УСТАНОВКА ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА

Предлагаемая полезная модель «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа» относится к технике переработки углеводородных газов путем низкотемпературной конденсации и ректификации и может быть использовано в нефте- и газоперерабатывающей промышленности.
Известна установка низкотемпературного разделения углеводородного газа (см. патент US 4690702, F25J 3/02, C07C 7/09, опубл. 01.09.1987 г.), включающая трубопровод подачи углеводородного газа, узел охлаждения углеводородного газа, соединенный с первой фракционирующей колонной, снабженной патрубком выхода остаточного газа, обогащенного метаном, и патрубками подачи орошения в верхней части и патрубком выхода жидкой фазы в нижней части, соединенным с патрубком входа жидкой фазы во вторую фракционирующую колонну, снабженную патрубком выхода газовой фазы и патрубком подачи орошения в верхней части и патрубком выхода жидкой фазы, обогащенной высшими углеводородами, в нижней части, при этом патрубок выхода остаточного газа, обогащенного метаном, соединен с теплообменником остаточного газа и далее с узлом охлаждения углеводородного газа, патрубок выхода газовой фазы соединен с пропановым холодильником и далее с емкостью, имеющей патрубки выхода газовой и жидкой фаз, причем патрубок выхода газовой фазы из емкости соединен через теплообменник с патрубком подачи орошения в первую фракционирующую колонну, а патрубок выхода жидкой фазы соединен с патрубком подачи орошения во вторую фракционирующую колонну и дополнительно через теплообменник с патрубком подачи орошения в первую фракционирующую колонну.
Недостатком известной установки являются ее низкие эксплуатационные возможности, не позволяющие, в достаточной степени извлекать из углеводородного газа целевые углеводороды.
3+выше
Данный недостаток обусловлен тем, что в известной установке степень охлаждения является недостаточной и недостаточно конденсации газа деэтанизации, подаваемого на орошение первой фракционирующей колонны, вследствие ее охлаждения только за счет холода остаточного газа первой фракционирующей колонны, что приводит к снижению извлечения из углеводородного газа целевых углеводородов - фракции С из углеводородного газа.
Известна также принятая за прототип установка низкотемпературного разделения углеводородного газа (см. патент РФ №2382301, МПК А25О 3/00, опубл. 20.02.2010), включающая
трубопровод подачи углеводородного газа, узел охлаждения углеводородного газа, соединенный с первой фракционирующей колонной, снабженной патрубками выхода отбензиненного газа и подачи орошения в верхней части и патрубком выхода конденсата в нижней части, соединенным с патрубком входа конденсата во вторую фракционирующую колонну, снабженную патрубками выхода газовой фазы деэтанизации и подачи орошения в верхней части и патрубком выхода жидкой фазы, обогащенной тяжелыми углеводородами С3+ выше, в нижней части, теплообменник отбензиненного газа, соединенный с патрубком выхода отбензиненного газа и с узлом охлаждения углеводородного газа, патрубок выхода газовой фазы деэтанизации, соединенный с теплообменным узлом и далее с емкостью, имеющей патрубок выхода газа деэтанизации и патрубок выхода жидкой фазы, соединенный с патрубком подачи орошения во вторую фракционирующую колонну, трубопроводы и запорно-регулирующую арматуру, при этом, установка дополнительно снабжена теплообменным устройством, теплообменное пространство которого по первому теплоносителю соединено с нижней частью первой фракционирующей колонны, а по второму теплоносителю - с патрубком выхода газа деэтанизации из емкости и с теплообменником отбензиненного газа, причем патрубок выхода конденсата из первой фракционирующей колонны соединен с патрубком входа конденсата во вторую фракционирующую колонну через теплообменный узел, выполненный в виде теплообменника газовой фазы деэтанизации, а на трубопроводе выхода газовой фазы деэтанизации из второй фракционирующей колонны после теплообменника газовой фазы деэтанизации дополнительно установлен пропановый холодильник, кроме того, патрубок выхода конденсата из первой фракционирующей колонны соединен с патрубком входа конденсата во вторую фракционирующую колонну через теплообменный узел, выполненный в виде теплообменника углеводородного газа, который соединен с трубопроводом подачи углеводородного газа узла охлаждения, а патрубок выхода жидкой фазы из емкости соединен с теплообменным пространством второго теплоносителя теплообменного устройства, при этом патрубок выхода жидкой фазы из емкости соединен с теплообменником отбензиненного газа.
