Деметанизатор (варианты)
DEMETHANIZER (OPTIONS)

Изобретение относится к конструкции ректификационных колонн и может быть использовано для деметанизации нестабильных широких фракций легких углеводородов в нефтегазовой промышленности.
2+
Наиболее близок к предлагаемому изобретению способ холодоснабжения и установка для извлечения газоконденсатных жидкостей [RU 2763101, опубл. 27.12.2021 г., МПК C10L 3/10, f25J 3/06], осуществляемый на установке выделения фракции углеводородов С, включающей в том числе ректификационную колонну (деметанизатор),
нижняя часть которого оснащена линией ввода первой части остатка сепарации охлажденного сырьевого газа,
а также линиями ввода/вывода первого и второго циркуляционных орошений, которые расположены ниже линии ввода первой части остатка сепарации охлажденного сырьевого газа,
а верхняя часть оснащена линией ввода первой части газа сепарации охлажденного сырьевого газа, редуцированной в детандерной секции детандер-компрессорного агрегата, которая расположена выше линии ввода первой части остатка сепарации охлажденного сырьевого газа,
линией ввода охлажденной и редуцированной смеси второй части газа сепарации охлажденного сырьевого газа и второй части остатка сепарации охлажденного сырьевого газа, которая расположена выше линии ввода первой части газа сепарации охлажденного сырьевого газа,
и линией ввода охлажденной и редуцированной части предварительно сжатого сухого отбензиненного газа, которая расположена выше линии ввода охлажденной и редуцированной смеси второй части газа сепарации охлажденного сырьевого газа и второй части остатка сепарации охлажденного сырьевого газа,
2+
при этом верх деметанизатора оснащен линией вывода остаточного газа (сухого отбензиненного газа), а низ оснащен линией вывода фракции углеводородов С (деметанизированной широкой фракции тяжелых углеводородов). Кроме того, низ деметанизатора может быть оснащен нагревателем со сторонним теплоносителем.
Недостатками данного деметанизатора является большие потери этана с сухим отбензиненным газом, а также большой диаметр верхней части деметанизатора, что увеличивает его массу и стоимость. Причиной указанных недостатков является оснащение верхней части деметанизатора линиями ввода газо-жидкостных потоков, содержащих до 99% из газовой фазы. Это приводит к высокой нагрузке верхней части деметанизатора по газовой фазе, что требует увеличения его диаметра для предотвращения уноса жидкой фазы, а также приводит к потерям этана с остаточным газом из-за переноса этана в результате массообмена в сухой отбензиненный газ.
Задача изобретения - снижение потерь этана с сухим отбензиненным газом и уменьшение диаметра верхней части деметанизатора.
Технический результат - снижение потерь этана с сухим отбензиненным газом и уменьшение диаметра верхней части деметанизатора - достигается путем изменения обвязки деметанизатора в части вводимых потоков.
Предложено два варианта деметанизатора, отличающимися фазовым составом потока, подаваемого в верхнюю часть деметанизатора по третьей сверху линии.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном деметанизаторе,
нижняя часть которого оснащена линиями ввода/вывода циркуляционных орошений,
верх деметанизатора оснащен линией вывода сухого отбензиненного газа, а низ оснащен линией вывода деметанизированной широкой фракции тяжелых углеводородов,
особенностью является то, что
количество линий ввода/вывода циркуляционных орошений составляет от двух до четырех,
верхняя часть деметанизатора оснащена
первой сверху линией ввода жидкой метановой фракции в качестве острого орошения,
второй сверху линией ввода остатка сепарации редуцированного газа, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа,
третьей сверху линией ввода редуцированного остатка, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа,
и четвертой сверху линией ввода остатка, который получен путем сепарации редуцированного остатка, полученного сепарацией охлажденного сырьевого газа.
Второй вариант отличается тем, что верхняя часть деметанизатора оснащена в качестве третьей сверху линии линией ввода остатка сепарации редуцированного остатка, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа.
Нижняя часть деметанизатора ниже уровня ввода/вывода циркуляционных орошений может быть оборудована нагревателем с внешним теплоносителем.
Контактные устройства в деметанизаторе в обоих вариантах могут быть как тарельчатого, так и насадочного типа. Под дефлегмацией понимают охлаждение газового потока в условиях фракционирования. В качестве нагревателя с внешним теплоносителем может быть использован, например, рибойлер. Каждый из вводимых потоков может подаваться в деметанизатор на одну или несколько тарелок. Остальные элементы деметанизатора могут быть любыми, известными из уровня техники.
