Способ отделения микрокомпонентов от фракции, содержащей по меньшей мере азот и гелий


 


Владельцы патента RU 2579792:

ЛИНДЕ АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

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.

 

Изобретение относится к способу отделения микрокомпонентов от фракции, содержащей по меньшей мере азот и гелий, причем для обогащения гелием ее частично конденсируют.

Соответствующий изобретению способ отделения микрокомпонентов от фракции, содержащей по меньшей мере азот и гелий, находит применение, например, при извлечении гелия из природного газа.

В качестве типичных микрокомпонентов рассматривают, в частности, метан, этан, этилен, кислород и аргон.

Обычно во время процесса охлаждения и сжижения потока природного газа от него отделяют фракцию, содержащую по меньшей мере азот и гелий, и обрабатывают ее с образованием обогащенного гелием потока, который в данном случае представляет собой желательный поток продукта. Отделение азота и при известных обстоятельствах других компонентов, например таких, как метан, кислород и т.д., от фракции, содержащей по меньшей мере азот и гелий, обычно проводят частичной конденсацией в сепараторной камере или сепараторе. Разделение индивидуальных компонентов фракции, содержащей по меньшей мере азот и гелий, проводят соответственно термодинамическому равновесию при данной температуре и данном давлении смеси. Сжиженную порцию азота - а также при определенных обстоятельствах метана и/или кислорода - при этом выводят из отстойника сепаратора, тогда как оставшуюся газообразной часть, которая состоит из азота, гелия и следов метана, кислорода и т.д., выпускают через головную часть сепаратора [US 2009013718 A1, опубл. 15.01.2009, МПК F25J 3/02].

Наряду с термодинамическим равновесием проявляются такие эффекты течения, что с газовой фазой уносятся или, соответственно, увлекаются капельки жидкости. В целом же газовая фаза, выводимая из головной части сепаратора, может иметь относительно сильное остаточное загрязнение метаном, кислородом и т.д. В дальнейшем процессе концентрирования гелия из газовой фазы сепаратора выводят фракцию сжиженного азота (LIN, «жидкий азот») в качестве продукта. К этой фракции продукта обычно предъявляют высокие требования в отношении отсутствия примесей горючих компонентов, здесь метана и кислорода.

Тем самым существует потребность в способе отделения нежелательных микрокомпонентов от фракции, содержащей по меньшей мере азот и гелий, который устраняет вышеуказанные недостатки и, по сравнению с прототипом, позволяет получить удовлетворительное качество вышеуказанного жидкого азота (LIN) как продукта установки.

Для решения этой задачи предлагается соответствующий изобретению способ отделения микрокомпонентов от фракции, содержащей по меньшей мере азот и гелий, который отличается тем, что частично сконденсированную фракцию, по меньшей мере частично, направляют по меньшей мере в одну ректификационную колонну и в ней разделяют на обогащенную гелием газообразную фракцию и обогащенную азотом жидкостную фракцию, которая содержит микрокомпоненты.

Согласно изобретению разделение фракции, содержащей по меньшей мере азот и гелий, на обогащенную гелием газообразную фракцию, а также обогащенную азотом жидкостную фракцию, проводят по меньшей мере в одной ректификационной колонне, причем вышеуказанную фракцию вводят в ректификационную колонну в нижней части, преимущественно в отстойник ректификационной колонны. Ректификационную колонну предпочтительно оснащают многочисленными колпачковыми тарелками и/или насадками, благодаря чему повышается эффективность протекающего в ней процесса разделения. В предпочтительном варианте исполнения в ректификационную колонну через подходящее насадочное устройство в головной части подводят хладагент и распределяют в ней.

Дополнительные предпочтительные варианты исполнения соответствующего изобретению способа, которые представляют собой предметы прилагаемых пунктов патентной формулы, отличаются тем, что

- частично сконденсированную фракцию прежде всего направляют в сепаратор и полученную в сепараторе обогащенную гелием газообразную фракцию, по меньшей мере частично, подают по меньшей мере в одну ректификационную колонну,

- в ректификационную колонну подают азот или обогащенную азотом фракцию в качестве противоточной среды, и

- процесс разделения внутри ректификационной колонны стимулируют с помощью размещенных в ней насадок и/или колпачковых тарелок.

Соответствующий изобретению способ отделения микрокомпонентов от фракции, содержащей по меньшей мере азот и гелий, а также дополнительные предпочтительные варианты исполнения его далее будут более подробно разъяснены с привлечением представленного на фигуре примера исполнения.

В представленном на фигуре варианте исполнения соответствующего изобретению способа в данном случае перед предусмотренной согласно изобретению ректификационной колонной Т размещают сепаратор D. В альтернативном варианте он может быть встроен в нижнюю часть ректификационной колонны, предпочтительно в области ее отстойника.

