СПОСОБ ПОДГОТОВКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА К ОДНОФАЗНОМУ ТРАНСПОРТУ

Изобретение относится к способам подготовки углеводородного газа и может найти применение в газовой промышленности для подготовки газа к однофазному транспорту, а также при подготовке топливного газа для газопоршневых и газотурбинных энергоустановок.

Известен способ подготовки углеводородного газа низкотемпературной ректификацией [А.А. Кузнецов, Е.Н. Судаков. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов. Справочное пособие. С.114], позволяющий достигать любую необходимую степень очистки газа от тяжелых компонентов.

Однако способ характеризуется повышенными энергозатратами из-за использования пропановых, аммиачных, фреоновых или этановых холодильных установок для охлаждения потока острого орошения, а также требует поддержания высокого давления, что приводит к повышению металлоемкости оборудования. В связи с этим способ не нашел широкого применения при промысловой подготовке газа к однофазному транспорту.

Известен и широко используется в практике промысловой подготовки углеводородного газа способ подготовки углеводородного газа к однофазному транспорту путем абсорбционной очистки от тяжелых компонентов с подачей абсорбента на верх абсорбционной колонны, который наиболее близок к заявляемому способу по технической сущности и принят в качестве прототипа [Т.М. Бекиров. Промысловая и заводская обработка природных и нефтяных газов. М., Недра, 1980, с.201].

Недостатком способа подготовки углеводородного газа путем абсорбционной очистки от тяжелых компонентов являются высокие энергозатраты из-за высокой кратности циркуляции абсорбента, высокая металлоемкость из-за высокой нагрузки по жидкости в абсорбционной колонне, что приводит к увеличению ее габаритных размеров, а также невысокому выходу подготовленного газа, что обусловлено потерями метана и этана (компонентов подготовленного газа) с газом, сбрасываемым из емкости орошения десорбера.

Задача изобретения - повышение выхода подготовленного газа, снижение энергозатрат и металлоемкости оборудования.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа:

- увеличение выхода подготовленного газа,

- снижение кратности циркуляции абсорбента,

- снижение металлоемкости за счет уменьшения габаритных размеров оборудования.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе подготовку углеводородного газа к однофазному транспорту осуществляют путем абсорбционной очистки от тяжелых компонентов с подачей абсорбента на верх абсорбционной колонны, отличием является то, что углеводородный газ подают в среднюю часть абсорбционной колонны, при этом осуществляют нагрев нижней части абсорбционной колонны и охлаждение верхней части колонны по всей высоте массообменных секций колонны, а абсорбцию проводят при давлении 2,5÷3,8 МПа абс., при температуре верха колонны 5-25°С и температуре низа колонны 55-105°С. В качестве абсорбента используют любые легкие углеводородные фракции, например стабильный газовый конденсат.

В заявляемом способе подача углеводородного газа в среднюю часть абсорбционной колонны обеспечивает дополнительное фракционирование газа в верхней части колонны в присутствии абсорбента, подаваемого на верх колонны, с уменьшением содержания в газе тяжелых компонентов по высоте колонны, а также обеспечивает дополнительное фракционирование газа в нижней части колонны в присутствии абсорбента с уменьшением содержания в абсорбате компонентов подготовленного газа (метан, этан) по высоте колонны, что позволяет снизить кратность циркуляции абсорбента и обеспечить высокий выход подготовленного газа.

Нагрев нижней части абсорбционной колонны и охлаждение верхней части колонны по всей высоте массообменных частей колонны обеспечивает оптимальный температурный профиль в колонне для фракционирования с постепенным повышением температуры колонны сверху вниз, что также позволяет снизить кратность циркуляции абсорбента.

Снижение кратности циркуляции абсорбента приводит к пропорциональному снижению энергозатрат на циркуляцию абсорбента и его регенерацию. Кроме того, уменьшается металлоемкость оборудования вследствие уменьшения габаритных размеров абсорбционной колонны из-за снижения нагрузки по жидкости.

Проведение абсорбции при 2,5÷3,8 МПа абс. позволяет обеспечивать требуемую степень очистки углеводородного газа и высокий выход подготовленного газа. Повышение давления относительно верхнего предела указанного интервала снижает степень очистки в связи с уменьшением относительной летучести компонентов вследствие приближения давления в системе газ-абсорбент к псевдокритическому. Снижение давления относительно нижнего предела указанного интервала повышает энергозатраты в связи с необходимостью при этом или охлаждения верха абсорбционной колонны до более низких температур, или увеличения кратности циркуляции абсорбента, что также повышает энергозатраты. Кроме того, снижение температуры верха колонны при очистке газов с высокой концентрацией метана может привести к возникновению на верху колонны зон со сверхкритическими условиями и нарушению устойчивости работы колонны.

