Способ обработки природного газа, содержащего диоксид углерода

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2549905:

ТОТАЛЬ С.А. (FR)

Группа изобретений относится к способу обработки природного газа, содержащего диоксид углерода. В способе обработки природный газ разделяют посредством криогенного процесса. С возможностью получения, с одной стороны, потока жидкого диоксида углерода, содержащего углеводороды, и с другой стороны - очищенного природного газа. Одну часть природного газа охлаждают в первом теплообменнике, затем во втором теплообменнике перед указанным криогенным процессом и/или перед возвратом в указанный криогенный процесс. Одну часть потока жидкого диоксида углерода возвращают с целью получения потока рециркулированного диоксида углерода. Поток рециркулированного диоксида углерода делят на первую порцию и вторую порцию. Первую порцию расширяют, затем ее нагревают в первом теплообменнике с целью получения первого потока нагретого диоксида углерода. Вторую порцию охлаждают, затем по меньшей мере одну часть второй порции расширяют, затем нагревают во втором теплообменнике с целью получения второго потока нагретого диоксида углерода. Некоторые из углеводородов, содержащиеся в первом потоке нагретого диоксида углерода и во втором потоке нагретого диоксида углерода, выделяют путем разделения газа и жидкости. Также описана установка для осуществления данного способа. Группа изобретений позволяет снизить потери углеводородов при криогенном отделении. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу обработки природного газа криогенного типа с целью удаления по меньшей мере некоторого количества диоксида углерода, который он содержит, при котором углеводороды, обычно потерянные в результате криогенной обработки, в значительной степени возвращают. Изобретение также относится к установке, пригодной для осуществления данного способа.

Предшествующий уровень техники

В контексте получения природного газа или сжиженного природного газа необходимо очистить природный газ, имеющий происхождение из месторождений, от определенного ряда загрязняющих веществ, прежде всего от кислотных газов, таких как сероводород (H2S) и диоксид углерода (СO2).

В частности, диоксид углерода может составлять основную часть газовой смеси, имеющей происхождение из месторождений природного газа, вплоть до более чем 70% (в молярной концентрации).

В данной области техники известно несколько способов, позволяющих снизить содержание диоксида углерода в природном газе.

Наиболее традиционная очистка основана на использовании аминовых растворителей. Этот способ позволяет отделять СО2, который обладает высокой селективностью по сравнению с углеводородами; он дает возможность снизить концентрацию СO2 ниже пороговой концентрации 50 м.д. Но данный способ требует высоких затрат энергии для регенерации растворителя. В результате он непригоден, если природный газ имеет высокую концентрацию CO2. Кроме того, регенерация является фактически атмосферной и требует сжатия, для которого необходимо большое количество энергии, если предусмотрено обратное нагнетание СO2 (которое следует рассматривать как все более общепринятое в свете проблем окружающей среды).

Другой тип очистки основан на использовании полупроницаемых мембран. Применения этих мембран для газов со средним содержанием СO2 значительно развились за последние несколько лет. Мембранная очистка обладает преимуществом для значительных концентраций СO2 и для определенного диапазона отношений парциального давления "подачи к ретентату". Однако, когда нормативы CO2 являются относительно низкими, соответствующие потери метана могут стать значительными. Возможно также обеспечить несколько ступеней мембран для концентрирования CO2 в пермеате, что вызывает необходимость в обеспечении промежуточных сжатий пермеата. Обратное нагнетание CO2, если оно подразумевается, требует дополнительного сжатия в результате низкого давления конечного пермеата, что дополнительно увеличивает затраты энергии для данного типа способа.

Криогенные процессы составляют другой тип очистки. Чем выше концентрация CO2 в исходном газе, тем больше их преимущество в отношении энергии. Пример криогенного процесса показан в US 4152129. Однако в связи с возможной кристаллизацией CO2 и/или с критическими условиями в верхней части колонны такой процесс не дает возможности соответствовать строгим требованиям к CO2. Следовательно, существенна конечная обработка, например, аминового типа, если требуются строгие нормативы по CO2.

Некоторые варианты криогенной очистки представлены в недавнее время, в частности способ, называемый "CFZ" ("controlled freeze zone - контролируемая зона замораживания"), отличительным признаком которого является то, что он делает возможной кристаллизацию CO2 в проблематичной зоне колонны, что позволяет предусматривать очень высокие нормативы при очень низких температурах очистки (примерно -90° или даже -110°С). В связи с этим вопросом можно сослаться, например, на US 4533372.

Другой вариант криогенной очистки разработан фирмой Cool Energy Limited. Этот способ, называемый "CryoCell", позволяет посредством стадии криогенного разделения соответствовать нормативам примерно от 2 до 3% CO2, начиная с газа, предварительно очищенного криогенной дистилляцией, или непосредственно для сырых газов со средней концентрацией CO2 (как правило, от 25 до 35%). В данном способе используют сжижение газа под давлением, затем расширение жидкости, которое создает интенсивное охлаждение и частичную кристаллизацию СО2. Жидкие и твердые фракции выделяют в сосуде, предназначенном для некоторых способов применения, поддерживая температуру на дне в жидкостном диапазоне. Данный способ проиллюстрирован в WO 2007/030888, WO 2008/095258 и WO 2009/144275.

Другой вариант криогенной очистки составляет семейство так называемых способов "Райана Холмса". В этих способах, которые позволяют практически полностью выделять С3+ углеводороды, используют 3 или 4 дистилляционные колонны в зависимости от природы газа, и в результате они оказываются относительно сложными и дорогостоящими в отношении вложений и потребления.

Недостаток этих криогенных способов состоит в том, что они разделяют компоненты в соответствии с их летучестью и, таким образом, вместе с жидким CO2 улавливаются практически все С3+ углеводороды, содержащиеся в природном газе. Это иногда является весьма значительным недостатком в зависимости от состава газа. Установлено, что от 8 до 15 масс.% углеводородов обычно теряется, когда осуществляют отделение CO2 путем дистилляции; кроме того, большинство потерянных углеводородов составляют углеводороды с промежуточной молярной массой, следовательно, наиболее ценные.

WO 99/01707 относится к варианту способа, называемого "CFZ", при котором некоторую часть потока жидкого СО2, рециркулирующего на дне колонны дистилляции, расширяют, затем используют для охлаждения природного газа прежде, чем он поступает в колонну дистилляции, в двух последовательных теплообменниках. Между этими двумя теплообменниками поток СO2 претерпевает разделение газа и жидкости, где только жидкая часть расширяется, затем направляется во второй теплообменник (где газовую часть сжимают прежде, чем ее окончательно удаляют). На выходе второго теплообменника обеспечивается другое разделение газа и жидкости: газовую фазу сжимают прежде, чем ее окончательно удаляют, тогда как жидкая фаза обеспечивает регенерацию конденсатов, улавливаемых в потоке СО2.

Этот метод дает возможность ограничить потери углеводородов в потоке жидкого СO2 и может быть применен к любому процессу криогенного отделения CO2, который улавливает С3+ углеводороды в жидком CO2. С другой стороны, недостаток метода, предложенного в данном документе, состоит в том, что состав потока (в основном, СO2) в последовательных теплообменниках варьирует, причем поток становится постепенно более обогащенным тяжелыми фракциями. Это приводит к повышенному риску кристаллизации, в частности, парафиновых углеводородов, и, в частности, в последнем теплообменнике в холодном цикле, температура которого является самой низкой. Именно поэтому в этом документе предложена в качестве альтернативы ректификационная колонна для природного газа на входе установки, позволяющая избежать указанных проблем, то есть чтобы переместить некоторое количество этих тяжелых соединений наверх. Этот способ является крайне сложным и трудным для осуществления, поскольку он требует дополнительного фракционирования всего газа.

Следовательно, существует действительная необходимость в разработке способа обработки, которая позволяет эффективно снизить потери углеводородов для этих типов криогенного отделения СO2 способом, который является простым для осуществления.

Краткое описание изобретения

В первую очередь, изобретение относится к способу обработки природного газа, содержащего диоксид углерода, при котором:

- природный газ разделяют посредством криогенного процесса с целью получения, с одной стороны, потока жидкого диоксида углерода, содержащего углеводороды, и, с другой стороны, очищенного природного газа;

- по меньшей мере одну часть природного газа охлаждают в первом теплообменнике, затем во втором теплообменнике перед указанным криогенным процессом и/или перед возвратом в указанный криогенный процесс;

- по меньшей мере одну часть потока жидкого диоксида углерода выделяют с целью получения потока рециркулированного диоксида углерода;

- поток рециркулированного диоксида углерода делят на первую порцию и вторую порцию;

- первую порцию расширяют, затем ее нагревают в первом теплообменнике с целью получения первого потока нагретого диоксида углерода;

- вторую порцию охлаждают, затем по меньшей мере одну часть второй порции расширяют, затем нагревают во втором теплообменнике с целью получения второго потока нагретого диоксида углерода;

- по меньшей мере некоторые из углеводородов, содержащиеся в первом потоке нагретого диоксида углерода и во втором потоке нагретого диоксида углерода, выделяют путем разделения газа и жидкости.

