Установка низкотемпературного разделения углеводородного газа

Установка низкотемпературного разделения углеводородного газа
Полезная модель относится к устройствам для разделения компонентов газовых смесей путем низкотемпературной конденсации и ректификации, а именно, к установкам низкотемпературного разделения газов с целью получения гелиевого концентрата, этана и широкой фракции легких углеводородов, и может быть использована на газоперерабатывающих предприятиях.
Известна установка для разделения газовых смесей, содержащая магистраль перерабатываемого газа, теплообменники, сепараторы, гелиевую ректификационную колонну с линией удаления жидкой фазы, детандер, колонну-деметанизатор с линиями питания колонны, линию удаления кубовой жидкости, насос, линию подачи жидкости в колонну-деэтанизатор. Очищенный, осушенный и охлажденный до минус 30°С газ разделяют на потоки, которые раздельно охлаждают до 69°С и частично конденсируют в теплообменниках за счет холода сдросселированных и расширенных в детандере обратных фракций газов сепарации, деметанизации и питания колонныдеметанизатора. Затем потоки смешивают и сепарируют, при этом жидкость дросселируют и направляют на сепарацию, откуда испаренные гелий и легкие углеводороды подают в нижнюю часть гелиевой ректификационной колонны. Жидкую фазу колонны делят на два потока, один из которых дросселируют, частично испаряют в теплообменнике и разделяют в сепараторе. Выделившуюся жидкость дросселируют, смешивают с жидкостью, выделившейся при охлаждении и сепарации подаваемого на переработку газа, и подают в качестве питания в колонну-деметанизатор. Пар, выделившийся при охлаждении и сепарации первой части жидкой фазы гелиевой колонны, расширяют в детандере, объединяют с остальной частью жидкой фазы гелиевой колонны, сепарируют и жидкость направляют в качестве холодного орошения в колонну-деметанизатор. Кубов)шэ жидкость колонны-деметанизатора разделяют на этановую и широкую фракции легких углеводородов в колонне-деэтанизаторе Авторское свидетельство СССР .№ 1645796, МПК F25J 3/02, опубл. 30.04.91.
Недостатком известной установки является относительно невысокая степень извлечения целевых продуктов из природного газа.
Паиболее близкой к заявляемой по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является применяемая на гелиевом заводе ООО «Оренбурггазпром установка низкотемпературного разделения углеводородных газов с целью получения гелиевого концентрата, этана и широкой фракции легких углеводородов Технологический регламент на эксплуатацию установки 21 получения гелиевого концентрата, выделения этана и
2 V о;- О  з V .и.г-;.о,у, vrS::; r
7МПК F25J 3/00
ШФЛУ. ТР 3-42-98, II очередь ОГЗ. Установка содержит блок предварительного охлаждения газа, включающий теплообменники и сепараторы первой ступени, блок конденсации и охлаждения газа, включающий теплообменники, сепараторы второй и третьей ступени, две отпарные колонны и турбодетандерный агрегат, состоящий из турбодетандера и турбокомпрессора, блок выделения этановой и щирокой фракции углеводородов, включающий деметанизатор, состоящий из укрепляющей и отпарной секций, деэтанизатор и теплообменники, блок получения гелиевого концентрата, включающий гелиевую ректификационную колонну со встроенными теплообменниками.
Природный газ разделяется на два потока, один из которых направляется в теплообменник, где происходит его предварительное охлаждение и частичная конденсация за счет холода обратного потока метановой фракции низкого давления, затем в сепаратор для отделения жидкой фазы, другой (основной поток) проходит последовательно теплообменник, пропановый холодильник и попадает в сепаратор. Отделивщиеся в сепараторах тяжелые углеводороды (Сз и выще) выводятся из сепараторов, объединенный поток которых подается на питание в деметанизатор. Газовый поток из сепараторов разделяется на потоки, которые после охлаждения и частичной конденсации в теплообменниках обратными потоками метановых фракций объединяются и поступают в последовательно работающие сепараторы второй ступени, в которых поток газа обогащается гелием, а жидкость этаном. Паровая фаза из одного сепаратора направляется на полную конденсацию в теплообменники, кипятильники отпарных колонн, после чего все потоки переохлажденной жидкости объединяются и дросселируются в первую отпарную колонну. Паровая фаза другого сепаратора подается в первую отпарную колонну в качестве стриппинг-газа, а жидкость - на орощение деметанизатора.
