Установка низкотемпературной сепарации с фракционирующей абсорбцией нтсфа для переработки природного газа с выделением углеводородов c2+ (варианты)

Изобретение относится к установкам низкотемпературной сепарации и может быть использовано в газовой промышленности для выделения углеводородов С₂₊ из природного газа. Предложено два варианта установки. В варианте 1 имеется блок осушки, внешний контур охлаждения в составе испарителя, компрессора, конденсатора и редуцирующего устройства, рекуперационные теплообменники, редуцирующие устройства, насос, выветриватель, низкотемпературный сепаратор, фракционирующий абсорбер, деметанизатор и деэтанизатор. Вариант 2 установки взамен оборудования внешнего контура охлаждения включает компрессор, холодильник и редуцирующее устройство. При работе первого варианта установки газ высокого давления осушают и охлаждают в первом рекуперационном теплообменнике, в испарителе и во втором рекуперационном теплообменнике, охлажденный газ редуцируют и направляют во фракционирующий абсорбер, охлаждаемый газом низкотемпературной сепарации, который затем нагревают в первом теплообменнике и выводят. Работа второго варианта отличается тем, что часть газа высокого давления сжимают компрессором. Изобретение обеспечивает увеличение выхода углеводородов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к установкам низкотемпературной сепарации и может быть использовано в газовой промышленности для выделения углеводородов С₂₊ из природного газа.

Известен способ сжижения богатого углеводородами потока с одновременным извлечением С₃₊ - богатой фракции с высоким выходом [RU 2317497, опубл. 20.02.2008 г., МПК F25J 1/02, F25J 3/00], осуществляемый на установке, включающей три холодильных каскада со смешанными хладоагентами разного состава и блок фракционирования, состоящий из сепаратора, детандер-компрессорного агрегата, насоса, рекуперационного теплообменника, абсорбера и отпарной колонны.

Недостатками известной установки являются неполное извлечение углеводородов С₃₊ и невозможность выделения этана.

Наиболее близка к предлагаемому изобретению установка комплексной подготовки газа [RU 2624710, опубл. 05.07.2017 г., МПК F25J 3/00, С07С 7/00, C10G 5/06], включающая входной сепаратор, два рекуперационных теплообменника, дефлегматор, редуцирующие устройства, блок низкотемпературной сепарации и блок стабилизации.

Недостатком данной установки является низкий выход углеводородов С₂₊ из-за недостаточного охлаждения газа.

Задача изобретения - повышение выхода углеводородов С₂₊.

Техническим результатом является повышение выхода углеводородов С₂₊ за счет установки в качестве редуцирующих устройств по меньшей мере одного детандера, кинематически и/или электрически соединенного с компрессором для сжатия хладоагента внешнего цикла охлаждения или хладоагента смешения (части газа высокого давления), за счет соединения устройства для охлаждения верха деметанизатора с линией подачи абсорбата, а также за счет оснащения установки деэтанизатором, соединенным линией подачи пропан-бутановой фракции в качестве абсорбента с фракционирующим абсорбером, установленным взамен дефлегматора.

Предложено два варианта установки, в первом из которых установлен компрессор хладоагента внешнего контура охлаждения, а во втором -компрессор части газа высокого давления.