Отделенная фракция 1, содержащая по меньшей мере азот и гелий, включает лишь несколько процентов метана и гелия и, при известных обстоятельствах, кислород и водород в концентрации немногих промилле, причем остальное количество составляет азот. Эта фракция имеет температуру свыше 300 К (27°С) и охлаждается в теплообменнике Е в противотоке с разогреваемыми технологическими потоками, которые впоследствии будут обсуждены подробнее, до температуры около 80 К (-193°С). Охлажденную фракцию по трубопроводу 2 направляют в сепаратор D. Из его отстойника через трубопровод 3 выводят первую обогащенную азотом фракцию и в редукционном клапане «а» подвергают расширению с охлаждением. В головной части сепаратора D по трубопроводу 4 выводят обогащенную гелием фракцию и вводят в ректификационную колонну Т в ее нижней части.

Как уже упоминалось, внутри ректификационной колонны Т с целью повышения эффективности процесса разделения размещены многочисленные насадки и/или колпачковые тарелки - изображенные пунктирными линиями. По трубопроводу 10 в ректификационную колонну Т в ее головную часть вводят хладагент; при этом речь идет преимущественно о жидком азоте или обогащенной азотом сжиженной фракции.

Из отстойника ректификационной колонны Т по трубопроводу 5 выводят вторую обогащенную азотом фракцию, подвергают ее расширению с охлаждением в клапане «b» и объединяют с первой обогащенной азотом фракцией 3 с образованием потока 8. Этот поток разогревается в теплообменнике Е охлаждаемой вводимой фракцией 1, и затем по трубопроводу 9, например, предпочтительно после выжигания метана, его выпускают в атмосферу.

Из головной части ректификационной колонны Т по трубопроводу 6 выводят обогащенную азотом и гелием фракцию 6. Содержание в ней метана, кислорода и водорода находится в диапазоне промилле, тогда как она включает гелий соответственно содержанию во вводимой фракции 1. Фракция 6 также разогревается в теплообменнике Е охлаждаемой вводимой фракцией 1, и по трубопроводу 7 ее направляют на дальнейшее использование, например на не показанное на фигуре дополнительное обогащение и сжижение гелия.

Соответствующий изобретению способ отделения микрокомпонентов от фракции, содержащей по меньшей мере азот и гелий, сравнительно с известным прототипом представляет собой более эффективный способ отделения и очистки и, кроме того, экономит энергию и затраты. Количество противоточной среды или, соответственно, дополнительного жидкого азота в качестве флегмы 10 для ректификационной колонны Т может быть отрегулировано соответственно конкретным эксплуатационным условиям, благодаря чему производственные затраты на соответствующую изобретению ректификационную колонну не превышают достигнутой, по сравнению с одним простым сепаратором, значительной экономии производственных расходов. Теперь же могут быть упрощены или вообще исключены необходимые до сих пор дорогостоящие процессы дополнительной очистки.

При вышеописанном исполнении способа вышеуказанные компоненты метан и кислород отделяются с азотом в качестве кубового продукта ректификационной колонны Т. Поскольку получаемая(-мые) из головного продукта ректификационной колонны Т обогащенная(-ные) азотом фракция(-ции) сжижается(-ются) и, например, должна(-ны) использоваться в ходе дальнейшего процесса в качестве хладагента, нужно учитывать то, что ввиду концентрирования метана и/или кислорода может возникать взрывоопасная и горючая газовая смесь.

Эти нежелательные микрокомпоненты теперь могут быть удалены с помощью предусмотренной согласно изобретению ректификационной колонны на сравнительно ранней стадии из собственно процесса очистки потока обогащенного гелием продукта, выводимого из головной части ректификационной колонны. Это имеет результатом то, что в дальнейшем процессе обработки этого потока продукта их больше не нужно принимать во внимание, как это имеет место в описанных в прототипе способах разделения и, соответственно, очистки.

1. Способ отделения микрокомпонентов от фракции (1), содержащей по меньшей мере азот и гелий, где ее до обогащения гелием частично конденсируют (Е), отличающийся тем, что частично сконденсированную фракцию (2), по меньшей мере частично, направляют по меньшей мере в одну ректификационную колонну (Т) и в ней разделяют на обогащенную гелием газообразную фракцию (6) и обогащенную азотом жидкостную фракцию (5), которая содержит микрокомпоненты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частично сконденсированную фракцию (2) сначала направляют в сепаратор (D) и полученную в сепараторе (D) обогащенную гелием газообразную фракцию (4), по меньшей мере частично, подводят по меньшей мере в одну ректификационную колонну (Т).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в ректификационную колонну (Т) вводят азот или обогащенную азотом фракцию (10) в качестве противоточной среды.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что процесс разделения внутри ректификационной колонны (Т) стимулируют размещенными в ней насадками и/или колпачковыми тарелками.



 

Похожие патенты:

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).

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.

Изобретение относится к способу получения фракции чистого гелия из исходной фракции, содержащей гелий, метан и азот. Исходную фракцию подвергают разделению N2/CH4 (А).

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.

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.

Изобретение относится к технике и технологии низкотемпературной переработки газа и может быть использовано на объектах нефте- и газоперерабатывающей промышленности.

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.

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.

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.

Группа изобретений относится к способу обработки природного газа, содержащего диоксид углерода. В способе обработки природный газ разделяют посредством криогенного процесса.

