СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ АЗОТА
METHOD OF SEPARATING NITROGEN

2+
Изобретение относится к способу отделения С-углеводородов от содержащей, в основном, азот и углеводороды исходной фракции, при котором
2+
а) исходная фракция частично конденсируется и ректификаторно разделяется на обогащенную и обедненную С-углеводородами фракции;
2+
2+
b) обедненная С-углеводородами фракция частично конденсируется и разделяется на жидкую фракцию, образующую, по меньшей мере, частично обратный поток для ректификаторного разделения, и обедненную С-углеводородами газовую фракцию; и
2+
c) обедненная С-углеводородами газовая фракция разделяется в двухколонном процессе на богатые азотом и метаном фракции.
2+
2+
Способ отделения С-углеводородов от содержащей, в основном, азот и углеводороды исходной фракции известен, например, из US 4664686. С помощью фиг. 1, в основном, соответствующей фиг. 3 этой публикации, ниже поясняется способ отделения С-углеводородов от содержащей, в основном, азот и углеводороды исходной фракции.
По трубопроводу 1 подается содержащая, в основном, азот и углеводороды исходная фракция, происходящая, например, из установки для дегазации нефти или LNG-установки. Исходная фракция (попутный газ или легкий расширенный газ) имеет давление преимущественно более 25 бар. При необходимости, она уже была подвергнута предварительной обработке, такой как обессеривание и/или сушка. В теплообменнике Е1 исходная фракция охлаждается и частично конденсируется по отношению к технологическим потокам, подробно поясняемым ниже. По трубопроводу 1' частично конденсированная исходная фракция отводится из теплообменника Е1 и через расширительный клапан а подается к ректификационной колонне Т.
Отделение азота от содержащей, в основном, азот и углеводороды исходной фракции в двухколонном процессе, описанном ниже, требует обычно содержания азота в исходной фракции, по меньшей мере, 30 об.%. Это минимальное содержание азота необходимо для того, чтобы достичь требуемой обычно чистоты полученных в двухколонном процессе потоков продуктов азота, содержание метана в котором должно составлять менее 0,1 об.%, и природного газа или метана, содержание азота в котором должно составлять менее 5 об.%.
2+
Если названное минимальное содержание азота в исходной фракции временно или в основном ниже, то требуется или желательно повышение концентрации азота в ней перед ее подачей в двухколонный процесс. Этой цели служит названная ректификационная колонна Т. С ее помощью от исходной фракции отделяется бедная азотом, богатая С-углеводородная фракция, которая по трубопроводу 5 отводится из отстойника ректификационной колонны Т, расширяется в клапане b с холодопроизводящим процессом и после нагрева и испарения в теплообменнике Е1 отдается по трубопроводу 5' в виде так называемой углеводородной фракции среднего давления. Часть потока этой отводимой из отстойника ректификационной колонны Т жидкой фракции после холодопроизводящего расширения в клапане с подмешивается к отводимой по трубопроводу 6 из двухколонного процесса N, богатой метаном фракции, о которой более подробно говорится ниже, и служит, таким образом, для создания холода в дефлегматоре Е2.
2+
По трубопроводу 2 из верхней части ректификационной колонны Т отводится обедненная С-углеводородами фракция, которая по сравнению с подаваемой по трубопроводу 1 исходной фракцией имеет более высокое содержание азота. Эта фракция в теплообменнике или дефлегматоре Е2 частично конденсируется и по трубопроводу 2' подается к сепаратору D. Из отстойника сепаратора D скапливающаяся жидкая фракция отводится по трубопроводу 3 и подается к колонне Т в качестве «обратного потока». Как правило, в трубопроводе 3 предусмотрен рециркуляционный насос Р. От него можно отказаться, если сепаратор D расположен выше точки подачи обратного потока.
2+
Скапливающаяся в сепараторе D обедненная С-углеводородами газовая фракция подается по трубопроводу 4 в схематично обозначенный двухколонный процесс N. Такие двухколонные процессы достаточно известны специалисту из уровня техники. Относящийся к уровню техники двухколонный процесс описан, например, в предварительно неопубликованной заявке DE 102009008229. Ее содержание полностью включено в раскрытое содержание настоящей заявки.
Нагрев отстойника ректификационной колонны Т осуществляется посредством интегрированного в теплообменник Е1 нагревательного устройства, обозначенного участками 9, 9' трубопровода.
