Способ сжижения богатого углеводородами потока с одновременным извлечением с3/с4 - богатой фракции

Предложен способ сжижения потока природного газа с одновременным извлечением С₃/С₄-богатой фракции за счет теплообмена богатого углеводородами потока по меньшей мере с одним хладагентом и/или одной смесью хладагентов и подачи сжижаемого потока природного газа после его предварительного охлаждения в разделительную колонну, в которой от сжижаемого потока природного газа отделяют высшие углеводороды, с последующим его охлаждением и сжижением. При этом в разделительную колонну в качестве флегмы подают С₂₊-богатую фракцию, извлеченную из потока природного газа при его последующем охлаждении. С₄/С₅-богатую фракцию (20, 35) непосредственно и/или опосредованно подают в качестве флегмы в разделительную колонну в точке, которая расположена в верхней части разделительной колонны (Т1) или совпадает с точкой подачи в нее C₂₊-богатой фракции. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу сжижения богатого углеводородами потока, прежде всего потока природного газа, с одновременным извлечением С₃/С₄-богатой фракции за счет теплообмена богатого углеводородами потока по меньшей мере с одним хладагентом и/или одной смесью хладагентов и подачи сжижаемого богатого углеводородами потока после его предварительного охлаждения в разделительную колонну, в которой от сжижаемого богатого углеводородами потока отделяют высшие (тяжелые) углеводороды с последующим его охлаждением и сжижением, при этом в разделительную колонну в качестве флегмы подают С₂₊-богатую фракцию, извлеченную из богатого углеводородами потока при его последующем охлаждении.

Установки для сжижения газа, прежде всего природного газа, реализующие способы указанного выше типа, подразделяются на рассчитанные на базовую нагрузку установки для сжижения природного газа и снабжения им в качестве первичного энергоносителя и установки для сжижения природного газа, подаваемого в период пикового потребления.

В вышеуказанных установках для сжижения природного газа, подаваемого в период пикового потребления, используются турбодетандеры или холодильные циклы со смесями хладагентов. Холодильные циклы обычно содержат лишь один или ограниченное количество компонентов.

В рассчитанных на базовую нагрузку установках для сжижения природного газа обычно используются холодильные циклы со смесями углеводородов. Подобные холодильные циклы с энергетической точки зрения эффективнее детандерных циклов и при высокой производительности рассчитанных на базовую нагрузку установок для сжижения природного газа обеспечивают возможность их работы соответственно с относительно низким потреблением энергии.

При использовании этих установок для обеспечения эффективной работы смешанных холодильных циклов для покрытия эксплуатационных потерь и для соблюдения предъявляемых к качеству продуктов требований от природного газа необходимо отделять содержащиеся в нем тяжелые углеводороды.

Обычно для подобного отделения тяжелых углеводородов от природного газа сжижаемый, богатый углеводородами поток предварительно охлаждают до температуры в интервале от -10 до -25°С и затем подают в разделительную колонну. В этой разделительной колонне при соответствующей ее конфигурации от сжижаемого потока отделяют высшие углеводороды, под которыми в данном случае подразумеваются богатые углеводородами С₃ и выше (С₃₊) фракции, а также бензол. Из верха разделительной колонны отбирают С_2--богатую фракцию, которую далее подвергают охлаждению и сжижению. Получаемую в кубе разделительной колонны фракцию углеводородов С₃₊ настолько обогащают при этом высшими углеводородами, чтобы С_2--богатый головной продукт, получаемый в разделительной колонне, приобретал требуемую теплотворную способность.

Затем содержащую высшие углеводороды фракцию, отделенную в разделительной колонне от сжижаемого потока, разлагают, обычно путем ректификации, на ее компоненты, которые частично используют в качестве так называемых свежих фракций, таких, например, как С₂Н₆ или С₃Н₈, подаваемых в смешанный холодильный цикл или смешанные холодильные циклы, либо отбирают в качестве дополнительных продуктов и при необходимости направляют на дальнейшую переработку.

