УСТАНОВКА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ГАЗА

Полезная модель относится к технике переработки углеводородных газов путем низкотемпературного разделения и может быть использована в нефте- и газоперерабатывающей промышленности.
Известна установка переработки углеводородного газа (см. евразийский патент №8462, F25J 3/00, опубл. 29.06.2007, фиг.2), включающая трубопровод подачи сырья в первый узел охлаждения газа, снабженный входом и выходом газовой и жидкой фаз и выходом газожидкостной смеси, сепаратор первой ступени, снабженный выходами газовой и жидкой фаз, второй узел охлаждения газа, снабженный входом и выходом газовой и жидкой фаз и выходом газожидкостной смеси, сепаратор второй ступени, снабженный выходами газовой и жидкой фаз, третий узел охлаждения газа, турбодетандер и ректификационную колонну с входами для подачи сырья и выходами газа и жидкости, снабженную в нижней части рибойлером, при этом выход жидкой фазы из сепаратора первой ступени соединен с входом жидкой фазы в первый узел охлаждения газа, а выход жидкой фазы из сепаратора второй ступени соединен с входом жидкой фазы во второй узел охлаждения газа, причем выходы жидкой фазы из первого и второго узлов охлаждения газа соединены с входами для подачи сырья в нижнюю часть ректификационной колонны, кроме того, выход газовой фазы из сепаратора второй ступени соединен с входом турбодетандера и с третьим узлом охлаждения газа, выходы из которых соединены с входами для подачи сырья в верхнюю часть ректификационной колонны, а выход газа из ректификационной колонны последовательно соединен с входами для подачи газовой фазы в третий, второй и первый узлы охлаждения газа.
Общими признаками известной и предлагаемой установок являются:
- трубопровод подачи сырья в первый узел охлаждения газа, снабженный входом и выходом газовой и жидкой фаз и выходом газожидкостной смеси:
- выход газожидкостной смеси из первого узла охлаждения газа соединен с сепаратором первой ступени, снабженным выходами газовой и жидкой фаз:
- выход газовой фазы из сепаратора первой ступени соединен со вторым узлом охлаждения газа, снабженным входом и выходом газовой и жидкой фаз и выходом газожидкостной смеси;
- выход газожидкостной смеси из второго узла охлаждения газа соединен с сепаратором второй ступени, снабженным выходами газовой и жидкой фаз;
- выход газовой фазы из сепаратора второй ступени соединен с турбодетандером и далее с входом для подачи сырья в верхнюю часть ректификационной колонны;
- выход жидкой фазы из сепаратора второй ступени соединен с входом жидкой фазы во второй узел охлаждения газа:
- ректификационная колонна с входами для подачи сырья и выходами газа и жидкости, снабженная в нижней части рибойлером.
Недостатком известной установки являются высокие капитальные и эксплуатационные затраты вследствие наличия на установке большого количества средств охлаждения газа (и трех узлов охлаждения газа, и турбодетандера).
Наиболее близкой по технической сущности и заявляемому результату является установка низкотемпературной конденсации газа (см. Берлин М.А. и др. «Переработка нефтяных и природных газов». М., «Химия», 1981, с.185), включающая трубопровод подачи сырья в первый узел охлаждения газа, снабженный входом и выходом газовой и жидкой фаз и выходом газожидкостной смеси, сепаратор первой ступени, снабженный выходами газовой и жидкой фаз, второй узел охлаждения газа, снабженный входом и выходом газовой и жидкой фаз и выходом газожидкостной смеси, сепаратор второй ступени, снабженный выходами газовой и жидкой фаз, третий узел охлаждения газа, снабженный входом и выходом жидкой фазы, и ректификационную колонну с входами для подачи сырья и орошения и выходами газа деэтанизации и широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), снабженную в нижней части рибойлером, при этом выход жидкой фазы из сепаратора первой ступени соединен с входом жидкой фазы в первый и во второй узлы охлаждения газа, а выход жидкой фазы из сепаратора второй ступени соединен с входом жидкой фазы во второй узел охлаждения газа, кроме того выход газовой фазы из сепаратора второй ступени последовательно соединен с входами газовой фазы во второй и первый узлы охлаждения газа, выход жидкой фазы из второго узла охлаждения газа соединен с входом жидкой фазы третьего узла охлаждения газа, а выходы жидкой фазы из первого и третьего узлов охлаждения газа соединены с входами для подачи сырья в ректификационную колонну.