Изобретение относится к технологии извлечения ценных компонентов из природного углеводородного газа и может быть использовано на предприятиях газоперерабатывающей промышленности. Способ переработки природного углеводородного газа включает систему взаимосвязанных между собой первого блока предварительного охлаждения газа, проходящего последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник, сепаратор первой ступени и турбодетандерный агрегат, второго блока конденсации и переохлаждения газа, проходящего теплообменники, сепараторы и отпарные колонны, третьего блока выделения этана и широкой фракции легких углеводородов из подготовленного газа, охлаждаемого в теплообменниках и пропановом испарителе и поступающего в деметанизатор с отводами метано-азотно-гелиевой смеси с верха и кубовой жидкости снизу, которую направляют в деэтанизатор со встроенным дефлегматором, с верха деэтанизатора отводят этановую фракцию, а снизу - кубовую жидкость в виде широкой фракции легких углеводородов, и четвертого блока получения гелиевого концентрата методом криогенного разделения метано-азотно-гелиевой смеси на метановую фракцию и гелиевый концентрат. Полученные потоки метановой фракции отправляют на дополнительный пятый блок компримирования, в котором метановую фракцию компримируют и разделяют на два потока, первый из которых отправляют потребителям в качестве товарного газа, а второй поток направляют в первый блок, где подвергают глубокому охлаждению, и подают в третий блок, полностью используя в качестве орошения в деметанизатор или полностью дросселируя и подавая в качестве хладагента в дефлегматор, встроенный в деэтанизатор, или разделяя на третий и четвертый потоки. Третий поток подают в качестве орошения в деметанизатор, а четвертый дросселируют и подают в качестве хладагента в дефлегматор, встроенный в деэтанизатор. Техническим результатом является увеличение отбора этана из исходного природного газа, сохранение гелия и увеличение энергоэффективности установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области технологии разделения стабильных изотопов азота 14N и 15N. Способ концентрирования изотопов азота включает проведение противоточного массообменного процесса с использованием молекулярного азота в качестве рабочего вещества, при этом газообразную смесь изотопов азота приводят в контакт с раствором нитрогенильного комплексного соединения переходного металла, способного к термическому отщеплению молекулярного азота и вступающего с ним в реакцию химического изотопного обмена с накоплением 15N в одной из фаз, a 14N - в другой. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента разделения изотопов азота и эффективное и экологически безопасное концентрирование изотопа 15N. 2 з.п. ф-лы, 5 пр.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к способам и устройствам получения компонентов газовых смесей методом ректификации. Способ низкотемпературного разделения газовой смеси заключается в том, что в колонну подают охлажденную разделяемую газовую смесь, подводят тепло к жидкой фракции высококипящего компонента разделяемой газовой смеси в кубе колонны от испарителя и электронагревателя, отводят тепло от разделяемой газовой смеси хладагентом в конденсаторе с образованием флегмы и газообразной фракции низкокипящего компонента и осуществляют контроль температуры по высоте колонны. Затем в колонну дополнительно подают промежуточный компонент, у которого при заданном давлении в колонне температура конденсации выше температуры конденсации низкокипящего компонента разделяемой газовой смеси, но ниже температуры конденсации высококипящего компонента разделяемой газовой смеси. Удерживают промежуточный компонент в укрепляющей части колонны путем регулирования расхода отбираемой газообразной фракции низкокипящего компонента разделяемой газовой смеси по температуре и давлению в укрепляющей части колонны. Подачу промежуточного компонента начинают после охлаждения флегмой как минимум на протяжении 20% высоты укрепляющей части колонны, примыкающей к конденсатору, и заканчивают подачу промежуточного компонента после охлаждения флегмой всей укрепляющей части колонны, а охлаждение отгонной части колонны сопровождают подачей разделяемой газовой смеси с ограничением расхода до 20…30% от полного расхода, который производят после появления в кубе колонны жидкой фракции высококипящего компонента разделяемой газовой смеси. Требуемый технический результат заключается в расширении области применения. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способам подготовки углеводородных газов. Способ подготовки попутного нефтяного газа включает низкотемпературную сепарацию газа за счет его последовательного охлаждения подготовленным газом и сторонним хладоагентом с конденсацией флегмы. Газ предварительно смешивают с газом стабилизации, компримируют с охлаждением компрессата в условиях дефлегмации за счет охлаждения сторонним хладоагентом с получением первого конденсата, затем компримируют в условиях дефлегмации за счет охлаждения сторонним хладоагентом и газом низкотемпературной сепарации с получением второго конденсата, смешивают с газом выветривания, редуцируют и сепарируют с получением газа и конденсата низкотемпературной сепарации. Второй конденсат редуцируют и сепарируют с получением газа выветривания и выветренного конденсата. Выветренный конденсат смешивают с первым конденсатом и нагретым конденсатом низкотемпературной сепарации. Полученную смесь стабилизируют с получением стабильного конденсата и газа стабилизации с использованием в качестве хладоагента конденсата низкотемпературной сепарации, а также внешних хладоагента и теплоносителя. Техническим результатом является повышение выхода подготовленного газа, получение стабильного конденсата и подготовка попутного нефтяного газа низкого давления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх