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 низкотемпературного разделения углеводородного газа, описанная в способе разделения углеводородных смесей, содержащая узел низкотемпературного охлаждения, трубопровод сырого газа, трубопровод сухого газа, пропановый холодильник, сепаратор первой ступени, второй узел низкотемпературного охлаждения, деметанизатор, сепаратор второй ступени, турбодетандер, этановую колонну, адсорберы, печь, соединительные трубопроводы [Авторское свидетельство СССР №1249278, МПК F 25 J 3/02, опубл. 07.08.86]. Сырой газ по трубопроводу поступает в узел низкотемпературного охлаждения, где охлаждается обратным потоком сухого газа и пропаном в холодильнике, разделяется в сепараторе первой ступени на газ и конденсат. Газ из сепаратора проходит второй узел охлаждения, разделяется в сепараторе второй ступени, по трубопроводу направляется в турбодетандер, где снижаются давление и температура, и поступает в деметанизатор. Конденсаты из сепараторов поступают также в деметанизатор. Сухой газ из деметанизатора проходит ряд теплообменников узлов охлаждения и пропановый холодильник, компримируется и по трубопроводу направляется в магистральный газопровод. Деметанизированный продукт насосом подается в этановую колонну, где с верха получают этановую фракцию, а снизу - широкую фракцию легких углеводородов (ШФЛУ). Этановая фракция поступает
на очистку в адсорбер, проходит его сверху вниз и по трубопроводу направляется потребителю.
Однако известная установка ориентирована на удовлетворение спроса одного потребителя и может возникнуть необходимость изменения ее работы в результате возможного снижения спроса на этановую фракцию.
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, блок выделения этановой и широкой фракции углеводородов, включающий теплообменники, деметанизатор с линией отвода кубовой жидкости в деэтанизатор, линию отвода этановой фракции, адсорберы для очистки от примесей, компрессора для компримирования этановой фракции перед подачей в этанопровод и блок получения гелиевого концентрата.
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. Этановая фракция с верха деэтанизатора направляется в адсорбер на очистку от диоксида углерода и других примесей.
Очищенная этановая фракция сжимается компрессорами до давления 8 МПа, нагревается до 45°С и с такими технологическими показателями подается в этанопровод для отправки потребителю.
В течение всего периода эксплуатации этанопровода наблюдалась некоторая неравномерность потребления транспортируемой этановой фракции в зависимости от различных факторов, что приводило к необходимости изменения режима работы установки, что оказывало негативное влияние на устойчивость системы в целом. Одновременно, есть заинтересованность иного потребителя в получении такого ценного сырья и имеется продуктопровод, соединяющий завод с этим потребителем.
Однако подготовленную на известной установке этановую фракцию с заданными выходными параметрами по давлению и температуре подавать в имеющийся продуктопровод иного потребителя не представляется возможным ввиду разности эксплуатационных характеристик этанопровода и продуктопровода (по рабочему давлению, диаметру, протяженности и др.). В результате приходилось разгазировать готовый продукт (частично или полностью в зависимости от колебаний спроса) в обратные потоки метановой фракции.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей установки.
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 этановой фракции и широкой фракции легких углеводородов, включающего теплообменники, деметанизатор, деэтанизатор, диния отвода этановой фракции из которого содержит адсорберы для очистки от примесей и компрессора для компримирования этановой фракции перед подачей в этанопровод,
блока получения гелиевого концентрата, решается за счет того, что она дополнительно содержит холодильный агрегат с линией подачи в него этановой фракции, подключенной к выходу компрессоров, и линией отвода охлажденной до жидкофазного состояния этановой фракции в продуктопровод.
Получаемый при этом технический результат состоит в получении этановой фракции с требуемыми параметрами за счет регулирования степени сжатия компрессоров и дополнительного охлаждения подготовленной продукции в холодильном агрегате до достижения оптимальных выходных значений давления и температуры (до температуры грунта для случаев, когда трубопровод закопан в грунт), при которых этановая фракция на протяжении всего продуктопровода и в любое время года будет находится в однофазном (жидком) состоянии, что обеспечивает эффективность и безопасность эксплуатации продуктопровода. Это позволяет при необходимости подавать часть очищенной этановой фракции в продуктопровод второго потребителя, а также повысить стабильность работы установки по этану, расширить потребительский рынок и исключить зависимость от колебаний потребностей рынка сбыта этановой фракции.
На фиг.1 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 с линией отвода этановой фракции 17, адсорбера 18, компрессора 19, холодильный агрегат 20;
- блок получения гелиевого концентрата, включающий гелиевую ректификационную колонну 21, встроенные теплообменники 22-23;
- этанопровод 24 и продуктопровод 25.
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 и далее в сепаратор второй ступени 8. Отсепарированная 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 подается в блок получения гелиевого концентрата, в котором
выделяется гелиевый концентрат. Обогащение газа гелием происходит в ректификационной колонне 21 в результате охлаждения и конденсации газа при прохождении последовательно через теплообменники 22, 23.
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).
Этановая фракция по линии ее отвода 17 поступает параллельными потоками в адсорбера 18 и, проходя их, очищается от примесей и диоксида углерода. Далее очищенная этановая фракция направляется на компримирование в параллельно работающие компрессора 19. Компрессора на выходе с помощью запорной арматуры обвязаны с возможностью перевода части или всей очищенной этановой фракции от одного потребителя (этанопровод 24) к другому (продуктопровод 25). На прилагаемой схеме представлен вариант, когда несколько (например, шесть) компрессоров подключены к этанопроводу 24 одного потребителя, а два компрессора - к продуктопроводу 25 другого потребителя. Этановая фракция, предназначенная для подачи в продуктопровод 25,
дополнительно охлаждается и конденсируется в холодильном агрегате 20 и уже охлажденная в жидкофазном состоянии подается в продуктопровод 25.
Для обеспечения жидкофазного состояния транспортируемой этановой фракции по всей трассе продуктопровода и в любой период года экспериментально определяются оптимальная температура и давление в начале трубопровода с учетом особенностей трассы трубопровода, потерь на трение, возникающих при транспортировке по нему, и температуры грунта (16°С летом и минус 3°С зимой) при условии безнасосной подачи продукции. Так, регулируя степень сжатия компрессоров с последующим регулированием температуры захолаживания в холодильном агрегате, достигаются заранее заданные давление и температура на входе в продуктопровод, достаточные для того, чтобы этановая фракция находилась в жидком состоянии по всей длине продуктопровода в любое время года.
Охлаждение можно осуществлять на любой холодильной технике, однако предпочтительно, чтобы холодильный агрегат содержал комбинацию теплообменников с воздушным или с водяным охлаждением и обычной холодильной установки с замкнутым циклом и пропаном в качестве холодильного агента.
При сокращении или отсутствии сбыта этановой фракции у одного потребителя установка за короткое время переводится на режим частичной или полной отправки этановой фракции другому потребителю.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет максимально стабилизировать работу установки по выработке этановой фракции, исключить вероятность простоя установки, предотвратить разгазирование вырабатываемой продукции (этановой фракции) в обратные потоки метановой фракции, обеспечить безопасные условия транспортировки этановой фракции по продуктопроводу при одновременном снижении энергозатрат на ее компримирование.