Общими признаками известной и предлагаемой установок являются:
- трубопровод подачи сырья в первый узел охлаждения газа, снабженный входом и выходом газовой и жидкой фаз и выходом газожидкостной смеси;
- выход газожидкостной смеси соединен с сепаратором первой ступени, снабженным выходами газовой и жидкой фаз;
- выход газовой фазы из сепаратора первой ступени соединен со вторым узлом охлаждения газа;
- второй узел охлаждения газа снабжен входом и выходом газовой и жидкой фаз и выходом газожидкостной смеси, соединенным с сепаратором второй ступени;
- сепаратор второй ступени снабжен выходом газовой фазы и выходом жидкой фазы;
- выход жидкой фазы из сепаратора второй ступени соединен с входом жидкой фазы во второй узел охлаждения газа;
- ректификационная колонна с входами для подачи сырья и выходами газа и углеводородного конденсата, снабженная в нижней части рибойлером.
Недостатком известной установки является невысокая степень извлечения целевых углеводородов вследствие недостаточной степени охлаждения газа ввиду отсутствия на установке устройств глубокого охлаждения газа (например, турбодетандера). Кроме того, сырьем известной установки является сырой газ, при этом технологическая схема установки не предполагает какой-либо осушки сырого газа или использования на установке ингибитора гидратообразования, в связи с этим на данной установке высока вероятность образования газовых гидратов, которые могут привести к закупорке трубопроводов и аппаратов и в результате к аварийной ситуации и высоким капитальным и эксплуатационным затратам.
Техническим результатом предлагаемой установки является повышение степени извлечения целевых углеводородов, а также снижение капитальных и эксплуатационных затрат.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке низкотемпературной конденсации газа, включающей трубопровод подачи сырья, первый узел охлаждения газа, снабженный входом и выходом газовой и жидкой фаз и выходом газожидкостной смеси, соединенным с сепаратором первой ступени, снабженным выходом жидкой фазы и выходом газовой фазы, соединенным со вторым узлом охлаждения газа, снабженным входом и выходом газовой и жидкой фаз и выходом газожидкостной смеси, соединенным с сепаратором второй ступени, снабженным выходом газовой фазы и выходом жидкой фазы, соединенным с входом жидкой фазы во второй узел охлаждения газа, и ректификационную колонну с входами для подачи сырья и выходами отбензиненного газа и конденсата, снабженную в нижней части рибойлером, согласно полезной модели выход газовой фазы из сепаратора второй ступени соединен с дополнительно установленным турбодетандером и далее с входом для подачи сырья в верхнюю часть ректификационной колонны, а выход жидкой фазы из сепаратора первой ступени соединен с выходом жидкой фазы из второго узла охлаждения газа и далее с входом для подачи сырья в нижнюю часть ректификационной колонны.
Кроме того, выход отбензиненного газа из ректификационной колонны соединен с входом газовой фазы во второй узел охлаждения и далее с входом газовой фазы в первый узел охлаждения газа.
Кроме того, выход конденсата из ректификационной колонны соединен с входом жидкой фазы в первый узел охлаждения газа.
Кроме того, рибойлер ректификационной колонны соединен с первым узлом охлаждения газа.
Кроме этого, установка может быть снабжена дополнительным узлом деэтанизации, снабженным выходами газа деэтанизации и широкой фракции легких углеводородов, при этом вход в узел деэтанизации соединен с выходом жидкой фазы из первого узла охлаждения газа, а выход газа деэтанизации соединен с выходом отбензиненного газа.
Заявляемая совокупность признаков установки позволяет снизить содержание тяжелых углеводородов в детандируемом газе и за счет этого понизить температуру переработки газа, тем самым увеличив количество получаемых целевых углеводородов.
