УСТАНОВКА ПОДГОТОВКИ МАГИСТРАЛЬНОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА К СЖИЖЕНИЮ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к процессам очистки магистрального углеводородного газа от примесей, например, от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей, ртути и/или ее соединений, кислорода, сернистых компонентов, диоксида углерода, а также осушки газа, и может быть использована в газовой промышленности при сжижении природных газов, поступающих на установку по магистральному трубопроводу.
Содержание компонентов в газе из магистрального газопровода (при соответствии требованиям нормативных документов к качеству газа) и типичное требуемое содержание в очищенном газе на входе установки сжижения природного газа представлено в таблице 1.
Таблица 1
Компоненты
Возможное содержание в газе из магистрального газопровода
Типичное требуемое содержание в очищенном газе, не более
сероводород
14 ppm
2÷5 ppm
сера в виде меркаптанов
36 мг/м<sup>3</sup>
10÷30 мг/м<sup>3</sup>
сера в виде серооксида углерода
50 мг/м<sup>3</sup>
10÷30 мг/м<sup>3</sup>
диоксид углерода
50000 ppm
20÷200 ppm
кислород
10000 ppm
20÷200 ppm
вода
120 ppm
0,1÷1 ppm
ртуть
0÷50000 нг/м<sup>3</sup>
10 нг/м<sup>3</sup>
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенной полезной модели является техническое решение, раскрытое в изобретении, защищенном патентом Российской Федерации №2344360 (приоритет от 04.07.2007), которое содержит источник поступления природного газа (например, газопровод), узел очистки газа от диоксида углерода и сероводорода, узел осушки подаваемого на сжижение газа и узел очистки газа от ртути и/или ее соединений, а также линии подачи газа от одних узлов к другим.
Недостатком известного технического решения является отсутствие очистки магистрального газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей, меркаптанов, серооксида углерода и кислорода.
В полезной модели представлены четыре варианта установка подготовки природного газа к производству сжиженного природного газа.
При создании данной полезной модели решалась техническая задача расширения функциональных возможностей известного технического решения, при этом техническим результатом в первом и втором вариантах установки являлась очистка магистрального газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей, меркаптанов, серооксида углерода и кислорода, в третьем и четвертом вариантах - очистка магистрального газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей и кислорода.
Поставленная техническая задача в первом варианте решается тем, что известное техническое решение подготовки магистрального природного газа к сжижению, содержащее источник поступления природного газа (например, газопровод), узел очистки газа от диоксида углерода и сероводорода, узел осушки подаваемого на сжижение газа и узел очистки газа от ртути и/или ее соединений, а также линии подачи газа от одних узлов к другим, обеспечивающие реализацию технологического процесса подготовки магистрального природного газа к сжижению, согласно полезной модели снабжена узлом сепарации и рекуперативного теплообмена, а также узлом каталитической очистки от кислорода. Узел очистки газа от диоксида углерода и сероводорода выполнен в виде двух самостоятельных блоков: узла очистки газа от сернистых компонентов (сероводорода, меркаптанов и опционально от серооксида углерода) и узла мокрой очистки газа от диоксида углерода. Узел осушки сжижаемого газа выполнен в виде узла адсорбционной осушки и окончательной очистки газа от диоксида углерода. Узел очистки газа от ртути и/или ее соединений выполнен в виде узла адсорбционной нерегенеративной очистки газа от ртути и/или ее компонентов. Узел очистки газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей и рекуперативного теплообмена содержит первый и второй сепараторы, первый и второй рекуперативные теплообменники, а также линию вывода газового конденсата, компрессорного масла и механических примесей из установки. Узел мокрой очистки газа от диоксида углерода снабжен линиями вывода диоксида углерода в виде газообразного отхода или в составе химических соединений жидкого отхода и вывода газов дегазации на продувку факела. Узел адсорбционной осушки и окончательной очистки газа от диоксида углерода снабжен линиями вывода воды (водно-метанольного раствора в случае присутствия метанола в составе магистрального газа) со следами углеводородов и подачи очищенного и осушенного газа на сжижение.