Полученная в двухколонном процессе N, богатая азотом фракция отводится по трубопроводу 8, нагревается в теплообменнике Е1 по отношению к охлаждаемой исходной фракции, а затем по трубопроводу 8' подается на дальнейшее использование. Полученная в двухколонном процессе N, богатая метаном фракция подается по трубопроводу 7 к дефлегматору Е2, при необходимости, после предварительного подмешивания части потока отводимой в ректификационной колонне Т жидкой фракции, нагревается в нем и, по меньшей мере, частично испаряется, затем по трубопроводу 7' подается к теплообменнику Е1 и после дополнительного нагрева и полного испарения по отношению к охлаждаемой исходной фракции подается по трубопроводу 7'' на дальнейшее использование.
2+
В способе, описанном с помощью фиг. 1, основное внимание уделено оптимизации количественного потока отводимой из отстойника ректификационной колонны Т С-углеводородной фракции, чтобы его можно было подавать по трубопроводам 5, 5' при повышенном давлении. Остальные углеводороды отводятся при более низком давлении по трубопроводу 7''. Если обе углеводородные фракции 5'/7'' должны быть поданы сообща, то необходимо, по меньшей мере, одну из них, обычно фракцию 7'', сжать до нужного давления подачи (это сжатие на фиг. 1 не показано). По этой причине состав отводимой из отстойника ректификационной колонны Т жидкой фракции 5 оптимизируется до небольшого содержания азота. Состав же отводимой из верхней части ректификационной колонны Т газовой фракции оптимизируется до максимально высокого содержания азота, однако не в отношении состава углеводорода, в частности высокого содержания метана.
Если необходимо отказаться от сжатия углеводородной фракции (фракций), то следует стремиться к подаче углеводородных фракций с одинаковым и одновременно максимально высоким давлением. Отводимый из двухколонного процесса N, богатый метаном поток следует при этом установить так, чтобы он мог выполнять свои задачи при тепловой интеграции при максимально высоком давлении.
2+
Задачей изобретения является создание способа отделения С-углеводородов от содержащей, в основном, азот и углеводороды исходной фракции, который позволил бы избежать описанных недостатков.
2+
2+
2+
Для решения этой задачи предложен способ отделения С-углеводородов от содержащей, в основном, азот и углеводороды исходной фракции, отличающийся тем, что жидкая фракция, полученная при частичной конденсации отводимой из верхней части ректификационной колонны Т, обедненной С-углеводородами фракции, по меньшей мере частично, совместно с обедненной С-углеводородами газовой фракцией подается в двухколонный процесс и разделяется в нем на богатую азотом и богатую метаном фракции.
Другие предпочтительные варианты способа, являющиеся объектами зависимых пунктов формулы, отличаются тем, что
- содержащая, в основном, азот и углеводороды исходная фракция разделяется на несколько частичных потоков, которые отдельно друг от друга частично конденсируются, а затем ректификаторно разделяются;
- охлаждение частичных потоков исходной фракции осуществляется в двухпоточных теплообменниках, преимущественно в намотанных теплообменниках, причем охлаждение или частичная конденсация частичных потоков осуществляется преимущественно в трубах, а испарение или нагрев холодных продуктов разложения осуществляется на боковой стороне намотанных теплообменников и/или преимущественно охлаждение или частичная конденсация частичных потоков осуществляется по восходящей в трубах, а нагрев или испарение продуктов разложения - по нисходящей на боковой стороне; и
- по меньшей мере, один из частичных потоков исходной фракции разделяется на газовую и жидкую фракции, которые отдельно друг от друга подаются на ректификаторное разделение.
Предложенный способ и его варианты более подробно поясняются ниже с помощью изображенных на фиг. 2 и 3 примеров. Ниже при пояснении этих примеров подробно говорится только об их отличиях от способа по фиг. 1.
Скапливающаяся в сепараторе D жидкость частично по трубопроводу 10 и через расширительный клапан d подается в двухколонный процесс N. Оставшаяся часть жидкости подается из сепаратора D к ректификационной колонне Т по трубопроводу 3 в качестве обратного потока.