Технический результат в первом варианте достигается тем, что в предлагаемой установке, оснащенной линиями газа высокого и низкого давления, включающей два рекуперационных теплообменника, редуцирующие устройства, блоки низкотемпературной сепарации и стабилизации, особенность заключается в том, что в качестве блока стабилизации установлен деметанизатор с верхней охлаждаемой и нижней обогреваемой секциями и зоной питания между ними, соединенный с деэтанизатором линией подачи углеводородов С₂₊, а с линией подачи газа абсорбции - линией подачи метансодержащего газа, в качестве блока низкотемпературной сепарации расположен низкотемпературный сепаратор, оснащенный линией вывода конденсата в линию подачи абсорбата перед выветривателем и линией подачи газа в устройство охлаждения фракционирующего абсорбера, по меньшей мере одно из редуцирующих устройств выполнено в виде детандера, кинематически и/или электрически соединенного с компрессором внешнего контура охлаждения, на линии газа высокого давления установлен блок осушки, затем параллельно расположены первый рекуперационный теплообменник и испаритель внешнего контура охлаждения со вторым рекуперационным теплообменником, далее размещены первое редуцирующее устройство и фракционирующий абсорбер, соединенный линией подачи газа низкотемпературной сепарации с первым рекуперационным теплообменником, оснащенным линией вывода газа низкого давления, с низкотемпературным сепаратором - линией подачи газа абсорбции с расположенным на ней вторым редуцирующим устройством, а с зоной питания деметанизатора - линией подачи абсорбата, на которой расположены третье редуцирующее устройство, выветриватель, оснащенный линией подачи газа выветривания в линию подачи газа абсорбции, насос, охлаждающее устройство верхней секции деметанизатора и второй рекуперационный теплообменник, кроме того, деэтанизатор оборудован линией вывода этановой фракции и линией вывода пропан-бутановой фракции, которая соединена с верхней частью фракционирующего абсорбера, при этом внешний контур охлаждения включает расположенные на линии циркуляции хладоагента испаритель, компрессор, конденсатор и редуцирующее устройство внешнего контура охлаждения.

Второй вариант отличается размещением на линии газа высокого давления, параллельно первому рекуперационному теплообменнику, компрессора, холодильника, второго рекуперационного теплообменника и четвертого редуцирующего устройства взамен внешнего контура охлаждения.

При необходимости установку оснащают блоком очистки газа от углекислоты, например, адсорбционного или абсорбционного типа, размещаемым на линии газа высокого давления, а на линии газа низкого давления может быть установлена компрессорная станция и теплообменник предварительного охлаждения газа высокого давления. При необходимости снижения нагрузки по жидкости на фракционирующий абсорбер, на линии газа высокого давления может быть расположен сепаратор, оснащенный линией подачи конденсата в линию подачи абсорбата перед третьим редуцирующим устройством. Для снижения потерь углеводородов С₂₊ на линии подачи части пропан-бутановой фракции в качестве абсорбента может быть установлен холодильник. Для снижения нагрузки низкотемпературного сепаратора по газу по меньшей мере часть метансодержащего газа может подаваться минуя его, непосредственно в линию газа низкотемпературной сепарации. Насос может быть электрически или кинематически связан с одним из детандеров.

Установка оборудована блоком осушки, например, адсорбционного или абсорбционного типа. Деметанизатор и деэтанизатор могут быть выполнены в виде ректификационных колонн. Редуцирующие устройства могут быть выполнены в виде дроссельного вентиля или вихревой трубы или детандера. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Установка в качестве по меньшей мере одного из редуцирующих устройств детандера, соединенного кинематически или электрически с компрессором, позволяет использовать механическую энергию редуцирования технологического потока для дополнительного охлаждения газа путем выведения из установки тепла, которое выделяется (первый вариант) при сжатии циркулирующего хладоагента, с помощью конденсатора или (второй вариант), при сжатии части газа высокого давления, с помощью холодильника, что снижает температуру газа, уменьшает содержание углеводородов С₂₊ в газе низкотемпературной сепарации и увеличивает их выход в жидком виде. Увеличение выхода углеводородов С₂₊ за счет уменьшения потерь с газом низкотемпературной сепарации достигается путем соединения устройства для охлаждения верха деметанизатора с линией подачи абсорбата, что позволяет снизить температуру верха дементанизатора, а также путем оснащения установки деэтанизатором, соединенным линией подачи пропан-бутановой фракции в качестве абсорбента с фракционирующим абсорбером, что позволяет за счет абсорбции удалить из газа дополнительное количество углеводородов С₂₊.