Поставленная техническая задача во втором варианте решается тем, что известное техническое решение подготовки магистрального природного газа к сжижению, содержащее источник поступления природного газа (например, газопровод), узел очистки газа от диоксида углерода и сероводорода и узел осушки подаваемого на сжижение газа, а также линии подачи газа от одних узлов к другим, обеспечивающие реализацию технологического процесса подготовки магистрального природного газа к сжижению, согласно полезной модели снабжена узлом сепарации и рекуперативного теплообмена, а также узлом каталитической очистки от кислорода. Узел очистки газа от диоксида углерода и сероводорода выполнен в виде двух самостоятельных блоков: узла очистки газа от сернистых компонентов (сероводорода, меркаптанов и опционально от серооксида углерода) и узла мокрой очистки газа от диоксида углерода. Узел осушки сжижаемого газа выполнен в виде узла адсорбционной осушки и окончательной очистки газа от диоксида углерода. Узел очистки газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей и рекуперативного теплообмена содержит первый и второй сепараторы, первый и второй рекуперативные теплообменники, а также линию вывода газового конденсата, компрессорного масла и механических примесей из установки. Узел мокрой очистки газа от диоксида углерода снабжен линиями вывода диоксида углерода в виде газообразного отхода или в составе химических соединений жидкого отхода и вывода газов дегазации на продувку факела. Узел адсорбционной осушки и окончательной очистки газа от диоксида углерода снабжен линиями вывода воды (водно-метанольного раствора в случае присутствия метанола в составе магистрального газа) со следами углеводородов и подачи очищенного и осушенного газа на сжижение.
Поставленная техническая задача в третьем варианте решается тем, что известное техническое решение подготовки магистрального природного газа к сжижению, содержащее источник поступления природного газа (например, газопровод), узел очистки газа от диоксида углерода и сероводорода, узел осушки подаваемого на сжижение газа и узел очистки газа от ртути и/или ее соединений, а также линии подачи газа от одних узлов к другим, обеспечивающие реализацию технологического процесса подготовки магистрального природного газа к сжижению, согласно полезной модели снабжена узлом сепарации и рекуперативного теплообмена, а также узлом каталитической очистки от кислорода. Узел очистки газа от диоксида углерода и сероводорода выполнен в виде узла мокрой очистки газа от диоксида углерода. Узел осушки сжижаемого газа выполнен в виде узла адсорбционной осушки и окончательной очистки газа от диоксида углерода. Узел очистки газа от ртути и/или ее соединений выполнен в виде узла адсорбционной нерегенеративной очистки газа от ртути и/или ее компонентов. Узел очистки газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей и рекуперативного теплообмена содержит первый и второй сепараторы, первый и второй рекуперативные теплообменники, а также линию вывода газового конденсата, компрессорного масла и механических примесей из установки. Узел мокрой очистки газа от диоксида углерода снабжен линиями вывода диоксида углерода в виде газообразного отхода или в составе химических соединений жидкого отхода и вывода газов дегазации на продувку факела. Узел адсорбционной осушки и окончательной очистки газа от диоксида углерода снабжен линиями вывода воды (водно-метанольного раствора в случае присутствия метанола в составе магистрального газа) со следами углеводородов и подачи очищенного и осушенного газа на сжижение.
Поставленная техническая задача в четвертом варианте решается тем, что известное техническое решение подготовки магистрального природного газа к сжижению, содержащее источник поступления природного газа (например, газопровод), узел очистки газа от диоксида углерода и сероводорода, узел осушки подаваемого на сжижение газа, а также линии подачи газа от одних узлов к другим, обеспечивающие реализацию технологического процесса подготовки магистрального природного газа к сжижению, согласно полезной модели снабжена узлом сепарации и рекуперативного теплообмена, а также узлом каталитической очистки от кислорода. Узел очистки газа от диоксида углерода и сероводорода выполнен в виде узла мокрой очистки газа от диоксида углерода. Узел осушки сжижаемого газа выполнен в виде узла адсорбционной осушки и окончательной очистки газа от диоксида углерода. Узел очистки газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей и рекуперативного теплообмена содержит первый и второй сепараторы, первый и второй рекуперативные теплообменники, а также линию вывода газового конденсата, компрессорного масла и механических примесей из установки. Узел мокрой очистки газа от диоксида углерода снабжен линиями вывода диоксида углерода в виде газообразного отхода или в составе химических соединений жидкого отхода и вывода газов дегазации на продувку факела. Узел адсорбционной осушки и окончательной очистки газа от диоксида углерода снабжен линиями вывода воды (водно-метанольного раствора в случае присутствия метанола в составе магистрального газа) со следами углеводородов и подачи очищенного и осушенного газа на сжижение.