В соответствии с воплощением:

- по меньшей мере одну часть природного газа охлаждают в третьем теплообменнике перед криогенным процессом и/или перед возвратом в указанный процесс;

- вторую порцию потока рециркулирующего диоксида углерода делят на третью порцию и четвертую порцию;

- третью порцию расширяют, затем нагревают во втором теплообменнике с целью получения второго потока нагретого диоксида углерода;

- четвертую порцию охлаждают, затем расширяют, затем ее нагревают в третьем теплообменнике с целью получения третьего потока нагретого диоксида углерода;

- по меньшей мере некоторые из углеводородов, содержащиеся в третьем потоке нагретого диоксида углерода, выделяют путем разделения газа и жидкости.

В соответствии с воплощением первый теплообменник, второй теплообменник и, если применимо, третий теплообменник работают при различных температурах, и предпочтительно первый теплообменник работает при более высокой температуре, чем второй теплообменник, и, если применимо, второй теплообменник работает при более высокой температуре, чем третий теплообменник.

В соответствии с воплощением указанный криогенный процесс представляет собой дистилляцию.

В соответствии с воплощением:

- охлаждение второй порции потока рециркулирующего диоксида углерода осуществляют во втором теплообменнике;

- охлаждение четвертой порции потока рециркулирующего диоксида углерода, если применимо, осуществляют в третьем теплообменнике; и

- предпочтительно поток рециркулирующего диоксида углерода охлаждают в первом теплообменнике перед делением на первую порцию и вторую порцию.

В соответствии с воплощением очищенный природный газ нагревают, если применимо, сначала в третьем теплообменнике, затем во втором теплообменнике, затем в первом теплообменнике.

В соответствии с воплощением:

- первый поток нагретого диоксида углерода претерпевает разделение газа и жидкости в первом разделительном сосуде с целью получения первой газовой фазы и первой жидкой фазы;

- первую жидкую фазу расширяют;

- второй поток нагретого диоксида углерода и первая расширенная жидкая фаза претерпевают разделение газа и жидкости во втором разделительном сосуде с целью получения второй газовой фазы и второй жидкой фазы; и предпочтительно:

- вторую жидкую фазу расширяют;

- третий поток нагретого диоксида углерода и вторая расширенная жидкая фаза претерпевают разделение газа и жидкости в третьем разделительном сосуде с целью получения третьей газовой фазы и третьей жидкой фазы.

В соответствии с воплощением вторая жидкая фаза и, если применимо, третья жидкая фаза претерпевает стадию стабилизации конденсатов с целью получения жидкой фазы, обогащенной углеводородами, и газовой фазы, обогащенной диоксидом углерода, где указанная газовая фаза, обогащенная диоксидом углерода, предпочтительно претерпевает разделение газа и жидкости во втором разделительном сосуде или, если применимо, в третьем разделительном сосуде.

В соответствии с воплощением первую газовую фазу, вторую газовую фазу и, если применимо, третью газовую фазу сжимают и охлаждают с целью получения выходящего потока диоксида углерода, который возможно смешивают по меньшей мере с одной частью потока жидкого диоксида углерода.

В соответствии с воплощением:

- одну часть второй жидкой фазы смешивают со второй порцией потока рециркулированного диоксида углерода и, если применимо, одну часть третьей жидкой фазы смешивают с четвертой порцией потока рециркулирующего диоксида углерода; и/или

- одну часть выходящего потока диоксида углерода смешивают с потоком рециркулированного диоксида углерода.

Другой объект изобретения составляет установка для обработки природного газа, содержащего диоксид углерода, включающая:

- устройство для криогенного разделения;

- по меньшей мере одну линию трубопровода для природного газа, присоединенную на входе устройства для криогенного разделения;

- линию трубопровода для жидкого диоксида углерода и линию трубопровода для очищенного природного газа, выходящую из устройства для криогенного разделения;

- первый теплообменник, через который проходит по меньшей мере одна из линий трубопровода для природного газа, присоединенная на входе устройства для криогенного разделения;

- второй теплообменник, через который проходит по меньшей мере одна из линии трубопровода для природного газа, присоединенной на входе устройства для криогенного разделения, или линии трубопровода для природного газа, присоединенной на выходе устройства для криогенного разделения и питающей систему орошения;

- линию трубопровода для рециркулированного диоксида углерода, выходящую из линии трубопровода для жидкого диоксида углерода;

- линию трубопровода для первой порции и линию трубопровода для второй порции, выходящие из линии трубопровода для рециркулирующего диоксида углерода, где

- линия трубопровода для первой порции оборудована средствами расширения, а затем проходит через первый теплообменник;

- линия трубопровода для второй порции оборудована средствами охлаждения;

- линию трубопровода для третьей порции, выходящую из линии трубопровода для второй порции, где линия трубопровода для третьей порции оборудована средствами расширения, а затем проходит через второй теплообменник;

- средства разделения газа и жидкости, к которым подведена линия трубопровода для первой порции и линия трубопровода для третьей порции.

В соответствии с воплощением:

- установка включает третий теплообменник, через который проходит по меньшей мере одна из линии трубопровода для природного газа, присоединенной на входе устройства для криогенного разделения, или линии трубопровода для природного газа, присоединенной на выходе устройства для криогенного разделения и питающей систему орошения;

- линия трубопровода для второй порции делится на линию трубопровода для третьей порции и линию трубопровода для четвертой порции;

- линия трубопровода для четвертой порции оборудована средствами охлаждения, средствами расширения, а затем проходит через третий теплообменник; и

- установка включает средства для разделения газа и жидкости, которые питает линия трубопровода для четвертой порции.

В соответствии с воплощением:

- средства охлаждения на линии трубопровода для второй порции представляют собой второй теплообменник;

- если применимо, средства охлаждения на линии трубопровода для четвертой порции составляет третий теплообменник; и

- предпочтительно линия трубопровода для рециркулированного диоксида углерода оборудована средствами охлаждения, представляющими собой первый теплообменник, перед разделением на линию трубопровода для первой порции и линию трубопровода для второй порции.

В соответствии с воплощением устройство для криогенного разделения представляет собой устройство дистилляции.

В соответствии с воплощением линия трубопровода для очищенного природного газа проходит, если применимо, через третий теплообменник, затем через второй теплообменник, затем через первый теплообменник.

В соответствии с воплощением:

- средства разделения газа и жидкости включают первый разделительный сосуд и второй разделительный сосуд;

- первый разделительный сосуд питает линия для первой порции;

- линия трубопровода для первой газовой фазы и линия трубопровода для первой жидкой фазы присоединены на выходе первого разделительного сосуда;

- линия трубопровода для первой жидкой фазы оборудована средствами расширения;

- второй разделительный сосуд питает линия трубопровода для третьей порции и линия трубопровода для первой жидкой фазы;

- линия трубопровода для второй газовой фазы и линия трубопровода для второй жидкой фазы присоединены на выходе второго разделительного сосуда; и предпочтительно:

- линия трубопровода для второй жидкой фазы оборудована средствами расширения;

- линия трубопровода для четвертой порции и линия трубопровода для второй жидкой фазы питают третий разделительный сосуд;

- линия трубопровода для третьей газовой фазы и линия трубопровода для третьей жидкой фазы присоединены на выходе третьего разделительного сосуда.

В соответствии с воплощением линия трубопровода для второй жидкой фазы или, если применимо, линия трубопровода для третьей жидкой фазы питает устройство стабилизации конденсата, на выходе которого присоединена линия трубопровода для жидкой фазы, обогащенной углеводородами, и линия трубопровода для газовой фазы, обогащенной диоксидом углерода, где указанная линия трубопровода для газовой фазы, обогащенной диоксидом углерода, предпочтительно питает второй разделительный сосуд или, если применимо, третий разделительный сосуд.

В соответствии с воплощением линия трубопровода для первой газовой фазы, линия трубопровода для второй газовой фазы и, если применимо, линия трубопровода для третьей газовой фазы питает средства компрессии и присоединена на отводящей линии трубопровода для диоксида углерода, где указанная отводящая линия трубопровода для диоксида углерода предпочтительно оборудована средствами охлаждения и предпочтительно соединена с линией трубопровода для не рециркулированного диоксида углерода, выходящей из линии трубопровода для жидкого диоксида углерода, с целью образования линии для конечного диоксида углерода.

В соответствии с воплощением установка включает:

- дополнительную линию трубопровода для углеводородов, оборудованную насосными устройствами, присоединенную на выходе второго разделительного сосуда и возвращающуюся в линию трубопровода для второй порции выше второго теплообменника или, если применимо, присоединенную на выходе третьего разделительного сосуда и возвращающуюся в линию трубопровода для четвертой порции выше третьего теплообменника; и/или

- дополнительную линию трубопровода для диоксида углерода, оборудованную вентилем, проходящую от отводящей линии трубопровода для диоксида углерода до линии трубопровода для рециркулированного диоксида углерода.

В соответствии с воплощением способ, как описано выше, осуществляют в вышеупомянутой установке.

Настоящее изобретение позволяет преодолеть недостатки уровня техники. В частности, оно обеспечивает обработку природного газа, посредством которой содержание диоксида углерода может быть значительно снижено. Данную очистку осуществляют, ограничивая при этом потери углеводородов, в частности С3+ соединений, улавливаемых потоком жидкого диоксида углерода.

