Результат интеллектуальной деятельности: Система циркуляции криогенного хладагента и подачи острого орошения

Изобретение относится к вспомогательному оборудованию криогенных ректификационных колонн и может быть использовано при деэтанизации углеводородных газов в нефтегазовой промышленности.

Наиболее близки к предлагаемому изобретению способ холодоснабжения и установка для извлечения газоконденсатных жидкостей [RU 2763101, опубл. 27.12.2021 г., МПК C10L 3/10, F25J 3/06], выполняющая задачу выделения фракции углеводородов С₂₊ из природного газа и включающая ректификационную колонну (деметанизатор) со вспомогательным оборудованием (в том числе первый детандер-компрессорный агрегат), верхний и основной многопоточные теплообменники, и систему циркуляции криогенного хладагента и подачи острого орошения в составе дожимного компрессора и аппарата воздушного охлаждения, расположенных на линии сухого отбензиненного газа, после которых расположено ответвление линии острого орошения с прямым ходом основного и верхнего многопоточных теплообменников и редуцирующим вентилем (редуцирующим устройством), которая соединена с деметанизатором, после ответвления линии острого орошения расположено ответвление линии циркулирующего криогенного хладагента с детандерной секцией второго детандер-компрессорного агрегата, обратным ходом верхнего и основного многопоточных теплообменников, компрессорной секцией первого детандер-компрессорного агрегата, которая соединена с линией сухого отбензиненного газа перед дожимным компрессором.

Недостатками данной системы циркуляции криогенного хладагента и подачи острого орошения являются высокая мощность динамического оборудования в целом по установке (дожимной компрессор и детандер-компрессорные агрегаты) вследствие совмещения системы циркуляции с дожимным компрессором, исполняющим также функцию подачи сухого отбензиненного газа в магистральный газопровод, а также из-за не оптимальной рекуперации холода потоков циркулирующего криогенного хладагента.

Задача изобретения - снижение мощности динамического оборудования.

Технический результат - снижение мощности динамического оборудования за счет изолированного исполнения системы циркуляции криогенного хладагента и подачи острого орошения, а также за счет реализации внутреннего теплообмена потоков циркулирующего криогенного хладагента.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной системе циркуляции криогенного хладагента и подачи острого орошения, включающей компрессор, аппарат воздушного охлаждения, многопоточный теплообменник, редуцирующее устройство, и соединенной с деметанизатором линией подачи острого орошения, особенностью является то, что система циркуляции криогенного хладагента оснащена линией подачи газа криогенной сепарации и линией вывода балансового газа, а циркуляционный контур криогенного хладагента включает последовательно расположенные компрессор, аппарат воздушного охлаждения, прямой ход многопоточного теплообменника, редуцирующее устройство, сепаратор, оснащенный линией вывода метановой фракции в качестве острого орошения и линией вывода отпарного газа, которая соединена с линией подачи газа криогенной сепарации, образуя линию криогенного хладагента, на которой расположены обратный ход многопоточного теплообменника, ответвление линии вывода балансового газа и компрессор.

В качестве сепараторов могут быть использованы аппараты емкостного или динамического типа. В качестве редуцирующих устройств могут быть использованы редуцирующие вентили, газодинамические устройства или детандеры. Вместо аппарата воздушного охлаждения может быть использован любой другой тип холодильника с внешним теплоносителем, например, водяной холодильник. Остальные элементы системы циркуляции криогенного хладагента и подачи острого орошения могут быть любыми, известными из уровня техники.

Изолированное исполнение системы циркуляции криогенного хладагента и подачи острого орошения позволяет оптимизировать давление сжатия циркулирующего криогенного хладагента, за счет чего снизить мощность динамического оборудования на его циркуляцию, а также мощность динамического оборудования установки в целом. А реализация внутреннего теплообмена потоков циркулирующего криогенного хладагента позволяет понизить его температуру после многопоточного теплообменника, за счет чего уменьшить температуру газа на входе в компрессор и соответственно дополнительно снизить мощность динамического оборудования.

Система циркуляции криогенного хладагента и подачи острого орошения показана на прилагаемом чертеже и включает компрессор 1, аппарат воздушного охлаждения 2, многопоточный теплообменник 3, редуцирующее устройство 4 и сепаратор 5.

При работе системы газ криогенной сепарации (линия 6) смешивают с отпарным газом (линия 7), поступающим из сепаратора 5, образуя поток циркулирующего криогенного хладагента, который нагревают в теплообменнике 3 и разделяют на балансовый газ (линия 8), выводимый из системы, и циркулирующую часть криогенного хладагента (линия 9), которую сжимают в компрессоре 1, охлаждают в аппарате 2 и теплообменнике 3, редуцируют в устройстве 4 и разделяют в сепараторе 5 на отпарной газ (линия 7) и поток острого орошения (линия 10), направляемый в деметанизатор (условно не показан). Часть потока 9 после теплообменника 3 может выводится в качестве регулировочного потока для стабилизации температуры технологического оборудования (на схеме условно не показано).

Работоспособность циркуляции криогенного хладагента и подачи острого орошения подтверждается примером.

220,0 тыс.нм³/час газа криогенной сепарации при минус 97,65°С смешивают с 82,2 тыс.нм³/час отпарного газа, поступающим из сепаратора 5, образуя поток циркулирующего криогенного хладагента, который нагревают в теплообменнике 3 до минус 1,8°С и разделяют на 88,5 тыс.нм³/час балансового газа, и циркулирующую часть криогенного хладагента, которую сжимают в двухступенчатом компрессоре с промежуточным охлаждением 1 до 10,4 МПа, охлаждают в аппарате воздушного охлаждения 2 и теплообменнике 3 до минус 74,0°С, редуцируют в редуцирующем вентиле 4 до 2,8 МПа и разделяют в сепараторе 5 на отпарной газ и 113,1 т/час острого орошения. Мощность компрессора системы циркуляции составила 13,2 МВт, а динамического оборудования в целом - 70,6 МВт.

В условиях примера в прототипе мощность динамического оборудования в целом составила 84,9 МВт.

Показанное в примере снижение мощности динамического оборудования достигнуто за счет изолированного исполнения системы циркуляции криогенного хладагента и подачи острого орошения, а также за счет реализации внутреннего теплообмена потоков циркулирующего криогенного хладагента.

Таким образом, предлагаемая система циркуляции криогенного хладагента и подачи острого орошения позволяет снизить энергозатраты и может найти применение в нефтегазовой промышленности.