Способ переработки природного газа

 

Изобретение относится к химической, газовой и нефтяной отраслям промышленности и может быть использовано для получения целевых фракций углеводородов из природного сырья. Способ переработки природного газа включает многоступенчатую низкотемпературную конденсацию охлажденного сжиженного газа путем его сепарации, разделения полученных газовых потоков, дросселирования, охлаждения в турбодетандере и ректификацию с получением метановой и этановой фракций, при этом после сепарации газовый поток разделяют на два потока в объемном соотношении 1 : 4, второй из них подают на охлаждение в туродетандер, при этом ректификацию осуществляют ступенчато в разъемном деметанизаторе, состоящем из верхней и нижней колонн, под давлением 1,58 МПа и в этановой колонне под давлением 2,96 МПа, а подвод тепла в нижнюю колонну деметанизатора и этановую колонну осуществляют из трех теплообменников с использованием в качестве теплоносителя исходного природного газа. Изобретение позволяет повысить коэффициент извлечения этана и экономию энергии. 1 з.п.ф. , 1 ил

Изобретение относится к химической, газовой и нефтяной отраслям промышленности и может быть использовано для получения целевых фракций углеводородов из природного сырья.

Известен способ переработки природного газа, который предусматривает многостадийное низкотемпературное охлаждение газа с конденсацией за счет рекуперации тепла в холодильниках, сепарирования, сброса давления на потоках газа путем его расширения при дросселировании и экспанзировании, подачу всех холодных потоков в разделительную колонну, где в результате тепломассообменного процесса получают летучую метановую газовую фракцию и фракцию, содержащую часть компонентов этана, пропана и тяжелых углеводородов (патент US 4889545, 1989).

Известен также способ переработки природного газа, предварительно частично сжиженного сжатого и охлажденного, включающий многоступенчатую низкотемпературную конденсацию природного газа, путем сепарирования, деления потоков газа из сепаратора, охлаждения большего потока газа из сепаратора, смешанного с жидким потоком из сепаратора, в холодильнике за счет рекуперации тепла метановой фракции и сбросом давления дросселированием, охлаждение меньшего потока из сепаратора путем пропускания газа через детандер и подачу холодных расширенных потоков на ректификацию в деметанизатор для получения метановой фракции с дальнейшей рекуперацией ее тепла на охлаждение и этаново-бутановой фракции (прототип) (патент Великобритании 1532335, 1976).

Однако известные способы не предусматривают получения чистой фракции этана, которую можно использовать в качестве товарного и целевого продукта.

Кроме того, коэффициент извлечения этана недостаточно высок.

Задачей настоящего изобретения является разработка эффективного способа переработки природного газа с получением чистого этана высокого качества.

Поставленная задача решается предложенным способом переработки природного газа, включающим многоступенчатую низкотемпературную конденсацию охлажденного, сжиженного газа путем его сепарации, разделения полученных газовых потоков, дросселирования, охлаждения их в турбодетандере и ректификацию с получением метановой и этановой фракций, при этом после сепарации газовый поток разделяют на два потока в объемном соотношении 1:4, из которых второй поток подают на охлаждение в турбодетандер, при этом ректификацию осуществляют ступенчато в разъемном деметанизаторе, состоящем из верхней и нижней колонн, под давлением 1.58 МПа и в этановой колонне под давлением 2.96 МПа.

Предпочтительно подвод тепла в нижнюю колонну деметанизатора и этановую колонну осуществлять из трех теплообменников с использованием в них в качестве теплоносителя исходного природного газа.

Проведение процесса в объеме заявленной совокупности признаков позволяет: - получить чистую этановую фракцию по ТУ 0272-022-00151638-99; - увеличить коэффициент извлечения этана на 1.5-2.5%; - уменьшить энергозатраты на 1.5%; - получить целевые фракции метана и широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ).

Схема осуществления способа переработки природного газа представлена на чертеже.

Пример осуществления способа.

