УСТАНОВКА ПОДГОТОВКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА С ИЗВЛЕЧЕНИЕМ ГЕЛИЯ
NATURAL GAS PREPARATION UNIT WITH HELIUM EXTRACTION

Изобретение относится к установкам подготовки природного газа, содержащего гелий, и может быть использовано в газовой промышленности.
Известна установка низкотемпературного разделения газа [RU 77949, опубл. 05.07.2017 г., МПК F25J 3/00], состоящая из блока предварительного охлаждения газа, включающего теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блока конденсации и охлаждения газа, включающего теплообменники, сепараторы второй и третьей ступени, отпарные колонны и турбодетандерный агрегат, блока выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающего деметанизатор, деэтанизатор, теплообменники и блока получения гелиевого концентрата.
Недостатком известной установки является сложность и большие капитальные затраты.
2+
2+
Наиболее близки к предлагаемому изобретению способ переработки природного газа с извлечением С и установка для его осуществления [RU 2614947, опубл. 31.03.2017 г., МПК F25J 3/00], которая содержит деметанизатор с линией вывода фракции углеводородов С, колонны предварительного концентрирования гелия и выделения гелиевого концентрата со вспомогательным оборудованием, семь теплообменников, два сепаратора, детандер-компрессорный агрегат, насос, шесть дросселей (редуцирующих устройств) и холодильную машину, при этом первый теплообменник, первый сепаратор и деметанизатор расположены на трубопроводе (линии) сырьевого природного газа.
Недостатками данной установки являются сложность (более 20 единиц оборудования), а также низкий выход природного газа (72% природного газа высокого и низкого давления с содержанием метана 97,9%) из-за низкой температуры метановой фракции среднего давления в сепараторе (минус 111°С при 2,0 МПа), что имеет следствием высокое содержание азота, низкую калорийность и ее не соответствие требованиям норм на топливный газ.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение установки и увеличение выхода природного газа.
Техническим результатом является упрощение установки за счет снижения количества оборудования и повышение выхода природного газа за счет глубокой отпарки азота в колонне предварительного концентрирования гелия и исключения получения газа среднего давления.
2+
2+
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей линию сырьевого природного газа, разделенную на две линии, на первой линии установлен теплообменник и деметанизатор с линией вывода фракции углеводородов С, колонны предварительного концентрирования гелия и выделения гелиевого концентрата со вспомогательным оборудованием, сепаратор, насос и редуцирующие устройства, особенность заключается в том, что на линии сырьевого природного газа до ее разделения установлен входной сепаратор с линией вывода водного конденсата, на первой линии сырьевого природного газа расположены первый теплообменник, примыкание второй линии сырьевого природного газа, первое редуцирующее устройство и деметанизатор с нагревателем в отгонной части, расположенным на второй линии сырьевого природного газа, соединенный линией вывода фракции углеводородов С с блоком фракционирования, оснащенным линиями вывода продуктов и метансодержащего газа, оснащенный линией метановой фракции, которая разделена на две линии, на первой линии метановой фракции расположены второй теплообменник, примыкание второй линии метановой фракции, второе редуцирующее устройство и колонна предварительного концентрирования гелия с дефлегматорной секцией и нагревателем в отгонной части, расположенным на второй линии метановой фракции, оснащенная линией азотсодержащего газа и линией вывода сжиженного природного газа высокого давления с расположенными на ней третьим редуцирующим устройством, дефлегматорной секцией колонны предварительного концентрирования гелия и сепаратором, оборудованным линией вывода редуцированного сжиженного природного газа низкого давления с насосом, вторым и первым теплообменниками, и линией вывода природного газа со вторым и первым теплообменниками, линия азотсодержащего газа разделена на две линии, на первой линии азотсодержащего газа расположены третий теплообменник, примыкание второй линии азотсодержащего газа, и колонна выделения гелиевого концентрата с дефлегматорной секцией и нагревателем в отгонной части, расположенным на второй линии азотсодержащего газа, оснащенная линией вывода концентрата гелия и линией вывода сжиженного газа с расположенными на ней четвертым редуцирующим устройством, дефлегматорной секцией колонны выделения гелиевого концентрата третьим, вторым и первым теплообменниками, при этом линия вывода метансодержащего газа соединена с линией вывода сжиженного природного газа низкого давления.
