Газоперерабатывающий завод
GAS PROCESSING PLANT

Изобретение относится к оборудованию для переработки сернистых углеводородных газов, содержащих меркаптаны, и может быть использовано в газовой промышленности.
Известна установка переработки сероводородсодержащего газа [А.М. Чуракаев. Низкотемпературная ректификация нефтяного газа. - М.: Недра, 1989 г., с. 5], которая включает входной сепаратор, трехступенчатый компрессор с воздушными холодильниками и сепараторами, блок адсорбционной осушки и очистки газа и конденсата, соединенный с блоком аминовой очистки газа регенерации, который оснащен печью сжигания кислого газа и соединен линией подачи очищенного газа регенерации с трехступенчатым компрессором, блок низкотемпературной конденсации, оснащенный пропановым холодильником, турбодетандером, деметанизатором и деэтанизатором, и дожимной компрессор.
Основным недостатком известной установки является большая материалоемкость из-за большой загрузки адсорбента, а также большого размера и массы адсорберов при высоком содержании сероводорода и меркаптанов в газе.
Наиболее близкой по технической сущности является установка подготовки сернистых природного и попутного нефтяного газов низкого давления [RU 144851, МПК B01D 53/00, опубл. 10.09.2014 г.], которая включает трехступенчатый компрессор, блок аминовой очистки, установленный между первой и второй ступенью компрессора и соединенный с блоком производства серы, оснащенным линиями вывода с установки серы и отходящего газа, блок адсорбционной осушки и очистки газа и конденсата, оснащенный линией вывода газа регенерации, которая соединена линией подачи части газа регенерации с линией подачи газа в установку аминовой очистки, блок низкотемпературной конденсации и деэтанизации конденсата (блок низкотемпературного разделения), оснащенный линией вывода сухого отбензиненного газа с дожимным компрессором, которая соединена с блоком адсорбционной осушки и очистки газа и конденсата линией подачи продувочного газа.
Недостатками данной установки (газоперерабатывающего завода) является неэффективность при подготовке газа, содержащего значительное количество меркаптанов, из-за накопления меркаптанов в кислом газе вследствие рециркуляции части меркаптансодержащего газа регенерации и низкое качество товарной серы из-за загрязнения ее продуктами каталитического окисления меркаптанов, накапливающихся в кислом газе.
Задачей изобретения является снижение содержания меркаптанов в кислом газе и повышение качества товарной серы.
Предложено три варианта газоперерабатывающего завода.
Варианты газоперерабатывающего завода отличаются исполнением блока демеркаптанизации циркулирующей части газа регенерации: 1 вариант - на базе абсорбционной технологии (абсорбент - водный раствор щелочи или органический растворитель), 2 вариант - на базе технологии щелочной окислительной демеркаптанизации, 3 вариант - на базе технологии каталитического гидрирования (гидроочистки).
Техническим результатом является снижение содержания меркаптанов в кислом газе и повышение качества товарной серы путем размещения блока демеркаптанизации на линии подачи рециркулируемой части газа регенерации, а также последующей утилизации выделенных меркаптанов или продуктов их каталитического окисления в вариантах 1 и 2, соответственно, или путем гидроочистки рециркулируемой части газа регенерации в варианте 3.
Технический результат в вариантах 1 и 2 достигается тем, что в газоперерабатывающем заводе, который включает линию подачи сырьевого газа с компрессором, блок аминовой очистки, соединенный с блоком производства серы, оснащенным линиями вывода серы и отходящего газа, блок адсорбционной осушки и очистки, оснащенный линией вывода газа регенерации, на которой расположены ответвления линии подачи рециркулируемой и балансовой частей газа регенерации, блок низкотемпературного разделения, оснащенный линией вывода широкой фракции легких углеводородов и линией вывода сухого отбензиненного газа, которая соединена с блоком адсорбционной осушки и очистки линией подачи продувочного газа, особенностью является то, что линия подачи рециркулируемой части газа регенерации соединена с блоком демеркаптанизации, оснащенным линией подачи меркаптанов (вариант 1) или продуктов их окисления (вариант 2) в блок производства серы и линией подачи очищенной рециркулируемой части газа регенерации в линию сырьевого газа.