Принципиальные схемы вариантов установки подготовки магистрального природного газа к сжижению изображены на Фиг.1, 3, 4 и 5, а на Фиг.2 изображен узел очистки газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей и рекуперативного теплообмена.
Первый вариант установки подготовки магистрального природного газа к сжижению (Фиг.1) используется в том случае, когда магистральный газ содержит капельный газовый конденсат, компрессорное масло, механические примеси, ртуть и/или ее соединения, сернистые компоненты (сероводород, меркаптаны и серооксид углерода), кислород и диоксид углерода.
Первый вариант установки включает линию 1 подачи природного газа из магистрали, узел 2 очистки газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей и рекуперативного теплообмена, узел 3 адсорбционной нерегенеративной очистки газа от ртути и/или ее соединений, узел 4 очистки газа от сернистых компонентов (сероводорода, меркаптанов и опционально от серооксида углерода), узел 5 каталитической очистки газа от кислорода, узел 6 мокрой очистки газа от диоксида углерода и узел 7 адсорбционной осушки и окончательной очистки газа от диоксида углерода.
Узел 2 (Фиг.2) очистки газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей и рекуперативного теплообмена содержит первый 8 и второй 9 сепараторы, первый 10 и второй 11 рекуперативные теплообменники, при этом первый сепаратор 8 соединен с первым входом первого рекуперативного теплообменника 10 линией подачи 12 отсепарированного газа (очищенного газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей). В первом рекуперативном теплообменнике 10 газ нагревают в межтрубном пространстве газом, поступающим из узла 6 на второй вход первого рекуперативного теплообменника 10. Первый выход рекуперативного теплообменника 10 соединен линией 13 подачи отсепарированного газа с узлом 3 адсорбционной нерегенеративной очистки газа от ртути и/или ее соединений.
Первый вариант установки в своем составе имеет также линию 14 вывода газового конденсата, компрессорного масла и механических примесей из узла 2, линию 15 подачи в узел 4 газа, очищенного в узлах 2 и 3, линию 16 подачи в узел 5 газа, очищенного в узлах 2, 3 и 4, линию 17 подачи газа очищенного в узлах 2, 3, 4 и 5 на первый вход второго 11 рекуперативного теплообменника узла 2, линию 18 подачи газа на очистку от диоксида углерода в узел 6 с первого выхода второго 11 рекуперативного теплообменника узла 2,
Кроме этого первый вариант установки содержит линию 19 подачи газа, очищенного от диоксида углерода в узле 6, на второй вход первого рекуперативного теплообменника 10, второй выход которого соединен линией 20 со входом второго сепаратора 9 узла 2. Низ второго сепаратора 9 соединен линией 21 подачи водяного конденсата в узел 6. Верх второго сепаратора 9 соединен линией 22 подачи газовой фазы на второй вход второго 11 рекуперативного теплообменника узла 2, а второй выход второго 11 рекуперативного теплообменника соединен линией 23 с узлом 7 адсорбционной осушки и окончательной очистки газа от диоксида углерода.
Первый вариант установки включает также линию 24 подачи газа регенерации из узла 7 в узел 6, линию 25 вывода воды (водно-метанольного раствора) со следами углеводородов из узла 7, линию 26 подачи очищенного и осушенного газа на сжижение.
Узел 6 мокрой очистки газа от диоксида углерода снабжен линией 27 вывода диоксида углерода из узла 6 в виде газообразного отхода или в составе химических соединений жидкого отхода и линией 28 вывода газов дегазации на продувку факела.
Второй вариант установки (Фиг.3) применяется в том случае, если содержание ртути и/или ее соединений не превышает максимально требуемое значение (например, 10 нг/м3). В этом случае отсутствует необходимость использования в установке узла 3 адсорбционной нерегенеративной очистки газа от ртути и/или ее соединений, а также линий 13 и 15. Вместо них установлена линия 29 подачи в узел 4 газа, очищенного в узле 2.