Оснащение деметанизатора первой сверху линией ввода жидкой метановой фракции в качестве острого орошения в обоих вариантах позволяет снизить температуру верха деметанизатора, за счет этого уменьшить концентрацию этана в сухом отбензиненном газе и, соответственно, снизить потери этана с сухим отбензиненным газом.
Оснащение деметанизатора второй сверху линией ввода остатка сепарации редуцированного газа, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа в обоих вариантах позволяет за счет подачи в деметанизатор жидкого потока уменьшить нагрузку верхней части деметанизатора по пару, за счет чего уменьшить ее диаметр, а также позволяет снизить потери этана с сухим отбензиненным газом за счет снижения объемного расхода сухого отбензиненного газа, отбираемого с верха деметанизатора.
Оснащение деметанизатора третьей сверху линией ввода редуцированного остатка, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа в первом варианте позволяет подать дополнительное количество этана в деметанизатор.
Оснащение деметанизатора третьей сверху линией ввода остатка сепарации редуцированного остатка, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа во втором варианте позволяет подать дополнительное количество этана в деметанизатор, а также снизить нагрузку верхней части деметанизатора по пару, за счет чего уменьшить ее диаметр.
Оснащение деметанизатора четвертой сверху линией ввода остатка, который получен путем сепарации редуцированного остатка, полученного сепарацией охлажденного сырьевого газа в обоих вариантах позволяет за счет подачи в деметанизатор жидкого потока уменьшить нагрузку верхней части деметанизатора по пару, за счет чего уменьшить ее диаметр, а также позволяет снизить потери этана с сухим отбензиненным газом за счет снижения объемного расхода сухого отбензиненного газа, отбираемого с верха деметанизатора.
В обоих вариантах деметанизатор 1 состоит из верхней 2 и нижней 3 частей и оснащен линиями вывода сухого отбензиненного газа 4 и деметанизированной широкой фракции легких углеводородов 5.  Нижняя часть 3 деметанизатора 1 оснащена линиями ввода/вывода циркуляционных орошений 6 (условно показано одно циркуляционное орошение).
В первом варианте (фиг.1) верхняя часть 2 деметанизатора 1 оснащена: первой сверху линией 7 ввода жидкой метановой фракции в качестве острого орошения, второй сверху линией 8 ввода остатка сепарации редуцированного газа, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа, третьей сверху линией 9 ввода редуцированного остатка, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа, и четвертой сверху линией 10 ввода остатка, который получен путем сепарации редуцированного остатка, полученного сепарацией охлажденного сырьевого газа.
Во втором варианте (фиг.2) верхняя часть 2 деметанизатора 1 оснащена: первой сверху линией 7 ввода жидкой метановой фракции в качестве острого орошения, второй сверху линией 8 ввода остатка сепарации редуцированного газа, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа, третьей сверху линией 11 ввода остатка сепарации редуцированного остатка, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа, и четвертой сверху линией 10 ввода остатка, который получен путем сепарации редуцированного остатка, полученного сепарацией охлажденного сырьевого газа.
При необходимости нижняя часть деметанизатора 1 ниже уровня ввода/вывода циркуляционных орошений может быть оборудована нагревателем с внешним теплоносителем (условно не показано). Для лучшего понимания работы деметанизатора 1 на фиг.1 пунктиром показаны дополнительные аппараты, не относящиеся к деметанизатору 1: редуцирующие устройства 12-14, сепараторы 15-17  и дефлегматор 18. На фиг.2 пунктиром показаны дополнительные редуцирующее устройство 19 и сепаратор 20.
В первом варианте при работе деметанизатора 1 в его верхнюю часть 2 по первой сверху линии 7 вводят жидкую метановую фракцию в качестве острого орошения, по второй сверху линии 8 вводят остаток сепарации редуцированного газа, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа, по третьей сверху линии 9 вводят редуцированный остаток, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа, а по сверху четвертой линии 10 вводят остаток, который получен путем сепарации редуцированного остатка, полученного сепарацией охлажденного сырьевого газа.
Во втором варианте при работе деметанизатора 1 в его верхнюю часть 2 по первой сверху линии 7 вводят жидкую метановую фракцию в качестве острого орошения, по второй сверху линии 8 вводят остаток сепарации редуцированного газа, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа, по третьей сверху линии 11 вводят редуцированный остаток, который получен путем дефлегмации газа сепарации охлажденного сырьевого газа, а по четвертой сверху линии 10 вводят остаток, который получен путем сепарации редуцированного остатка, полученного сепарацией охлажденного сырьевого газа.
В обоих вариантах в нижнюю часть 3 деметанизатора 1 по линиям ввода/вывода циркуляционных орошений 6 вводят/выводят парожидкостный/жидкий потоки циркуляционных орошений (условно показано два потока). При необходимости нижнюю часть деметанизатора 1 ниже уровня ввода/вывода циркуляционных орошений дополнительно нагревают с помощью нагревателя с внешним теплоносителем.
Работоспособность деметанизатора подтверждается примером.
3
3
3+
Пример 1 (фиг.1). Из 1248 тыс. нм/час природного газа, содержащего 110,1 т этана, остальное - азот, углекислый газ, метан и углеводороды С(линия 21), предварительно охлажденного и редуцированного, при 3,48 МПа и минус 83,76 °С в сепараторе 15 получают 453,2 тыс. нм/час газа (линия 22) и 67,1 т/час остатка (линия 23), который редуцируют до 2,6 МПа в редуцирующем вентиле 12 и разделяют в сепараторе 16 на газ (линия 24) и 58,6 т/час жидкого остатка (четвертая сверху линия 10) с температурой минус 92,47 °С.
Газ из сепаратора 15 (линия 22) направляют в дефлегматор 18, с низа которого выводят 38,3 т/час остатка дефлегмации (линия 25), который редуцируют до 2,6 МПа в редуцирующем вентиле 13 и получают газожидкостный поток (третья сверху линия 9) с температурой минус 94,33 °С.
С верха дефлегматора 18 выводят газ дефлегмации (линия 26), который редуцируют до 2,6 МПа в редуцирующем вентиле 14 и разделяют в сепараторе 17 на газ (линия 27) и 17,3 т/час жидкого остатка (вторая сверху линия 8) с температурой минус 96,78 °С.
На первую с верха тарелку верхней части 2 деметанизатора 1 подают 90,0 т/час метановой фракции (первая сверху линия 7) с температурой минус 99,16 °С. Ниже линии ввода метановой фракции подают потоки по линиям 8-10.
3
3
В/из деметанизатор(а) 1 вводят/выводят три потока циркуляционных орошений, сверху вниз 550,0 т/час, 300,0 т/час и 250,0 т/час, низ деметанизатора 1 нагревают с помощью рибойлера мощностью 5,9 МВт. С верха деметанизатора 1 при минус 97,9 °С выводят 754,2 тыс. нм/час сухого отбензиненного газа, содержащего 2,9 т этана. С низа деметанизатора 1 выводят 187,9 т/час деметанизированной широкой фракции легких углеводородов, содержащей 103,4 т этана. Максимальная нагрузка по пару в верхней части деметанизатора 1 составляет 11560 м/час, а расчетный диаметр при использовании насадки 4,0 м.
Пример 2 (фиг.2). В условиях примера 1 38,3 т/час остатка дефлегмации (линия 25) редуцируют до 2,6 МПа в редуцирующем вентиле 19 и разделяют в сепараторе 20 на газ (линия 28) и 32,6 т/час остатка сепарации (третья сверху линия 11) с температурой минус 94,33 °С, который подают в дефлегматор 1.
3
3
С верха деметанизатора 1 при минус 97,9 °С выводят 746,1 тыс. нм/час сухого отбензиненного газа, содержащего 2,85 т этана. С низа деметанизатора 1 выводят 188,2 т/час деметанизированной широкой фракции легких углеводородов, содержащей 103,6 т этана. Максимальная нагрузка по пару в верхней части деметанизатора 1 составляет 11480 м/час, а расчетный диаметр при использовании насадки равен 3,8 м.
3
3
В условиях примера 1 на установке по прототипу с верха деметанизатора 1 при минус 97,9 °С выводят 1561 тыс. нм/час сухого отбензиненного газа, содержащего 6,7 т этана. С низа деметанизатора 1 выводят 191,8 т/час деметанизированной широкой фракции легких углеводородов, содержащей 103,4 т этана. Максимальная нагрузка по пару в верхней части деметанизатора 1 составляет 23960 м/час, а расчетный диаметр при использовании насадки равен 6,5 м.
Показанное в примерах снижение потерь этана и уменьшение диаметра верхней части деметанизатора достигнуто путем изменения обвязки деметанизатора в части вводимых потоков.
Таким образом, предлагаемый деметанизатор позволяет снизить потери этана с сухим отбензиненным газом, уменьшить диаметр его верхней части и может найти применение в нефтегазовой промышленности.