УСТАНОВКА РАЗДЕЛЕНИЯ ЭТАН-ПРОПАНОВОЙ ФРАКЦИИ

Полезная модель относится к установкам разделения этан-пропановой фракции (ЭПФ) и может быть использована для снижения потерь пропана на производствах, в состав которых входят газофракционирующие установки (ГФУ).
1
6
1
3
1
3
Известен узел разделения этан-пропановой фракции, описанный в способе разделения широкой фракции легких углеводородов C-C (см. патент РФ на изобретение №2254316, C07C 7/04, C07C 9/02, опуб. 20.06.2005 в ОБ №17), содержащий колонну выделения фракции C-C с узлом орошения, включающим дефлегматор, емкость с отводом углеводородного конденсата и насос, при этом отвод углеводородного конденсата соединен с верхней частью колонны выделения фракции C-C, а также с колонной выделения пропановой фракции, снабженной в верхней части отводом этан-пропановой фракции и отводом в нижней части пропановой фракции, кроме того узел снабжен конденсатором с отводом сконденсированной этан-пропановой фракции и несконденсировавшейся части этан-пропановой фракции.
Общими признаками известного узла разделения этан-пропановой фракции и предлагаемой установки является ректификационная колонна с узлом орошения, включающим теплообменное устройство, емкость с отводом углеводородного конденсата и насос.
Недостатком известного узла разделения этан-пропановой фракции являются высокие энергозатраты на охлаждение и конденсацию циркулирующего хладагента вследствие использования внешнего холодильного цикла.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка разделения этан-пропановой фракции, описанная в способе получения пропана из этан-пропановой фракции (см. патент РФ на изобретение №2443669, C07C 9/08, B01D 3/14, опуб. 27.02.2012 в ОБ №6), которая включает колонну-деэтанизатор с входом этан-пропановой фракции, отводом пропановой фракции из нижней части и отводом газов деэтанизации из верхней части, снабженную подогревателем низа и узлом получения флегмы для орошения верха колонны. Узел получения флегмы состоит из дефлегматора, емкости с отводом несконденсировавшихся газов деэтанизации и флегмы, насоса и промежуточного холодильника, при этом отвод несконденсировавшихся газов деэтанизации соединен через дросселирующий клапан с топливной сетью, а отвод флегмы соединен с холодильником, выход флегмы из которого соединен с верхней частью колонны-деэтанизатора.
Общими признаками известной и предлагаемой установок являются:
- ректификационная колонна с входом этан-пропановой фракции, отводом газа деэтанизации в верхней части и отводом пропановой фракции в нижней части;
- узел орошения ректификационной колонны, включающий теплообменное устройство, емкость с отводом несконденсировавшегося газа деэтанизации и конденсата, насос.
Недостатком известной установки являются потери пропана, который в составе несконденсировавшихся газов деэтанизации направляется в топливную сеть завода.
Техническим результатом предлагаемой установки является снижение потерь пропана за счет повышения эффективности разделения этан-пропановой фракции.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в установке разделения этан-пропановой фракции, включающей трубопровод подачи этан-пропановой фракции в ректификационную колонну, снабженную отводом газа деэтанизации в верхней части, отводом пропановой фракции в нижней части и узлом орошения, содержащим теплообменное устройство, соединенное по первому теплоносителю с отводом газа деэтанизации, емкость с отводом несконденсировавшегося газа деэтанизации и отводом конденсата и насос, согласно полезной модели установка снабжена трубопроводом подачи пропановой фракции, соединенным через дополнительно установленные теплообменник и расширительное устройство с теплообменным устройством узла орошения по второму теплоносителю и далее с дополнительно установленным компрессором, при этом выход пропановой фракции из компрессора соединен с нижней частью ректификационной колонны и снабжен дополнительным отводом пропановой фракции, а отвод несконденсировавшегося газа деэтанизации из емкости узла орошения соединен с теплообменником и далее с потребителем.
