Способ комплексного извлечения ценных примесей из природного гелийсодержащего углеводородного газа с повышенным содержанием азота

1. Способ комплексного извлечения ценных примесей из природного гелийсодержащего углеводородного газа с повышенным содержанием азота, включающий стадии:
(а) первого уровня очистки сырьевого потока природного углеводородного газа от механических примесей и капельной жидкости методом гравитационной сепарации с получением первого потока очищенного углеводородного газа;
(б) второго уровня очистки первого потока очищенного углеводородного газа от примесей сероводорода, диоксида углерода и метанола методом абсорбции с использованием регенерированного абсорбента в абсорбционной колонне высокого давления с получением второго потока очищенного углеводородного газа и потока насыщенного абсорбента;
(в) регенерации потока насыщенного абсорбента в системе последовательных экспанзеров с сепараторами при постепенно увеличиваемой температуре абсорбента и снижении давления в экспанзерах и далее в регенерационной колонне низкого давления с получением регенерированного абсорбента, возвращаемого после системы рекуперативных теплообменников на стадию (б), и кислого и экспанзерного газов, кислый газ очищают от метанола и частично от сероводорода и диоксида углерода в промывной колонне технологической водой с получением кислой воды и потока низконапорного кислого газа, а экспанзерный газ отправляют в топливную сеть;
(г) отпарки кислой воды со стадии (в) от метанола, сероводорода и диоксида углерода с получением отпаренной технологической воды, возвращаемой на стадию (в), и газов отпарки, подвергаемых далее охлаждению, частичной конденсации и сепарированию с получением технического метанола и потока низконапорных газов отпарки, при этом технический метанол подвергают дополнительной очистке с получением товарного высокочистого метанола;
(д) компримирования и осушки низконапорных кислых газов состадии (в) в смеси с балансовой частью низконапорных газов отпарки со стадии (г) в первой системе адсорберов со стационарным слоем адсорбента с применением в адсорберах адсорбента на основе цеолита, с получением компримированного и осушенного балластного газа с последующей закачкой его в смеси с высокочистым метанолом или техническим метанолом состадии (г) в товарный топливный газ с обеспечением необходимой для товарного топливного газа требуемой теплотворной способности, при этом оставшуюся часть низконапорных газов отпарки со стадии (г) сбрасывают на факел, или низконапорный кислый газ со стадии (в) в смеси с полным объемом низконапорных газов отпарки со стадии (г) направляется в качестве сырья на газохимическое предприятие;
(е) третьего уровня осушки и очистки от соединений ртути второго потока очищенного углеводородного газа со стадии (б) во второй системе адсорберов со стационарным слоем адсорбента с применением в адсорберах осушки газа адсорбента на основе оксида алюминия и цеолита КА с диаметром пор 3А, в адсорберах очистки газа от ртути - адсорбента на основе оксида алюминия, промотированного медью, с получением третьего потока осушенного и очищенного углеводородного газа, который частично используют при регенерации адсорбентов в качестве десорбирующего агента;
2
(ж) низкотемпературного разделения третьего потока осушенного и очищенного углеводородного газа со стадии (е) в первой ректификационной колонне с получением с верха колонны потока деэтанизированного газа и снизу колонны первого остатка, содержащего углеводороды С и выше;
(з) расширения и охлаждения деэтанизированного газа со стадии (ж) с частичной его конденсацией в «холодном боксе» в системе рекуперативных теплообменников с использованием потоков разнотемпературных хладагентов;
(и) криогенного деазотирования частично конденсированного деэтанизированного газа со стадии (з) во второй ректификационной колонне и в колонне выделения азота и гелия с получением с верха колонны               азотно-гелиевой смеси и снизу второй ректификационной колонны второго остатка, представляющего собой метановую фракцию;
(к) удаления водорода из азотно-гелиевой смеси каталитическим газофазным методом окисления водорода кислородом воздуха до воды с последующей осушкой потока неосушенной азотно-гелиевой смеси в четвертой системе адсорберов со стационарным слоем цеолитного адсорбента, осушки азотно-гелиевой смеси от воды, образовавшейся при окислении водорода, криогенного выделения гелия с получением на этой стадии в качестве товарного продукта жидкого азота и полупродукта жидкого гелия;
(л) криогенной доочистки полупродукта жидкого гелия чистотой99,97 % от примесей азота, кислорода, аргона и неона в системе последовательно работающих адсорберов со стационарным слоем адсорбента с использованием в качестве адсорбента активированного угля и получения на этой стадии товарного продукта жидкого гелия чистотой до 99,9999 %;
(м) разделения первого остатка со стадии (ж) в четвертой ректификационной колонне с получением с верха колонны этана и снизу колонны четвертого остатка - широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), представляющей собой фракцию, состоящую преимущественно из пропана и более тяжелых углеводородов;
(н) адсорбционной очистки ШФЛУ от сернистых соединений, в том числе меркаптанов, в третьей системе адсорберов со стационарным слоем адсорбента с применением в адсорберах адсорбента на основе цеолита с получением очищенной ШФЛУ и проведение регенерации цеолитов товарной метановой фракции после дожимной компрессорной станции без примеси меркаптанов и сброс газа регенерации, насыщенный метанолом и меркаптанами, на дожимные компрессорные станции;
