УСТАНОВКА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к установкам низкотемпературного разделения углеводородного газа с целью получения целевых продуктов и может использоваться 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 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 (ШФЛУ) в колонне - деэтанизаторе [Авторское свидетельство СССР №1645796, МПК F25J 3/02, опубл. 30.04.91].
Известна также установка низкотемпературного разделения углеводородного газа, состоящая из блока предварительного охлаждения газа, включающего последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блока конденсации и охлаждения газа, включающего теплообменники, отпарные колонны, турбодетандерный агрегат, состоящий из турбодетандера (поз.20) и турбокомпрессора, сепараторы второй ступени и сепаратор (поз.17) третьей ступени с линией отвода метановой фракции высокого давления (МФВД) в детандер (поз.20), блока выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающего теплообменники, деэтанизатор, деметанизатор, состоящий из отпарной (поз.25) секции, снабженной выносным насосом (поз.29) для подачи кубовой жидкости в деэтанизатор (поз.26), и укрепляющей (поз.24) секции с линией отвода метановой фракции среднего давления (МФСД) и установленным на ней клапаном (без позиции) [см. чертеж поз.24 сверху соединена с поз.8 линией, на которой установлен клапан (позиция без номера)], блока получения гелиевого концентрата и соединительных трубопроводов [Патент РФ №32583, 7 МПК F25J 3/00, опубл. 20.09.2003 в бюл. №26], которая является наиболее близкой по совокупности существенных признаков и достигаемому результату и принята за прототип.
Основным недостатком известных установок является то, что при выводе насоса, подающего кубовую жидкость из отпарной секции деметанизатора в деэтанизатор, на проведение ремонта, установки приходится останавливать. Из-за простоя снижается выработка целевых продуктов и эффективность работы установки.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности работы установки низкотемпературного разделения углеводородного газа.
Поставленная задача в установке низкотемпературного разделения углеводородного газа, содержащей блок предварительного охлаждения газа, включающий последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блок конденсации и охлаждения газа, включающий теплообменники, отпарные колонны, турбодетандерный агрегат, состоящий из турбодетандера и турбокомпрессора, сепараторы второй ступени и сепаратор третьей ступени с линией отвода метановой фракции высокого давления, блок выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающий теплообменники, деэтанизатор, деметанизатор, состоящий из отпарной секции, снабженной выносным насосом для подачи кубовой жидкости в деэтанизатор, и укрепляющей секции с линией отвода метановой фракции среднего давления и установленным на ней клапаном, блок получения гелиевого концентрата, и соединительные трубопроводы, решается тем, что линия отвода метановой фракции среднего давления на выходе из укрепляющей секции деметанизатора соединена перемычкой с линией отвода метановой фракции высокого давления на выходе из сепаратора третьей ступени и снабжена запорной арматурой.
Отличием заявляемой полезной модели является то, что линия отвода метановой фракции среднего давления на выходе из укрепляющей секции деметанизатора соединена перемычкой с линией отвода метановой фракции высокого давления на выходе из сепаратора третьей ступени и снабжена запорной арматурой.
Наличие в установке перемычки, соединяющей линии отвода метановой фракции среднего давления на выходе из укрепляющей секции деметанизатора с линией отвода метановой фракции высокого давления на выходе из сепаратора третьей ступени, а также запорной арматуры обеспечивает возможность продолжения работы установки в случае отказа или вывода в ремонт выносного насоса, подающего кубовую жидкость из отпарной секции деметанизатора в деэтанизатор, путем создания высокого давления до 3,9 МПа в деметанизаторе. В результате чего кубовая жидкость за счет перепада давлений самотеком перетекает в деэтанизатор, давление в котором постоянно поддерживается на уровне около 2,9 МПа.
Технический результат заключается в обеспечении самопроизвольного перетока кубовой жидкости из отпарной секции деметанизатора в деэтанизатор при отключенном выносном насосе, что позволяет исключить простой установки и повысить эффективность ее работы.
На чертеже представлена схема заявляемой установки низкотемпературного разделения углеводородного газа.
Установка содержит следующие блоки.
Блок предварительного охлаждения газа, включающий трубопровод подвода сырьевого газа 1, последовательно установленные теплообменник 2, пропановый холодильник 3, сепаратор 4 первой ступени.