Технический результат в варианте 3 достигается тем, что в газоперерабатывающем заводе, который включает линию подачи сырьевого газа с компрессором, блок аминовой очистки, соединенный с блоком производства серы, оснащенным линиями вывода серы и отходящего газа, блок адсорбционной осушки и очистки, оснащенный линией вывода газа регенерации, на которой расположены ответвления линии подачи рециркулируемой и балансовой частей газа регенерации, блок низкотемпературного разделения, оснащенный линией вывода широкой фракции легких углеводородов и линией вывода сухого отбензиненного газа, которая соединена с блоком адсорбционной осушки и очистки линией подачи продувочного газа, особенностью является то, что линия подачи рециркулируемой части газа регенерации соединена с блоком демеркаптанизации, оснащенным линией подачи водородсодержащего газа и линией подачи восстановленной рециркулируемой части газа регенерации в линию сырьевого газа.
При повышенном давлении газа регенерации линия подачи его очищенной или восстановленной рециркулируемой части может быть соединена с компрессором или с линией сжатого газа после компрессора. После установки аминовой очистки на линии очищенного газа может быть расположен дополнительный компрессор. В случае выделения в сепараторах компрессоров углеводородного конденсата, компрессоры соединены с блоком адсорбционной осушки и очистки линиями подачи углеводородного конденсата, а блок низкотемпературного разделения соединен с блоком низкотемпературного разделения линией подачи осушенного и очищенного углеводородного конденсата. По меньшей мере часть широкой фракции легких углеводородов может разделяться на блоке фракционирования с получением узких углеводородных фракций. На линии вывода сухого отбензиненного газа может быть установлен дожимной компрессор. В вариантах 1 и 2 линия подачи меркаптанов (вариант 1) или продуктов их окисления (вариант 2) в блок производства серы может быть соединена с линией вывода балансовой части газа регенерации.
Подачу меркаптанов или продуктов их окисления в блок производства серы осуществляют на стадию сжигания кислого газа или дожига отходящих газов, при этом меркаптаны или продукты их окисления не попадают на каталитические стадии процесса и не загрязняют товарную серу. Компрессор включает узлы предварительной и межступенчатой сепарации, одну или несколько ступеней сжатия и охладители газа. Балансовую часть газа регенерации используют в качестве топливного газа для собственных нужд. Блок демеркаптанизации в варианте 1 включает колонный абсорбер меркаптанов (абсорбент - водный раствор щелочи или органический абсорбент) и колонный регенератор абсорбента со вспомогательным оборудованием. В качестве органического абсорбента может быть использован абсорбент, например, на основе сульфолана или эфиров гликолей. Блок демеркаптанизации в варианте 2 включает колонный абсорбер меркаптанов раствором щелочи и каталитический реактор окисления щелочного раствора воздухом со вспомогательным оборудованием. Блок демеркаптанизации в варианте 3 включает каталитический реактор каталитического гидрирования со вспомогательным оборудованием, в котором меркаптаны гидрируют (восстанавливают) с получением сероводорода. В качестве остальных элементов газоперерабатывающего завода могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
Расположение блока демеркаптанизации на линии подачи рециркулируемой части газа регенерации снижает содержание меркаптанов в кислом газе и повышает качество товарной серы. При этом в варианте 1 выделенные меркаптаны направляют на сжигание в блок производства серы на стадию сжигания кислого газа или дожига отходящих газов, в варианте 2 на сжигание аналогично направляют продукты их окисления, в варианте 3 продукты каталитического гидрирования меркаптанов (углеводороды и сероводород) рециркулируют в поток сырьевого газа.
Газоперерабатывающий завод (фиг. 1, 2) включает компрессор 1, блок аминовой очистки 2, блок производства серы 3, блок адсорбционной осушки и очистки 4, блок низкотемпературного разделения 5, блок демеркаптанизации 6. При необходимости дополнительно размещены компрессоры 7 и 8 и блок фракционирования 9 (показано пунктиром).
При работе газоперерабатывающего завода в вариантах 1 и 2 (фиг. 1) сырьевой углеводородный газ, подаваемый по линии 10, смешивают с очищенной рециркулируемой частью газа регенерации, подаваемой по линии 11, сжимают компрессором 1, очищают от сероводорода и части меркаптанов в блоке аминовой очистки 2, из которого по линии 12 выводят кислый газ, а по линии 13 очищенный газ подают в блок 4, где подвергают адсорбционной очистке и осушке. В блок 4 по линии 14 подают часть сухого отбензиненного газа в качестве продувочного газа, из блока 4 по линии 15 выводят газ регенерации, а по линии 16 сухой газ подают в блок 5, где подвергают низкотемпературному разделению. Из блока 5 по линии 17 выводят широкую фракцию легких углеводородов, а по линии 18 выводят сухой отбензиненный газ. Газ регенерации (линия 15) разделяют на две части, первую, балансовую часть по линии 19 выводят в качестве топливного газа, вторую, рециркулируемую часть подают в блок 6, где подвергают очистке от меркаптанов, при этом меркаптаны (вариант 1) или продукты их каталитического превращения (вариант 2) выводят по линии 20, а очищенную рециркулируемую часть газа регенерации по линии 11 направляют в линию 10. Кислый газ по линии 12 и меркаптаны (вариант 1) или продукты их каталитического превращения (вариант 2) по линии 20 подают в блок 3, из которого по линии 21 выводят товарную серу и по линии 22 - отходящий газ.