Газ, отпаренный в первой отпарной колонне, поступает в конденсатор, в котором при температуре минус 110°С полностью конденсируется, далее подается во вторую отпарную колонну, где отпаривается около 10 % от исходного газа, поступившего в колонну. При этом содержание гелия в отпаренном газе увеличивается до 5,5%. По выходу из второй отпарной колонны обогащенный гелием газ дросселируется и подается в гелиевую ректификационную колонну, где в результате охлаждения и конденсации при прохождении последовательно через теплообменники выделяется гелиевый концентрат с содержанием гелия не менее 85%. Кубовый продукт гелиевой колонны дросселируется до давления 0,15 МПа и поступает в трубное пространство теплообменника колонны, а затем отводится как метановая фракция низкого давления.
С куба первой отпарной колонны выводится метановая фракция высокого давления, часть которой через теплообменник поступает на разделение в сепаратор третьей ступени, а другая часть дросселируется до давления 1,6 МПа и выводится как метановая фракция среднего давления. Газовая фаза из
сепаратора объединяется с верхним продуктом деметанизатора и поступает на расширение в турбодетандер турбодетандерного агрегата. Далее этот поток (метановая фракция среднего давления), проходя через теплообменники и объединившись с метановой фракцией среднего давления куба первой отпарной колонны, сжимается турбокомпрессором турбодетандерного агрегата и выводится с установки. Жидкость из сепаратора третьей ступени подается на орошение деметанизатора,
Этановая фракция и ШФЛУ получаются путем низкотемпературной ректификации жидкости, выделенной в сепараторах второй и третьей ступени. Сначала осуп1;ествляется ректификация полученной жидкости в деметанизаторе с получением метановой фракции в качестве дистиллята и фракции углеводородов С2 и выше в качестве кубового остатка, которая поступает на разделение в деэтанизатор путем ректификации с получением в качестве дистиллята этановой фракции, а в качестве кубового остатка - ШФЛУ,
Основным недостатком известной установки является недостаточная степень извлечения получаемых продуктов - этана и ШФЛУ.
Задачей заявляемой полезной модели является увеличение степени извлечения этана и широкой фракции легких углеводородов с сохранением коэффициента извлечения гелия при минимальных капитальных затратах.
Поставленная задача в предлагаемой установке низкотемпературного разделения углеводородного газа, состояш;ей из блока предварительного охлаждения газа, включаюп1;его последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блока конденсации и охлаждения газа, включающего теплообменники, сепараторы второй и третьей ступени, отпарные колонны и турбодетандерный агрегат, состоящий из турбодетандера и турбокомпрессора, блока выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающего деметанизатор, деэтанизатор, теплообменники, блока получения гелиевого концентрата и соединительных трубопроводов, решается за счет того, что блок предварительного охлаждения газа снабжен сепаратором, установленным после теплообменника и соединенным с трубопроводами сбора газа и жидких углеводородов, и дополнительным трубопроводом подвода углеводородного газа в пропановый холодильник, блок конденсации и охлаждения газа снабжен сепаратором, установленным на выходе из турбодетандера и соединенным с трубопроводом отвода кубовой жидкости первой отпарной колонны, насосом для откачки жидкости из сепаратора в деметанизатор, отпарная секция которого выполнена с выносным кипятильником, теплообменником и насосом для подачи кубовой жидкости в деэтанизатор, при этом кипятильник и теплообменник соединены с трубопроводом подвода углеводородного газа в блок предварительного охлаждения.