Это достигается, с одной стороны, путем рециркуляции по меньшей мере некоторого количества диоксида углерода, выходящего из дистилляции (или в более общем смысле из криогенного процесса), и путем использования этого диоксида углерода, обогащенного С3+, в качестве холодильного агента в открытом холодильном цикле с целью получения фригорий, необходимых для криогенного процесса, то есть путем создания необходимости в теплообмене (на нескольких стадиях) между диоксидом углерода, используемым в открытом холодильном цикле, и природным газом; с другой стороны, путем выделения углеводородов, улавливаемых в диоксиде углерода, из открытого холодильного цикла, простым разделением газа и жидкости после теплообмена с природным газом, где состав потока диоксида углерода из открытого холодильного цикла остается постоянным во время различных стадий теплообмена.

В соответствии с некоторыми конкретными воплощениями изобретение также обладает одной или предпочтительно несколькими из преимущественных характеристик, перечисленных ниже.

- Изобретение не требует основного нового оборудования по сравнению с установкой, оборудованной стандартным охлаждающим устройством замкнутого типа, возможно за исключением оборудования для стабилизации конденсатов.

- Изобретение позволяет выделять CO2 в жидкой форме в конце цикла охлаждения; затем можно создавать его давление путем простого нагнетания для ввода в геологические структуры (в отличие от способов, основанных на аминовом растворителе или полупроницаемой мембране).

- Способ по изобретению, в частности, полезен и пригоден для природного газа, имеющего среднее или высокое содержание CO2 и содержащего значительную долю С3+ углеводородов.

- Изобретение, в частности, пригодно для применений в открытом море, где использование С2/С3 холодильного агента, который является высоко воспламеняемым, нежелательно по причинам безопасности.

- Возобновляемая природа холодильного агента, используемого в соответствии с изобретением, позволяет работать с минимальным резервным запасом, не опасаясь последствий многочисленных декомпрессий цикла. Таким образом, изобретение дает возможность устранить логистические проблемы в отношении холодильного агента.

- Изобретение может позволить выделить значительную долю тяжелых углеводородов (С3+). Таким образом, в примере, приведенном ниже, изобретение дает возможность увеличить продукцию углеводородов в форме высокоценных стабилизированных конденсатов примерно на 3 масс.%.

- По сравнению со способом, описанным в WO 99/01707, изобретение обладает преимуществом ограничения рисков кристаллизации в холодильном цикле, связанных с конденсацией тяжелых парафиновых углеводородов, и, следовательно, избегания в подавляющем большинстве случаев необходимости во фракционировании природного газа выше криогенного процесса.

Краткое описание фигур

На фиг.1 схематично показано воплощение установки в соответствии с изобретением.

Описание воплощений изобретения

Теперь изобретение будет описано более подробно и не ограничивающим способом в нижеследующем описании.

Все давления приведены в абсолютных значениях. Все проценты приведены в виде молярных значений, если не указано иное. Термины "выше" и "ниже" относятся к направлению потока жидкостей в установке.

Установка

Со ссылкой на фиг.1 установка в соответствии с изобретением включает линию трубопровода 1 для подачи природного газа. Эта линия трубопровода 1 для подачи природного газа предпочтительно проходит через устройство предварительной обработки 57, которое может включать средства предварительного охлаждения, и/или средства дегидратации, и/или средства разделения газа и жидкости, и/или средства фракционирования. Из соображений упрощения предпочтительно, чтобы установка не содержала средства фракционирования и средства устранения кислотности в устройстве предварительной очистки 57.

Линия трубопровода 1 для подачи природного газа питает (косвенно) устройство для криогенного разделения 35. Под "устройством для криогенного разделения" подразумевают набор средств, способных к отделению диоксида углерода от метана с подачей холода при рабочей температуре, более низкой или равной -40°С.

Предпочтительно устройство для криогенного разделения 35 представляет собой устройство дистилляции, и более точно в представленном воплощении оно представляет собой стандартную колонну дистилляции, оборудованную дистилляционным кубом 32 у основания колонны. Средства теплообмена расположены между линией трубопровода 1 для подачи природного газа и дистилляционным кубом 32; линия трубопровода 1 для подачи природного газа открывается в сепаратор 31 газа и жидкости. Две линии трубопровода 33, 34 для природного газа, а именно линия трубопровода 33 для газовой фракции и линия трубопровода 34 для жидкой фракции, присоединены на выходе сепаратора 31 газа и жидкости.

Линия трубопровода 33 для газовой фракции и линия трубопровода 34 для жидкой фракции соответственно открываются в устройство 35 для криогенного разделения на различных стадиях. Каждая из этих двух линий трубопровода оборудована средствами расширения; кроме того, линия трубопровода 33 для газовой фракции последовательно проходит через первый теплообменник 36 и второй теплообменник 37, после чего проходит через вышеупомянутые средства расширения и открывается в устройство 35 для криогенного разделения.

Линия трубопровода 10 для жидкого диоксида углерода присоединена у основания устройства для криогенного разделения 35, а линия трубопровода 39 для природного газа, питающая систему орошения, присоединена у верха устройства 35 для криогенного разделения. Более точно, линия трубопровода 39 для природного газа проходит через третий теплообменник 38, который питает сепаратор 40 газа и жидкости. На выходе сепаратора 40 газа и жидкости, у основания с одной стороны, присоединена линия трубопровода 41 орошения, оборудованная насосными устройствами и возвращающаяся в устройство 35 для криогенного разделения, и, у верха с другой стороны, присоединена линия трубопровода 99 для очищенного природного газа.

Линия трубопровода 99 для очищенного природного газа последовательно проходит через третий теплообменник 38, второй теплообменник 37 и первый теплообменник 36.

На схеме потоки, проходящие через теплообменники слева направо, отдают тепло, а потоки, проходящие через теплообменники справа налево, поглощают тепло. Таким образом, охлаждение теплообменников 36, 37, 38 обеспечивается линией трубопровода 99 для очищенного природного газа и открытым холодильным циклом, описанным ниже и содержащим поток, обогащенный диоксидом углерода.

За линией трубопровода 99 для очищенного природного газа могут следовать средства рекомпрессии.

При необходимости дополнительные средства обработки (и, в частности, дополнительные средства устранения кислотности) могут быть обеспечены от линии трубопровода 99 для очищенного природного газа, если необходима конечная очистка газа. Такие дополнительные средства обработки (как правило, расположенные ниже средств фракционирования) могут включать средства для обработки диоксида углерода в соответствии с любым из способов, известных из уровня техники (например, промывание аминовым растворителем, разделение мембраной и т.д.). Это может оказаться полезным в случае газа, имеющего очень высокое содержание CO2.

Ниже эта линия трубопровода 99 для очищенного природного газа может быть соединена с сетью транспортировки и/или распределения газа либо питать устройство для сжижения газа.

Кроме того, линия трубопровода 10 для жидкого диоксида углерода разделяется на две ветви, а именно на линию трубопровода 11 для нерециркулированного диоксида углерода и линию трубопровода 12 для рециркулированного диоксида углерода.

Линия трубопровода 12 для рециркулированного диоксида углерода проходит через первый теплообменник 36. Затем она делится на две ветви, а именно на линию трубопровода 13 для первой порции и линию трубопровода 42 для второй порции.

Линия трубопровода 42 для второй порции проходит через второй теплообменник 37, затем она сама делится на две ветви, а именно на линию трубопровода 16 для третьей порции и линию трубопровода 19 для четвертой порции. Линия 19 для четвертой порции проходит через третий теплообменник 38 в первый раз.

Средства 43 расширения расположены на линии трубопровода 13 для первой порции, которая затем проходит через первый теплообменник 36, после чего питает первый разделительный сосуд 47.

Подобным образом, средства 45 расширения расположены на линии трубопровода 16 для третьей порции, которая затем проходит через второй теплообменник 37, после чего питает второй разделительный сосуд 48.

Наконец, линия трубопровода 19 для четвертой порции проходит через третий теплообменник 38 второй раз, где средства 46 расширения расположены на линии трубопровода 19 для четвертой порции между двумя ее проходами через теплообменник 38; наконец, линия трубопровода 19 для четвертой порции питает третий разделительный сосуд 49.

Три разделительных сосуда 47, 48, 49 пригодны для осуществления разделения газа и жидкости, и они соединены в каскад. Иными словами, на выходе первого разделительного сосуда 47 присоединена линия трубопровода 15 для первой газовой фазы (сверху) и линия трубопровода 14 для первой жидкой фазы (у основания), где указанная линия трубопровода 14 для первой жидкой фазы питает второй разделительный сосуд 48 после прохождения через средства расширения 58; сходным образом, на выходе второго разделительного сосуда 48 присоединена линия трубопровода 18 для второй газовой фазы (сверху) и линия трубопровода 17 для второй жидкой фазы (у основания), где указанная линия трубопровода 17 для второй жидкой фазы питает третий разделительный сосуд 49 после прохождения через средства расширения 59.