Блок конденсации и охлаждения газа, включающий теплообменники 5-9, сепараторы 10-11 второй ступени, сепаратор 12 третьей ступени с линией 13 отвода метановой фракции высокого давления (МФВД), отпарные 14-15 колонны, конденсатор 16 и турбодетандерный агрегат, состоящий из турбодетандера 17 и турбокомпрессора 18.
Блок выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающий теплообменники 19-20, деэтанизатор 21, деметанизатор, состоящий из укрепляющей 22 и отпарной 23 секций. Укрепляющая секция 22 имеет линию 24 отвода метановой фракции среднего давления (МФСД) с установленным на ней клапаном 25 (регулятором давления), которая перемычкой 26 соединена с линией 13 отвода МФВД. На перемычке 26 установлена запорная арматура 27. Отпарная секция 23 снабжена выносным насосом 28 для подачи кубовой жидкости в деэтанизатор 21, а также запорной арматурой 29-31.
Блок получения гелиевого концентрата, включающий гелиевую ректификационную колонну 32, кипятильник 33, теплообменники 34-35.
Установка низкотемпературного разделения углеводородного газа работает следующим образом.
Природный (сырьевой) газ, предварительно осушенный и очищенный от сернистых соединений на специальных установках, под давлением 4,8-5,2 МПа при температуре не выше 45°С поступает на установку по трубопроводу 1 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 МФСД и кипящего пропана. Охлаждение ведется до температуры не выше минус 28°С. Затем поток попадает в сепаратор 4 первой ступени, где за счет частичной конденсации углеводородов происходит выделение жидкой фазы. Выделившаяся жидкая фаза выводится из сепаратора 4 и направляется на питание в укрепляющую 22 секцию деметанизатора, а газовая фаза одним потоком поступает на дальнейшее охлаждение и конденсацию в теплообменник 5 блока конденсации и охлаждения газа и далее в сепаратор 10 второй ступени, другим потоком поступает через теплообменник 8 и далее в сепаратор 10 второй ступени. Объединенный поток поступает в сепаратор 10 второй ступени, где происходит сепарация сконденсировавшейся жидкости при температуре не ниже минус 80°С. Жидкость из сепаратора 10 дросселируется в сепаратор 11. В процессе дросселирования жидкость частично испаряется, при этом в паровую фазу переходит гелий, растворенный в поступающей жидкости, а жидкость дополнительно обогащается этаном. Газовая фаза, содержащая гелий из сепаратора 11 поступает в первую отпарную колонну 14 в качестве стриппинг-газа. Оставшаяся жидкость направляется на питание укрепляющей 22 секции деметанизатора.
Паровая фаза из сепаратора 10 направляется на полную конденсацию одним потоком через теплообменники 6 и 7, а другим потоком через теплообменник 9, по выходу из которых объединенный поток переохлажденной жидкости дросселируется в первую отпарную колонну 14 в качестве питания. В колонне 14 в результате тепло- и массообмена из жидкости выделяется гелий, которым обогащается газовая фаза, которая поступает в межтрубное пространство конденсатора 16, где происходит конденсация углеводородных газов за счет холода обратного потока метановой фракции среднего давления, проходящего по трубному пространству.
Отпаренный газ, обогащенный гелием до 0,55% об., поступает в верхнюю часть второй отпарной колонны 15, где отпаривается около 10% от исходного газа, поступившего в колонну. Отпаренный газ с содержанием гелия до 5,5% об. затем дросселируется в ректификационную колонну 32 блока получения гелиевого концентрата, в котором за счет противоточной конденсации исходного газа выделяется гелиевый концентрат с содержанием гелия не менее 80% об. Обогащение газа гелием происходит в ректификационной колонне 32 в результате охлаждения и конденсации газа при прохождении последовательно через теплообменник 33 за счет холода кипящей жидкости куба колонны 32 и теплообменник 34 за счет холода кипящего под давлением 0,12 МПа азота. Кубовая жидкость колонны 32 дросселируется до 0,44 МПа и поступает в трубное пространство теплообменника 34, а затем отводится как метановая фракция низкого давления (МФНД).