Недостатком известной установки являются ее низкие эксплуатационные возможности, эффективность, а также ограничение выработки широкой фракции легких углеводородов.
Данный недостаток обусловлен тем, что том, что применение известной установки возможно только при наличии достаточного количества орошения. Практическая эксплуатация данного типа установок сталкивается с недостаточным количеством орошения.
Техническим результатом заявляемой полезной модели «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа» является повышение эксплуатационных возможностей и увеличения эффективности установки, путем выработки широкой фракции легких углеводородов.
Поставленный технический результат достигается тем, что в известной установке для низкотемпературного разделения углеводородного газа, включающей трубопроводы подачи углеводородного газа, дроссели, турбодетандерный агрегат и рибойлер, теплообменники, фракционирующие колонны, насосы для подачи жидкой фазы, согласно полезной модели, она оснащена, по меньшей мере, двумя сепараторами, обеспечивающими возможность регулирования технологического режима, при этом первая и вторая фракционирующие колонны выполнены, соответственно, в виде деметанизатора и в виде деэтанизатора, каждый из которых связан трубопроводами с одним из упомянутых сепараторов, причем первый сепаратор, являющийся низкотемпературным, связан с отводящим трубопроводом, подводящим углеводородный конденсат в деметанизатор, связанный в своей верхней части посредством отводящего сухой отбензиненный газ трубопровода с одним и более трубопроводами, подводящими сухой отбензиненный газ к системе теплообменников, связанных с разделительным сепаратором, передающим по первому отводящему трубопроводу углеводородный газ деметанизатору через турбодетандерный агрегат и передающим по второму отводящему трубопроводу углеводородный конденсат в упомянутый низкотемпературный сепаратор, который оснащен вторым отводящим трубопроводом, подводящим углеводородные газы к одному из упомянутых трубопроводов, отводящих из деметанизатора сухой отбензиненный газ к связанной с трубопроводом осушенного газа упомянутой системе теплообменников, причем деметанизатор, в нижней части, посредством отводящего трубопровода и насоса, связан через промежуточный теплообменник с трубопроводом, подводящим углеводородный конденсат в деэтанизатор, из нижней части которого по отводящему трубопроводу выводится широкая фракция легких углеводородов, а верхняя часть деэтанизатора, отводящим трубопроводом, через теплообменник связана со вторым сепаратором, нижняя часть которого связана отводящим трубопроводом с насосом, подающим углеводородный конденсат из второго сепаратора в деэтанизатор, а верхняя часть второго сепаратора, связана своим вторым отводящим трубопроводом с трубопроводом газа деэтанизации, подводящего газ деэтанизации одной из своих отводящих линий к системе теплообменников, а посредством второй отводящей линии, подводящей газ деэтанизации к первому, дополнительно установленному теплообменнику, связанному с трубопроводом, отводящим от демитанизатора сухой отбензиненный газ к системе теплообменников, в свою очередь, своим первым отводящим трубопроводом, первый дополнительно установленный теплообменник связан с упомянутой системой теплообменников, а вторым отводящим трубопроводом связан с деметанизатором, причем трубопровод, подводящий осушенный газ связан, посредством дроссельных заслонок, с одной стороны с системой теплообменников, а с другой стороны связан через промежуточный теплообменник и связанный с диэтанизатором рибойлер с разделительным сепаратором, а от системы теплообменников сухой отбензиненный газ подается к компрессору, соединенному с турбодетандерным агрегатом, от которого по отводящему трубопроводу сухой отбензиненный газ выводится из установки, причем первый дополнительно установленный теплообменник связан с деметанизатором посредством второго отводящего трубопровода, связанного с трубопроводом, отводящим углеводородный конденсат из низкотемпературного сепаратора к деметанизатору и посредством трубопровода, отводящим углеводородный конденсат из турбодетандорного агрегата к деметанизатору.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