Для разделения указанной выше С₃₊-богатой фракции на ее компоненты используют, например, следующие ректификационные колонны:

метаноотгонную колонну, этаноотгонную колонну, пропаноотгонную колонну и возможно бутаноотгонную колонну. Использование этих колонн позволяет получать следующие фракции: метан, этан и свежий этан, добавляемый в соответствующий холодильный цикл, пропан и свежий пропан, добавляемый в соответствующий холодильный цикл, сжиженный нефтяной газ (СНГ), а также С₅₊-фракцию.

Однако недостаток описанной выше технологии заключается в сравнительно низком выходе углеводородов С₄.

Из статьи "LPG-recovery processes for baseload LPG plants examined", опубликованной в OIL AND GAS JOURNAL (ноябрь 1997 г.), известен способ указанного в начале описания типа, при осуществлении которого к возвращаемой в разделительную колонну С₂₊-богатой фракции добавляют С₄-фракцию в качестве дополнительной флегмы. Хотя подобный подход и позволяет достичь сравнительно высокого выхода углеводородов С₃, тем не менее он сопряжен со значительными технологическими затратами на получение С₄-фракции, необходимой для использования в качестве флегмы.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ указанного в начале описания типа, который позволял бы получать С₃/С₄-богатую фракцию, так называемую фракцию СНГ, с максимально возможным выходом углеводородов С₃.

Для решения этой задачи в изобретении предлагается способ сжижения богатого углеводородами потока, прежде всего потока природного газа, с одновременным извлечением С₃/С₄-богатой фракции за счет теплообмена богатого углеводородами потока по меньшей мере с одним хладагентом и/или одной смесью хладагентов и подачи сжижаемого богатого углеводородами потока после его предварительного охлаждения в разделительную колонну, в которой от сжижаемого богатого углеводородами потока отделяют высшие углеводороды, с последующим его охлаждением и сжижением, при этом в разделительную колонну в качестве флегмы подают С₂₊-богатую фракцию, извлеченную из богатого углеводородами потока при его последующем охлаждении.

В соответствии с изобретением предлагается подавать в разделительную колонну С₄/С₅-богатую фракцию в качестве дополнительной флегмы, располагая при этом точку подачи С₄/С₅-богатой фракции над точкой подачи С₂₊-богатой фракции и предусматривая между точкой подачи С₄/С₅-богатой фракции и точкой подачи С₂₊-богатой фракции зону массообмена.

Для получения требуемой С₄/С₅-богатой фракции, используемой в качестве дополнительной флегмы, можно использовать два подхода, в том числе и в их сочетании между собой.

Поскольку полученные в разделительной колонне высшие углеводороды затем разделяют путем ректификации в несколько последовательных стадий, одна из которых предусматривает подачу высших углеводородов в пропаноотгонную колонну, подаваемую в качестве дополнительной флегмы в разделительную колонну С₄/С₅-богатую фракцию можно получать в боковой пропаноотгонной колонне, в которую подают отбираемую из пропаноотгонной колонны С₄₊-богатую фракцию. Если на стадии ректификационного разделения полученных в разделительной колонне высших углеводородов предусмотрено использование бутаноотгонной колонны, то подаваемую в качестве дополнительной флегмы в разделительную колонну С₄/С₅-богатую фракцию можно получать в такой боковой бутаноотгонной колонне.

Другая возможность состоит в получении требуемой С₄/С₅-богатой фракции, подаваемой в качестве дополнительной флегмы в разделительную колонну, в боковой колонне разделительной колонны, для чего в эту боковую колонну из разделительной колонны подают С₄₊-богатую фракцию.

С₄/С₅-богатую фракцию перед ее подачей в качестве дополнительной флегмы в разделительную колонну можно охлаждать, причем С₄/С₅-богатую фракцию, подаваемую в качестве дополнительной флегмы в разделительную колонну, при ее охлаждении можно по меньшей мере частично конденсировать.

