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 минус 69°С и частично конденсируют в теплообменниках за счет холода сдросселированных и расширенных в детандере обратных фракций газов сепарации, деметанизации и питания колонны-деметанизатора. 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. Кубовую жидкость колонны-деметанизатора разделяют на этановую и широкую фракции легких углеводородов в колонне-деэтанизаторе [Авторское свидетельство СССР №1645796, МПК F 25 J 3/02, опубл. 30.04.91].
Недостатком известной установки является относительно невысокая степень извлечения целевых продуктов из природного газа.
Наиболее 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 ШФЛУ. ТР 3-42-98, II очередь ОГЗ]. Установка содержит блок предварительного охлаждения газа, включающий последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блок конденсации и переохлаждения газа, включающий теплообменники, сепараторы второй и третьей ступени, отпарные колонны и турбодетандерный агрегат, состоящий из турбодетандера и турбокомпрессора, блок выделения этановой и широкой фракции углеводородов, включающий теплообменники, деметанизатор с трубопроводом отвода кубовой жидкости в деэтанизатор со встроенным дефлегматором, на трубопроводе отвода кубовой жидкости из которого установлен воздушный холодильник, и блок получения гелиевого концентрата, включающий гелиевую ректификационную колонну со встроенными теплообменниками.
Поток сырьевого газа проходит последовательно теплообменник, пропановый холодильник, где происходит его предварительное охлаждение и частичная конденсация за счет холода обратного потока метановой фракции и пропана, затем попадает в сепаратор для отделения жидкой фазы. Отделившиеся в сепараторе жидкие углеводороды подаются на питание в укрепляющую секцию деметанизатора. Газовый поток из сепаратора разделяется
на потоки, которые после охлаждения и частичной конденсации в теплообменниках обратными потоками метановых фракций объединяются и поступают в первый сепаратор второй ступени, в котором поток газа обогащается гелием, а жидкость этаном. Паровая фаза из этого сепаратора направляется на полную конденсацию в теплообменники, после чего поток переохлажденной жидкости поступает в первую отпарную колонну. Обогащенная этаном жидкость из первого сепаратора второй ступени попадает во второй сепаратор второй ступени. Паровая фаза из него подается в первую отпарную колонну в качестве стриппинг-газа, а жидкость - на орошение деметанизатора.
Газ, последовательно прошедший через две отпарные колоны и обогащенный гелием, подается в гелиевую ректификационную колонну, где в результате охлаждения и конденсации остатков углеводородов и азота при прохождении последовательно через теплообменники выделяется гелиевый концентрат.
С куба первой отпарной колонны выводится метановая фракция высокого давления, часть которой через теплообменник поступает на разделение в сепаратор третьей ступени. Газовая фаза из сепаратора объединяется с верхним продуктом укрепляющей секции 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.
2
Этановая фракция и ШФЛУ получаются путем низкотемпературной ректификации жидкости, выделенной в сепараторах первой, второй и третьей ступени. Сначала осуществляется ректификация полученной жидкости в отпарной секции деметанизатора с получением метановой фракции в качестве дистиллята и фракции углеводородов C и выше в качестве кубового остатка деметанизатора, который поступает на разделение в деэтанизатор путем
ректификации с получением в качестве дистиллята этановой фракции, а в качестве кубового остатка - ШФЛУ. Образование флегмы в деэтанизаторе осуществляется в трубном пространстве встроенного дефлегматора, хладагентом в котором служит испаряющийся пропан, подаваемый в межтрубное пространство. ШФЛУ доохлаждается в воздушном холодильнике и выводится с установки.
При сокращении сбыта этана или ШФЛУ предусмотрена система их разгазирования в обратные потоки метановой фракции.
Основным недостатком известной установки является то, что сокращение сбыта одного из видов выработанной продукции (этана или ШФЛУ) приводит к необходимости ее разгазирования в обратные потоки метановой фракции, а при отсутствии сбыта и этана и ШФЛУ - к полной остановки установки.
Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение возможности перевода установки на режим производства продукции другой марки на период сокращения сбыта этана и ШФЛУ.
Поставленная задача в предлагаемой установке низкотемпературного разделения углеводородного газа, состоящей из блока предварительного охлаждения газа, включающего последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блока конденсации и переохлаждения газа, включающего теплообменники, сепараторы второй и третьей ступени, отпарные колонны и турбодетандерный агрегат, блока выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающего теплообменники, деметанизатор с трубопроводом отвода кубовой жидкости в деэтанизатор со встроенным дефлегматором, на трубопроводе отвода кубовой жидкости из которого установлен воздушный холодильник, блока получения гелиевого концентрата, решается за счет того, что установка содержит пропановый испаритель с трубопроводом подачи пропана в него, установленный последовательно после воздушного холодильника, соединенного с трубопроводом отвода кубовой жидкости из деметанизатора, а трубопровод
подачи пропана в пропановый испаритель соединен с трубопроводом подачи пропана в дефлегматор деэтанизатора.
3
4
Получаемый при этом технический результат состоит в обеспечении возможности перевода установки на режим производства продукции новой марки - кубового продукта деметанизатора, являющегося ценным сырьем ввиду высокого содержания в нем этана и углеводородов С-С, и транспортировки этой продукции по существующему продуктопроводу в жидком состоянии за счет предварительного охлаждения продукции сначала в воздушном холодильнике, а затем перезахолаживания в пропановом испарителе до температуры, соответствующей минимальной температуре при заданных давлениях в продуктопроводе, при которых смесь углеводородов находится в однофазном состоянии. В связи с выключением из схемы установки деэтанизатора пропан, в существующей установке использующийся для охлаждения встроенного в его верхнюю часть дефлегматора, направляется на перезахолаживание кубового продукта деметанизатора в пропановый испаритель, причем в значительно меньшем количестве, что приводит к снижению удельных затрат электроэнергии на холодопотребление. Кроме того, прекращается прием водяного пара, использовавщегося в качестве теплоносителя для поддержания температуры куба в деэтанизаторе.
На чертеже представлена схема установки низкотемпературного разделения углеводородного газа.
Установка содержит:
- блок предварительного охлаждения газа, включающий трубопровод подвода углеводородного газа 1, теплообменник 2, пропановый холодильник 3, сепаратор первой ступени 4;
- блок конденсации и переохлаждения газа, включающий теплообменники 5-7, последовательно установленные сепараторы второй ступени 8-9, сепаратор третьей ступени 10, отпарные колонны 11, 12 и турбодетандерный агрегат 13, состоящий из турбодетандера и турбокомпрессора;
- блок выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающий деметанизатор, состоящий из укрепляющей 14 и отпарной 15 секций, и деэтанизатор 16 со встроенным дефлегматором 17, воздушный холодильник 18, пропановый испаритель 19;
- блок получения гелиевого концентрата, включающий гелиевую ректификационную колонну 20, встроенные теплообменники 21-22.
Установка низкотемпературного разделения углеводородных газов работает следующим образом.
Природный газ, предварительно осушенный и очищенный от сернистых соединений и углекислоты на предыдущих установках, поступает по трубопроводу 1 на установку в блок предварительного охлаждения газа. Поток газа проходит последовательно теплообменник 2, пропановый холодильник 3, где происходит его предварительное охлаждение и частичная конденсация за счет холода обратного потока метановой фракции и пропана, затем попадает в сепаратор для отделения жидкой фазы. Охлаждение и конденсация на этом блоке ведется до температуры минус 30°С. Сконденсировавшиеся углеводороды отделяются от газовой фазы в сепараторе 4, жидкая фаза из которого выводится и направляется на питание в деметанизатор 14, а газовая фаза поступает на дальнейшее охлаждение и конденсацию в теплообменник 5 блока конденсации и охлаждения газа.
