 МПа (25 кгс/см ), температура верха— минус 95 С, куба — минус 5 С. Отходящие с .верха деметанизатора газы подвергают одноступенчатой конденсации; Полученный 10 конденсат из флегмовой емкости подают в виде флемы в деметанизатор с расходом 18 т/ч.Охлаждение газа между 3-й и 4-й ступенями производят с помощью турбодетанде- 15 ра; при этом расход газа составляет 20 т/ч, температура на входе минус 95 С, на выходе — минус 150 С, давление на входе — 3,6

МПа (37 кгс/см ), на выходе — 2,5 МПа (25 кгс/см ). Развиваемая турбодетандером 20 мощность составляет 0,3 МВт.

Газообразную метанводородную фракцию, выходящую из флегмовой емкости деметанизатора, после нагрева до 10 С при давлении 0,5 МПа (5 кгс/см ) с расходом 22 25 т/ч направляют в топливную сеть. Состав ее следующий, мас,%: Н2 1,2; СО 1,0; СН4 94,3;

С2Н4 3,5, Потери этилена с метанводородной фракцией составляют 0,8 т/ч. 30

Содержание метана в кубовом продукте деметанизатора составляют 0,3 мас,, Затраты тепловой энергии на деметанизацию пирогаза составляют 42,2 ГДЖ/ч (10,1 Гкал/ч). 35

Использование потенциальной энергии сжатого пирогаза, компримирование метанводородной фракции компрессором, приводимым в действие турбодетандером, использование дополнительного холода, получаемого при расширении газа в турбодетандере, а также выработка генератором электроэнергии, загрузку которого регулируют в зависимости от наличного резерва мощности турбодетандера, дает экономию энергии в количестве 4,2 ГДж/ч (1

Гкал/ч). Кроме того, при этом обеспечивается снижение потерь этилена с метанводородной фракции с 0,8 до 0,2б T/÷.

Формула изобретения

Способ деметанизации пирогаза путем многоступенчатого охлаждения и конденсации в теплообменниках с использованием в них пропиленового и этиленового холода и холода обратных потоков, последующей сепарации образующегося конденсата и газа в сепараторах, ректификации поступающего из сепараторов в деметанизатор конденсата, одноступенчатой конденсации отходящих с верха деметанизатора газов, сепарации жидкой и газовой фаз во флегмовой емкости с возвратом жидкой фазы в деметанизатор в виде флегмы и использованием газовой фазы — метан-водородной фракции в качестве рабочего газа в турбодетандере для ее охлаждения и в компрессоре, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат и снижения потерь этилена, газовую фазу предварительно нагревают теплообменом с обратными потоками, турбодетандер используют одновременно в качестве привода компрессора и генератора электроэнергии с подачей скомпримированных и отработанных в турбодетандере газов в топливную сеть.

1740399

Составитель П,cD,Авдонин

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор О. Ципле

Редактор Т,Лазаренко

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2050 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5