Ниже предлагаемый в изобретении способ, предпочтительные варианты осуществления которого представлены в зависимых пунктах формулы, более подробно рассмотрен на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - технологическая схема, иллюстрирующая предлагаемый в изобретении способ и относящаяся к варианту, в котором С₄/С₅-богатую фракцию получают в боковой пропаноотгонной колонне, и

на фиг.2 - технологическая схема, иллюстрирующая предлагаемый в изобретении способ и относящаяся к варианту, в котором С₄/С₅-богатую фракцию получают в боковой колонне разделительной колонны.

В показанном на фиг.1 варианте поток предварительно охлажденного и при необходимости подвергнутого предварительной подготовке природного газа с температурой в интервале от -10 до -25°С подается по трубопроводу 1 в разделительную колонну Т1. Стадии необходимой в некоторых случаях предварительной подготовки природного газа, такие, например, как осушка, удаление СО₂, удаление серы и т.д., ниже не рассматриваются, поскольку хорошо известны специалистам в данной области. Давление подаваемого по трубопроводу 1 потока природного газа обычно составляет от 30 до 90 бар.

Из верха разделительной колонны Т1 по трубопроводу 2 отбирается С₂-богатая фракция, которая охлаждается в теплообменнике Е1 до температуры в пределах от -25 до -55°С и при этом частично конденсируется. Частично сконденсировавшийся поток подается затем по трубопроводу 3 в сборник D.

В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа содержание бензола в подаваемой в качестве дополнительной флегмы в разделительную колонну Т1 С₄/С₅-богатой фракции, которая более подробно рассмотрена ниже, составляет менее 500 част./млн, предпочтительно даже менее 300 част./млн. Вследствие этого содержание бензола в отбираемой из верха разделительной колонны Т1 по трубопроводу 2 С_2--богатой фракции составляет менее 1 част./млн. Благодаря этому удается эффективно воспрепятствовать нежелательному вымораживанию бензола в следующей за разделительной колонной Т1 части установки, где происходит сжижение газа.

Из верха сборника D по трубопроводу 4 отбирается С₁-богатая фракция, которая подвергается последующему, не проиллюстрированному на фиг.1 и 2, охлаждению и сжижению.

Из куба сборника D по трубопроводу 5 отбирается С₂₊-богатая фракция, которая в качестве флегмы подается в верхнюю часть разделительной колонны Т1.

Над точкой подачи С₂₊-богатой фракции в разделительную колонну Т1 по трубопроводу 5 расположена зона массообмена М. Обычно в этой зоне имеется от 3 до 10 дополнительных тарелок, что соответствует примерно 2-7 теоретическим тарелкам.

Из куба разделительной колонны Т1 по трубопроводу 6 отбирается С₃₊-богатая фракция, которая при необходимости подвергается обработке на последующих технологических стадиях. При этом часть потока отбираемой из куба разделительной колонны Т1 С₃₊-богатой фракции подается в качестве пропускаемого через ребойлер потока в разделительную колонну Т1 по трубопроводу 7, в который встроен теплообменник Е2.

Различные варианты проводимой обычно в несколько стадий ректификации отбираемой из куба разделительной колонны Т1 по трубопроводу 6 С₃₊-богатой фракции также уже достаточно давно и хорошо известны специалистам в данной области. Показанный на чертежах прерывистой линией участок 6' трубопровода может при этом использоваться в самых разнообразных ректификационных технологических процессах, т.е., например, для подачи отбираемой по трубопроводу 6 С₃₊-богатой фракции в метаноотгонную колонну, а также в последующую этаноотгонную колонну. По трубопроводу 6'' в пропаноотгонную колонну Т2 подается как и всегда подвергнутая обработке богатая углеводородами С₃₊-фракция.

