УСТАНОВКА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗА

Полезная модель относится к технике переработки углеводородных газов путем низкотемпературной конденсации и может быть использована в нефте- и газоперерабатывающей промышленности.
Известна установка переработки природного газа (см. заявка № US 2010/0242536, F25J 3/00, опубл. 30.09.2010), включающая трубопровод подачи сырья, соединенный с узлом охлаждения и сепарации газа, выход из которого соединен с входом для подачи сырья первой фракционирующей колонны, снабженной выходом отбензиненного газа и входом для подачи орошения в верхней части и выходом жидкой фазы в нижней части, соединенным с входом для подачи сырья второй фракционирующей колонны, снабженной выходом газовой фазы и входом для подачи орошения в верхней части и выходом фракции целевых углеводородов в нижней части, при этом выход газовой фазы второй фракционирующей колонны соединен с компрессором, выход из которого соединен с дополнительным узлом охлаждения и сепарации газа, причем выход из дополнительного узла охлаждения и сепарации газа соединен с входами для подачи орошения первой и второй фракционирующей колонн.
Общими признаками известной и предлагаемой установок являются:
- трубопровод подачи сырья;
- узел охлаждения и сепарации газа, выход из которого соединен с входом для подачи сырья первой фракционирующей колонны;
- первая фракционирующая колонна снабжена выходом отбензиненного газа и входом для подачи орошения в верхней части и выходом жидкой фазы в нижней части;
- выход отбензиненного газа первой фракционирующей колонны соединен с узлом охлаждения и сепарации газа;
- выход жидкой фазы первой фракционирующей колонны соединен с входом для подачи сырья второй фракционирующей колонны;
- вторая фракционирующая колонна снабжена выходом газовой фазы и входом для подачи орошения в верхней части и выходом фракции целевых углеводородов в нижней части;
- выход газовой фазы второй фракционирующей колонны соединен с компрессором.
Недостатком известной установки являются высокие капитальные и энергетические затраты вследствие использования на установке дополнительного узла охлаждения и сепарации газа, установленного после компрессора для охлаждения скомпримированной газовой фазы.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка для разделения газа (см. патент РФ №2295680, F25J 3/02, опуб. 20.03.2007), включающая трубопровод подачи сырья, соединенный с узлом охлаждения и сепарации газа, который соединен с входом для подачи сырья первой фракционирующей колонны, снабженной выходом отбензиненного газа и входом для подачи орошения в верхней части и выходом жидкой фазы в нижней части, соединенным с входом для подачи орошения второй фракционирующей колонны, снабженной входом для подачи сырья, выходом газовой фазы в верхней части и выходом фракции целевых углеводородов в нижней части, при этом выход газовой фазы второй фракционирующей колонны соединен с узлом охлаждения и сепарации газа и далее с входом компрессора, выход из которого соединен с узлом охлаждения и сепарации газа и далее с входом для подачи орошения в первую фракционирующую колонну.
Общими признаками известной и предлагаемой установок являются:
- трубопровод подачи сырья;
- узел охлаждения и сепарации газа, выход из которого соединен с входом для подачи сырья первой фракционирующей колонны;
- первая фракционирующая колонна снабжена отводом отбензиненного газа и входом для подачи орошения в верхней части и отводом жидкой фазы в нижней части;
- отвод отбензиненного газа первой фракционирующей колонны соединен с узлом охлаждения и сепарации газа;
- отвод жидкой фазы первой фракционирующей колонны соединен со второй фракционирующей колонной;
- вторая фракционирующая колонна снабжена входом для подачи сырья, отводом газовой фазы и входом для подачи орошения в верхней части и отводом фракции целевых углеводородов в нижней части;
- отвод жидкой фазы первой фракционирующей колонны соединен с входом для подачи орошения второй фракционирующей колонны;
- компрессор, выход которого соединен с узлом охлаждения и сепарации газа и далее с входом для подачи орошения первой фракционирующей колонны.