Установка в первом варианте включает блок осушки 1, внешний контур охлаждения в составе испарителя 2, компрессора 3, конденсатора 4 и редуцирующего устройства 5, рекуперационные теплообменники 6 и 7, редуцирующие устройства 8, 9 и 10, насос 11, выветриватель 12, фракционирующий абсорбер 13, деметанизатор 14, деэтанизатор 15 и низкотемпературный сепаратор 16. Второй вариант установки взамен оборудования внешнего контура охлаждения включает компрессор 17, холодильник 18 и четвертое редуцирующее устройство 19. Установка может быть оборудована блоком очистки от углекислого газа 20, компрессорной станцией 21, сепаратором 22, теплообменником 23 и холодильником 24 (показано пунктиром). Все редуцирующие устройства условно показаны в виде детандеров.

При работе первого варианта установки (фиг. 1) газ высокого давления, подаваемый по линии 25, осушают в блоке 1 и разделяют на два потока, первый охлаждают в теплообменнике 6, а второй - в испарителе 2 хладоагентом, циркулирующим по линии 26, и в теплообменнике 7, затем потоки объединяют, редуцируют в устройстве 8, и подвергают абсорбции в аппарате 13, который охлаждают подаваемым по линии 27 газом низкотемпературной сепарации, который затем нагревают в теплообменнике 6 и выводят по линии 28 в качестве газа низкого давления. При циркуляции хладоагент после нагрева в испарителе 2 сжимают компрессором 3, приводимым в движение с помощью по меньшей мере одного из детандеров 5, 8, 9, 10, охлаждают в конденсаторе 4 и редуцируют в устройстве 5. Газ абсорбции выводят из аппарата 13 по линии 29, редуцируют в устройстве 9, смешивают с газом выветривания, подаваемым по линии 30 и метансодержащим газом, подаваемым по линии 31, разделяют в низкотемпературном сепараторе 16 на газ, выводимый по линии 27, и конденсат, подаваемый по линии 32 в линию 33, по которой из низа аппарата 13 выводят абсорбат. Абсорбат редуцируют с помощью устройства 10, смешивают с конденсатом низкотемпературной сепарации, выветривают в аппарате 12 с получением газа выветривания и остатка, который насосом 11, через устройство для охлаждения верхней секции деметанизатора 14 и теплообменник 7, подают в зону питания деметанизатора 14, из которого по линии 31 выводят метансодержащий газ, а по линии 34 углеводороды С₂₊ подают в деэтанизатор 15, из которого по линии 35 выводят этановую фракцию, а по линии 36 - пропан-бутановую фракцию, часть которой по линии 37 подают в аппарат 13 в качестве абсорбента. Работа второго варианта установки (фиг. 2) отличается тем, что второй поток газа высокого давления сжимают компрессором 17, приводимым в движение с помощью по меньшей мере одного из детандеров 8, 9, 10 и 19, охлаждают в холодильнике 18, теплообменнике 7 и редуцируют с помощью устройства 19. Возможные линии кинематической и/или электрической связи детандеров с компрессором показаны штрих-пунктиром.

При необходимости в обоих вариантах установки объединенный газовый поток очищают от углекислого газа в блоке 20, располагаемом на линии 25, а газ низкого давления сжимают в компрессорной 21, при этом из сепаратора 22 в линию 33 по линии 38 может подаваться конденсат, кроме того, часть пропан-бутановой фракции, подаваемый в качестве абсорбента по линии 37, может охлаждаться в холодильнике 24, а по меньшей мере часть метансодержащего газа может подаваться из линии 31 в линию 27 (показано пунктиром).

Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход углеводородов С₂₊ и может найти применение в газовой промышленности.