Из верха пропаноотгонной колонны Т2 по трубопроводу 9 отбирается содержащая в качестве продукта углеводороды С₃-фракция, которая охлаждается в теплообменнике Е3. Часть этой фракции затем по трубопроводу 10 подается отдельным потоком в качестве флегмы в пропаноотгонную колонну Т2. По трубопроводам 22 и 23 можно отбирать в качестве продукта потоки газообразных, соответственно жидких высокочистых углеводородов С₃ и использовать их, например, в качестве свежих углеводородов С₃, добавляемых к смешанным хладагентам холодильных циклов. Остальная часть отбираемой в качестве продукта из верха пропаноотгонной колонны Т2 по трубопроводу 12 С₃/С₄-фракции, так называемой СНГ-фракции, примешивается к движущейся по трубопроводу 11 фракции, после чего объединенные таким путем фракции отводятся по трубопроводу 13 и при необходимости подаются на дальнейшую переработку.

Из куба пропаноотгонной колонны Т2 по трубопроводу 8 отбирается богатая углеводородами С₅₊-фракция, которая при необходимости также подается на дальнейшую переработку.

Через боковой отвод 14 из пропаноотгонной колонны Т2 отбирается фракция углеводородов С₄₊, которая подается в боковую колонну Т3. Боковая колонна Т3 предназначена прежде всего для практически полного удаления бензола из подаваемой в нее фракции углеводородов С₄₊. С этой целью из верха колонны Т3 по трубопроводу 16 отбирается С₄/С₅-богатая фракция, которая охлаждается в теплообменнике Е4 и затем подается по трубопроводу 17 к точке его разветвления, от которой одна часть потока возвращается в качестве флегмы по трубопроводу 18 в боковую колонну Т3, а остальная часть потока C₄/C₅-богатой фракции в качестве дополнительной флегмы подается по трубопроводам 19 и 20 в разделительную колонну Т1.

Из куба боковой колонны Т3 по трубопроводу 15 отбирается С₅₊-богатая фракция, которая подается в нижнюю часть пропаноотгонной колонны Т2.

Подаваемая в качестве дополнительной флегмы в разделительную колонну Т1 С₄/С₅-богатая фракция переохлаждается в теплообменнике Е5, предпочтительно до температуры в интервале от -30 до -50°С. Оптимальная температура С₄/С₅-богатой фракции на входе в разделительную колонну Т1 определяется в основном преобладающими внутри нее условиями.

Вместо непосредственной подачи в разделительную колонну Т1 используемой в ней в качестве дополнительной флегмы С₄/С₅-богатой фракции ее можно также полностью или частично подавать в сборник D по трубопроводу 21, показанному на фиг.1 штрихпунктирной линией. В этом случае поданный в сборник D (частичный) поток может подаваться из его куба в разделительную колонну Т1 по трубопроводу 5 с С₂₊-богатой фракцией.

В проиллюстрированном на фиг.2 варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа используемую в качестве дополнительной флегмы С₄/С₅-богатую фракцию получают не в боковой колонне пропаноотгонной колонны Т2, а в боковой колонне Т4 разделительной колонны Т1.

Для этого из нижней части разделительной колонны Т1 по трубопроводу 30 отбирается поток, который подается в боковую колонну Т4. Из куба этой боковой колонны Т4 по трубопроводу 31 отбирается С₅₊-богатая фракция, которая подается в разделительную колонну Т1.

Из верха боковой колонны Т4 по трубопроводу 32 отбирается С₄/С₅-богатая фракция, которая охлаждается в теплообменнике Е6 и часть которой отдельным потоком подается в качестве флегмы в боковую колонну Т4 по трубопроводу 33. Остальная часть отводимой по трубопроводу 32 из верха боковой колонны Т4 С₄/С₅-богатой фракции образует возвращаемую в разделительную колонну Т1 фракцию, подаваемую в нее в качестве дополнительной флегмы по трубопроводам 34 и 35.

Для охлаждения, соответственно переохлаждения С₄/С₅-богатой фракции и в этом варианте в трубопровод 34 можно встроить теплообменник Е7.

Кроме того, в этом варианте используемую в качестве дополнительной флегмы С₄/С₅-богатую фракцию также можно частично либо полностью подавать в сборник D по трубопроводу 36, показанному на фиг.2 штрихпунктирной линией.