Третий вариант установки (Фиг.4) применяется в том случае, если содержание сернистых компонентов не превышает максимально требуемых величин (например, сероводород 2-5 ppm, сера в виде меркаптанов 10-30 мг/м3 и сера в виде серооксида углерода 10-30 мг/м3). В этом случае отсутствует необходимость использования в установке узла 4 очистки газа от сернистых компонентов, а также линий 15 и 16. Вместо них установлена линия 30 подачи в узел 5 газа, очищенного в узле 3.
Четвертый вариант установки (Фиг.5) применяется в том случае, если содержание ртути и/или ее соединений не превышает максимально требуемое значение (например, 10 нг/м3), а содержание сернистых компонентов не превышает максимально требуемых величин (например, сероводород 2-5 ppm, сера в виде меркаптанов 10-30 мг/м3 и сера в виде серооксида углерода 10-30 мг/м3). В этом случае отсутствует необходимость использования в установке узлов 3 и 4, а также линий 13, 15, и 16. Вместо них установлена линия 31 подачи в узел 5 газа, очищенного в узле 2.
Установка подготовки магистрального природного газа к сжижению, выполненная по первому варианту, функционирует следующим образом.
Природный газ из магистрали подают по линии 1 в узел 2 очистки газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей и рекуперативного теплообмена, где в первом сепараторе 8 происходит отделение от газа капельного газового конденсата, компрессорного масла и механических примесей, которые выводятся из установки по линии 14.
Далее газ из первого сепаратора 8 подают на первый вход первого рекуперативного теплообменника 10 узла 2, где его нагревают в межтрубном пространстве первого рекуперативного теплообменника 10 газом, поступающим из узла 6 мокрой очистки газа от диоксида углерода, а затем из второго выхода первого рекуперативного теплообменника 10 газ по линии 13 подают в узел 3 на очистку от ртути и/или ее соединений.
Очистка от ртути и/или ее соединений осуществляется в адсорбере (на рисунках условно не показан) за счет необратимой реакции ртути и/или ее соединений с веществами из состава нерегенерируемого адсорбента (например, с серой, импрегнированной в активированном угле, или с оксидами металлов с образованием сульфида ртути), с выводом продуктов реакции, содержащих ртуть, из узла 3 в составе твердого отхода при периодической замене отработаного адсорбента (замена отработанного адсорбента на свежий).
Далее газ из узла 3 подают по линии 15 в узел 4 на тонкую очистку от сернистых компонентов. В узле 4 могут быть предусмотрены две последовательные группы адсорберов (на Фиг.1 условно не показаны), каждая состоящая из двух аппаратов. В первой группе адсорберов осуществляют нерегенеративную очистку газа от сероводорода (H2S) и меркаптанов (RSH) за счет их поглощения твердым нерегенерируемым адсорбентом (например, марки Sulfatreat Select НС) с протеканием необратимых реакций с образованием сульфидов металлов и/или серы.
В адсорберах второй, опционной группы, проводят нерегенеративную очистку газа от серооксида углерода (COS) (например, с использованием активированного угля марки SOLCARB С3).
Из узла 4 продукты реакции сернистых компонентов периодически выводят в составе твердых отходов - отработанного адсорбента, который периодически выводится из установки (замена отработанного адсорбента на свежий)
Из узла 4 по линии 16 газ подают на каталитическую очистку от кислорода в узел 5 прямым окислением углеводородов при повышенной температуре.
Очищенный от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей, ртути и/или ее соединений, сернистых соединений и кислорода газ направляют из узла 5 по линии 17 на первый вход второго рекуперативного теплообменника 11 узла 2, а затем из первого выхода второго рекуперативного теплообменника 11 по линии 18 - в узел 6 на мокрую очистку от диоксида углерода (СО2) аминовым или щелочным способом, в котором также дополнительно проводят промывку и сепарацию газа от следов абсорбента (амина или щелочно-солевого раствора). К этому газу добавляют газ регенерации из узла 7 по линии 24.