В отличие от аналога и прототипа использование в предлагаемой полезной модели «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа» совокупности признаков в виде связи трубопровода газа деэтанизации, подводящего газ деэтанизации одной из своих отводящих линий к системе теплообменников, а посредством второй отводящей линии трубопровода газа деэтанизации обеспечивающего связь с первым дополнительно установленным теплообменником, который, в свою очередь, своим первым отводящим трубопроводом связан с упомянутой системой теплообменников, а вторым отводящим трубопроводом связан с деметанизатором, что позволяет повысить эксплуатационные возможности заявляемой установки для низкотемпературного разделения углеводородного газа, поскольку происходит направление, предварительно охлажденного в первом дополнительно установленном теплообменнике части потока газа деэтанизации в деметанизатор, где вследствие более низкой температуры, газ деэтанизации дополнительно отбензинивается, т.е. происходит увеличение выработки широкой фракции легких углеводородов с одновременным снижением точки росы сухого отбензиненного газа по углеводородам. Направление нагретого сухого отбензиненного газа в первый дополнительно установленный теплообменник и в систему теплообменников, обеспечивает компенсацию нагрева сухого отбензиненного газа из верхней части деметанизатора в системе теплообменников, где происходит теплообмен между осушенным газом и сухим отбензиненным газом охлаждающим агентом пропанового холодильника, входящего в систему теплообменников, что позволяет увеличить эффективности установки, путем выработки широкой фракции легких углеводородов, т.к. в первом дополнительно установленном теплообменнике происходит компенсация нагрева сухого отбензиненного газа из верхней части деметанизатора за счет системы теплообменников, в состав которого входит упомянутый пропановый холодильник с охлаждающим агентом.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявления источников, содержащих сведения об аналогах заявляемой полезной модели «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа», позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными признакам заявляемой полезной модели «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа», а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле полезной модели «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа».
Следовательно, заявленная полезная модель «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа» соответствует критерию «новизна», согласно действующего законодательства.
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемой полезной модели «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа», может быть многократно использована в производстве и применении аналогичных установок для низкотемпературного разделения углеводородного газа с получением технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационных возможностей заявляемой полезной модели «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа», что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».
Таким образом, приведенная совокупность существенных признаков в заявляемой полезной модели «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа» отсутствует в вышеописанных аналогах и не известна из уровня техники. Результаты проведенных испытаний подтверждают возможность реализации заявляемой полезной модели «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа» с получением нового полезного технического результата, в связи с чем можно сделать вывод, что заявляемая «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа», соответствует критериям патентоспособности объекта полезная модель.
Сущность заявляемой полезной модели «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа» поясняется примером конкретного выполнения, где: на Фиг.1 - изображена заявляемая установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа;
на Фиг.2 - изображена заявляемая установка с подводом в деметанизатор газа деэтанизации по двум направлениям.
Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа, включающая две фракционирующие колонны, которые выполнены, соответственно, в виде деметанизатора 1 и в виде и деэтанизатора 2. Деметанизатор 1 связан с низкотемпературным сепаратором 3, отводящим с помощью трубопровода 4, углеводородный конденсат через подводящий трубопровод 5 в деметанизатор 1. В верхней части 6 деметанизатора 1 скапливаются углеводородные газы, не перешедшие в жидкую фазу, в частности сухой отбензиненный газ, который с помощью отводящего трубопровода 7 связан с трубопроводами 8 и 9, которые в свою очередь подводят сухой отбензиненный с помощью трубопроводов 10 и 11 к системе теплообменников 12, который связан с разделительным сепаратором 13. Система теплообменников 12 состоит из трех теплообменников 14, 15, 16, связанных с пропановым холодильником (на схеме не показан). К теплообменнику 14 по подводящему трубопроводу 17 через распределительный трубопровод 18 и дроссель 19 подводится осушенный газ. Разделительный сепаратор 13 связан отводящим трубопроводом 20, передающим углеводородный газ в турбодетандерный агрегат 21, из которого по отводящему трубопроводу 22 паро-жидкостная смесь углеводородов передается к деметанизатору 1. Разделительный сепаратор 13 связан вторым отводящим трубопроводом 23, передающим углеводородный конденсат, который пройдя через дроссельную заслонку 24, переходит в фазу парожидкостной смеси углеводородов и поступает в низкотемпературный сепаратор 3, откуда по отводящему трубопроводу 25 углеводородные газы подводятся к трубопроводу 9, отводящему из деметанизатора 1 сухой отбензиненный газ к связанной с распределительным трубопроводом осушенного газа 18 упомянутой системе теплообменников 12. В деметанизаторе 1, в его нижней части 26, скапливается углеводородный конденсат, в котором растворяются более труднолетучие компоненты, которые с помощью отводящего трубопровода 27 направляются далее к насосу 28, и закачиваются в деэтанизатор 2 через промежуточный теплообменник 29 и входящий трубопровод 30. В нижней части 31 деэтанизатора 2 скапливается широкая фракция легких углеводородов, которая отводится из нижней части 31 деэтанизатора 2 по отводящему трубопроводу 32. В верхней части 33 деэтанизатора 2, скапливается газ деэтанизации, который по отводящему трубопроводу 34 поступает во второй теплообменник 35, где, предварительно охлаждаясь в пропановом холодильнике (на схеме не показан), он поступает в сепаратор 36. В сепараторе 36 охлажденный газ разделяется на газовую фазу - газ деэтанизации и жидкую фазу - углеводородный конденсат. Жидкая фаза - углеводородный конденсат из нижней части 37 сепаратора 36 через отводящий патрубок 38 поступает к насосу 39 и закачивается в качестве орошения в деэтанизатор 2, в котором образуется газ деэтанизации, в результате ректификации. Газовая фаза - газ деэтанизации из верхней части 40 сепаратора 36 поступает в трубопровод 41 и выводится в трубопровод 42 газа деэтанизации, который подводит газ деэтанизации по одной из своих отводящих линий 43 к системе теплообменников 12, а посредством второй отводящей линии 44, газ деэтанизации подводится к понижающему температуру газа деэтанизации первому дополнительно установленному теплообменнику 45, связанному также с трубопроводом 8, отводящим от деметанизатора 1 сухой отбензиненный газ к системе теплообменников 12, который, в свою очередь, своим первым отводящим трубопроводом 46, связан с системой теплообменников 12, в частности через упомянутую первую отводящую линию 43, подводящую от трубопровода 42 газ деэтанизации к системе теплообменников 12. Второй, оснащенным дросселем 47, отводящий трубопровод 48, в котором, посредством упомянутого дросселя 47, предусмотрено обеспечение возможности регулирования технологического режима, связан с деметанизатором 1, через входящий в деметанизатор 1 трубопровод 22, передающий углеводородный конденсат к деметанизатору 1 от турбодетандерного агрегата 21 и через трубопровод 5, что позволит одновременно (фиг.2), подводить углеводородный конденсат к деметанизатору 1. Трубопровод 17, который подводит осушенный газ через распределительный трубопровод 18 и дроссельную заслонку 19 системе теплообменников 12, связан через дроссельную заслонку 49 с трубопроводом 50, который через промежуточный теплообменник 29 и связанный с деметанизатором 1 рибойлер 51 связан с разделительным сепаратором 13. От системы теплообменников 12, в частности от теплообменника 14 сухой отбензиненный газ подается на компрессор 52 турбодетандерного агрегата 21, далее сухой отбензиненный газ с помощью отводящего трубопровода 53 отводится от установки. Как упоминалось выше деметанизатор 1 связан также с рибойлером 51 посредством, соответственно, подводящих патрубков 54, 55 и отводящего патрубка 56.
Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа работает следующим образом
Осушенный газ по трубопроводу 17 через распределительный трубопровод 18 и регулируемую объем подачи осушенного газа дроссельную заслонку 19 подводится к системе теплообменников 12, оснащенную пропановым холодильником (на схеме не показан). Пройдя систему теплообменников 12, оснащенную пропановым холодильником (на схеме не показан), газ направляется в разделительный сепаратор 13, откуда из верхней части разделительного сепаратора 13, по отводящему трубопроводу 20 газ направляется в турбодетандерный агрегат 21. В турбодетандерном агрегате 21 газ конденсируется и направляется в виде углеводородного конденсата по трубопроводу 22 в деметанизатор 1. Из нижней части разделительного сепаратора 13 по отводящему трубопроводу 23 отводится углеводородный конденсат к низкотемпературному сепаратору 3, пройдя дроссельную заслонку 24, углеводородный конденсат превращается в паро-жидкостную смесь углеводородов и поступает в низкотемпературный сепаратор 3. Далее в низкотемпературном сепараторе 3 парожидкостная смесь разделяется на углеводородный газ и углеводородный конденсат, который с помощью отводящего трубопровода 4, отходящего из нижней части низкотемпературного сепаратора 3, поступает через подводящий трубопровод 5 в деметанизатор 1. Углеводородный газ отводится от сепаратора 3 и направляется по трубопроводу 25 к трубопроводу 9, по которому из деметанизатора 1 отводится сухой отбензиненный газ к системе теплообменников 12, связанной с трубопроводом осушенного газа 17 через распределительный трубопровод 18 и регулируемую дроссельную заслонку 19. В деметанизаторе 1 происходит тепло-массообменный процесс, в результате которого более труднолетучие компоненты растворяются в жидкой фазе, превращаясь в углеводородный конденсат, и направляются в нижнюю часть 26 деметанизатора 1, откуда по отводящему трубопроводу 27 с помощью насоса 28 закачиваются в деэтанизатор 2 через промежуточный теплообменник 29 и входящий трубопровод 30, подводящий углеводородный конденсат в деэтанизатор 2. В деэтанизаторе 2 происходит ректификация, в результате которой образуются газ деэтанизации и широкая фракция легких углеводородов, которая скапливается в нижней части 31 деэтанизатора 2, а затем отводится из нижней части 31 деэтанизатора 2 по трубопроводу 32. Газы деэтанизации скапливаются в верхней части 33 деэтанизатора 2, и отводятся из верхней части деэтанизатора 2 по отводящему трубопроводу 34, по которому поступают во второй теплообменник 35, предварительно захолаживаясь в пропановом холодильнике (на схеме не показан), далее по трубопроводу поступают в сепаратор 36. В сепараторе 36 происходит отделение газовой фазы - газ деэтанизации от жидкой фазы - углеводородный конденсат. Жидкая фаза - углеводородный конденсат скапливается в нижней части 37 сепаратора 36, затем выводится по отводящему патрубку 38 и насосом 39 закачивается в качестве орошения в деэтанизатор 2, в котором образуется газ деэтанизации, в результате ректификации. Газовая фаза - газы деэтанизации скапливаются в верхней части 40 сепаратора 36. Из верхней части 40 сепаратора 36 газы деэтанизации поступают в трубопровод 41 и выводятся в трубопровод 42 газа деэтанизации, который подводит газ деэтанизации посредством своей первой отводящей линии 43 к системе теплообменников 12. Вторая отводящая линия 44 трубопровода 42 связана с помощью понижающего температуру газа деэтанизации первого дополнительно установленного теплообменника 45, который, в свою очередь, своим первым отводящим трубопроводом 46, связан с системой теплообменников 12, непосредственно (как показано на фиг.1) врезанием трубопровода 46, в упомянутую первую отводящую линию 43, подводящую от трубопровода 42 газ деэтанизации к системе теплообменников 12. От системы теплообменников 12 отводится также сухой отбензиненный газ, который подается на компрессор 52 турбодетандерного агрегата 21, выводящего через трубопровод 53 сухой отбензиненный газ за пределы установки. По второму, отходящему от первого теплообменника трубопроводу 48, оснащенному дросселем 47, предусмаривающим обеспечение возможности регулирования технологического режима, т.е. регулирования температуры, давления и расхода, отводится газ деэтанизации к деметанизатору 1 через входящий в деметанизатор 1 трубопровод 5 и трубопровод 22, передающий также углеводородный конденсат от турбодетандерного агрегата к деметанизатору 1, где происходит тепло-массообменный процесс. Трубопровод 17, который подводит осушенный газ через распределительный трубопровод 18 и дроссель 49 к трубопроводу 50, далее, через промежуточный теплообменник 29, связан с разделительным сепаратором 13. Через рибойлер 51 проходят также отводящие от деметанизатора 1 трубопроводы 54 и 55 и подводящий к деметанизатору 1 трубопровод 56, регулирующие теплообмен в трубопроводе 50.
Предложенная полезная модель «Установка для низкотемпературного разделения углеводородного газа» значительно повышает эксплуатационные возможности и увеличивает эффективность установки, путем выработки широкой фракции легких углеводородов с учетом компенсации нагрева сухого отбензиненного газа из верхней части деметанизатора.