Недостатком известной установки являются высокие капитальные и эксплуатационные затраты (в первую очередь, энергетические) на охлаждение скомпримированной газовой фазы перед ее подачей в первую фракционирующую колонну в качестве орошения, вследствие предварительного нагрева перед подачей в компрессор газовой фазы из второй фракционирующей колонны в узле охлаждения и сепарации газа. Кроме того, недостатком известной установки является недостаточная степень извлечения целевых углеводородов вследствие частичного детандирования газа в узле охлаждения и сепарации газа, а также в результате нагрева нескольких потоков жидкости из различных частей второй фракционирующей колонны, которые увеличивают расход газовой фазы, компримируемой компрессором.
Технический результат заключается в снижении капитальных и энергетических затрат, а также в повышении степени извлечения целевых углеводородов.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке низкотемпературного разделения газа, включающей трубопровод подачи сырья, узел охлаждения и сепарации газа, соединенный с входами для подачи сырья первой фракционирующей колонны, снабженной выходом отбензиненного газа и входом для подачи орошения в верхней части и выходом жидкой фазы в нижней части, соединенным с входом для подачи орошения второй фракционирующей колонны, снабженной входом для подачи сырья, выходом газовой фазы в верхней части и выходом фракции целевых углеводородов в нижней части, компрессор, выход которого соединен с узлом охлаждения и сепарации газа и далее с входом для подачи орошения первой фракционирующей колонны, согласно полезной модели, выход газовой фазы второй фракционирующей колонны соединен с входом компрессора, а выход жидкой фазы первой фракционирующей колонны снабжен дополнительным отводом, соединенным через узел охлаждения и сепарации газа с входом для подачи сырья второй фракционирующей колонны.
Заявляемая совокупность признаков предлагаемой установки позволяет оптимизировать технологическую схему установки и упростить ее конструкцию за счет отсутствия на установке дополнительных средств охлаждения, что, в свою очередь, позволяет снизить капитальные и энергетические затраты.
2+выше
Соединение выхода газовой фазы второй фракционирующей колонны непосредственно с компрессором, а уже затем с узлом охлаждения и сепарации газа позволяет снизить тепловую нагрузку на узел охлаждения и сепарации газа и при этом повысить эффективность работы узла охлаждения и сепарации газа. Это позволяет снизить капитальные и энергетические затраты установки и при этом получить на выходе из узла охлаждения и сепарации газа достаточно охлажденный поток сконденсированной газовой фазы, который при последующей подачи в первую фракционирующую колонну в качестве орошения позволяет увеличить степень извлечения целевых углеводородов (фракции С).
Снабжение выхода жидкой фазы первой фракционирующей колонны дополнительным отводом, соединенным с входом для подачи сырья второй фракционирующей колонны, позволяет подать поток жидкой фазы во вторую фракционирующую колонну двумя потоками, один из которых - в качестве орошения, а другой - в качестве питания (сырья) колонны. Это позволяет повысить эффективность работы второй фракционирующей колонны, а также снизить потери целевых углеводородов и увеличить степень их извлечения.
На рисунке представлена принципиальная технологическая схема установки низкотемпературного разделения газа.
Установка включает трубопровод I подачи сырья (потока осушенного газа), имеющий четыре отвода (II, III, IV, V) осушенного газа.
Установка содержит узел охлаждения и сепарации газа, включающий многопоточный теплообменник 1, пропановый испаритель 2, рекуперативный теплообменник 3, сепаратор 4, турбодетандер 5.
Отвод II осушенного газа соединен с многопоточным теплообменником 1 узла охлаждения и сепарации газа.
Отвод III осушенного газа соединен с рекуперативным теплообменником 3 узла охлаждения и сепарации газа.
Выход из узла охлаждения и сепарации газа соединен с входами 6, 7 для подачи сырья в первую фракционирующую колонну 8.
Первая фракционирующая колонна 8 снабжена выходом 9 отбензиненного газа и входом 10 для подачи орошения в верхней части и выходом 11 жидкой фазы в нижней части.
Выход 11 жидкой фазы соединен с входом 12 для подачи орошения второй фракционирующей колонны 13.
Вторая фракционирующая колонна 13 снабжена входом 14 для подачи сырья, выходом 15 газовой фазы в верхней части и выходом 16 фракции целевых углеводородов в нижней части. В нижней части второй фракционирующей колонны 13 установлен рибойлер 17.
Рибойлер 17 соединен с отводом IV осушенного газа.