На выходе третьего разделительного сосуда 49 присоединена линия трубопровода 23 для третьей газовой фазы (сверху) и линия трубопровода 20 для третьей жидкой фазы (у основания).

Линия трубопровода 20 для третьей жидкой фазы оборудована насосными устройствами и питает устройство стабилизации конденсата 55. Это устройство стабилизации конденсата 55 может представлять собой дистилляционную колонну или предпочтительно дистилляционную полуколонну, то есть колонну, оборудованную дистилляционным кубом 56 у основания, но без системы охлаждения и орошения сверху.

На выходе устройства стабилизации конденсата 55 присоединена, с одной стороны, линия трубопровода 21 для жидкой фазы, обогащенной углеводородами, у основания и линия трубопровода 22 для газовой фазы, обогащенной диоксидом углерода, сверху. Линия трубопровода 22 для газовой фазы, обогащенной диоксидом углерода, возвращается в третий разделительный сосуд 49. Линия трубопровода 21 для жидкой фазы, обогащенной углеводородами, может приходить в средства очистки (например, средства фракционирования) и/или средства для хранения конденсатов.

Линия трубопровода 23 для третьей газовой фазы питает первый компрессор 50, на выходе которого присоединена первая промежуточная линия трубопровода 24. Эта первая промежуточная линия трубопровода 24 соединена с линией трубопровода 18 для второй газовой фазы на входе второго компрессора 51. Вторая промежуточная линия трубопровода 25 присоединена на выходе второго компрессора 51. Эта вторая промежуточная линия трубопровода 25 соединена с линией трубопровода 15 для первой газовой фазы на входе третьего компрессора 52. На выходе линия трубопровода 26 для диоксида углерода присоединена на выходе третьего компрессора 52.

Отводящая линия трубопровода 26 для диоксида углерода оборудована средствами охлаждения 53 и соединяется с линией трубопровода 11 для не рециркулирующего диоксида углерода с целью образования линии трубопровода 27 для конечного диоксида углерода. На ней могут находиться насосные устройства. Линия трубопровода 27 для конечного диоксида углерода может открываться в расположенные ниже средства очистки, например средства для выведения в подземную структуру.

Способ

Природный газ, который очищен способом в соответствии с изобретением, представляет собой газовую смесь (которая может содержать минорную жидкую фракцию), содержащую по меньшей мере метан и CO2. Предпочтительно эта газовая смесь содержит по меньшей мере 5% метана, как правило, по меньшей мере 10% или по меньшей мере 15% или по меньшей мере 20% метана или по меньшей мере 25% метана (молярные доли относительно природного газа). Предпочтительно эта газовая смесь содержит по меньшей мере 10% CO2 и, как правило, по меньшей мере 20% СО2, или по меньшей мере 30% CO2, или по меньшей мере 40% СО2, или по меньшей мере 50% СO2, или по меньшей мере 60% CO2, или по меньшей мере 70% CO2 (молярные доли относительно природного газа). Природный газ также содержит С3+ углеводороды (содержащие по меньшей мере 3 атома углерода), предпочтительно в доле по массе, более высокой или равной 1%, или 2%, или 3%, или 4%, или 5% относительно метана.

Природный газ возможно претерпевает одну или более чем одну предварительную очистку (в устройстве для предварительной очистки 57) в целях удаления его твердых загрязняющих веществ или его жидкой фракции, его обезвоживания и/или его предварительного охлаждения и/или снижения его содержания сероводорода. В соответствии с предпочтительным воплощением природный газ не претерпевает какой-либо очистки с конкретной целью снижения его содержания СO2 перед криогенным разделением.

В представленном воплощении природный газ сначала охлаждают путем теплообмена в дистилляционном кубе 32 устройства для криогенного разделения 35, затем он претерпевает разделение на газовую фазу и жидкую фазу в сепараторе 31 газа и жидкости. Эти две фазы вводят на разных стадиях в устройство 35 для криогенного разделения после расширения.

Поток жидкого диоксида углерода выделяют у основания устройства 35 для криогенного разделения в линии трубопровода 10 для жидкого диоксида углерода. Под "потоком диоксида углерода" в контексте настоящего изобретения подразумевают смесь, содержащую, в основном, СO2, и содержащую минорную долю других соединений, в частности С3+ углеводородов.

Охлаждение, необходимое для осуществления криогенного разделения, обеспечивается многостадийным открытым холодильным циклом (по меньшей мере двумя теплообменниками), который питает по меньшей мере одна часть жидкого диоксида углерода (поток рециркулирующего диоксида углерода). В представленном воплощении охлаждение осуществляют в трех теплообменниках 36, 37, 38, работающих при понижающихся температурах, где теплообменники 36 и 37, как правило, действуют при температуре от -40°С до 0°С, а теплообменник 38, как правило, действует при температуре от -60°С до -45°С (температура охлаждающей жидкости после расширения).

Более точно, газовая фаза природного газа охлаждается в первом теплообменнике 36 и во втором теплообменнике 37.

Третий теплообменник 38 служит для охлаждения орошения криогенного разделения, то есть для охлаждения потока природного газа, выходящего из верхней части устройства 35 для криогенного разделения. После этого охлаждения поток природного газа претерпевает разделение в сепараторе 40 газа и жидкости, создающем поток жидкой фазы, который нагнетают и возвращают в криогенное разделение (линия трубопровода 41 орошения), и поток очищенного природного газа, который выделяется в линии 99 для очищенного природного газа.

В представленном воплощении поток очищенного природного газа нагревается последовательно в трех теплообменниках 38, 37, 36, что дает возможность выделить фригории, доступные посредством этого.

Что касается функционирования холодильного цикла, поток рециркулирующего диоксида углерода претерпевает первое охлаждение в первом теплообменнике 36, затем он делится на два жидких потока, а именно на первую порцию и вторую порцию.

Первая порция охлаждается за счет расширения, а затем возвращается в первый теплообменник 36, в котором она поглощает тепло, выделяемое из потока природного газа криогенного разделения (а также тепло, выделяемое из потока рециркулирующего диоксида углерода перед расширением).

Вторая порция претерпевает второе охлаждение во втором теплообменнике 37, затем она делится на два жидких потока, а именно на третью порцию и четвертую порцию.

Третья порция охлаждается за счет расширения, а затем возвращается во второй теплообменник 37, в котором она поглощает тепло, выделяемое из потока природного газа криогенного разделения (а также тепло, выделяемое из потока рециркулированного диоксида углерода перед расширением).

Четвертая порция претерпевает третье охлаждение в третьем теплообменнике 38, затем она охлаждается за счет расширения, а затем возвращается в третий теплообменник 38, в котором она поглощает тепло, выделяемое из потока природного газа криогенного разделения (а также тепло, выделяемое из потока рециркулированного диоксида углерода перед расширением).

Первый, второй и третий поток нагретого диоксида углерода, таким образом, выделяются на выходе первого, второго и третьего теплообменника 36, 37, 38 соответственно. Значительная часть С3+ углеводородов, содержащихся в этих потоках, возвращается за счет разделения газа и жидкости, осуществляемого на этих потоках. Разделение газа и жидкости осуществляется посредством первого, второго и третьего разделительного сосудов 47, 48, 49, работающих при понижающихся давлениях. Типичные рабочие давления составляют от 10 бар до 40 бар для разделительных сосудов 47 и 48, и от 5 бар до 10 бар для разделительного сосуда 49.

Каждый разделительный сосуд (соответственно первый, второй или третий) образует жидкую фазу (соответственно первую, вторую или третью) и газовую фазу (соответственно первую, вторую или третью). Тяжелые углеводороды (по существу С4+) большей частью находятся в жидкой фазе. Первую жидкую фазу расширяют и посылают во второй разделительный сосуд 48, работающий при более низком давлении, чем первый, и, подобным образом, вторую жидкую фазу расширяют и посылают в третий разделительный сосуд 49, работающий при более низком давлении, чем второй. Таким образом, тяжелые углеводороды, улавливаемые потоком CO2, имеют тенденцию концентрироваться на дне третьего разделительного сосуда 49, работающего при самом низком давлении, где их можно легко выделить в третьей жидкой фазе.

Дополнительную стадию очистки (стабилизацию конденсатов) можно осуществлять, как показано, посредством колонны 55 для стабилизации конденсатов. Жидкая фаза, обогащенная углеводородами, выделяется на ее дне, а газовая фаза, обогащенная диоксидом углерода, которая возвращается в разделительный сосуд при самом низком давлении, выделяется сверху.

Каждую газовую фазу, выходящую из различных разделительных сосудов, обедненную тяжелыми углеводородами, сжимают; затем различные газовые фазы смешивают, затем смесь охлаждают и предпочтительно объединяют с частью жидкого СO2, который не рециркулирует для охлаждения. Поток конечного жидкого СO2 можно нагнетать и выводить в подземную структуру, либо где-либо использовать, либо иначе обращать в свою пользу.

Варианты

Установка в соответствии с изобретением и способ в соответствии с изобретением могут быть изменены по сравнению с вышеописанным воплощением несколькими путями.