Природный газ в количестве 375000 м³/час при давлении 4.7 МПа, температуре 308К, следующего состава, мол.%: (N₂+He) -4.68, CH₄ - 89.096, С₂H₆-5.01, С₃H₈ - 1.13, i-C₄H₁₀ - 0.02, n-C₄H₁₀ - 0.04, CO₂ - 0.02, H₂S - 0.0014, RSH - 0.0027 подают на осушку в адсорбер 1, на очистку на фильтр 2, разделяют на два потока, один из которых в количестве 277500 м³/час охлаждают в теплообменниках 3, 4 за счет рекуперации холода обратного потока метановой фракции, второй - в количестве 97500 м³/час охлаждают кубовым продуктом деметанизатора 11б в теплообменнике 5 и в теплообменниках-кипятильниках 6, 7 основной и промежуточной фракциями нижней колонны 11б. Затем оба потока объединяют и с температурой ~ (-58^oC) подают в сепаратор 8. Паровой поток из сепаратора разделяют на два потока в соотношении 1:4. Меньший из потоков конденсируют и переохлаждают в теплообменнике 10, дросселируют и подают в верхнюю колонну 11а в качестве флегмы, больший поток расширяют и охлаждают в детандере 9. Выходящая из детандера парогазовая смесь при температуре (-98^oC) поступает в колонну 11a.

Кубовую часть из колонны 11а подают в нижнюю колонну 11б на дополнительное разделение фракций.

Верхний продукт нижней колонны 11б поступает в качестве питания в верхнюю колонну 11а. Кубовая жидкость нижней колонны 11б при давлении 1.58 МПа, температуре минус 6^oC после рекуперации холода в холодильнике 5 поступает в качестве питания в этановую ректификационную колонну 12.

Верхним продуктом деметанизатора 11а является метановая фракция, которая в количестве 333330 м³/час последовательно нагревается в теплообменниках 10, 4, 3 до температуры 36^oC и поступает в компрессор 13 турбодетандерного агрегата, где ее компримируют за счет энергии, вырабатываемой детандером 9.

Верхним продуктом колонны 12 является этановая фракция с коэффициентом извлечения этана 94.5% следующего состава, мол. %: CH4 - 1.9788, С₂H₆-95.3983, C₃H₈ - 2.172, CO₂ - 0.4192, H₂S - 0.0317, в количестве 185.4 т/час при давлении 2.96 МПа, температуре 9^oC, а нижний продукт - ШФЛУ отдает свое тепло в холодильнике 14 и при давлении 2.9 МПа, температуре 12^oC, в количестве 63.04 т/час следующего состава, мол.%: C₂H₆ - 1.4733, C₃H₈ - 92.9885, i-C₄H₁₀ -1.7661, n-C₄H₁₀ - 3.5332, H₂S - 0.0005, RSH - 0.2385, поступает в сеть в качестве целевого продукта.

Таким образом, дополнительное охлаждение потоков газа перед сепаратором позволяет значительно увеличить степень разделения природного газа в сепараторе.

Установка детандера на большем основном потоке природного газа после сепаратора позволяет вырабатывать энергию для дожима обратного потока метановой фракции.

Осуществление ректификации в деметанизаторе при давлении <1.58 МПа исключает необходимость внесения тепла от внешнего источника и позволяет применить в качестве теплоносителя в нижней колонне деметанизатора часть охлаждаемого природного газа.

Многоступенчатое разделение фракций с использованием другой части природного газа в качестве теплоносителя и установка трех теплообменников позволяют поддерживать более плавный переход градиента температур с промежуточных на нижние тарелки, достигая при этом более высокой степени извлечения этана.

Экономия энергии в способе по сравнению с прототипом составляет 1.5%; Коэффициент извлечения этана по сравнению с прототипом увеличен на 2.1%.

Формула изобретения

1. Способ переработки природного газа, включающий многоступенчатую низкотемпературную конденсацию охлажденного сжиженного газа путем его сепарации, разделения полученных газовых потоков, дросселирования, охлаждения их в турбодетандере и ректификацию с получением метановой и этановой фракций, отличающийся тем, что после сепарации газовый поток разделяют на два потока в объемном соотношении 1 : 4, из них второй - больший - поток подают на охлаждение в турбодетандер, при этом ректификацию осуществляют ступенчато в разъемном деметанизаторе, состоящем из верхней и нижней колонн, под давлением 1,58 МПа и в этановой колонне под давлением 2,96 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подвод тепла в нижнюю колонну деметанизатора и этановую колонну осуществляют из трех теплообменников с использованием в качестве теплоносителя исходного природного газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1