Первый и второй теплообменники выполнены многопоточными. Колонны выполнена, например, в виде пленочных колонн. Деметанизатор при необходимости может быть оснащен укрепляющей частью, охлаждаемой технологическими потоками. Блок фракционирования оборудован ректификационными колоннами в составе, необходимом для выработки заданного ассортимента продуктов. Редуцирующие устройства выполнены в виде дроссельного вентиля или газодинамического устройства или детандера. В качестве остальных элементов установки могут быть установлены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
Сокращение количества оборудования упрощает установку. Оснащение укрепляющей части колонн дефлегматорными секциями, охлаждаемыми редуцированными технологическими потоками, позволяет без использования холодильных машин поддерживать температуру верха колонн на уровне, обеспечивающем заданную степень потерь метана с азотсодержащим газом, что позволяет вырабатывать природный газ с высоким выходом, а также обеспечивает заданное содержание гелия в концентрате. Оснащение отгонных частей колонн нагревателями, обогреваемыми технологическими потоками, без подвода внешнего тепла, обеспечивает нагрев низа колонн до температуры, достаточной, соответственно, для последовательной отпарки в колоннах метана, азота и гелия, и получить товарный природный газ нормативной калорийности, а также обеспечить высокий выход гелия.
Установка показана на прилагаемом чертеже и включает входной сепаратор 1, теплообменники 2-4, деметанизатор 5 с нагревателем в отгонной части, колонну предварительного концентрирования гелия 6 и колонну выделения гелиевого концентрата 7, каждая с дефлегматорной секцией в укрепляющей части и с нагревателем в отгонной части, сепаратор 8, насос 9, блок фракционирования 10 и редуцирующие устройства 11-14.
2+
При работе установки сырьевой природный газ, содержащий, предпочтительно, 0,3-3% мол. гелия, поступающий по линии 15 с давлением 5-25 МПа, разделяют во входном сепараторе 1 на водный конденсат, выводимый по линии 16, и газ, который разделяют на два потока, первый поток по линии 17 направляют в качестве теплоносителя в нагреватель деметанизатора 5, затем смешивают со вторым потоком, предварительно охлажденным в теплообменнике 2, редуцируют, например, до 2,5-4,5 МПа с помощью устройства 11 и с температурой, например, минус 80-90°С подают в деметанизатор 5. С низа деметанизатора 5 по линии 18 в блок 10 выводят фракцию углеводородов C, из которого по линиям 19 выводят продукты (углеводородные фракции), а по линии 20 - метансодержащий газ. С верха деметанизатора 5 по линии 21 выводят метановую фракцию, разделяют на два потока, первый поток по байпасной линии 22 направляют в качестве теплоносителя в нагреватель колонны 6, затем смешивают со вторым потоком, предварительно охлажденным в теплообменнике 3, редуцируют, например, до 1,5-3,0 МПа с помощью устройства 12 и с температурой, например, минус 110-115°С подают в колонну 6.
С верха колонны 6 по линии 23 выводят азотсодержащий газ, содержащий, предпочтительно, менее 10% мол. метана, разделяют на два потока, первый поток по байпасной линии 24 направляют в качестве теплоносителя в нагреватель колонны 7, затем смешивают со вторым потоком, предварительно охлажденным в теплообменнике 4, и с температурой, например, минус 175-185°С подают в колонну 7. С верха колонны 7 по линии 25 выводят, например, 75-90% мол. концентрат гелия, а с ее низа по линии 26 выводят сжиженный газ, преимущественно, азот, который редуцируют с помощью устройства 14, например, до 0,1-0,3 МПа, нагревают в дефлегматорной секции колонны 7, в теплообменниках 4, 3 и 2 и выводят.
С низа колонны 6 по линии 27 выводят сжиженный природный газ высокого давления, содержащий, предпочтительно, не более 5% мол. азота, который редуцируют с помощью устройства 13, например, до 0,1-0,3 МПа, нагревают в дефлегматорной секции колонны 6 и разделяют в сепараторе 8 на потоки природного газа и сжиженного природного газа низкого давления, последний откачивают насосом 9, например, при 2,0-4,5 МПа. Оба потока нагревают в теплообменниках 3 и 2 и выводят по линиям 28 и 29, соответственно, в качестве природного газа низкого и высокого давления. Последний смешивают с метансодержащим газом (условно показано его подача между теплообменниками 2 и 3).
При необходимости в блоке 1 выделяют углеводородный конденсат и по линии 30 подают его непосредственно в блок 10, а часть потока из линии 26 может быть выведена с установки по линии 31 (показано пунктиром).
Степень извлечения гелия регулируется изменением технологических параметров и составляет не менее 99%. Выход природного газа определяется потерями метана с азотом, регулируется и также составляет не менее 99%.
Таким образом, предлагаемая установка проще, позволяет увеличить выход природного газа и может найти применение в газовой промышленности.