(о) газофракционирования очищенной ШФЛУ, поступающей состадии (н), по крайней мере, в двух ректификационных колоннах разделения углеводородов с получением пропановой, бутановой, пентан-гексановой фракций с последующей закачкой их в резервуарные парки для хранения товарной продукции;
(п) подготовки товарного топливного газа компаундированием метановой фракции со стадии (и) и компримированного и осушенного балластного газа со стадии (д) с добавкой технического метанола со стадии (г), компримирование газа с давлением 1,9 МПа до 5,6-7,5 МПа для закачки в магистральный газопровод, при этом подача газа регенерации со стадии (н) на дожимные компрессорные станции раздельна;
(р) формирования оптимального набора потоков разнотемпературных хладагентов и потока с «теплового насоса» для рекуперативных теплообменников «холодного бокса», отбираемых на стадиях (ж), (и), (к), (л), обеспечивающего минимизацию энергозатрат на реализацию способа глубокой переработки природного газа в целом;
(с) хранения жидких азота и гелия в сосудах Дьюара в товарном парке и их загрузки в системы транспорта сжиженных газов;
(т) выработки очищенного от азота метана в жидком виде и, соответственно, его хранения и транспортировки на стадии (и) либо за счет повышения мощности на компрессорах теплового насоса на стадиях (к) и (с) или при сохранении неизменной мощности при снижении доли избыточного азота в перерабатываемом газе.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (а) в гравитационном сепараторе дополнительно размещают встроенный фильтр-коалесцентер.
3. Способ п. 1, отличающийся тем, что на стадии (б) в качестве регенерируемого абсорбента, используют водный раствор аминов.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что на стадии (б) водный раствор аминов содержит 20-40 % аминов.
5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что на стадии (б) в качестве аминов используют моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, метилдиэтаноламин или их смеси.
6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что на стадии (б) в водный раствор триэтаноламина вводят 5-12 % пиперазина.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадиях (б) и (в) в абсорбционной, регенерационной и промывной колоннах применяют контактные устройства в виде перекрестноточной насадки.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (г) отпарку кислой воды со стадии (в) с получением отпаренной технологической воды, возвращаемой на стадию (в), и газов отпарки выполняют в первой дополнительной ректификационной колонне, а дополнительную очистку технического метанола с получением товарного высокочистого метанола выполняют в дополнительном блоке ректификационных колонн или, по крайней мере, во второй дополнительной ректификационной колонне.
9. Способ п. 1, отличающийся тем, что отпаренную технологическую воду, отводимую на стадию (в), дополнительно подпитывают свежей водой.
о
о
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (д) полученный низконапорный газ компримируют до давления 2,0 МПа (абс.) и осушают при температуре 20-40 С до точки росы не выше минус 20 С.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (д) в процессе осушки низконапорных кислых газов в адсорберах для удаления влаги из газа используют цеолит типа КА.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (д) в процессе осушки низконапорных кислых газов в адсорберах для удаления влаги из газа по ходу потока газа используют двухслойный адсорбент, при этом в первом слое в качестве адсорбента используют гранулированный оксид алюминия, во втором слое в качестве адсорбента используют цеолит типа КА.
о
13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (д) регенерацию адсорбентов проводят потоком газообразного азота низкого давления со стадии (к) нагретым до температуры 300-350 С, а охлаждение адсорбентов после регенерации проводят потоком холодного газообразного азота низкого давления со стадии (к).
14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (д) газообразный азот низкого давления после регенерации и охлаждения адсорбента сбрасывают на факел.
о
15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (е) регенерацию адсорбентов проводят потоком газообразного агента низкого или среднего давления, нагретого до температуры 300-350 С, а охлаждение адсорбентов после регенерации проводят потоком холодного газообразного агента низкого или среднего давления.
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что на стадии (е) для регенерации отработанных адсорбентов осушки газа и их охлаждения в качестве газообразного агента низкого или среднего давления используют метановую фракцию, отводимую со стадии деазотирования (и) с последующим ее компримированием.
17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что на стадии (е) для регенерации отработанных адсорбентов осушки газа в качестве газообразного агента низкого или среднего давления используют часть второго потока очищенного углеводородного газа со стадии (б) с последующим его охлаждением, конденсацией и отделением десорбированной воды и возвращением на начало стадии (е), а для охлаждения адсорбентов осушки газа после регенерации в качестве газообразного агента низкого или среднего давления используют часть третьего потока осушенного и очищенного углеводородного газа со стадии (е).
18. Способ по п. 15, отличающийся тем, что на стадии (е) расход газообразного агента низкого или среднего давления для охлаждения и регенерации насыщенного адсорбента составляет 5-10 % от общего количества второго потока очищенного углеводородного газа, поступающего на стадию (е).
19. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (е) содержание влаги в осушенном третьем потоке осушенного и очищенного природного газа составляет не более 0,1 ppmv (или 0,00001 % об.), содержание диоксида углерода не более 2 ppmv, метанола не более 50 ppmv.
20. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (е) для защиты оборудования от вероятности попадания микроскопических частичек адсорбента полученный третий поток осушенного и очищенного природного газа подвергают фильтрации.
21. Способ п. 20, отличающийся тем, что на стадии (е) размер микроскопических частичек адсорбента в третьем потоке осушенного и очищенного природного газа должен быть не более 50 мкм.
22. Способ п. 1, отличающийся тем, что на стадии (з) в «холодном боксе» также размещается криогенная аппаратура со стадий (и) и (к).
23. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (л) доочистку полупродукта жидкого гелия от примесей азота, водорода, кислорода, диоксида углерода, аргона и неона проводят при температуре 70-100 К и давлении 4 МПа.
о
24. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (л) регенерацию цеолита в адсорбере осушки азотно-гелиевой смеси проводят потоком газообразного азота низкого давления со стадии (к) нагретым до температуры 200-250 С со сбросом продуктов десорбции на факел, а охлаждение адсорбента после регенерации проводят потоком холодного газообразного азота низкого давления со стадии (к).
25. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (л) качество очистки жидкого гелия оценивается по проскоку неона в потоке жидкого гелия на выходе из последнего адсорбера последовательной системы адсорберов.
26. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очистка гелия от водорода выполняется не каталитическим газофазным методом окисления водорода кислородом воздуха до воды с последующей осушкой потока неосушенной азотно-гелиевой смеси на стадии (к) в четвертой системе адсорберов со стационарным слоем цеолитного адсорбента на стадии (л), а адсорбционным жидкофазным методом.
27. Способ по п. 26, отличающийся тем, что в процессе осушки потока неосушенной азотно-гелиевой смеси в адсорберах используют цеолиттипа КА.
о
28. Способ по п. 26, отличающийся тем, что в процессе осушки потока неосушенной азотно-гелиевой смеси регенерацию адсорбентов проводят потоком азота низкого давления со стадии (к) нагретым до температуры300-350 С, а охлаждение адсорбентов после регенерации проводят потоком холодного азота низкого давления со стадии (к).
29. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе осушки потока неосушенной азотно-гелиевой смеси азот низкого давления после регенерации и охлаждения адсорбента сбрасывают на факел.
30. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (н) в процессе адсорбционной очистки ШФЛУ от сернистых соединений, в том числе меркаптанов, в адсорберах используют цеолит типа NaX.
31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что на стадии (н) для опорожнения адсорбера и продувки слоя адсорбента перед его регенерацией используют азот.
о
32. Способ по п. 30, отличающийся тем, что на стадии (н) регенерацию адсорбентов осуществляют метановой фракцией при давленииоколо 0,08 МПа нагретой до температуры 300-350 С, а охлаждение адсорбентов после регенерации проводят потоком холодной метановой фракции со стадии (и).
33. Способ по п. 30, отличающийся тем, что на стадии (н) метановую фракцию после регенерации и охлаждения адсорбента компримируют и закачивают в товарный топливный газ.
34. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подвод тепла в аппараты криогенных стадий (з), (и), (к), (л) обеспечивается в рекуперативных теплообменниках, объединенных в «холодный бокс», более горячими технологическими потоками или за счет теплоты конденсации газовых потоков с более высокой температурой или «тепловыми насосами».
35. Способ по п. 1, отличающийся тем, что съем тепла в аппаратах криогенных стадий (з), (и), (к), (л) обеспечивается в рекуперативных теплообменниках, объединенных в «холодный бокс», более холодными технологическими потоками или за счет теплоты испарения жидких потоков с более низкой температурой или холодильными циклами.
о
36. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (о) в качестве источника тепла для обогрева кипятильников двух ректификационных колонн разделения углеводородов (дебутанизатора и депропанизатора) используют масло АМТ-300 или иной аналогичный теплоноситель с температурой нагрева до 260 С.
37. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (о) получаемая пропановая фракция содержит не менее 97 % об. пропана, бутановаяфракция - не менее 98 % об. суммы бутанов, пентан-гексановаяфракция - не менее 98 % об. пентана и высших углеводородов.
38. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (к) в качестве рабочего тела для «теплового насоса» используют метано-азотную смесь с полным отсутствием этана, вырабатываемого в дополнительной боковой колонне, подсоединенной ко второй ректификационной колонны, в которую переток метано-азотной фракции осуществляется периодически для обновления качества этой фракции и удаления накапливаемых примесей.
39. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на предприятии по переработке природного гелийсодержащего газа процесс переработки реализуется на нескольких, по крайней мере, двух параллельных технологических линиях, при этом количество линий, включающих стадии выработки этана, ШФЛУ и деазотирования, больше количества линий со стадиями получения гелия.