УСТАНОВКА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к установкам низкотемпературного разделения углеводородного газа с целью получения метана, этана, широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) и гелиевого концентрата, и может быть использована на газоперерабатывающих предприятиях.
Известна установка низкотемпературного разделения углеводородного газа, описанная в способе одновременного получения гелия, этана и более тяжелых углеводородов, включающая трубопровод подачи 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 [Авторское свидетельство СССР №1645796, МПК F25J 3/02, опубл. 30.04.91]. Очищенный, осушенный газ, разделенный на потоки, поступает в теплообменники, в которых охлаждается и частично конденсируется за счет холода сдросселированных и расширенных в детандере обратных фракций газов сепарации, деметанизации и питания колонны-деметанизатора. Затем потоки смешивают и сепарируют в первом сепараторе. Выделившаяся при этом жидкость дросселируют и направляют на дальнейшее разделение во второй сепаратор, откуда испаренные гелий и легкие углеводороды подают в нижнюю часть гелиевой ректификационной колонны. Пар из первого сепаратора конденсируют и переохлаждают в теплообменниках, дросселируют и подают в верхнюю часть гелиевой ректификационной колонны на отпарку растворенного в жидкости гелия. Жидкую фазу колонны делят на два потока, один из которых дросселируют, частично испаряют в теплообменнике и разделяют в третьем сепараторе. Выделившуюся жидкость дросселируют, смешивают с жидкостью, выделившейся во втором сепараторе, и подают в качестве питания в колонну-деметанизатор. Пар, выделившийся в третьем сепараторе, расширяют и охлаждают в детандере, объединяют с остальной частью жидкой фазы гелиевой колонны, разделяют в сепараторе и жидкость направляют в качестве холодного орошения в колонну-деметанизатор. Кубовую жидкость колонны-деметанизатора разделяют на этановую и широкую фракции легких углеводородов в колонне-деэтанизаторе.
Недостатком известной установки является относительно невысокая степень извлечения целевых продуктов из природного газа.
Наиболее близкой к заявляемой по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является установка низкотемпературного разделения природного газа с получением этановой фракции, ШФЛУ, гелиевого концентрата и метановой фракции, применяемая в настоящее время на Гелиевом заводе ООО «Газпром добыча Оренбург» [В.В.Николаев и др. Основные процессы физической и физико-химической переработки газа., Москва, «Недра», 1998, с.164-167]. Установка содержит блок предварительного охлаждения газа, включающий последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блок конденсации и переохлаждения газа, включающий теплообменники, сепаратор второй ступени, отпарные колонны и турбодетандерный агрегат в виде турбинного модуля, содержащего турбодетандер и турбокомпрессор, блок выделения этановой и широкой фракции углеводородов, включающий теплообменники, деметанизатор, состоящий из укрепляющей и отгонной секций, деэтанизатор, 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 первой ступени 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 первую отпарную колонну. Газ, последовательно прошедший через две отпарные колонны и обогащенный гелием, подается в ректификационную колонну блока получения гелиевого концентрата, 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 (МФВД), одна часть которой направляется в теплообменники для охлаждения поступившего на установку природного газа, а другая - через теплообменник поступает на разделение в сепаратор второй ступени. Газовая фаза из сепаратора объединяется с верхним продуктом укрепляющей секции деметанизатора и через теплообменник поступает на расширение в турбодетандер турбодетандерного агрегата. Далее этот поток (метановая фракция среднего давления), проходя через теплообменники и объединившись с обратным потоком метановой фракции куба первой отпарной колонны после рекуперации холода в теплообменниках, сжимается турбокомпрессором турбодетандерного агрегата и выводится с установки. Жидкость из сепаратора второй ступени подается на верхнюю тарелку укрепляющей секции деметанизатора в качестве флегмы. С куба второй отпарной колонны выводится метановая фракция высокого давления (МФВД), которая направляется в теплообменники для охлаждения поступившего на установку природного газа.
2+выше
В деметанизаторе путем последовательной ректификации в двух секциях выделяется метановая фракция в качестве дистиллята и фракция углеводородов С в качестве кубового остатка деметанизатора. Кубовый остаток деметанизатора поступает на разделение в деэтанизатор путем ректификации с получением в качестве дистиллята этановой фракции, а в качестве кубового остатка - ШФЛУ.
Недостатком известной установки являются потери этана, происходящие в процессе деметанизации жидкой фазы, когда вместе с метановой фракцией уносится значительное количество этановой фракции. Это объясняется изменением состава сырьевого газа, поступающего на установку, в связи с поступлением газа Карачаганакского НГКМ (Казахстан), доля тяжелых углеводородов в котором значительно превышает долю тяжелых углеводородов в газе Оренбургского НГКМ.
Задачей заявляемого изобретения является увеличение выхода товарного этана.
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 с трубопроводом отвода жидких углеводородов, блока конденсации и охлаждения газа, включающего теплообменники, сепаратор второй ступени с трубопроводом отвода жидких углеводородов в укрепляющую секцию деметанизатора в качестве флегмы, турбодетандерный агрегат, содержащего турбодетандер и турбокомпрессор, и две отпарные колонны с трубопроводами отвода кубовой жидкости, блока выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающего укрепляющую и отгонную секции деметанизатора, соединенные между собой трубопроводами отвода газа и жидких углеводородов, деэтанизатор и теплообменники, блока получения гелиевого концентрата и соединительных трубопроводов, решается тем, что она снабжена трубопроводом отвода части кубовой жидкости второй отпарной колонны, подключенным к трубопроводу отвода жидких углеводородов из сепаратора второй ступени в укрепляющую секцию деметанизатора в качестве флегмы, а трубопровод отвода жидких углеводородов из сепаратора первой ступени соединен с трубопроводом отвода жидких углеводородов из укрепляющей секции деметанизатора в отгонную секцию.