Кроме того, установка снабжена дополнительно установленными колонной осушки этановой фракции с отводом паров этановой фракции и отводом жидкой фазы, этановой колонной с отводами паров этановой фракции, осушенной газообразной этановой фракции и метанола, снабженной подогревом нижней части и узлом орошения, включающим рекуперативный теплообменник, емкость с отводом этановой фракции и насос, при этом отвод конденсата из емкости узла орошения ректификационной колонны снабжен дополнительным отводом, соединенным с колонной осушки этановой фракции, отвод паров этановой фракции из которой соединен с отводом газа деэтанизации перед теплообменным устройством узла орошения ректификационной колонны, отвод жидкой фазы из колонны осушки этановой фракции соединен с верхней частью этановой колонны, отвод паров этановой фракции из которой соединен с рекуперативным теплообменником по первому теплоносителю, а отвод этановой фракции из емкости узла орошения этановой колонны соединен с верхней частью этановой колонны и с потребителем, кроме того выход пропановой фракции из теплообменника также соединен через дополнительно установленное расширительное устройство с рекуперативным теплообменником узла орошения этановой колонны по второму теплоносителю.
Снабжение установки трубопроводом подачи пропановой фракции, соединенным через дополнительно установленные теплообменник и дроссель с тепло-обменным устройством узла орошения по второму теплоносителю и далее с дополнительно установленным компрессором и ректификационной колонной позволяет за счет использования открытого холодильного цикла с применением в качестве хладагента пропановой фракции собственной выработки осуществить в ректификационной колонне эффективное разделение этан-пропановой фракции и выделение из нее пропана, тем самым снизив потери пропана с выходящим из ректификационной колонны газом деэтанизации.
Установка колонны осушки этановой фракции и этановой колонны позволяет при наличии воды в этан-пропановой фракции, поступающей на установку, дополнительно осуществить осушку этановой фракции за счет того, что в фазе углеводородного газа равновесное содержание воды гораздо больше, чем равновесное содержание воды в углеводородной жидкости, и после разделения этана и метанола в этановой колонне получить этановую фракцию, соответствующую ТУ 0272-022-00151638-99.
На фигуре представлена принципиальная технологическая схема установки разделения этан-пропановой фракции.
Установка содержит трубопровод 1 подачи этан-пропановой фракции в ректификационную колонну 2, снабженную отводом 3 газа деэтанизации в верхней части и отводом 4 пропановой фракции в нижней части. Ректификационная колонна 2 снабжена узлом орошения, включающим теплообменное устройство 5, емкость 6 с отводом 7 несконденсировавшегося газа деэтанизации, отводом 8 конденсата и отводом 9 водометанольной смеси и насос 10. Теплообменное устройство 5 соединено по первому теплоносителю с отводом 3 газа деэтанизации.
Установка снабжена трубопроводом 11 подачи пропановой фракции, соединенным через дополнительно установленные теплообменник 12 и расширительное устройство 13 с теплообменным устройством 5 по второму теплоносителю и далее с дополнительно установленным компрессором 14.
Выход 15 пропановой фракции из компрессора 14 соединен с нижней частью ректификационной колонны 2 и снабжен дополнительным отводом 16 пропановой фракции.
Отвод 7 несконденсировавшегося газа деэтанизации из емкости 6 соединен с теплообменником 12 и далее с потребителем.
Установка может быть снабжена колонной 17 осушки этановой фракции с отводом 18 паров этановой фракции и отводом 19 жидкой фазы и этановой колонной 20 с отводом 21 паров этановой фракции, отводом 22 осушенной газообразной этановой фракции и отводом 23 метанола.
Этановая колонна 20 снабжена устройством подогрева 24 и узлом орошения, включающим рекуперативный теплообменник 25, емкость 26 с отводом 27 этановой фракции и насос 28.
Отвод 8 конденсата из емкости 6 узла орошения ректификационной колонны 2 снабжен дополнительным отводом 29, соединенным с колонной 17 осушки этановой фракции.