Очищенный, промытый и отсепарированный газ из узла 6 направляют по линии 19 на второй вход первого рекуперативного теплообменника 10 узла 2, где происходит охлаждение газа, сопровождаемое частичной конденсацией паров воды из влажного газа после мокрой очистки. Далее газ из второго выхода первого рекуперативного теплообменника 10 направляют по линии 20 на вход второго сепаратора 9 узла 2. Во втором сепараторе 9 сконденсированная вода отделяется от газа и по линии 21 направляется в узел 6 (с целью использования, например, при промывке газа при его очистке от диоксида углерода, для подпитки рабочего раствора водой, или для добавления в состав жидкого отхода).
Газ из верха второго сепаратора 9 направляют по линии 22 на второй вход второго рекуперативного теплообменника 11 узла 2. Во втором рекуперативном теплообменнике 11 газ подогревают и направляют по линии 23 в узел 7 на осушку и окончательную очистку от диоксида углерода адсорбционным регенеративным способом. Из узла 7 выводят по линии 25 воду (водно-метанольный раствор) со следами углеводородов как отход производства. Очищенный и осушенный газ направляют из установки по линии 26 на сжижение.
Из узла 6 мокрой очистки газа от диоксида углерода выводят диоксид углерода в виде газообразного отхода или в составе химических соединений жидкого отхода по линии 27. Газ дегазации из сборника поглотительного раствора (на Фиг.1 условно не показан) подают в линию 28 продувки факела (на Фиг.1 условно не показан).
При реализации первого варианта установки подготовки магистрального природного газа к сжижению решается техническая задача расширения функциональных возможностей известного технического решения, при этом техническим результатом в первом варианте установки является очистка магистрального газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей, меркаптанов, серооксида углерода и кислорода.
Установка подготовки магистрального природного газа к сжижению, выполненная по второму варианту, функционирует следующим образом.
От линии 1 подачи природного газа из магистрали и до первого выхода первого 10 рекуперативного теплообменника узла 2 очистки газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей и рекуперативного теплообмена, а также начиная с узла 4 очистки газа от сернистых компонентов (сероводорода, меркаптанов и опционально от серооксида углерода) в технологическом процессе задействованы те же узлы, аппараты и линии, и в той же последовательности, что и в первом варианте. При этом первый выход рекуперативного теплообменника 10 соединен линией 29 подачи отсепарированного газа с узлом 4 очистки газа от сернистых компонентов (сероводорода, меркаптанов и опционально от серооксида углерода).
При реализации второго варианта установки подготовки магистрального природного газа к сжижению решается техническая задача расширения функциональных возможностей известного технического решения, при этом техническим результатом во втором варианте установки является очистка магистрального газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей, меркаптанов, серооксида углерода и кислорода.
Установка подготовки магистрального природного газа к сжижению, выполненная по третьему варианту, функционирует следующим образом.
Начиная от линии 1 подачи природного газа из магистрали и включая узел 3 адсорбционной нерегенеративной очистки газа от ртути и/или ее соединений, а также начиная с узла 5 каталитической очистки газа от кислорода в технологическом процессе задействованы те же узлы, аппараты и линии, и в той же последовательности, что и в первом варианте. При этом подача газа очищенного от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей, ртути и/или ее соединений из узла 3 в узел 5 каталитической очистки газа от кислорода осуществляют по линии 30.
При реализации третьего варианта установки подготовки магистрального природного газа к сжижению решается техническая задача расширения функциональных возможностей известного технического решения, при этом техническим результатом в третьем варианте установки является очистка магистрального газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей, меркаптанов, серооксида углерода и кислорода.
Установка подготовки магистрального природного газа к сжижению, выполненная по четвертому варианту, функционирует следующим образом.
От линии 1 подачи природного газа из магистрали и до первого выхода первого 10 рекуперативного теплообменника узла 2 очистки газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей и рекуперативного теплообмена, а также начиная с узла 5 каталитической очистки газа от кислорода в технологическом процессе задействованы те же узлы, аппараты и линии, и в той же последовательности, что и в первом варианте. При этом подача газа, очищенного от капельного газового конденсата, компрессорного масла и механических примесей, из узла 2 в узел 5 каталитической очистки газа от кислорода осуществляют по линии 31.
При реализации четвертого варианта установки подготовки магистрального природного газа к сжижению решается техническая задача расширения функциональных возможностей известного технического решения, при этом техническим результатом в четвертом варианте установки является очистка магистрального газа от капельного газового конденсата, компрессорного масла, механических примесей и кислорода.