Например, возможно обеспечить дополнительную линию трубопровода 54 для диоксида углерода, оборудованную вентилем, проходящую от выхода линии трубопровода 26 для диоксида углерода (как правило, ниже средств 53 охлаждения) до линии трубопровода 12 для рециркулирующего диоксида углерода. Данная характеристика дает возможность компенсировать какое-либо отсутствие холодильника в многостадийной холодильной системе, что дает возможность рециркулировать часть потока CO2, используемого для охлаждения.

Возможно также обеспечить дополнительную линию трубопровода 44 для углеводородов (возможно оборудованную вентилем), присоединенную на выходе третьего разделительного сосуда 49 на дне, оборудованную насосными устройствами и возвращающуюся в линию трубопровода 19 для четвертой порции, выше первого прохода в третий теплообменник 38. Таким образом, часть третьей жидкой фазы может рециркулировать в поток CO2, используемый для охлаждения. Данная характеристика дает возможность избежать какого-либо риска кристаллизации в самой холодной части, при этом обогащая расширенный поток, проходящий через третий теплообменник 38, углеводородами.

Кроме того, приведенное выше описание относится к открытому холодильному циклу с тремя стадиями. Он представляет собой вариант, который дает возможность оптимального функционирования системы. Однако также возможно обеспечить цикл с двумя стадиями или альтернативно с четырьмя или большим числом стадий.

В случае системы с двумя стадиями по сравнению с приведенным выше описанием: третий теплообменник 38 и третий разделительный сосуд 49 отсутствуют, как и связанные с ними компоненты, а именно линия трубопровода 19 для четвертой порции, линия трубопровода 23 для третьей газовой фазы, первый компрессор 50 и первая промежуточная линия трубопровода 24. Линия трубопровода 17 для второй жидкой фазы, таким образом, объединена с линией трубопровода 20 для третьей жидкой фазы и, следовательно, непосредственно питает устройство 55 для стабилизации конденсатов.

В случае системы с четырьмя или большим числом стадий по сравнению с приведенным выше описанием добавлен по меньшей мере один дополнительный теплообменник (пригодный для охлаждения потока природного газа устройства для криогенного разделения или при его орошении) и по меньшей мере один дополнительный разделительный сосуд; также добавлено по меньшей мере одно дополнительное ответвление линии трубопровода, исходящее из линии трубопровода 12 для рециркулированного диоксида углерода, оборудованное средствами расширения и питающее дополнительный разделительный сосуд; и на выходе дополнительного разделительного сосуда (или каждого из них) обеспечена дополнительная линия трубопровода для газовой фазы, связанная с дополнительным компрессором, и дополнительная линия трубопровода для жидкой фазы, оборудованная средствами расширения и питающая следующий разделительный сосуд (то есть работающий при более низком давлении).

Кроме того, в представленном воплощении линия трубопровода 33 для природного газа, проходящая в первый теплообменник 36 и второй теплообменник 37, выходит из сепаратора газа и жидкости 31 и питает устройство 35 для криогенного разделения; и линия трубопровода 39 для природного газа, проходящая в третий теплообменник 38, образует часть системы орошения устройства 35 для криогенного разделения, поскольку она выходит из верхней части устройства 35 для криогенного разделения и питает сепаратор газа и жидкости 40, на дне которого присоединена линия трубопровода 41 для орошения. Однако данное распределение может быть модифицировано в соответствии, с одной стороны, с числом теплообменников и, с другой стороны, с рабочими параметрами установки.

Например, линия трубопровода 33 для природного газа, выходящая из сепаратора 31 газа и жидкости и питающая устройство 35 для криогенного разделения, может проходить через единственный теплообменник (в частности, если холодильный цикл включает только два теплообменника, и в этом случае второй теплообменник может быть связан с системой орошения устройства 35 для криогенного разделения). Наоборот, данная линия трубопровода 33 для природного газа может проходить более чем через два теплообменника. Другой вариант состоит в том, что все теплообменники связаны с линией трубопровода 33 для природного газа, выходящей из сепаратора газа и жидкости 31 и питающей устройство 35 для криогенного разделения, и в этом случае система орошения устройства 35 для криогенного разделения оборудована дополнительными средствами охлаждения (заменяющими вышеописанный третий теплообменник).

Устройство 35 для криогенного разделения может представлять собой стандартную дистилляционную колонну, пригодную для криогенного разделения CO2, как описано выше. Но оно может также представлять собой колонну дистилляции, пригодную для функционирования в условиях образования твердой фазы (колонну "CFZ''-типа, которая описана, например, в US 4533372 или WO 99/01707).

Устройство для криогенного разделения 35 может также включать средства сжижения, пригодные для сжижения газа под давлением, средства для расширения жидкости, пригодные для создания интенсивного холода и частичной кристаллизации CO2, и средства для выделения жидкой фракции и твердой фракции, включающие сосуд, пригодный для поддержания температуры на дне в жидкостном диапазоне (устройство дистилляции типа "криоячейки", которое описано, например, в WO 2007/030888, WO 2008/095258 и WO 2009/144275). В этом случае предпочтительно обеспечить колонну стабилизации на линии трубопровода 10 для жидкого диоксида углерода, пригодную для выделения легких углеводородов (в частности, метана), присутствующих в жидком СO2.

Пример

Приведенный ниже пример иллюстрирует изобретение, не ограничивая его.

Было проведено количественное моделирование с целью характеристики функционирования установки, соответствующей фиг.1. В приведенных ниже таблицах 1а, 1b, 1c, 1d, 2a, 2b, 2с и 2d приведен состав исходного природного газа, а также полученные скорости потока и состав потока, полученного в различных линиях трубопровода установки. Условия в линиях трубопровода 13, 16, 19 регистрировали на выходе соответствующих теплообменников 36, 37, 38. Условия в линиях трубопровода 14, 17, 20 регистрировали на выходе соответствующих разделительных сосудов 47, 48, 49 и перед расширением или нагнетанием. Условия в линии трубопровода 10 регистрировали перед нагнетанием.

Линия трубопровода установки 1 99 10 11 12
Жидкое (Ж) или газообразное (Г) состояние Г+Ж Г+Ж Ж Ж Ж
Температура (°С) 4,741 9,948 9,948
Давление (бар) 40,680 80,000 80,000
Молекулярная масса 35,485 21,904 43,878 43,878 43,878
Скорость потока (кмоль/ч) 35260,954 12067,202 23168,041 35,100 23132,941
Состав (моль %)
N2 0,50 1,46 0,00 0,00 0,00
CO2 71,00 20,00 97,53 97,53 97,53
H2S 0,50 0,10 0,71 0,71 0,71
Метан 27,00 77,93 0,50 0,50 0,50
Этан 0,60 0,49 0,66 0,66 0,66
Пропан 0,20 0,02 0,29 0,29 0,29
Гептан 0,20 0,00 0,30 0,30 0,30

Таблица 1а - общие данные и молярные данные

Линия трубопровода установки 13 14 15 16 17
Жидкое (Ж) или газообразное (Г) состояние Г+Ж Ж Г Г+Ж Ж
Температура (°С) 6,891 6,637 6,637 -11,001 -11,425
Давление (бар) 27,626 27,426 27,426 13,723 13,520
Молекулярная масса 43,878 66,018 43,790 43,878 75,424
Скорость потока (кмоль/ч) 12435,033 49,604 12385,430 8522,613 70,771
Состав (моль %)
N2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
СO2 97,53 57,83 97,69 97,53 41,85
H2S 0,71 0,77 0,71 0,71 0,61
Метан 0,50 0,08 0,50 0,50 0,05
Этан 0,66 0,51 0,66 0,66 0,31
Пропан 0,29 1,34 0,29 0,29 1,08
Гептан 0,30 39,47 0,15 0,30 56,11

Таблица 1b - общие данные и молярные данные (продолжение)

Линия трубопровода установки 18 19 20 21 22
Жидкое (Ж) или газообразное (Г) состояние Г Г+Ж Ж Ж Г
Температура (°С) -11,425 -33,026 -32,595 168,547 -30,301
Давление (бар) 13,520 5,677 5,477 6,000 6,000
Молекулярная масса 43,745 43,878 82,729 99,655 43,780
Скорость потока (кмоль/ч) 8501,446 2175,294 66,255 46,184 20,071
Состав (моль %)
N2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
СO2 97,77 97,53 29,50 0,00 97,38
H2S 0,71 0,71 0,46 0,00 1,51
Метан 0,50 0,50 0,02 0,00 0,08
Этан 0,66 0,66 0,16 0,00 0,53
Пропан 0,29 0,29 0,82 0,98 0,47
Гептан 0,07 0,30 69,03 99,02 0,03

Таблица 1с - общие данные и молярные данные (продолжение)

Линия трубопровода установки 23 24 25 26 27
Жидкое (Ж) или газообразное (Г) состояние G G G L L
Температура (°С) -32,595 40,028 61,729 33,000 32,988
Давление (бар) 5,477 13,520 27,926 80,000 80,000
Молекулярная масса 43,722 43,722 43,740 43,767 43,767
Скорость тока (кмоль/ч) 2199,881 2199,881 10701,327 23086,758 23121,857
Состав (моль %)
N2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
СO2 97,79 97,79 97,77 97,73 97,73
H2S 0,72 0,72 0,71 0,71 0,71
Метан 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
Этан 0,66 0,66 0,66 0,66 0,66
Пропан 0,30 0,30 0,29 0,29 0,29
Гептан 0,03 0,03 0,06 0,11 0,11