Отвод 18 паров этановой фракции из колонны 17 соединен с отводом 3 газа деэтанизации перед теплообменным устройством 5 узла орошения ректификационной колонны 2.
Отвод 19 жидкой фазы из колонны 17 соединен с верхней частью этановой колонны 20.
Отвод 21 паров этановой фракции из этановой колонны 20 соединен с рекуперативным теплообменником 25 по первому теплоносителю.
Отвод 27 этановой фракции из емкости 26 соединен с верхней частью этановой колонны 20, а также с потребителем.
Выход пропановой фракции из теплообменника 12 соединен через дополнительно установленное расширительное устройство 30 с рекуперативным теплообменником 25 по второму теплоносителю.
Устройство подогрева 24 этановой колонны 20 также соединено с воздушным холодильником 31, выход водного раствора метанола из которого соединен с блоком регенерации метанола (на фиг. не показано).
Установка снабжена насосами 32, 33 и необходимой запорно-регулирующей арматурой.
Установка работает следующим образом.
Этан-пропановая фракция, являющаяся верхним продуктом колонны разделения этана и пропана ГФУ (на фиг. не показана), по трубопроводу 1 подается в ректификационную колонну 2.
Пропановая фракция с температурой 35°C и давлением 2,74 МПа (здесь и далее приведено давление избыточное) по трубопроводу 11 поступает в теплообменник 12, в котором охлаждается до температуры минус 38°C за счет теплообмена с потоком несконденсировавшегося газа деэтанизации из емкости 6, после чего через расширительное устройство 13 подается в теплообменное устройство 5, в котором пропановая фракция полностью испаряется.
Пары этановой фракции (газ деэтанизации) с температурой 6°C и давлением 2,68 МПа через отвод 3 ректификационной колонны 2 направляются в теплообменное устройство 5, в котором охлаждаются до температуры минус 22°C и частично конденсируется за счет теплообмена с потоком пропановой фракции, после чего направляются в емкость 6. Для ингибирования гидратообразования в поток газа деэтанизации на входе в теплообменное устройство 5 впрыскивается раствор метанола (на фиг. не показано).
В емкости 6 происходит разделение несконденсировавшегося газа деэтанизации, углеводородного конденсата и водометанольной смеси. Несконденсировавшийся газ деэтанизации с температурой минус 12°C и давлением 2,00 МПа через отвод 7 емкости 6 направляется в теплообменник 12 на рекуперацию холода за счет теплообмена с потоком пропановой фракции, поступающей по трубопроводу 11, после чего с температурой 30°C и давлением 1,97 МПа выводится за пределы установки. Водометанольная смесь с температурой минус 12°C и давлением 2,00 МПа через отвод 9 выводится из емкости 6 и направляется в блок регенерации метанола (на фиг. не показан). Углеводородный конденсат с температурой минус 11°C и давлением 2,49 МПа через отвод 8 емкости 6 насосом 10 подается на орошение ректификационной колонны 2.
После теплообменного устройства 5 пропановая фракция с температурой минус 12°C и давлением 2,00 МПа направляется в компрессор 14 и затем с температурой 128°C и давлением 2,92 МПа подается в кубовую часть ректификационной колонны 2. Расход скомпримированной пропановой фракции в кубовую часть ректификационной колонны 2 регулируется таким образом, чтобы поддерживать в нем требуемую температуру без дополнительного подогрева. Избыток скомпримированной пропановой фракции после компрессора 14 через дополнительный отвод 16 пропановой фракции выводится с установки и направляется на ГФУ.
Кубовый продукт ректификационной колонны 2 (пропановая фракция) с температурой 60°C и давлением 2,06 МПа через отвод 4 насосом 32 выводится с установки и направляется на ГФУ.