Вторая ступень сепарации ведется в сепараторе 8, откуда жидкость дросселируется в сепаратор 9 с тем, чтобы образовавшиеся при этом пары, содержащие гелий, направить в первую отпарную колонну 11 в качестве стриппинг-газа для сокращения потерь гелия по установке, а оставшаяся жидкость направляется в деметанизатор 14. Паровая фаза из сепаратора 8 направляется на полную конденсацию в теплообменники 6, 7, по выходе из которых поток переохлажденной жидкости дросселируется в первую отпарную колонну 11, где отпаренный газ обогащается гелием. И после полной конденсации в дефлегматоре отпарной колонны 11 поступает в верхнюю часть второй отпарной колонны 12, в которой отпаривается около 10% от исходного
газа, поступившего в колонну. По выходу из второй отпарной колонны 12 обогащенный гелием газ дросселируется и подается в блок получения гелиевого концентрата, в котором за счет противоточной конденсации исходного газа выделяется гелиевый концентрат. Обогащение газа гелием происходит в ректификационной колонне 20 в результате охлаждения и конденсации газа при прохождении последовательно через теплообменники 21, 22.
2
С куба отпарной колонны 11 выводится метановая фракция высокого давления, часть которой через теплообменник 6 поступает на разделение в сепаратор третьей ступени 10, откуда паровая фаза, объединившись с метановой фракцией с верха деметанизатора 14, направляется на расширение в детандер турбодетандерного агрегата 13 с целью получения холода, а жидкость поступает на первую тарелку деметанизатора 14 в качестве основной флегмы. Остальная кубовая жидкость отпарной колонны 11 дросселируется а и после рекуперации холода в теплообменниках 7, 6, 5, 2 объединяется с потоком, выходящим из турбодетандера, компримируется в компрессоре турбодетандерного агрегата 13 и выводится с установки. Жидкость с куба укрепляющей секции деметанизатора 14 подается на приемное устройство отпарной секции деметанизатора 15. В деметанизаторе 15 осуществляется ее ректификация с получением метановой фракции в качестве дистиллята и фракции углеводородов С и выше в качестве кубового остатка. Кубовый продукт деметанизатора 15 направляется на ректификацию в деэтанизатор 16 с получением в качестве дистиллята этановой фракции, а в качестве кубового остатка - широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ). Далее широкая фракция легких углеводородов выводится с установки через воздушный холодильник 18.
При необходимости (например, при сокращении сбыта этана и ШФЛУ) предусмотрена возможность отвода кубового продукта деметанизатора 15 не в деэтанизатор 16, а посредством байпасного трубопровода через воздушный холодильник 18 и пропановый испаритель 19 в магистральный продуктопровод. При этом соответствующими задвижками отсекается деэтанизатор 16, в
том числе и трубопровод подачи пропана в дефлегматор 17. При этом пропан переводится в пропановый испаритель 19. Кубовый продукт деметанизатора первоначально охлаждается в воздушном холодильнике 18, а затем доохлаждается в пропановом испарителе 19 до температуры, соответствующей минимальной температуре при заданных давлениях в продуктопроводе, при которых смесь углеводородов находится в жидком состоянии, что обеспечивает его дальнейшую транспортировку по магистральному продуктопроводу.
При остановке продуктопровода установка за короткое время переводится на работу с выработкой этана и ШФЛУ.
2
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет при отсутствии сбыта этана и ШФЛУ за короткий срок перевести установку на режим производства новой продукции - смеси углеводородов C и выше, представляющего интерес для другого потребителя. В результате исключается вероятность простоя установки, предотвращается разгазирование вырабатываемой продукции (этана и ШФЛУ) в обратные потоки метановой фракции. Одновременно снижаются энергозатраты на холодопотребление в связи с остановкой деэтанизатора и прекращается прием водяного пара, использовавшегося в качестве теплоносителя для поддержания температуры куба в деэтанизаторе.