Проведение абсорбции при температуре верха колонны 5-25°С и температуре низа колонны 55-105°С позволяет обеспечить требуемую степень очистки углеводородного газа и высокий выход подготовленного газа. Повышение температуры верха колонны относительно верхнего предела указанного интервала увеличивает энергозатраты вследствие необходимости увеличения кратности циркуляции абсорбента. Снижение температуры верха колонны относительно нижнего предела указанного интервала увеличивает энергозатраты на охлаждение абсорбента. Повышение температуры низа колонны относительно верхнего предела указанного интервала увеличивает энергозатраты на нагрев абсорбата. Снижение температуры низа колонны относительно нижнего предела указанного интервала увеличивает потери метана и этана с абсорбатом, что уменьшает выход подготовленного газа.

Способ осуществляется следующим образом (см. схему). Углеводородный газ, содержащий компоненты подготовленного газа (метан, этан) и тяжелые компоненты (пропан, бутаны, пентаны и высшие углеводороды), направляют при давлении 2,5÷3,8 МПа абс. в среднюю часть абсорбционной колонны, на верх которой подают абсорбент. Массообменную секцию нижней части абсорбционной колонны нагревают, а массообменную секцию верхней части колонны охлаждают по всей их высоте, соответственно, теплоносителем или хладагентом, обеспечивая температуру верха колонны в пределах 5-25°С и температуру низа колонны в пределах 55-105°С. С верха абсорбционной колонны отбирают подготовленный газ, с низа - абсорбат, который регенерируют известным способом, например отпаркой пропана, бутанов, пентанов и высших углеводородов при повышенной температуре или пониженном давлении.

В качестве абсорбционной колонны используют, например, фракционирующий аппарат со встроенными тепломассообменными элементами спирально-радиального типа, позволяющий осуществлять нагрев и охлаждение по всей высоте массообменных секций колонны.

Пример 1 (по прототипу). Сырой газ Коробковского ГПЗ, содержащий, масс.%: азот 0,70; углекислый газ 1,13; метан 68,8; этан 12,86; пропан 8,43; бутаны 5,05; пентан и высшие 2,95, подают при температуре -9°С и давлении 3,7 МПа в низ абсорбционной колонны в количестве 44,3 тыс. нм³/ч (41,94 т/ч). На верх колонны подают абсорбент состава, масс.%: метан отс.; этан 0,12; пропан 0,35; бутаны 5,47; пентан и высшие 94,07, при температуре -2°С в количестве 70 м³/ч (53,8 т/ч). С верха абсорбционной колонны отбирают отбензиненный (подготовленный) газ в количестве 26,9 т/ч. С низа колонны отбирают абсорбат, при регенерации которого получают широкую фракцию углеводородов в количестве 5,4 т/час и сбрасываемый газ в количестве 3,4 т/ч.

Кратность циркуляции абсорбента 0,83 т/1000 нм³ газа. Степень извлечения целевых компонентов составила, масс.%: метан 92,2; этан 64,4. Выход подготовленного газа - 82,9% от потенциала. Степень извлечения тяжелых компонентов составила, масс.%: бутаны 84,4, пентаны и высшие 89,2. Потери компонентов подготовленного газа со сбрасываемым газом составили, масс.%: метан 8,8; этан 35,6.

Пример 2. Газ деэтанизации Уренгойского ЗПКТ, содержащий, масс.%: метан 32,9; этан 38,4; пропан 19,8; бутаны 4,22; пентан и высшие 1,93, подают при температуре 0°С и давлении 2,9 МПа в среднюю часть абсорбционной колонны в количестве 179,9 тыс. нм³/ч (194,0 т/ч). На верх колонны в качестве абсорбента подают стабильный газовый конденсат состава, масс.%: метан отс.; этан отс.; пропан 0,01; бутаны 0,02; пентан и высшие 99,97, при температуре верха колонны 23°С и температуре низа колонны 105°С, в количестве 52,1 м³/ч (40,0 т/ч). С верха абсорбционной колонны отбирают газ, подготовленный к однофазному транспорту и соответствующий требованиям СТО 089-2010 в количестве 158,7 т/ч. С низа колонны отбирают абсорбат, при регенерации которого получают широкую фракцию углеводородов в количестве 35,3 т/ч.

Кратность циркуляции абсорбента 0,22 т/1000 нм³ газа. Степень извлечения целевых компонентов составила, масс.%: метан 99,9; этан 97,1. Выход подготовленного газа - 98,4% от потенциала. Степень извлечения тяжелых компонентов составила, масс.%: бутаны 85,1, пентаны и высшие 99,0. Потерь нет.

Подготовка газа по предлагаемому способу при давлении 2,5÷3,8 МПа абс., при температуре верха колонны 5-25°С и температуре низа колонны 55-105°С позволяет достичь аналогичного результата - получения газа, подготовленного к однофазному транспорту и соответствующего требованиям СТО 089-2010, с выходом 98-98,5% от потенциала при кратности циркуляции абсорбента 19-26 т/1000 нм³ газа.

Таким образом, приведенные примеры свидетельствуют, что предлагаемый способ позволяет достичь необходимой степени очистки газа от тяжелых компонентов при снижении кратности абсорбента почти в 4 раза, а также при соответствующем уменьшении энергозатрат на регенерацию абсорбента и металлоемкости абсорбционной колонны.