Соединение выхода газовой фазы из сепаратора второй ступени с дополнительно установленным турбодетандером и далее с ректификационной колонной позволяет за счет глубокого охлаждения газа в турбодетандере извлечь в ректификационной колонне максимальное количество целевых углеводородов.
Соединение выхода жидкой фазы из сепаратора первой ступени с выходом жидкой фазы второго узла охлаждения газа и далее с ректификационной колонной позволяет снизить содержание легких углеводородов в конденсате, тем самым уменьшив потери целевых углеводородов в процессе деметанизации конденсата в ректификационной колонне.
Последовательное соединение выхода отбензиненного газа со вторым и первым узлами охлаждения газа позволяет для теплообмена использовать только внутренние потоки и оборудование установки, не прибегая при этом к дополнительному оборудованию, что позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты.
Соединение выхода конденсата из ректификационной колонны с входом жидкой фазы в первый узел охлаждения газа позволяет за счет холода конденсата охладить и сконденсировать поток осушенного газа и при этом осуществить нагрев конденсата, тем самым, снизив капитальные и эксплуатационные затраты установки.
Соединение рибойлера ректификационной колонны с первым узлом охлаждения газа позволяет осуществить нагрев нижней части ректификационной колонны частью потока осушенного газа и при этом за счет холода жидкости низа ректификационной колонны дополнительно охладить поток осушенного газа и лучше его сконденсировать, тем самым, снизив капитальные и эксплуатационные затраты установки.
Снабжение установки дополнительным узлом деэтанизации позволяет увеличить на установке выработку целевых углеводородов, поскольку позволяет проводить процесс деэтанизации конденсата при более высоком давлении, чем давление после турбодетандера в ректификационной колонне (деметанизаторе).
На рисунке представлена принципиальная схема установки низкотемпературной конденсации газа.
Установка содержит трубопровод 1 подачи сырья в первый узел охлаждения газа 2, снабженный входом 3 и выходом 4 газовой фазы, входом 5 и выходом 6 жидкой фазы и выходом 7 газожидкостной смеси.
Выход 7 газожидкостной смеси соединен с сепаратором первой ступени 8, снабженным выходом 9 газовой фазы и выходом 10 жидкой фазы.
Выход 9 газовой фазы из сепаратора первой ступени 8 соединен со вторым узлом охлаждения газа 11.
Второй узел охлаждения газа 11 снабжен входом 12 и выходом 13 газовой фазы, входом 14 и выходом 15 жидкой фазы и выходом 16 газожидкостной смеси.
Выход 16 газожидкостной смеси соединен с сепаратором второй ступени 17, снабженным выходом 18 газовой фазы и выходом 19 жидкой фазы.
Выход 19 жидкой фазы из сепаратора второй ступени 17 соединен с входом 14 жидкой фазы во второй узел охлаждения 11.
Выход 18 газовой фазы из сепаратора второй ступени 17 соединен с турбодетандером 20 и далее с входом 21 для подачи сырья в ректификационную колонну 22.
Выход 10 жидкой фазы из сепаратора первой ступени 8 соединен с выходом 15 жидкой фазы из второго узла охлаждения газа 11 и далее с входом 23 для подачи сырья в ректификационную колонну 22.
Ректификационная колонна 22 снабжена выходом 24 отбензиненного газа и выходом 25 конденсата. В нижней части ректификационной колонны 22 установлен рибойлер 26.
Рибойлер 26 может быть соединен с первым узлом охлаждения газа 2 (см. потоки 27, 28).
Выход 24 отбензиненного газа соединен с входом 12 газовой фазы во второй узел охлаждения газа 11, выход 13 газовой фазы из которого соединен с входом 3 газовой фазы в первый узел охлаждения газа 2, выход 4 газовой фазы из которого соединен с турбодетандером 20.
Выход 25 конденсата соединен с входом 5 жидкой фазы в первый узел охлаждения газа 2.