обеспечении возможности предварительного охлаждения поступающего на установку газа и-, вследствие этого, упрощении температурных режимов последующего разделения углеводородного газа.
Технический результат, получаемый за счет наличия в блоке предварительного охлаждения дополнительного сепаратора, установленного после теплообменника, и трубопровода подвода газа в пропановый холодильник, состоит в обеспечении возможности еще на стадии предварительного охлаждения вывести из основного потока газа максимальное количество сконденсировавшихся тяжелых углеводородов (С5 и выше) во избежание их накопления и повышения температуры обратных потоков.
Технический результат, получаемый за счет наличия в блоке конденсации и охлаждения газа дополнительного сепаратора, установленного на выходе из турбодетандера и соединенного с трубопроводом отвода кубовой жидкости первой отпарной колонны, и насоса для откачки жидкости из сепаратора в деметанизатор, состоит в обеспечении возможности вовлечения в переработку в деметанизаторе всех обогащенных этаном жидкостей, в частности, жидкости расширенного детандерного потока и жидкости, оставшейся после частичного испарения кубового продукта первой отпарной колонны в теплообменнике.
На чертеже представлена схема установки низкотемпературного разделения углеводородного газа.
Установка содержит:
-блок предварительного охлаждения газа, включающий трубопровод подвода углеводородного газа 1, теплообменники 2 и 3, пропановый холодильник 4, сепараторы первой ступени 5-7;
-блок конденсации и охлаждения газа, включающий теплообменники 8-14, последовательно установленные сепараторы второй ступени 15-16, сепаратор третьей ступени 17, отпарные колонны 18-19 и турбодетандерный агрегат, состоящий из турбодетандера 20 и т)фбокомпрессора 21, сепаратор 22 с насосом 23;
-блок выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающий деметанизатор, состоящий из укрепляющей 24 и отпарной 25 секций, и деэтанизатор 26, при этом отпарная секция деметанизатора выполнена с выносными кипятильником 27, теплообменником 28 и с насосом 29 для откачки кубовой жидкости в деэтанизатор;
-блок получения гелиевого концентрата, включающий гелиевую ректификационнз о колонну 30, теплообменники 31-33.
Установка низкотемпературного разделения углеводородных газов работает следующим образом.
Природный газ, предварительно осушенный и очищенный от сернистых соединений на специальных установках, под давлением 4,7МПа при температуре 35°С поступает на установку в блок предварительного охлаждения газа. Для полной рекуперации холода газ разделяется на четыре потока,
один из которых используется в качестве теплоносителя в кипятильнике 27 деметанизатора 25, другой предварительно охлаждается кубовым продуктом деметанизатора 25 в теплообменнике 28, третий охлаждается метановой фракцией низкого давления в теплообменнике 2. Остальной газ объединяется с потоком, выходящим из теплообменника 28, и частью потока из кипятильника 27 и с температурой 25°С поступает на охлаждение в теплообменник 3. Часть потока из кипятильника 27 поступает на охлаждение в пропановый холодильник 4. Охлаждение и конденсация на этом блоке ведется до температуры минус 30°С. Сконденсировавшиеся углеводороды (Сз и выше) отделяются от газовой фазы в сепараторах 5-7, жидкая фаза из которых выводится и направляется на питание в деметанизатор 24, а газовая фаза поступает на дальнейшее охлаждение и конденсацию в параллельно работающие теплообменники 8, 11, 12 блока конденсации и охлаждения газа.