Следует отметить, что для возможности извлечения из тяжелых углеводородов в разделительной колонне Т1 углеводородов С₃ и выше с максимально высоким выходом необходимо выбирать тот вариант, в котором в разделительную колонну Т1 подается С₄/С₅-богатая фракция с минимально возможным содержанием в ней углеводородов С₃. В подаваемой в разделительную колонну Т1 С₄/С₅-богатой фракции минимально возможным должно быть и содержание углеводородов С₄ во избежание снижения уже достигнутого в разделительной колонне Т1 высокого выхода углеводородов С₄. Следовательно, содержание углеводородов С₅ необходимо выбирать максимально возможным для обеспечения эффективного отделения углеводородов С₃ и выше.

С учетом сказанного выше получаемый предлагаемым в изобретении способом СНГ имеет высокую экономическую ценность, поскольку он способен сжижаться при температуре окружающей среды, обладает высоким энергосодержанием и пригоден для транспортировки. Помимо этого СНГ можно сжигать без ущерба для окружающей среды. Выход углеводородов С₃, обеспечиваемый при осуществлении предлагаемого в изобретении способа, составляет более 60%, а выход СНГ - более 90%.

1. Способ сжижения богатого углеводородами потока, прежде всего потока природного газа, с одновременным извлечением С₃/С₄-богатой фракции за счет теплообмена богатого углеводородами потока по меньшей мере с одним хладагентом и/или одной смесью хладагентов и подачи сжижаемого богатого углеводородами потока после его предварительного охлаждения в разделительную колонну, в которой от сжижаемого богатого углеводородами потока отделяют высшие углеводороды, с последующим его охлаждением и сжижением, при этом в разделительную колонну в качестве флегмы подают С₂₊-богатую фракцию, извлеченную из богатого углеводородами потока при его последующем охлаждении, отличающийся тем, что в разделительную колонну (Т1) подают в качестве дополнительной флегмы С₄/С₅-богатую фракцию (20, 35), располагая при этом точку подачи С₄/С₅-богатой фракции (20, 35) над точкой подачи С₂₊-богатой фракции (5) и предусматривая между точкой подачи С₄/С₅-богатой фракции (20, 35) и точкой подачи С₂₊-богатой фракции (5) зону массообмена (М).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученные в разделительной колонне высшие углеводороды разделяют путем ректификации в несколько стадий, одна из которых предусматривает подачу высших углеводородов в пропаноотгонную колонну (Т2), а подаваемую в качестве дополнительной флегмы в разделительную колонну (Т1) С₄/С₅-богатую фракцию (20, 35) получают в боковой пропаноотгонной колонне (Т3), в которую подают отбираемую из пропаноотгонной колонны (Т2) С₄₊-богатую фракцию (14).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученные в разделительной колонне высшие углеводороды разделяют путем ректификации в несколько стадий, одна из которых предусматривает подачу высших углеводородов в бутаноотгонную колонну, а подаваемую в качестве дополнительной флегмы в разделительную колонну (Т1) С₄/С₅-богатую фракцию (20, 35) получают в боковой бутаноотгонной колонне.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что подаваемую в качестве дополнительной флегмы в разделительную колонну (Т1) С₄/С₅-богатую фракцию (20, 35) получают в боковой колонне (Т4) разделительной колонны (Т1), подавая в эту боковую колонну (Т4) из разделительной колонны (Т1) С₄₊-богатую фракцию (30).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что С₄/С₅-богатую фракцию (20, 35) перед ее подачей в качестве дополнительной флегмы в разделительную колонну (Т1) охлаждают (Е5, Е7).

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что подаваемую в качестве дополнительной флегмы в разделительную колонну (Т1) С₄/С₅-богатую фракцию (20, 35) при ее охлаждении (Е5, Е7) по меньшей мере частично конденсируют.

7. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что содержание бензола в подаваемой в качестве дополнительной флегмы в разделительную колонну (Т1) С₄/С₅-богатой фракции (20, 35) составляет менее 500 част./млн, предпочтительно менее 300 част./млн.