Выход 15 газовой фазы соединен с входом компрессора 18. Выход скомпримированной газовой фазы из компрессора 18 соединен с многопоточным теплообменником 1 узла охлаждения и сепарации газа и далее с входом 10 для подачи орошения в первую фракционирующую колонну 8.
Выход 9 отбензиненного газа из первой фракционирующей колонны 8 последовательно соединен с многопоточным теплообменником 1, турбодетандером 5 и воздушным холодильником 19.
Выход 11 жидкой фазы из первой фракционирующей колонны 8 снабжен дополнительным отводом VI, соединенным с рекуперативным теплообменником 3 узла охлаждения и сепарации газа и далее с входом 14 подачи сырья второй фракционирующей колонны 10.
Рибойлер 17 через насос 20 соединен с воздушным холодильником 21.
Установка снабжена емкостью 22, в которой содержится определенный объем ингибитора гидратообразования (метанола). Емкость 22 соединена с отводом V осушенного газа.
Установка имеет необходимую запорно-регулирующую арматуру.
Установка работает следующим образом.
Поток предварительно осушенного газа разделяется на четыре потока. Первый поток (отвод II) осушенного газа поступает в многопоточный теплообменник 1, второй поток (отвод III) направляется в рекуперативный теплообменник 3, третий поток (отвод IV) поступает в рибойлер 17 второй фракционирующей колонны 13, а четвертый поток (отвод V) поступает в емкость 22.
После охлаждения первого потока осушенного газа (II) в многопоточном теплообменнике 1 первый поток направляется в пропановый испаритель 2. После охлаждения в пропановом испарителе 2 первый поток возвращается обратно в многопоточный теплообменник 1, снова охлаждается и затем объединяется со вторым потоком осушенного газа (III), охлажденным в рекуперативном теплообменнике 3. Объединенный поток охлажденного осушенного газа (II и III) поступает в сепаратор 4.
В сепараторе 4 происходит отделение газа от низкотемпературного конденсата. Газ из сепаратора 4 направляется в турбодетандер 5 и затем через вход 6 поступает в верхнюю часть первой фракционирующей колонны 8. Низкотемпературный конденсат из сепаратора 4 дросселируется и через вход 7 поступает в нижнюю часть первой фракционирующей колонны 8.
В первой фракционирующей колонне 8 происходит разделение отбензиненного газа и жидкой фазы.
Отбензиненный газ через выход 9 первой фракционирующей колонны 8 поступает в многопоточный теплообменник 1, после чего проходит компрессорную часть турбодетандера 5 и воздушный холодильник 19 и затем выводится с установки.
Жидкая фаза через выход 11 первой фракционирующей колонны 8 делится на две части: одна часть потока жидкой фазы нагревается потоком осушенного газа в рекуперативном теплообменнике 3 узла охлаждения и сепарации газа и затем через вход 14 поступает во вторую фракционирующую колонну 13 в качестве питания, а вторая часть потока жидкой фазы через вход 12 поступает на верхнюю тарелку второй фракционирующей колонны 13 в качестве орошения.
Во второй фракционирующей колонне 13 происходит окончательная отпарка метана из жидкой фазы до требуемого значения. Тепло в низ второй фракционирующей колонны 13 подается за счет рекуперации тепла третьего потока осушенного газа (IV) в рибойлере 17.
Газовая фаза через выход 15 второй фракционирующей колонны 13 поступает на прием компрессора 18, после чего скомпримированная газовая фаза направляется в многопоточный теплообменник 1 узла охлаждения и сепарации газа, в котором она охлаждается и конденсируется. Далее этот поток в виде газожидкостной смеси через вход 10 поступает на верхнюю тарелку первой фракционирующей колонны 8 в качестве орошения.
В поток скомпримированной газовой фазы перед ее подачей в многопоточный теплообменник 1 из емкости 22 подается ингибитор гидратообразования.
2+выша
Кубовый продукт второй фракционирующей колонны 13 (фракция целевых углеводородов С) через выход 16 поступает в рибойлер 17, после чего часть нагретого потока возвращается обратно в нижнюю часть второй фракционирующей колонны 13, а другая часть потока насосом 20 поступает на охлаждение в воздушный холодильник 21 и затем направляется на дальнейшую переработку.