С куба отпарной колонны 14 при температуре около минус 90°С и давлении не более 4,1 МПа выводится метановая фракция высокого давления (МФВД), большая часть которой (до 90%) направляется на подогрев в теплообменник 6, затем в качестве парожидкостной смеси поступает на разделение в сепаратор 12 третьей ступени, откуда жидкость поступает в укрепляющую секцию 22 деметанизатора в качестве основной флегмы.
Паровая фаза, выходящая из сепаратора 12 под давлением до 3,9 МПа, поступает по линии 13 отвода метановой фракции высокого давления в теплообменник 8 для подогрева и далее на расширение в турбодетандер 17. При этом запорная арматура 27 на перемычке 26 находится в положении «закрыто», а клапан 25 на линии 24 находится в положении «открыто» работает в качестве регулятора давления до 1,8 МПа. Далее расширенный турбодетандерный поток объединяется с потоком метановой фракции среднего давления из укрепляющей секции 22 деметанизатора и после рекуперации холода последовательно в теплообменниках 9, 5 и 2 компримируется в турбокомпрессоре 18 и выводится с установки.
Поток кубовой жидкости из второй отпарной колонны 15 дросселируется до давления около 1,7 МПа, поступает в качестве хладагента в трубное пространство конденсатора 16 и затем объединяется с меньшим (до 10%) потоком кубовой жидкости из первой отпарной 14 колонны. Далее этот поток направляется на рекуперацию холода в теплообменниках 7, 6, 5, 2 и объединяется с потоком метановой фракции после расширения, компримируется в турбокомпрессоре 18 турбодетандерного агрегата и выводится с установки.
2
В деметанизаторе 22-23 в процессе ректификации смеси углеводородов получают метановую фракцию в качестве дистиллята и фракцию углеводородов С и выше в качестве кубового остатка. В укрепляющей 22 секции деметанизатора происходит разделение жидких углеводородов и газообразной метановой фракции. Метановая фракция выводится из верхней части укрепляющей 22 секции по линии 24, дросселируется до давления 1,8 МПа и поступает на смешение с расширенным турбодетандерным потоком МФСД. Жидкие углеводороды из нижней части укрепляющей 22 секции поступают в отпарную 23 секцию деметанизатора, стекают в куб, контактируя с парами, поднимающимися вверх, и обогащаются этаном и ШФЛУ, а высвободившийся из жидкости метан поступает в укрепляющую 22 секцию. Жидкость, содержащая этан и ШФЛУ, из куба отпарной 23 секции насосом 28 подается с давлением до 2,9 МПа в деэтанизатор 21, при этом запорная арматура 31 находится в положении «закрыто», а арматура 29-30 - в положении «открыто». В деэтанизаторе 21 в процессе ректификации получают этановую фракцию в качестве дистиллята, а в качестве кубового остатка - ШФЛУ.
При выходе из строя насоса 28 или выводе его для проведения планового ремонта, запорную арматуру 29 и 30 закрывают, арматуру 31 открывают, клапан 25 на линии 24 закрывают, тем самым обеспечивая подъем давления в деметанизаторе 22-23 до значения не более 3,9 МПа, после чего запорную арматуру 27 открывают.
В этом случае МФВД из укрепляющей секции 22 под давлением около 3,6 МПа и при температуре не ниже минус 108°С направляется по перемычке 26 на объединение с метановой фракцией высокого давления из сепаратора 12 третьей ступени. Объединенный поток МФВД поступает на подогрев в теплообменник 8, далее на расширение в турбодетандер 17, а затем после рекуперации холода в теплообменниках 9, 5, 2 и компримирования в турбокомпрессоре 18 выводится с установки.
Кубовая жидкость из отпарной секции 23 деметанизатора при давлении не более 3,9 МПа самотеком поступает в деэтанизатор 21. В деэтанизаторе 21 в процессе ректификации получают в качестве дистиллята этановую фракцию, а в качестве кубового остатка - ШФЛУ.
Основным преимуществом заявляемой полезной модели является исключение простоев установки при выводе насоса в ремонт, а подача объединенных потоков МФВД из укрепляющей секции деметанизатора и из сепаратора третьей ступени позволит дозагрузить турбодетандер примерно на 30%, и тем самым выработать больше холода.
Заявляемая установка низкотемпературного разделения углеводородного газа в 2008 году прошла опытно-промышленные испытания на третьей очереди Оренбургского гелиевого завода.