Установка по деэтанизации попутного нефтяного газа высокого давления
INSTALLATION FOR DEETHANIZATION OF ASSOCIATED PETROLEUM GAS OF HIGH PRESSURE

Изобретение относится к оборудованию для переработки попутного нефтяного газа (ПНГ), имеющего давление выше критического, в условиях газоперерабатывающего завода и может быть использовано в газовой промышленности.
Известна установка низкотемпературного разделения углеводородного газа [RU 2382301, опубл. 20.02.2010 г., МПК F25J 3/00], которая включает расположенный на линии подачи углеводородного газа узел охлаждения в составе теплообменников и пропанового холодильника (холодильной машины), а также сепаратор, соединенный с фракционирующей колонной (деметанизатором) линиями подачи газа и остатка с редуцирующими устройствами (редуцирующим вентилем и детандерной секцией детандер-компрессорного агрегата, соответственно), при этом низ деметанизатора соединен с деэтанизатором (блоком фракционирования) линией подачи деметанизированного конденсата с насосом и нагревателем, расположенным на байпасе узла охлаждения, и оснащен нагревателем низа деметанизатора, расположенным на линии подачи газа деэтанизации (этановой фракции), соединяющей блок фракционирования с верхом деметанизатора, на которой затем расположены нагреватель отбензиненного газа и редуцирующий вентиль, при этом верх деметанизатора оснащен линией вывода отбензиненного газа с нагревателем, узлом охлаждения и компрессорной секцией детандер-компрессорного агрегата.
Недостатками известной установки являются низкая степень извлечения тяжелых компонентов из ПНГ, а также высокие энергозатраты на разделение деметанизированного конденсата в блоке фракционирования.
Наиболее близка к предлагаемому изобретению установка низкотемпературной конденсации для подготовки попутного нефтяного газа [RU 2730482, опубл. 24.08.2020 г., МПК F25J 3/06, C10G 5/06], включающая расположенные на линии подачи ПНГ примыкание линии подачи отходящего газа из блока фракционирования, компрессорную станцию, блок очистки и осушки, многопоточный теплообменник, соединенный с холодильной машиной линиями ввода/вывода хладоагента, и сепаратор, соединенный с деметанизатором линией подачи газа с теплообменником и редуцирующим устройством, а также линией подачи остатка сепарации с редуцирующим устройством, при этом низ деметанизатора оборудован нагревателем и соединен линией подачи деметанизированного конденсата с блоком фракционирования, оснащенным линиями вывода углеводородных фракций, а верх деметанизатора оснащен линией вывода сухого отбензиненного газа (СОГ), на которой расположены теплообменник и многопоточный теплообменник, кроме того, нагреватель соединен с линией подачи ПНГ до и после многопоточного теплообменника.
2+
Недостатком данной установки при переработке ПНГ с давлением выше критического является низкая степень извлечения углеводородов Сиз-за низкого расхода потока газа сепарации через теплообменник и редуцирующее устройство и относительно высокой, вследствие этого, температуры верха деметанизатора и больших потерь этанас СОГ. Кроме того, недостатком установки является большая загрузка осушающего адсорбента в блоке очистки и осушки из-за его расположения непосредственно после компрессорной станции, там, где ПНГ имеет высокую относительную влажность.
Задачами предлагаемого изобретения является снижение потерь этана и уменьшение объема загрузки адсорбента.