Вторая ступень сепарации ведется при температуре минус 69°С в сепараторе 15, откуда жидкость дросселируется в сепаратор 16с тем, чтобы образовавшиеся при этом пары, содержащие гелий, направить в первую отпарную колонну 18 в качестве стриппинг-газа для сокращения потерь гелия по установке. Паровая фаза из сепаратора 15 направляется на полную конденсацию в теплообменники 9, 13 и кипятильники отпарных колонн 18 и 19. Потоки из аппаратов 9, 13 и кипятильника отпарной колонны 18 после перераспределения направляются на переохлаждение в теплообменники 10 и 14, по выходе из которых все потоки переохлажденной жидкости объединяются и дросселируются в первую отпарную колонну 18, где отпаренный газ обогащается гелием до 0,59%. Отпаренный газ после полной конденсации поступает в верхнюю часть второй отпарной колонны 19, в которой отпарршается около 10% от исходного газа, поступившего в колонну. При этом содержание гелия в отпаренном газе увеличивается до 5%. С куба отпарной колонны 18 при температуре минус 78°С и давлении 3,9 МПа выводится метановая фракция высокого давления, часть которой (более 90%) через теплообменник 9 поступает на разделение в сепаратор третьей ступени 17, откуда паровая фаза направляется на расширение в детандер турбодетандерного агрегата, а жидкость дросселируется на первую тарелку деметанизатора 24 в качестве основной флегмы. Остальная кубовая жидкость колонны 18 дросселируется до давления 1,6 МПа и после рекуперации холода в теплообменнике 10 объединяется с потоком, выходяпщм из детандера, и поступает на разделение фаз в дополнительный сепаратор 22. Жидкость из этого сепаратора отбирается насосом 23 и разделяется на два потока. Один объединяется с жидкостью из сепаратора 16, предварительно нагретой в теплообменнике 13, и подается в теплообменник 12, по выходе из которого объединяется с жидкостью, отделенной в сепараторах первой ступени 5-7, и эта обогащенная этаном смесь подается в деметанизатор 24 в качестве питания. Остальная жидкость направляется на третью тарелку деметанизатора 24 в качестве флегмы. Паровой поток из сепаратора 22 объединяется с выходящей из конденсатора отпарной колонны 18 метановой фракцией среднего давления, отдает свой холод в теплообменнике 14, объединяется с верхним продуктом деметанизатора 24 и после рекуперации холода последовательно в теплообменниках 8 и 3 компримируется в компрессоре турбодетандерного агрегата и выводится с установки.
Этановая фракция и широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ) получаются путем низкотемпературной ректификации жидкости в блоке выделения этана и ШФЛУ. Сначала осуществляется ректификация полученной жидкости в деметанизаторе 24-24 под давлением 2,2 МПа с получением метановой фракции в качестве дистиллята и фракции углеводородов Ci и выше в качестве кубового остатка. Кубовая жидкость деметанизатора 25 отбирается насосом 29 и после подогрева до 25°С в теплообменнике 28 (исходным газом) направляется на ректификацию в деэтанизатор 26 с получением в качестве дистиллята этановой фракции, а в качестве кубового остатка - ШФЛУ.
По выходу из второй отпарной колонны 19 обогащенный гелием газ дросселируется до давления не более 1,7 МПа и подается в блок получения гелиевого концентрата, в котором за счет противоточной конденсации исходного газа выделяется гелиевый концентрат с содержанием гелия не менее 85%. Обогащение газа гелием происходит в ректификационной колонне 30 в результате охлаждения и конденсации газа при прохождении последовательно через теплообменник 32 за счет холода кипящей жидкости куба колонны 30 и теплообменник 31 за счет холода кипящего под давлением 0,12 МПа азота. Кубовая жидкость колонны 30 дросселируется до 0,44 МПа и поступает в трубное пространство теплообменника 32, а затем отводится как метановая фракция низкого давления (МФПД). При необходимости из кубовой жидкости может производиться отпарка гелия в кипятильнике 33, в который в качестве теплоносителя подается часть кубовой жидкости второй отпарной колонны 19.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет увеличить выработку этана и ШФЛУ из природного газа за счет вовлечения всех обогащенным этаном жидкостей, выделенных как из прямого, так и из обратных потоков метановых фракций, в частности, всей кубовой жидкости первой отпарной колонны при снижении энергозатрат и максимальном использовании имеющегося оборудования.