При необходимости дополнительно вырабатывать этановую фракцию часть потока конденсата (этановой фракции) из емкости 6 через отвод 29 направляется в колонну 17, в которой происходит осушка жидкой этановой фракции за счет контакта с потоком осушенной газообразной этановой фракции из этановой колонны 20. Пары этановой фракции колонны 17 с температурой минус 7°C и давлением 2,10 МПа через отвод 18 направляются на смешение с газом деэтанизации из ректификационной колонны 2 перед теплообменным устройством 5. Жидкая фаза с низа колонны 17 с температурой 12°C и давлением 2,15 МПа через отвод 19 насосом 33 подается в верхнюю часть этановой колонны 20 на очистку этановой фракции от метанола.
Пары этановой фракции с температурой 5°C и давлением 2,37 МПа через отвод 21 этановой колонны 20 направляются в рекуперативный теплообменник 25, в который после расширительного устройства 30 также поступает пропановая фракция, предварительно охлажденная в теплообменнике 12 до температуры минус 38°C. В рекуперативном теплообменнике 25 пары этановой фракции охлаждаются до температуры 2°C и полностью конденсируются, после чего поступают в емкость 26. Пропановая фракция после рекуперативного теплообменника 25 с температурой минус 22°C направляется в компрессор 14 вместе с потоком пропановой фракции из теплообменного устройства 5.
Из емкости 26 жидкая этановая фракция насосом 28 с температурой 3°C и давлением 2,83 МПа подается на орошение этановой колонны 20. Избыток этановой фракции из емкости 26 выводится с установки.
Осушенная газообразная этановая фракция с температурой 90°C и давлением 2,4 МПа через отвод 22 этановой колонны 20 направляется в нижнюю часть колонны 17 для осушки жидкой этановой фракции.
Жидкость с кубовой части этановой колонны 20 с температурой 90°C через отвод 23 направляется в устройство подогрева 24, в котором подогревается до температуры 149°C и частично испаряется. Пары из устройства подогрева 24 направляются в нижнюю часть этановой колонны 20. Неиспарившаяся жидкость (водный раствор метанола) из устройства подогрева 24 направляется на охлаждение до температуры 40°C в воздушный холодильник 31 и затем в блок регенерации метанола (на фиг. не показан).
Таким образом, за счет снабжения установки трубопроводом 11 подачи пропановой фракции, соединенным через дополнительно установленные теплообменник 12 и дроссель 13 с теплообменным устройством 5 узла орошения по второму теплоносителю и далее с дополнительно установленным компрессором 14 и ректификационной колонной 2, предлагаемая установка позволяет организовать открытый холодильный цикл и за счет этого охладить верхний продукт ректификационной колонны 2 до более низкой температуры (до минус 5,6°C на выходе газов деэтанизации из ректификационной колонны 2 и до минус 12°C на выходе несконденсировавшихся газов деэтанизации из емкости 6) по сравнению с прототипом, в котором температура верха ректификационной колонны (см. стр.8 описания патента) поддерживается в пределах от 26°C до 43°C. Снижение температуры верхнего продукта ректификационной колонны 2 приводит к снижению равновесного содержания пропана и более тяжелых углеводородов в этой фракции и, как следствие, позволяет в емкости 6 выделить углеводородный конденсат, содержащий пропан, и вернуть его в ректификационную колонну 2 для выработки дополнительного количества пропановой фракции, тем самым снизив потери пропана с выходящим с установки газом деэтанизации.
В таблице приведены расчетные данные по содержанию пропана предлагаемой схемы установки разделения этан-пропановой фракции и схемы установки по патенту №2443669 (прототип), выполненные с помощью программы HYSYS.
Как видно из таблицы, разница в выработке пропановой фракции по предлагаемой установке и прототипу составляет 2394,03 кг/ч, т.е. по сравнению с прототипом предлагаемая установка позволяет повысить эффективность разделения этан-пропановой фракции и увеличить выработку пропановой фракции на 1,6% мас., а также сократить потери пропана за счет увеличения содержания пропана в пропановой фракции (на 2345,156 кг/ч) и снижения содержания пропана в выходящем с установки газе деэтанизации (в 55,85 раз).