Вариант 3 (фиг. 2) отличается тем, что в блок 6 по линии 23 подают водородсодержащий газ, а по линии 24 выводят восстановленную рециркулируемую часть газа регенерации.
При необходимости во всех вариантах (на фиг. 1,2 показано пунктиром) очищенный газ между блоками 2 и 4 сжимают компрессором 7, а сухой отбензиненный газ дожимают компрессором 8. Широкая фракция легких углеводородов во всех вариантах (на фиг. 1,2 показано пунктиром) может быть разделена в блоке 9 на узкие фракции, выводимые по линиям 25. При образовании углеводородных конденсатов при компримировании во всех вариантах (на фиг. 1,2 показано пунктиром) конденсаты по линиям 26 направляют в блок 4, из которого очищенный и осушенный углеводородный конденсат по линии 27 направляют в блок 5. По линии 28 (на фиг. 1 показано пунктиром) меркаптаны (вариант 1) или продукты их превращения (вариант 2) могут быть направлены на сжигание в линию 19.
Работоспособность установки подтверждается примерами.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3+
Пример 1. 416,7 тыс. нм/час сырьевого углеводородного газа, содержащего, % об.: метан 62,5; этан 10,4; азот 1,6; углекислый газ 0,5; сероводород 1,6; меркаптаны 350 мг/нм, углеводороды С остальное, при 20 °С и 0,4 МПа смешивают с 31,0 тыс. нм/час очищенной рециркулируемой части газа регенерации, сжимают компрессором 1 до 3,6 МПа, очищают от сероводорода и части меркаптанов в блоке аминовой очистки 2, из которого выводят 9,7 тыс. нм/час кислого газа, а 408,0 тыс. нм/час очищенного газа подают в блок 4, где подвергают адсорбционной очистке и осушке. В блок 4 подают 41,7 тыс. нм/час сухого отбензиненного газа в качестве продувочного газа, из блока 4 выводят газ регенерации, а 407,8 тыс. нм/час сухого газа подают в блок 5, где подвергают низкотемпературному разделению. Из блока 5 выводят 245,5 т/час широкой фракции легких углеводородов и 312,5 тыс. нм/час сухого отбензиненного газа. Газ регенерации разделяют на две части, 10,6 тыс. нм/час балансовой части по выводят в качестве топливного газа, а рециркулируемую часть подают в блок 6, где подвергают очистке от меркаптанов, при этом 87,8 кг/час меркаптанов выводят, а очищенную рециркулируемую часть газа регенерации смешивают с сырьевым углеводородным газом. Кислый газ и меркаптаны подают в блок 3, из которого выводят 9,48 т/час товарной серы и отходящий газ.
Пример 2. В условиях примера 1 из блока 6 продукты окисления меркаптанов (ди- и полисульфиды) в количестве 87,5 кг/час подают в блок 3 в печь сжигания кислого газа на термическую ступень процесса Клауса.
3
3
Пример 3. В условиях примера 1 в блок 6 подают 39 нм/час водородсодержащего газа, а из блока 6 в линию сырьевого углеводородного газа подают 31,04 тыс. нм/час восстановленной рециркулируемой части газа регенерации, содержащей 58 кг/час сероводорода.
3
Во всех примерах содержание меркаптанов в кислом газе, обусловленное одинаковым во всех примерах составом газа и технологическим режимом работы блока аминовой очистки, составляло 6,0 г/нм, а массовая доля серы в товарной сере составляла 99,90%.
3
В условиях прототипа содержание меркаптанов в кислом газе составило 14,9 г/нм, а массовая доля серы в товарной сере составила 99,63%.
Полученный результат достигнут за счет предотвращения накопления меркаптанов в кислом газе путем размещения блока демеркаптанизации на линии подачи рециркулируемой части газа регенерации.
Таким образом, предлагаемый газоперерабатывающий завод позволяет снизить содержание меркаптанов в кислом газе и повысить качество товарной серы и может быть использован в промышленности.