Техническим результатом является снижение потерь этана за счет установки между многопоточным теплообменником и сепаратором редуцирующего вентиля, а также за счет размещения на линии подачи газа сепарации между теплообменником и редуцирующим устройством дополнительного сепаратора, что позволяет осуществить двухступенчатое редуцирование полученных потоков, увеличить расход газа сепарации, понизить температуру верха деметанизатора и, соответственно, уменьшить потери этана с СОГ. Уменьшение объема загрузки адсорбента достигается при этом за счет установки блока осушки в качестве блока очистки осушки непосредственно после рекуперативного теплообменника, примыканий линий подачи/возврата части ПНГ в нагреватель деметанизатора, и сепаратора водного конденсата, что позволяет удалить из частично охлажденного ПНГ большую часть воды и, соответственно, уменьшить загрузку адсорбента.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей компрессорную станцию, расположенные на линии подачи ПНГ блок осушки, многопоточный теплообменник с линиями ввода/вывода хладоагента и сепаратор, соединенный с деметанизатором линиями подачи остатка сепарации с редуцирующим устройством и газа сепарации с теплообменником, при этом деметанизатор оборудован нагревателем, соединенным с линией подачи ПНГ, оснащен линией вывода широкой фракции легких углеводородов и линией вывода отбензиненного газа, на которой расположены теплообменник и многопоточный теплообменник, особенность заключается в том, что в качестве блока осушки установлен блок осушки углеводородного потока, выполненный с возможностью его разделения на осушенный газ углеводородный конденсат, в качестве редуцирующих устройств установлены редуцирующие вентили, а перед блоком осушки размещены рекуперативный теплообменник и сепаратор, оснащенный линией вывода водного конденсата и выводом углеводородного потока, при этом линия подачи ПНГ соединена с нагревателем до и после рекуперативного теплообменника, который расположен также на линии вывода сухого отбензиненного газа после многопоточного теплообменника, а блок осушки соединен с деметанизатором линией подачи осушенного углеводородного конденсата, оборудованной редуцирующим вентилем, кроме того, на линии подачи газа сепарации после теплообменника установлен дополнительный сепаратор, соединенный с деметанизатором линиями подачи газа с детандером и углеводородного конденсата с редуцирующим вентилем, а многопоточный теплообменник в качестве линий ввода/вывода хладоагента оснащен  замкнутым контуром циркулирующего хладоагента, на котором расположены компрессорная станция и редуцирующий вентиль.
Компрессорная станция включает компрессор(ы) и устройства охлаждения. Блок осушки выполнен, например, в виде установки адсорбционной осушки. Деметанизатор выполнен в виде фракционирующей колонны. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
При необходимости ШФЛУ может быть направлена для разделения на продукты в заданном ассортименте в блок фракционирования, который может быть соединен линией подачи отходящего газа с линией вывода СОГ. Привод компрессора может быть соединен с детандером посредством кинематического или электрического или магнитного или гидравлического устройства. На линии вывода СОГ после рекуперативного теплообменника может быть расположен дожимной компрессор. При наличии в ПНГ кислых примесей, блок очистки ПНГ располагают на входе в установку до рекуперативного теплообменника.
Установка на линии подачи газа сепарации после теплообменника дополнительного сепаратора, соединенного с деметанизатором линиями подачи газа с детандером и углеводородного конденсата с редуцирующим вентилем, позволяет осуществить двухступенчатое редуцирование полученных потоков, увеличить расход газа через детандер, понизить температуру верха деметанизатора и, соответственно, уменьшить потери этана с СОГ.
Размещение перед блоком осушки рекуперативного теплообменника, примыканий линий подачи/возврата части ПНГ и сепаратора позволяет охладить ПНГ до температуры не ниже температуры гидратообразования, вывести большую часть воды, содержавшейся в ПНГ, соответственно уменьшить поступление воды в блок осушки и пропорционально уменьшить загрузку адсорбента в блоке осушки.
Установка показана на чертеже и включает компрессорную станцию 1, рекуперативный теплообменник 2, многопоточный теплообменник 3, теплообменник 4, сепараторы 5-7, блок осушки 8, деметанизатор 9 с нагревателем, редуцирующие вентили 10-14 и детандер 15, который может быть соединен с компрессорной станцией 2 (показано штрих пунктиром). Установка может быть дополнена блоком фракционирования 16 и компрессором 17 (показано пунктиром), а также компрессорной станцией и блоком очистки от кислых примесей на входе в установку (не показаны).
При работе установки ПНГ, свободный от кислых примесей, поступающий по линии 18 разделяют на два потока, первый по линии 19 подают на охлаждение в нагреватель деметанизатора 9 и смешивают со вторым потоком, охлажденным в теплообменнике 2, и полученную смесь потоков при температуре не выше температуры гидратообразования разделяют в сепараторе 5 с получением водного конденсата, выводимого по линии 20, и углеводородного потока, который осушают в блоке 8 и разделяют на осушенный газ и осушенный углеводородный конденсат, выводимый по линии 21, который редуцируют в редуцирующем вентиле 10 и подают в деметанизатор 9. Осушенный газ охлаждают в многопоточном теплообменнике 3, редуцируют в редуцирующем вентиле 11 и разделяют в сепараторе 6 на газ, выводимый по линии 22 и охлаждаемый в теплообменнике 4, и остаток сепарации, который редуцируют в редуцирующем вентиле 12 и подают в деметанизатор 9. Охлажденный газ после теплообменника 4 разделяют в сепараторе 7 на газ, выводимый по линии 23, и остаток сепарации, которые редуцируют в детандере 15 и редуцирующем вентиле 13, соответственно, и направляют в деметанизатор 9, с низа которого по линии 24 выводят ШФЛУ, а с верха по линии 25 выводят СОГ, который нагревают в теплообменниках 4, 3 и 2 и выводят с установки. При этом многопоточный теплообменник 3 охлаждают за счет циркуляции многокомпонентного хладоагента по контуру 26 с помощью компрессорной станции 1, который сначала охлаждают в многопоточном теплообменнике 3, затем редуцируют с помощью редуцирующего вентиля 14, затем нагревают в многопоточном теплообменнике 3 и направляют на вход компрессорной станции 1.
При необходимости (показано пунктиром): ШФЛУ разделяют в блоке фракционирования 16, выводят из него продукты по линиям 27, при этом отходящий газ по линии 28 направляют в линию 25 или рециркулируют в линию 18 (не показано); СОГ сжимают компрессором 17; по линии 29 подают конденсат входной сепарации (при наличии входной сепарации). Взамен осушки ПНГ в блоке 8 в расчетных точках может быть осуществлена подача ингибитора гидратообразования и вывод отработанного ингибитора (не показано).
3+
3
3
3
3
3
3
Работоспособность установки подтверждается примером: попутный нефтяной газ углеводородного состава, % об.: азот 2,16; метан 66,73; этан 13,44; С- остальное, содержащий 414 кг паров воды, в объеме 249,8 тыс.нм/ч с давлением 7,5 МПа при 49°С разделяют на два потока. 236,5 тыс.нм/ч первого потока охлаждают в нагревателе деметанизатора 9 и смешивают со вторым потоком, охлажденным в теплообменнике 2, и 14,4 т/ч углеводородного конденсата входной сепарации. Смесь потоков при 20 ºС разделяют в сепараторе 5 с получением 322 кг/час водного конденсата, выводимого с установки, и газо-жидкостного углеводородного потока, содержащего 92 кг/час, который разделяют и осушают в блоке 8, из которого выводят 210,4 тыс.нм/ч осушенного газа и 78,3 т/час осушенного углеводородного конденсата, который редуцируют до 1,2 МПа в редуцирующем вентиле 10 и подают в деметанизатор 9. Осушенный газ охлаждают в многопоточном теплообменнике 3 до минус 51,7 °С, редуцируют до 3,6 МПа в редуцирующем вентиле 11 и при минус 73,1 °С разделяют в сепараторе 6 на 92,5 тыс.нм/ч газа, охлаждаемого в теплообменнике 4 до минус 90,3 °С, и 134,3 т/час остатка сепарации, который редуцируют до 1,2 МПа в редуцирующем вентиле 12 и подают в деметанизатор 9. Охлажденный газ после теплообменника 4 разделяют в сепараторе 7 на 35,1 т/час остатка сепарации и 47,1 тыс.нм/ч газа, которые редуцируют до 1,2 МПа в редуцирующем вентиле 13 и детандере 15, соответственно, и направляют в деметанизатор 9, с низа которого выводят 154,2 т/час ШФЛУ, а с верха выводят 176,2 тыс.нм/ч СОГ, содержащего 688 кг/час этана, который нагревают в теплообменниках 4, 3 и 2 до 23 °С и выводят с установки.
Поток, подаваемый на осушку в блок 8, содержал 92 кг/час паров воды, а объем загрузки цеолитного адсорбента при 24-х часовом цикле работы двухадсорберного блока осушки 8 составил 33,6 т.
В условиях примера СОГ, полученный на установке по прототипу, содержал 7330 кг/час этана, а потоки, подаваемые на осушку, содержали 414 кг/час воды, при этом объем загрузки адсорбента составил 151,1 т.
Таким образом, предлагаемая установка позволяет снизить потери этана и уменьшить объем загрузки адсорбента и может найти применение в газовой промышленности.