УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ГАЗОВОЙ СМЕСИ
APPARATUS FOR SEPARATING HYDROCARBONS FROM A GAS MIXTURE

Изобретение относится к оборудованию для разделения газообразных смесей углеводородов с неконденсируемыми газами и может быть использовано в газовой промышленности для подготовки низкокалорийного природного газа, а также для разделения промышленных газовых смесей.
Известна установка низкотемпературного разделения газа [RU 77949, опубл. 05.07.2017 г., МПК F25J 3/00], состоящая из блока предварительного охлаждения газа, включающего последовательно установленные 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+
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 семь рекуперативных теплообменников, три фракционирующих колонны (деметанизатор, колонну предварительного концентрирования гелия и колонну выделения гелиевого концентрата) со вспомогательным оборудованием, два низкотемпературных сепаратора, турбодетандерный агрегат, насос, шесть дросселей (редуцирующих устройств) и холодильную машину для охлаждения верха колонны выделения гелиевого концентрата, при этом первый рекуперативный теплообменник, первый сепаратор и деметанизатор расположены на трубопроводе (линии) сырьевого газа.
Недостатками данной установки являются сложность (более 20 единиц оборудования), а также низкая степень извлечения углеводородов (на установке получают только 72% товарного газа высокого и низкого давления с содержанием метана 97,9%) из-за низкой температуры отбираемой метановой фракции (минус 111°С при 2,0 МПа в сепараторе), что имеет следствием высокое содержание азота как в самой метановой фракции, так и в газе среднего давления, получаемом при ее испарении, который из-за этого имеет низкую калорийность и не соответствует требованиям норм на топливный газ.
1+
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение установки и увеличение выхода фракции углеводородов C в виде товарного газа.
1+
Техническим результатом является упрощение установки за счет кратного снижения количества оборудования и повышение выхода товарного газа за счет вывода фракции углеводородов Cс низа фракционирующей колонны при повышенной (и регулируемой) температуре, гарантирующей ее соответствие требованиям норм по калорийности топливного газа.
1+
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей расположенные на линии сырьевого газа рекуперативный теплообменник и фракционирующую колонну, а также холодильную машину и редуцирующие устройства, особенность заключается в том, что фракционирующая колонна оснащена верхней и нижней тепломассообменными секциями в укрепляющей части и нагревателем в отгонной части, который расположен на байпасной линии рекуперативного теплообменника, низ колонны оснащен линией вывода фракции углеводородов C, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство и рекуперативный теплообменник, а верх колонны оснащен линией вывода смеси неконденсируемых газов, на которой последовательно расположены редуцирующее устройство, верхняя тепломассообменная секция и рекуперативный теплообменник, при этом нижняя тепломассообменная секция соединена с холодильной машиной линиями ввода/вывода хладоагента.
1+
Холодильная машина может быть выполнена компрессионной и, например, с многокомпонентным хладоагентом. Рекуперативный теплообменник выполнен многопоточным и может быть соединен с дополнительной холодильной машиной. Фракционирующая колонна выполнена, например, в виде пленочной колонны. Редуцирующие устройства могут быть выполнены в виде редуцирующего вентиля, газодинамического устройства или детандера. При выполнении по меньшей мере одного из редуцирующих устройств в виде детандера, он может быть соединен с посредством кинематических и/или электрических и/или магнитных и/или гидравлических устройств с компрессором имеющейся холодильной машины. Также детандер(ы) может(гут) быть соединен(ы) с компрессором дополнительной холодильной машины, соединенной с рекуперативным теплообменником, или оснащенной испарителем, расположенным на линии вывода из колонны фракции углеводородов Cили на линии вывода смеси неконденсируемых газов. В качестве остальных элементов установки могут быть установлены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
1+
Сокращение количества оборудования с более, чем 20, до пяти единиц упрощает установку. Оснащение укрепляющей части фракционирующей колонны тепломассообменными секциями, охлаждаемыми технологическим потоком и хладоагентом, поступающим из холодильной машины, позволяет поддерживать температуру верха колонны на уровне, обеспечивающем заданную степень потерь метана со смесью неконденсируемых газов, что позволяет вырабатывать товарный газ с высоким выходом. Оснащение отгонной части фракционирующей колонны нагревателем, который расположен на байпасной линии рекуперативного теплообменника, позволяет нагреть сырьевым газом, без подвода внешнего тепла, выводимую из низа колонны фракцию углеводородов Cдо температуры, достаточной для отпарки азота и других более легких газов, и получить товарный газ нормативной (заданной) калорийности.
Установка показана на чертеже и включает рекуперативный теплообменник 1, полную фракционирующую колонну 2 с верхней и нижней тепломассообменными секциями в укрепляющей части и с нагревателем в отгонной части, а также холодильную машину 3 и два редуцирующих устройства 4 и 5.
1+
1+
3
При работе установки по осушенный и очищенный от кислых компонентов сырьевой газ, содержащий 10% об. углеводородов C, поступающий по линии 6 с давлением 2-3 МПа, разделяют на два потока, первый поток по байпасной линии 7 направляют в качестве теплоносителя в нагреватель колонны 2, затем смешивают со вторым потоком, предварительно охлажденным в теплообменнике 1 и с температурой минус 145 - минус 150°С (в зависимости от состава сырьевого газа) подают в среднюю часть колонны 2. С низа колонны 2 по линии 8 выводят фракцию углеводородов C, содержащую не более 5% мол. азота, редуцируют ее с помощью устройства 5, например, редуцирующего вентиля, до давления потребления (например, 0,2-1,2 МПа), нагревают в теплообменнике 1 и выводят в качестве товарного газа с низшей теплотой сгорания не менее 31,8 МДж/м или сырья для дальнейшей переработки. С верха колонны 2 по линии 9 выводят смесь неконденсируемых газов (например, азота, водорода и инертных газов), содержащую, преимущественно не более 1% об. метана, редуцируют ее с помощью устройства 4, например, редуцирующего вентиля, до 0,1-2,0 МПа и подают в качестве хладоагента в верхнюю часть верхней тепломассообменной секции, из нижней части которой выводят частично нагретую газовую смесь, нагревают ее в теплообменнике 1 и выводят в качестве отходящего газа или сырья для дальнейшей переработки. Нижнюю тепломассообменную секцию колонны 2 охлаждают с помощью холодильной машины 3, вводя/выводя хладоагент по линиям 10.
1+
Таким образом, предлагаемая установка проще, позволяет увеличить выход фракции углеводородов Cв виде товарного газа и может найти применение в газовой промышленности.