Технический результат от наличия дополнительного трубопровода отвода части кубовой жидкости второй отпарной колонны в укрепляющую секцию деметанизатора в качестве флегмы и соединения трубопровода отвода жидких углеводородов из сепаратора первой ступени с трубопроводом отвода жидких углеводородов из укрепляющей секции деметанизатора в отгонную, состоит в улучшении работы укрепляющей секции деметанизатора за счет снижения температуры верха колонны в результате подачи дополнительной холодной флегмы из второй отпарной колонны и снижения доли тяжелых углеводородов, участвующих в процессе деметанизации данного деметанизатора. В результате сокращается унос этановой фракции вместе с метановой фракцией.
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемой установки низкотемпературного разделения углеводородного газа.
Установка содержит:
- блок предварительного охлаждения газа, включающий трубопровод подвода углеводородного газа 1, теплообменник 2, пропановый испаритель 3, сепаратор первой ступени 4 с трубопроводом отвода жидких углеводородов 5;
- блок конденсации и переохлаждения газа, включающий теплообменники 6-10, сепаратор второй ступени 11 с трубопроводом отвода жидких углеводородов 12, отпарные колонны 13-14 с трубопроводами отвода кубовой жидкости 15-16, трубопровод отвода части кубовой жидкости второй отпарной колонны 17 и турбодетандерный агрегат, содержащий турбодетандер 18 и турбокомпрессор 19;
- блок выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающий деметанизатор, состоящий из укрепляющей 20 и отгонной 21 секций, трубопровод отвода жидких углеводородов 22 из укрепляющей секции в отгонную и деэтанизатор 23;
- блок получения гелиевого концентрата 24;
- соединительные трубопроводы.
Установка низкотемпературного разделения углеводородного газа работает следующим образом.
Природный газ, предварительно осушенный и очищенный от сернистых соединений и углекислоты на предыдущих установках, поступает на установку по трубопроводу 1 в блок предварительного охлаждения газа. Поток газа проходит последовательно теплообменник 2, пропановый испаритель 3, где происходит его предварительное охлаждение и частичная конденсация за счет холода обратного потока метановой фракции среднего давления (МФСД) и кипящего пропана, затем попадает в сепаратор первой ступени 4 для отделения жидкой фазы. Газовая фаза выводится из сепаратора 4, разделяется на два потока и направляется в блок конденсации и охлаждения газа на дальнейшее охлаждение и конденсацию соответственно в теплообменниках 6-8 и 9-10. Далее охлажденные потоки объединяются и дросселируются в первую отпарную колонну 13, откуда отпаренный газ, обогащенный гелием, поступает во вторую отпарную колонну 14 и далее в блок получения гелиевого концентрата 24.
С куба первой отпарной колонны 13 по трубопроводу 15 выводится метановая фракция высокого давления (МФВД), одна часть которой через теплообменник 7 поступает на разделение в сепаратор второй ступени 11. Оставшаяся часть кубовой жидкости отпарной колонны 13 дросселируется и после рекуперации холода в теплообменниках 8, 7, 6 и 2 объединяется с потоком метановой фракции после расширения, компримируется в турбокомпрессоре 19 турбодетандерного агрегата и выводится с установки.
Паровая фаза из сепаратора 11 смешивается с МФВД верха укрепляющей секции деметанизатора 20, затем объединенный поток поступает на расширение в турбодетандер 18 турбодетандерного агрегата. Расширенная метановая фракция проходит через теплообменники 10, 6 и 2, охлаждая потоки поступившего на установку природного газа, и выводится с установки. Жидкая фаза из сепаратора 11 отводится по трубопроводу 12 на первую тарелку укрепляющей секции деметанизатора 20 в качестве основной флегмы.
2+выше
В деметанизаторе 20-21 осуществляется ректификация смеси углеводородов с получением метановой фракции в качестве дистиллята и фракции углеводородов C в качестве кубового остатка, отводимую на ректификацию в деэтанизатор 23 с получением в качестве дистиллята этановой фракции, а в качестве кубового остатка - широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ).
С куба второй отпарной колонны 14 по трубопроводу 16 выводится метановая фракция высокого давления (МФВД), одна часть (основная) которой направляется в теплообменники 8, 7, 6 и 2 для охлаждения поступившего на установку природного газа, а другая - по трубопроводу 17 подается в трубопровод отвода жидких углеводородов 12 из сепаратора второй ступени 11 в укрепляющую секцию деметанизатора 20 в качестве флегмы для дополнительного ее охлаждения. Это оказывает влияние на распределение компонентов по фазам в деметанизаторе 20-21, в котором происходит увеличение доли этановой фракции в жидкой смеси, отводимой с низа деметанизатора, с одновременным снижением его доли в составе метановой фракции по сравнению с прототипом.
Таким образом, использование заявляемой установки позволяет снизить суммарные потери этана с верхним продуктом деметанизатора за счет создания в них оптимальных условий для процесса низкотемпературной абсорбции. В результате эффективность установки по выработке целевых продуктов (метана, этана, ШФЛУ, гелиевого концентрата) существенно повышается.