Таблица 1d - общие данные и молярные данные (продолжение)

Линия трубопровода установки 1 99 10 11 12
Скорость тока (кг/ч) 1282025,1 264320,9 1016579,3 1540,1 1015039,2
Состав (% масс./масс.)
N2 0,39 1,87 0,00 0,00 0,00
СO2 85,94 40,18 97,83 97,83 97,83
H2S 0,47 0,16 0,55 0,55 0,55
Метан 11,91 57,08 0,18 0,18 0,18
Этан 0,50 0,67 0,45 0,45 0,45
Пропан 0,24 0,05 0,29 0,29 0,29
Гептан 0,55 0,00 0,70 0,70 0,70

Таблица 2а - данные по массе

Линия трубопровода установки 13 14 15 16 17
Скорость тока (кг/ч) 545630,8 3274,8 542356,1 373959,6 5337,8
Состав (% масс./масс.)
N2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
СO2 97,83 38,55 98,18 97,83 24,42
H2S 0,55 0,40 0,55 0,55 0,27
Метан 0,18 0,02 0,18 0,18 0,01
Этан 0,45 0,23 0,45 0,45 0,12
Пропан 0,29 0,89 0,29 0,29 0,63
Гептан 0,70 59,90 0,34 0,70 74,54

Таблица 2b - данные по массе (продолжение)

Линия трубопровода установки 18 19 20 21 22
Скорость тока (кг/ч) 371896,6 95448,7 5481,2 4602,5 878,7
Состав (% масс./масс.)
N2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
СO2 98,36 97,83 15,69 0,00 97,89
H2S 0,55 0,55 0,19 0,00 1,17
Метан 0,18 0,18 0,00 0,00 0,03
Этан 0,46 0,45 0,06 0,00 0,36
Пропан 0,29 0,29 0,44 0,43 0,47
Гептан 0,16 0,70 83,62 99,57 0,07

Таблица 2с - данные по массе (продолжение)

Линия трубопровода установки 23 24 25 26 27
Скорость тока (кг/ч) 96184,0 96184,0 468080,6 1010436,7 1011976,8
Состав (% масс./масс.)
N2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
СO2 98,43 98,43 98,37 98,27 98,27
H2S 0,56 0,56 0,55 0,55 0,55
Метан 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
Этан 0,46 0,46 0,46 0,45 0,45
Пропан 0,31 0,31 0,30 0,29 0,29
Гептан 0,06 0,06 0,14 0,24 0,25

Таблица 2d - данные по массе (продолжение)

В данном примере отмечено, что только 10% С7 углеводородов (представляющих собой тяжелые парафины) присутствует в жидком СO2, проходящем через самый холодный теплообменник. Это иллюстрирует результат способа по сравнению с уровнем техники, где каскадный холодильный цикл собирал бы все тяжелые парафины в самом холодном теплообменнике.

1. Способ обработки природного газа, содержащего диоксид углерода, при котором:
- природный газ разделяют посредством криогенного процесса с целью получения, с одной стороны, потока жидкого диоксида углерода, содержащего углеводороды, и, с другой стороны, очищенного природного газа;
- по меньшей мере одну часть природного газа охлаждают
в первом теплообменнике
затем во втором теплообменнике перед криогенным процессом или перед возвратом в криогенный процесс;
- по меньшей мере одну часть потока жидкого диоксида углерода возвращают с целью получения потока рециркулированного диоксида углерода;
- поток рециркулированного диоксида углерода делят на первую порцию и вторую порцию;
- первую порцию расширяют, затем ее нагревают в первом теплообменнике с целью получения первого потока нагретого диоксида углерода;
- вторую порцию охлаждают, затем по меньшей мере одну часть второй порции расширяют, затем нагревают во втором теплообменнике с целью получения второго потока нагретого диоксида углерода;
- по меньшей мере некоторые из углеводородов, содержащихся в первом потоке нагретого диоксида углерода и во втором потоке нагретого диоксида углерода, возвращают путем разделения газа и жидкости.

2. Способ по п.1, при котором:
- по меньшей мере одну часть природного газа охлаждают в третьем теплообменнике перед криогенным процессом или перед возвратом в криогенный процесс;
- вторую порцию потока рециркулированного диоксида углерода делят на третью порцию и четвертую порцию;
- третью порцию расширяют, затем нагревают во втором теплообменнике с целью получения второго потока нагретого диоксида углерода;
- четвертую порцию охлаждают, затем расширяют, затем ее нагревают в третьем теплообменнике с целью получения третьего потока нагретого диоксида углерода;
- по меньшей мере некоторые из углеводородов, содержащиеся в третьем потоке нагретого диоксида углерода, возвращают путем разделения газа и жидкости.

3. Способ по п.1 или 2, при котором первый теплообменник, второй теплообменник и, если применяют, третий теплообменник работают при различных температурах и предпочтительно первый теплообменник работает при более высокой температуре, чем второй теплообменник, и, если применяют, второй теплообменник работает при более высокой температуре, чем третий теплообменник.

4. Способ по п.1 или 2, при котором указанный криогенный процесс представляет собой дистилляцию.

5. Способ по п.1 или 2, при котором:
- охлаждение второй порции потока рециркулированного диоксида углерода осуществляют во втором теплообменнике;
- охлаждение четвертой порции потока рециркулированного диоксида углерода, если применяют, осуществляют в третьем теплообменнике; и
- предпочтительно поток рециркулированного диоксида углерода охлаждают в первом теплообменнике перед разделением на первую порцию и вторую порцию.

6. Способ по п.1 или 2, при котором очищенный природный газ нагревают, если применяют, сначала в третьем теплообменнике, затем во втором теплообменнике, затем в первом теплообменнике.

7. Способ по п.1 или 2, при котором:
- первый поток нагретого диоксида углерода претерпевает разделение газа и жидкости в первом разделительном сосуде с целью получения первой газовой фазы и первой жидкой фазы;
- первую жидкую фазу расширяют;
- второй поток нагретого диоксида углерода и первая расширенная жидкая фаза претерпевают разделение газа и жидкости во втором разделительном сосуде с целью получения второй газовой фазы и второй жидкой фазы; и предпочтительно:
- вторую жидкую фазу расширяют;
- третий поток нагретого диоксида углерода и вторая расширенная жидкая фаза претерпевают разделение газа и жидкости в третьем разделительном сосуде с целью получения третьей газовой фазы и третьей жидкой фазы.

8. Способ по п.7, при котором вторая жидкая фаза или, если применяют, третья жидкая фаза претерпевает стадию стабилизации конденсатов с целью получения жидкой фазы, обогащенной углеводородами, и газовой фазы, обогащенной диоксидом углерода, где указанная газовая фаза, обогащенная диоксидом углерода, предпочтительно претерпевает разделение газа и жидкости во втором разделительном сосуде или, если применяют, в третьем разделительном сосуде.

9. Способ по п.7, при котором первую газовую фазу, вторую газовую фазу и, если применяют, третью газовую фазу сжимают и охлаждают с целью получения выходящего потока диоксида углерода, который возможно смешивают по меньшей мере с одной частью потока жидкого диоксида углерода.

10. Способ по п.7, при котором:
- одну часть второй жидкой фазы смешивают со второй порцией потока рециркулированного диоксида углерода и, если применяют, одну часть третьей жидкой фазы смешивают с четвертой порцией потока рециркулированного диоксида углерода; и/или
- одну часть выходящего потока диоксида углерода смешивают с потоком рециркулированного диоксида углерода.

11. Установка для обработки природного газа, содержащего диоксид углерода, включающая:
- устройство для криогенного разделения (35);
- по меньшей мере одну линию трубопровода для природного газа (33, 34), соединенную с входом устройства для криогенного разделения (35);
- линию трубопровода для жидкого диоксида углерода (10) и линию трубопровода для очищенного природного газа (99), выходящие из устройства для криогенного разделения (35);
- первый теплообменник (36), через который проходит по меньшей мере одна из линий трубопровода для природного газа (33), присоединенная на входе устройства для криогенного разделения (35);
- второй теплообменник (37), через который проходит по меньшей мере одна из линий трубопровода для природного газа (33), присоединенная на входе устройства для криогенного разделения (35), или линия трубопровода для природного газа (39), присоединенная на выходе устройства для криогенного разделения (35) и питающая систему орошения (40, 41);
- линию трубопровода для рециркулированного диоксида углерода (12), выходящую из линии трубопровода для жидкого диоксида углерода (10);
- линию трубопровода для первой порции (13) и линию трубопровода для второй порции (42), выходящие из линии трубопровода для рециркулированного диоксида углерода (12), где
- линия трубопровода для первой порции (13) оборудована средствами расширения (43), а затем проходит через первый теплообменник (36);
- линия трубопровода для второй порции (42) оборудована средствами охлаждения;
- линию трубопровода для третьей порции (16), выходящую из линии трубопровода для второй порции (42), где линия трубопровода для третьей порции (16) оборудована средствами расширения (45), а затем проходит через второй теплообменник (37);
- средства разделения жидкости и газа (47, 48), которые питает линия трубопровода для первой порции (13) и линия трубопровода для третьей порции (16).