За счет предусмотренной согласно изобретению подачи описанной жидкой фракции в двухколонный процесс N его энергобаланс изменяется таким образом, что отводимый из двухколонного процесса N, богатый метаном поток имеется полностью в жидком состоянии, а не как прежде, в частности, в частично испарившемся. Благодаря этому в распоряжении дефлегматора Е2 даже без изображенного на фиг. 1 подмешивания части потока отводимой из отстойника ректификационной колонны Т жидкой фракции имеется достаточно холодопроизводительности. Поэтому отводимая из отстойника ректификационной колонны Т по трубопроводу 11 жидкая фракция после расширения в клапане е подмешивается к богатой метаном фракции между дефлегматором Е2 и теплообменником Е1. Отводимая по трубопроводу 11 жидкая фракция привлекается, тем самым, предпочтительно только для предварительного охлаждения исходной фракции в теплообменнике Е1. Поэтому в предложенном способе необходимый температурный профиль всего процесса может быть создан за счет углеводородов, испаряющихся изобарно, т.е. это значит, что в теплообменниках Е1, Е2 возникают лишь обычные потери давления в сумме максимум 1 бар.
2+
2+
Благодаря предложенному способу достигается то, что отводимая по трубопроводу 2 из верхней части ректификационной колонны Т фракция в самой значительной степени свободна от С-углеводородов и диоксида углерода. Отводимый по трубопроводу 7 из двухколонного процесса N, богатый метаном поток имеет поэтому заметно более высокое содержание метана, чем в способе на фиг. 1. Предпочтительным образом при работе ректификационной колонны Т осуществляется оптимизация того, чтобы содержание С-углеводородов в отводимой по трубопроводу 2 из верхней части ректификационной колонны Т фракции составляло максимум 0,1 об.% (1000 об. частей на млн), преимущественно максимум 0,01 об.% (100 об. частей на млн).
Изображенный на фиг. 3 способ отличается от способа на фиг. 2 в основном тем, что многопоточный теплообменник Е1 разделен на несколько двухпоточных теплообменников Е1, Е1', Е3. Кроме того, предусмотрен дополнительный сепаратор D'. Такой способ позволяет обеспечивать в широком диапазоне состава исходной фракции и нагрузочных состояний стабильные условия течения в теплообменниках.
В этом варианте исходная фракция разделяется на два частичных потока 1, 20. Оба охлаждаются и частично конденсируются в теплообменниках Е1 и Е1' соответственно. Первый частичный поток известным образом подается по трубопроводу 1' и через расширительный клапан а к ректификационной колонне Т. Второй частичный поток подается по трубопроводу 20' к теплообменнику Е3, а затем в сепараторе D' разделяется на жидкую и газовую фракции.
Для нагрева отстойника ректификационной колонны Т по трубопроводу 30 в подходящем месте отводится богатая углеводородами фракция, нагревается в теплообменнике Е3 и частично испаряется, а затем подается по трубопроводу 30' к ректификационной колонне Т.
Отводимая по трубопроводу 22 из сепаратора D' газообразная фракция охлаждается в теплообменнике Е1', частично конденсируется, а затем по трубопроводу 22' и через расширительный клапан f подается к ректификационной колонне Т. За счет выбора положения точек подачи фракций в трубопроводы 1', 21' и/или 22' можно варьировать или оптимизировать работу ректификационной колонны Т.
Описанные теплообменники Е1, Е1' выполнены предпочтительным образом в виде намотанных теплообменников, причем охлаждение или частичная конденсация исходной фракции происходит в трубах, а испарение или нагрев холодных продуктов разложения - на боковой стороне намотанных теплообменников. Кроме того, охлаждение или частичная конденсация исходной фракции происходит преимущественно по восходящей в трубах, а испарение или нагрев холодных продуктов разложения - по нисходящей на боковой стороне.
Если дефлегматор Е2 выполнен в виде циркуляционного испарителя, то полное испарение отводимой по трубопроводу 7 из двухколонного процесса N, богатой метаном фракции может быть реализовано под контролем. Из этого циркуляционного резервуара с регулируемым уровнем жидкости, в котором расположен дефлегматор Е2, фракция 7' отводится исключительно в газообразном виде.
Предложенный способ обеспечивает реализацию таких действий, при которых может быть получена лишь богатая углеводородами фракция со сравнительно высоким уровнем давления и использована для создания холода, так что, как правило, не требуется дополнительного сжатия этой фракции.