При необходимости установка может быть снабжена дополнительным узлом деэтанизации 29, снабженным выходом 30 газа деэтанизации и выходом 31 широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), при этом вход 32 для подачи сырья в узел деэтанизации 29 соединен с выходом 6 жидкой фазы из первого узла охлаждения газа 2. Выход 30 газа деэтанизации соединен с выходом 24 отбензиненного газа из ректификационной колонны 22.
Первый узел охлаждения газа 2 и второй узел охлаждения газа 11 состоят из последовательно установленных теплообменников.
Установка работает следующим образом.
Осушенный газ двумя потоками поступает в первый узел охлаждения газа 2. Основной поток осушенного газа охлаждается в первом узле охлаждения газа 2 потоком отбензиненного газа, поступающего из второго узла охлаждения газа 11, а оставшийся поток осушенного газа охлаждается в первом узле охлаждения газа 2 потоком конденсата, поступающего из ректификационной колонны 22. Затем оставшийся поток осушенного газа доохлаждается совместно с основным потоком осушенного газа, после чего объединенный поток осушенного газа в виде газожидкостной смеси через выход 7 поступает в сепаратор первой ступени 8.
В сепараторе первой ступени 8 происходит разделение газовой и жидкой фаз.
Газовая фаза из сепаратора первой ступени 8 через выход 9 поступает во второй узел охлаждения газа 11, в котором охлаждается сначала за счет рекуперации холода отбензиненного газа из ректификационной колонны 22, а затем - за счет рекуперации холода жидкой фазы из сепаратора второй ступени 17. После чего охлажденная газовая фаза в виде газожидкостной смеси через выход 16 поступает в сепаратор второй ступени 17.
В сепараторе второй ступени 17 происходит разделение газовой и жидкой фаз.
Газовая фаза из сепаратора второй ступени 17 через выход 18 поступает в турбодетандер 20 и затем через вход 21 поступает в верхнюю часть ректификационной колонны 22.
Жидкая фаза из сепаратора второй ступени 17 через выход 19 и далее через вход 14 поступает во второй узел охлаждения газа 11, в котором нагревается потоком газовой фазы из сепаратора первой ступени 8. Затем жидкая фаза выводится через выход 15 из второго узла охлаждения газа 11 и соединяется с потоком жидкой фазой из сепаратора первой ступени 8, поступающим через выход 10. Объединенный поток жидкой фазы через вход 23 поступает в нижнюю часть ректификационной колонны 22.
В ректификационной колонне 22 происходит разделение отбензиненного газа и конденсата. Часть жидкости с нижней части ректификационной колонны 22 поступает в рибойлер 26 для ее нагрева за счет теплообмена с потоком осушенного газа, поступающего из первого узла охлаждения газа 2 (см. потоки 27, 28), и затем возвращается в нижнюю часть ректификационной колонны 22 для частичной деметанизации кубового продукта.
Поток отбензиненного газа через выход 24 направляется во второй узел охлаждения газа 11 для охлаждения газовой фазы из сепаратора первой ступени 8. После чего отбензиненный газ поступает в первый узел охлаждения газа 2, в котором охлаждает сначала объединенный поток осушенного газа, а затем - основной поток осушенного газа. После первого узла охлаждения газа 2 поток отбензиненного газа проходит компрессорную часть турбодетандера 20 и затем выводится с установки.
Конденсат через выход 25 и далее вход 5 поступает в первый узел охлаждения газа 2 для охлаждения оставшегося потока осушенного газа, после чего через выход 6 направляется в узел деэтанизации 29 (при необходимости) или выводится с установки.
В узле деэтанизации 29 из конденсата вырабатывается широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ) и газ деэтанизации. ШФЛУ в качестве товарного продукта выводится с установки, а газ деэтанизации смешивается с отбензиненным газом, выходящим из ректификационной колонны 22, и вместе с ним направляется через вход 12 во второй узел охлаждения газа 11.
На предлагаемой установке совместно с осушенным газом может дополнительно перерабатываться и осушенный конденсат, который может поступать либо на смешение с осушенным газом перед входом в первый узел охлаждения газа 2, либо на смешение с конденсатом перед его подачей в узел деэтанизации 29.