12. Установка по п.11, в которой:
- установка включает третий теплообменник (38), через который проходит по меньшей мере одна из линии трубопровода для природного газа (33), присоединенной на входе устройства для криогенного разделения (35), или линии трубопровода для природного газа (39), присоединенной на выходе устройства для криогенного разделения (35) и питающей систему орошения (40, 41);
- линия трубопровода для второй порции (42) делится на линию трубопровода для третьей порции (16) и линию трубопровода для четвертой порции (19);
- линия трубопровода для четвертой порции (19) оборудована средствами охлаждения, средствами расширения (46), а затем проходит через третий теплообменник (38); и
- установка включает средства разделения газа и жидкости (49), которые питает линия трубопровода для четвертой порции (19).

13. Установка по п.11 или 12, в которой:
- средства охлаждения на линии трубопровода для второй порции (42) представляет собой второй теплообменник (37);
- если применяют, средства охлаждения на линии трубопровода для четвертой порции (19) представляет собой третий теплообменник (38); и
- предпочтительно линия трубопровода для рециркулированного диоксида углерода (12) перед делением на линию трубопровода (13) для первой порции и линию трубопровода (42) для второй порции оборудована средствами охлаждения, представляющими собой первый теплообменник (36).

14. Установка по п.11 или 12, в которой устройство для криогенного разделения (35) представляет собой дистилляционную установку.

15. Установка по п.11 или 12, в которой линия трубопровода для очищенного природного газа (99) проходит, если применяют, через третий теплообменник (38), затем через второй теплообменник (37), затем через первый теплообменник (36).

16. Установка по п.11 или 12, в которой:
- средства разделения газа и жидкости (47, 48) включают первый разделительный сосуд (47) и второй разделительный сосуд (48);
- первый разделительный сосуд (47) питает линия трубопровода для первой порции (13);
- линия трубопровода для первой газовой фазы (15) и линия трубопровода для первой жидкой фазы (14) присоединены на выходе первого разделительного сосуда (47);
- линия трубопровода для первой жидкой фазы (14) оборудована средствами (58) расширения;
- второй разделительный сосуд (48) питает линия трубопровода для третьей порции (16) и линия трубопровода для первой жидкой фазы (14);
- линия трубопровода (18) для второй газовой фазы и линия трубопровода (17) для второй жидкой фазы присоединены на выходе второго разделительного сосуда (48); и предпочтительно:
- линия трубопровода для второй жидкой фазы (17) оборудована средствами (59) расширения;
- линия трубопровода для четвертой порции (19) и линия трубопровода для второй жидкой фазы (17) питают третий разделительный сосуд (49);
- линия трубопровода для третьей газовой фазы (19) и линия трубопровода для третьей жидкой фазы (20) присоединены на выходе третьего разделительного сосуда (49).

17. Установка по п.16, в которой линия трубопровода для второй жидкой фазы (17) или, если применяют, линия трубопровода (20) для третьей жидкой фазы питает устройство для стабилизации конденсата (55), на выходе которого присоединена линия трубопровода для жидкой фазы, обогащенной углеводородами (21), и линия трубопровода для газовой фазы, обогащенной диоксидом углерода (22), где указанная линия трубопровода для газовой фазы, обогащенной диоксидом углерода (22), предпочтительно питает второй разделительный сосуд (48) или, если применяют, третий разделительный сосуд (49).

18. Установка по п.16, в которой линия трубопровода для первой газовой фазы (15), линия трубопровода для второй газовой фазы (18) и, если применяют, линия трубопровода для третьей газовой фазы (23) питают средства компрессии (50, 51, 52) и соединены с выходом линии трубопровода для диоксида углерода (26), где указанный выход линии трубопровода для диоксида углерода (26) предпочтительно оборудован средствами охлаждения (53) и предпочтительно соединен с линией трубопровода для нерециркулированного диоксида углерода (11), выходящей из линии трубопровода для жидкого диоксида углерода (10), с целью образования
линии трубопровода для конечного диоксида углерода (27).

19. Установка по п.11 или 12, включающая:
- дополнительную линию трубопровода для углеводородов (44), оборудованную насосными устройствами, присоединенную на выходе второго разделительного сосуда (48) и возвращающуюся в линию трубопровода для второй порции (42) выше второго теплообменника (37) или, если применяют, присоединенную на выходе третьего разделительного сосуда (49) и возвращающуюся в линию трубопровода для четвертой порции (19) выше третьего теплообменника (38); и/или
- дополнительную линию трубопровода для диоксида углерода (54), оборудованную вентилем, проходящую от выхода линии трубопровода для диоксида углерода (26) до линии трубопровода (12) для рециркулированного диоксида углерода.

20. Способ по п.1, осуществляемый в установке по п.11.

21. Способ по п.2, осуществляемый в установке по п.12.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу удаления фракции с высоким содержанием азота. Описан способ удаления фракции с высоким содержанием азота из исходной фракции, содержащей в основном азот и углеводороды, при этом исходную фракцию разделяют методом ректификации на фракцию с высоким содержанием азота и фракцию с высоким содержанием метана, и при этом фракцию с высоким содержанием метана с целью получения холода выпаривают и перегревают при возможно наибольшем давлении по отношению к подлежащей охлаждению исходной фракции.

Изобретение относится к способу отделения С2+-углеводородов от содержащей, в основном, азот и углеводороды исходной фракции. Согласно заявленному способу: а) исходная фракция частично конденсируется и ректификаторно разделяется на обогащенную и обедненную С2+-углеводородами фракции; b) обедненная С2+-углеводородами фракция частично конденсируется и разделяется на жидкую фракцию, образующую, по меньшей мере, частично обратный поток для ректификаторного разделения, и обедненную С2+-углеводородами газовую фракцию; c) обедненная С2+-углеводородами газовая фракция разделяется в двухколонном процессе на богатую азотом и богатую метаном фракции.

Разработаны способ и устройство сжижения газообразного потока, который содержит углеводороды и кислые соединения и в котором кислые соединения удаляются в сжиженном состоянии, когда очищенный от кислых соединений газообразный поток постепенно охлаждается до температуры сжижения.

Изобретение относится к области газохимии, предназначено для получения инертных газов. Способ выделения инертных газов из газов, содержащих в своем составе аргон, ксенон, криптон, азот и водород, включает охлаждение исходного потока газа, ожижение и разделение посредством двухступенчатой ректификации с получением жидких продуктов разделения: аргона, криптоноксеноновой смеси, и газообразных продуктов разделения: азота и азото-водородной смеси.

Изобретение относится к способу удаления фракции с высоким содержанием азота из исходной фракции, содержащей в основном азот и углеводороды. Исходная фракция частично конденсируется и ректификационным методом разделяется на фракцию с высоким содержанием азота и фракцию с высоким содержанием метана.

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к технологии низкотемпературной ректификации смесей. Способ получения из многокомпонентного раствора криптоноксеноновой смеси и растворителя особой чистоты включает подачу многокомпонентного раствора в линию первичного раствора, предварительную физико-химическую очистку от взрывоопасных и отвердевающих примесей, охлаждение и ректификационное разделение в колоннах.

Предложен способ удаления фракции с высоким содержанием азота из исходной фракции, содержащей в основном азот и углеводороды, при этом исходную фракцию методом ректификации разделяют на фракцию с высоким содержанием азота и фракцию с высоким содержанием метана, фракцию с высоким содержанием метана выпаривают и перегревают при возможно наибольшем давлении с целью получения холода, и фракцию с высоким содержанием азота, по меньшей мере, временно и/или, по меньшей мере, частично сжимают и подают на ректификацию в виде возвратного потока.

Изобретение относится к циклонному сепаратору для текучей среды, содержащему горловинную часть (4), которая размещается между секцией впуска сходящейся текучей среды и секцией выпуска расходящейся текучей среды.

Изобретение может быть использовано в установках, предназначенных для дегидратации газов, содержащих углекислый газ. Способ дегидратации газа, содержащего CO2, основан на получении двухфазной смеси при ее расширении и выделении из смеси жидкой фазы в сепараторе.

Установка для получения сжиженного природного газа использует улучшенную систему регенерации азота, которая концентрирует все количество азота в потоке исходных материалов в установке регенерации азота, для повышения эффективности разделения установки регенерации азота.