1. Установка низкотемпературной сепарации с фракционирующей абсорбцией НТСФА для переработки природного газа с выделением углеводородов C₂₊, оснащенная линиями газа высокого и низкого давления, включающая два рекуперационных теплообменника, редуцирующие устройства, блоки низкотемпературной сепарации и стабилизации, отличающаяся тем, что в качестве блока стабилизации установлен деметанизатор с верхней охлаждаемой и нижней обогреваемой секциями и зоной питания между ними, соединенный с деэтанизатором линией подачи углеводородов C₂₊, а с линией подачи газа абсорбции - линией подачи метансодержащего газа, в качестве блока низкотемпературной сепарации расположен низкотемпературный сепаратор, оснащенный линией вывода конденсата в линию подачи абсорбата перед выветривателем и линией подачи газа в устройство охлаждения фракционирующего абсорбера, по меньшей мере одно из редуцирующих устройств выполнено в виде детандера, кинематически и/или электрически соединенного с компрессором внешнего контура охлаждения, на линии газа высокого давления установлен блок осушки, затем параллельно расположены первый рекуперационный теплообменник и испаритель внешнего контура охлаждения со вторым рекуперационным теплообменником, далее размещены первое редуцирующее устройство и фракционирующий абсорбер, соединенный линией подачи газа низкотемпературной сепарации с первым рекуперационным теплообменником, оснащенным линией вывода газа низкого давления, с низкотемпературным сепаратором - линией подачи газа абсорбции с расположенным на ней вторым редуцирующим устройством, а с зоной питания деметанизатора - линией подачи абсорбата, на которой расположены третье редуцирующее устройство, выветриватель, оснащенный линией подачи газа выветривания в линию подачи газа абсорбции, насос, охлаждающее устройство верхней секции деметанизатора и второйрекуперационный теплообменник, кроме того, деэтанизатор оборудован линией вывода этановой фракции и линией вывода пропан-бутановой фракции, которая соединена с верхней частью фракционирующего абсорбера, при этом внешний контур охлаждения включает расположенные на линии циркуляции хладагента испаритель, компрессор, конденсатор и редуцирующее устройство внешнего контура охлаждения.

2. Установка низкотемпературной сепарации с фракционирующей абсорбцией НТСФА для переработки природного газа с выделением углеводородов C₂₊, оснащенная линиями газа высокого и низкого давления, включающая два рекуперационных теплообменника, редуцирующие устройства, блоки низкотемпературной сепарации и стабилизации, отличающаяся тем, что в качестве блока стабилизации установлен деметанизатор с верхней охлаждаемой и нижней обогреваемой секциями и зоной питания между ними, соединенный с деэтанизатором линией подачи углеводородов C₂₊, а с линией подачи газа абсорбции - линией подачи метансодержащего газа, в качестве блока низкотемпературной сепарации расположен низкотемпературный сепаратор, оснащенный линией вывода конденсата в линию подачи абсорбата перед выветривателем и линией подачи газа в устройство охлаждения фракционирующего абсорбера, по меньшей мере одно из редуцирующих устройств выполнено в виде детандера, кинематически и/или электрически соединенного с компрессором, блок осушки установлен на линии газа высокого давления, которая затем разделена на две линии, на первой линии установлен первый рекуперационный теплообменник, а на второй линии расположены компрессор, холодильник, второй рекуперационный теплообменник и первое редуцирующее устройство, далее первая и вторая линии соединены в одну линию, на которой размещены второе редуцирующее устройство и фракционирующий абсорбер, соединенный линией подачи газа низкотемпературной сепарации с первым рекуперационным теплообменником, оснащенным линией вывода газа низкого давления, снизкотемпературным сепаратором - линией подачи газа абсорбции с расположенным на ней третьим редуцирующим устройством, а с зоной питания деметанизатора - линией подачи абсорбата, на которой расположены третье редуцирующее устройство, выветриватель, оснащенный линией подачи газа выветривания в линию подачи газа абсорбции, насос, охлаждающее устройство верхней секции деметанизатора и второй рекуперационный теплообменник, при этом деэтанизатор оборудован линией вывода этановой фракции и линией вывода пропан-бутановой фракции, которая соединена с верхней частью фракционирующего абсорбера.