Изобретение относится к способу производства жидкого СО2 из газообразных продуктов сгорания. Топочный газ сжимают в первом компрессоре, затем охлаждают в первом охладителе и частично конденсируют на двух ступенях разделения. Две ступени разделения охлаждают расширяющимся отходящим газом и расширяющимся жидким СО2. Вторая ступень разделения включает второй теплообменник и стриппер CO2, в котором поток жидкого CO2 из первой ступени разделения поступает в стриппер CO2 непосредственно и поток CO2 из первой ступени разделения поступает в стриппер СО2 через второй теплообменник. Жидкий СО2 в стриппере кипятят ребойлером и из верхней части стриппера СО2 отходящий газ выделяют, расширяют в регулирующем давление клапане и используют в ступенях разделения для целей охлаждения. Также жидкий СО2 из ребойлера и стриппера CO2 собирают в буферном барабане. Технический результат заключается в повышении чистоты сжиженного СО2 без увеличения потребности в энергии. 11 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу разложения азотосодержащей исходной фракции с высоким содержанием углеводородов, предпочтительно природного газа, при этом: исходную фракцию частично сжижают и методом ректификации разделяют на обогащенную азотом фракцию и обедненную азотом фракцию с высоким содержанием углеводородов. В верхней зоне ректификации обогащенный азотом поток отводят, охлаждают и частично подают на ректификацию в качестве возвратного продукта и/или обогащенную азотом фракцию охлаждают и частично конденсируют, частично подают на ректификацию в качестве возвратного продукта и остаточный поток обогащенной азотом фракции подвергают процессу в двух колоннах. В средней зоне ректификации поток с низким содержанием двуокиси углерода, который используют для охлаждения обогащенного азотом частичного потока и/или охлаждения обогащенной азотом фракции, отводят. Ректификацию исходной фракции осуществляют в снабженной разделительной перегородкой разделительной колонне, при этом разделительная перегородка расположена в той зоне, где в разделительную колонну подводят исходную фракцию и отводят поток с низким содержанием двуокиси углерода. Изобретение позволяет обойтись без удаления двуокиси углерода из исходной фракции и потока природного газа, которое осуществляется виде промывки амином. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу сжижения природного газа, в котором: указанный природный газ приводят в контакт с водным раствором, обогащенным растворителем, с получением газовой фазы, обогащенной растворителем, и водной фазы, обедненной растворителем. Указанную газовую фазу, обогащенную растворителем, охлаждают и частично конденсируют посредством теплообмена, получая охлажденную газовую фазу и конденсаты. Охлажденную газовую фазу отделяют от указанных конденсатов. Охлажденную газовую фазу приводят в контакт с одним твердым адсорбентом с получением очищенной газовой фазы, причем твердый адсорбент поглощает одно их следующих соединений: вода, растворитель и тяжелые углеводороды. Указанную очищенную газовую фазу, полученную на предыдущем этапе, охлаждают и сжижают посредством теплообмена. Причем на одном из этапов охлажденную газовую фазу приводят в контакт с первым твердым адсорбентом А1, поглощающим воду, а затем со вторым твердым адсорбентом А2, поглощающим растворитель и тяжелые углеводороды. Техническим результатом является возможность обработки природного газа независимо от его состава и возможность сжижения сухих газов, содержащих ароматику или тяжелые парафины. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технике и технологии низкотемпературной переработки газа и может быть использовано на объектах нефте- и газоперерабатывающей промышленности. Способ и установка включает охлаждение газа, разделение охлажденного и сконденсированного газового потока в одном средстве разделения с получением газовой и жидкой фаз. Расширение газовой фазы и ее подачу в ректификационную колонну. Получение в верхней части ректификационной колонны отбензиненного газа, в средней части - потока паров перегонки и в нижней части - жидкого продукта. Подогрев отбензиненного газа, охлаждение потока паров перегонки и его сепарация с получением газовой фазы, направляемой на теплообмен с потоком газа, и жидкой фазы, направляемой на орошение ректификационной колонны. Полученную в средстве разделения жидкую фазу охлаждают путем теплообмена с потоком отбензиненного газа, дросселируют и направляют на теплообмен с потоком паров перегонки, после чего поток жидкой фазы направляют на теплообмен с потоком газа и затем подают в нижнюю часть ректификационной колонны. Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение извлечения целевых углеводородов и выработки широкой фракции легких углеводородов, а также снижение капитальных затрат. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к производству этановой фракции, сжиженных углеводородных газов и к подготовке природного и попутного нефтяного газа для производства сжиженного природного газа и может быть реализовано на объектах нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности. Способ заключается в том, что в донной части и/или контактных устройствах ректификационной колонны создают ультразвуковое волновое поле с заданными частотой и мощностью с использованием ультразвукового генератора, излучателей волнового ультразвукового поля с магнитострикционными или пьезокерамическими преобразователями и волноводами, разделяют природный или попутный нефтяные газы на метановую фракцию и ШФЛУ при заданных давлении и температуре и разделяют ШФЛУ. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении скорости массообмена в ректификационной колонне, а также интенсивности образования паровой фазы и четкости разделения природного или попутного нефтяного газа, что позволит снизить число ректификационных тарелок и мощность нагревательного оборудования. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу сжижения природного газа путем непрерывного изменения состава по меньшей мере одной охлаждающей смеси. На одном этапе охлаждения природный газ охлаждают посредством теплообмена с одной охлаждающей смесью, циркулирующей в закрытом контуре охлаждения. В систему разделения подают одну часть потока природного газа. Также измеряют температуру окружающей среды в зависимости от времени для обнаружения повышения или понижения температуры окружающей среды, и при обнаружении повышения или понижения температуры окружающей среды осуществляют этапы, на которых: из контура охлаждения отбирают одну часть потока охлаждающей смеси; отобранную часть потока охлаждающей смеси подают в систему разделения; в системе разделения часть потока природного газа и отобранную часть потока охлаждающей смеси разделяют с получением двух компонентов; в охлаждающий контур вводят один компонент, полученный на предыдущем этапе разделения, для изменения состава охлаждающей смеси с целью изменения температуры кипения охлаждающей смеси. Технический результат заключается в том, что способ является более экономичным и менее загрязняющим окружающую среду. 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу получения фракции чистого гелия из исходной фракции, содержащей гелий, метан и азот. Исходную фракцию подвергают разделению N2/CH4 (А). Полученную при разделении N2/CH4 фракцию, содержащую в основном гелий и азот, сжимают (В). Сжатую фракцию подвергают удалению N2 (D), и обогащенную гелием фракцию, полученную при отделении N2, подвергают процессу адсорбционной очистки (E), в котором получают фракцию чистого гелия. Технический результат заключается в том, что благодаря значительному удалению горючих компонентов существенно снижаются требования безопасности (например, защита от взрыва) на следующих технологических этапах. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к способу и устройству для разделения смеси веществ путем перегонки в системе перегонных колонн, а также к способу получения криптона и ксенона в этих колоннах. Система содержит одну первую перегонную колонну, причем смесь веществ вводится в первую перегонную колонну, головная фракция из первой перегонной колонны конденсируется частично в первом дефлегматоре в результате непрямого теплообмена с газообразной охлаждающей средой. Образованный при этом конденсат частично подается на первую перегонную колонну как флегма. При стационарной работе системы перегонных колонн в газообразную охлаждающую среду, за первым дефлегматором, добавляется жидкая фракция охлаждающей среды, образованная при этом смешанная охлаждающая среда проводится через теплообменник, в котором газообразная охлаждающая среда, выше по потоку первого дефлегматора, охлаждается в результате непрямого теплообмена. Температура охлаждающей среды при входе в первый дефлегматор, регулируется установкой количества добавляемой жидкой фракции. Смешанная охлаждающая среда за теплообменником или не возвращается в первый дефлегматор, или часть смешанной охлаждающей среды за теплообменником возвращается в первый дефлегматор, причем возвращенная охлаждающая среда в контуре расширяется без совершения работы. Благодаря методу регулирования можно быстро ввести в эксплуатацию установку, ее работа будет надежной и безопасной. 5 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу разделения азотсодержащей загрузочной фракции с высоким содержанием углеводородов, предпочтительно природного газа. Способ разделения азотсодержащей загрузочной фракции с высоким содержанием углеводородов (1, 1') включает разделение загрузочной фракции (1, 1') путем ректификации (Т1, Т2) на обогащенную азотом фракцию (5) и на фракцию, обедненную азотом, с высоким содержанием углеводородов (10), причем ректификационное разделение осуществляют в ректификационной колонне, состоящей из предварительной разделительной колонны (Т1) и главной разделительной колонны (Т2), при этом из отобранной из предварительной разделительной колонны (Т1) и подведенной в главную разделительную колонну (Т2) фракции (7, 7', 7”) на главной разделительной колонне (Т2) выше места или мест загрузки отбирают жидкую фракцию (6) и как возврат подают на предварительную разделительную колонну (Т1). При этом место отбора и/или объем используемой как возврат для предварительной разделительной колонны (Т1) жидкой фракции (6) выбирают таким образом, что отобранная из куба главной разделительной колонны (Т2) обедненная азотом фракция с высоким содержанием углеводородов (10) содержит долю высших углеводородов в количестве менее 1 части на млн. Изобретение позволяет разделить азотсодержащую загрузочную фракцию, а также удалить высшие углеводороды из кубового продукта главной разделительной колонны без закупорки. 1 ил.

Изобретение относится к способу отделения микрокомпонентов от фракции, содержащей азот и гелий, где ее до обогащения гелием частично конденсируют, а затем частично сконденсированную фракцию частично направляют в одну ректификационную колонну и в ней разделяют на обогащенную гелием газообразную фракцию и обогащенную азотом жидкостную фракцию, которая содержит микрокомпоненты. Изобретение представляет собой более эффективный способ отделения и очистки и, кроме того, экономит энергию и затраты. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх