УСТАНОВКА ПОДГОТОВКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗОВЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СМЕСЕЙ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к переработке нефтяных и природных газов и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической и нефтехимической отраслях промышленности.

Известная установка многостадийной очистки газовой смеси (Патент РФ на полезную модель №110286, МПК B01D 53/00, опубл. 20.11.2011) содержит компрессор и два мембранных разделителя газа. Вход компрессора сообщен с трубопроводом подачи исходной газовой смеси, а выход сообщен трубопроводом с первым мембранным разделителем, из которого выход отводящего потока непроникшего газа (апенетрата) соединен трубопроводом со вторым мембранным разделителем, из которого выход апенетрата сообщен с трубопроводом подачи очищенной газовой смеси потребителю. Отвод проникшего газа (пенетрата) первого мембранного разделителя соединен с трубопроводом подачи этого газа на дальнейшую переработку или утилизацию. Установка снабжена дополнительными мембранными модулями, причем один из модулей параллельно подключен к первому мембранному разделителю, а другой модуль подключен параллельно ко второму мембранному разделителю с двумя дополнительными вакуум-компрессорами, причем первый дополнительный вакуум-компрессор установлен в первом трубопроводе отвода проникшей газовой смеси, второй вакуум-компрессор установлен во втором трубопроводе отвода проникшей газовой смеси.

Установка может быть оснащена последовательно установленными в трубопроводе подачи исходной газовой смеси холодильником, сепаратором и фильтром.

Общими признаками известного решения и предлагаемых вариантов решений являются:

- трубопровод подвода сырья;

- компрессор;

- по крайней мере, один мембранный разделитель, имеющий выходы апенетрата и пенетрата;

- выход апенетрата соединен с потребителем;

- выход пенетрата мембранного разделителя соединен с трубопроводом подачи этого газа на дальнейшую переработку;

- теплообменники;

- сепаратор;

- трубопроводные линии, соединяющие оборудование;

- запорно-регулирующую арматуру.

Недостатками известной установки являются следующие.

Отсутствие возможности использования (вовлечения в переработку) углеводородного компрессата, образующегося в любом случае при компримировании сырьевого углеводородного газа. Известно, что при компримировании смеси углеводородных газов (особенно попутного нефтяного газа (ПНГ), отличающегося высоким содержанием ценных компонентов C_3+выше) выделяется значительное содержание углеводородного конденсата, который в большинстве случаев не вовлекается в квалифицированную переработку, что в конечном итоге приводит к потере части ценной продукции. Количество выпавшего при компримировании компрессата может составлять от 5 до 30% от потенциального содержания углеводородов C_3+выше в сырьевом углеводородном газе. Компрессат с потерями возвращается в нефть или сжигается.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка разделения газовых углеводородных смесей, реализующая способ по патенту РФ на изобретение №2028567, МПК⁶ F25J 3/06, опубл. 09.02.1995, содержащая узел компримирования газовой углеводородной смеси (компрессор), мембранный разделитель первой ступени, мембранный разделитель второй ступени, каждый мембранный разделитель имеет выходы пенетрата и апенетрата, при этом выход пенетрата из первого мембранного разделителя соединен через узел низкотемпературного охлаждения с входом сепаратора, при этом узел низкотемпературного охлаждения включает рекуперативные теплообменники обратных потоков газа и жидкости, выходящих из сепаратора, и пропановый испаритель. Установка имеет колонну с входом жидкости, соединенным с узлом низкотемпературного охлаждения, а также колонна имеет выход жидкости и паровой фазы и снабжена узлом орошения ее верха, имеющим выход газа, и узлом подогрева ее низа, имеющим выход жидкости. Узел орошения верха колонны включает рефлюксную емкость, насос, холодильник, кроме того, установка содержит дожимной компрессор, трубопроводные линии, соединяющие оборудование и запорно-регулирующую арматуру (Патент РФ на изобретение №2028567, МПК F25J 3/06, опубл. 09.02.1995).

Общими признаками известного и предлагаемого решения по первому варианту являются следующие:

- трубопровод подвода сырья;

- узел компримирования газовой углеводородной смеси;

- по крайней мере, один мембранный разделитель, имеющий выходы пенетрата и апенетрата;

- выход апенетрата соединен с потребителем;

- выход пенетрата соединен через узел низкотемпературного охлаждения с входом сепаратора;

- узел низкотемпературного охлаждения включает рекуперативные теплообменники обратных потоков газа и жидкости, выходящих из сепаратора, и пропановый испаритель;

- колонна с входом жидкости, с узлом орошения ее верха, имеющим выход газа, и узлом подогрева ее низа, имеющим выход жидкости;

- трубопроводные линии, соединяющие оборудование;

- запорно-регулирующая арматура.

Общими признаками известного и предлагаемого решения по второму варианту являются следующие:

- трубопровод подвода сырья;

- узел компримирования газовой углеводородной смеси;

- по крайней мере, один мембранный разделитель, имеющий выходы пенетрата и апенетрата;

- выход апенетрата соединен с потребителем;

- выход пенетрата соединен через узел низкотемпературного охлаждения с входом сепаратора;

- узел низкотемпературного охлаждения включает рекуперативный теплообменник обратного потока жидкости, выходящего из сепаратора, и пропановый испаритель;

- рекуперативный теплообменник обратного потока газа, выходящего из сепаратора;

- колонна с входом жидкости, с узлом орошения ее верха, имеющим выход газа, и узлом подогрева ее низа, имеющим выход жидкости;

- трубопроводные линии, соединяющие оборудование;

- запорно-регулирующая арматура.

Недостатками известной установки является следующие.

Отсутствие возможности использования (вовлечения в переработку) углеводородного компрессата, образующегося при компримировании сырьевого углеводородного газа.

На выходе с установки получаются два газовых потока, которые отличаются и по давлению и по качеству подготовки (степень извлечения C_3+выше и степень осушки газа), что может быть неприемлемым для потребителя, неоптимальным для дальнейшего трубопроводного транспорта и/или потребует использования дополнительного блока компримирования, что увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты.

В качестве жидкой продукции установки предусматривается получение только одного продукта - широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), что сужает потенциальные возможности и гибкость работы промышленного объекта. Во многих случаях даже для регионального потребления требуется более широкий спектр товарной продукции, например пропан автомобильный (ПА), пропан-бутан автомобильный (ПБА), сжиженные газы для коммунально-бытового потребления, авиационное сконденсированное топливо (АСКТ), бензин газовый стабильный (БСГ).

Техническим результатом изобретения является обеспечение использования (вовлечения в переработку) углеводородного компрессата, образующегося при компримировании газовой углеводородного смеси с расширением спектра товарной продукции, дающим возможность удовлетворения в полной мере потребительского спроса на продукцию при оптимизации работы установки и снижении капитальных и эксплуатационных затрат.

Этот результат достигается тем, что по первому варианту в известной установке подготовки и переработки газовых углеводородных смесей, содержащей трубопровод подвода сырья, узел компримирования, по крайней мере, один мембранный разделитель, имеющий выходы апенетрата, соединенный с потребителем, и пенетрата, соединенный через узел низкотемпературного охлаждения, включающий рекуперативные теплообменники обратных потоков газа и жидкости, выходящих из сепаратора, и пропановый испаритель с входом сепаратора, колонну с входом жидкости, с узлом орошения ее верха, имеющим выход газа, и узлом подогрева ее низа, имеющим выход жидкости, трубопроводные линии, соединяющие оборудование и запорно-регулирующую арматуру, новым является то, что узел компримирования имеет выход углеводородного компрессата, который соединен с помощью устройства, обеспечивающего регулирование давления, с выходом пенетрата из мембранного разделителя.

Кроме того, выход газа из рекуперативного теплообменника обратного потока газа узла низкотемпературного охлаждения по первому варианту соединен с трубопроводом подвода сырья в узел компримирования.

По второму варианту технический результат достигается тем, что в известной установке подготовки и переработки газовых углеводородных смесей, содержащей узел компримирования, по крайней мере, один мембранный разделитель, имеющий выходы апенетрата, соединенный с потребителем, и пенетрата, соединенный через узел низкотемпературного охлаждения, включающий рекуперативный теплообменник обратного потока жидкости, выходящей из сепаратора, и пропановый испаритель, с входом сепаратора, рекуперативный теплообменник обратного потока газа, выходящего из сепаратора, колонну с входом жидкости, с узлом орошения ее верха, имеющим выход газа, и узлом подогрева ее низа, имеющим выход жидкости, трубопроводные линии, соединяющие оборудование и запорно-регулирующую арматуру, новым является то, что узел компримирования имеет выход углеводородного компрессата, соединенный с рекуперативным теплообменником обратного потока газа, выходящего из сепаратора, по охлаждаемой среде, а выход компрессата из этого теплообменника соединен с помощью устройства, обеспечивающего регулирование давления, выход которого соединен с входом пенетрата в пропановый испаритель узла низкотемпературного охлаждения или с выходом пенетрата из узла низкотемпературного охлаждения.

Кроме того, по второму варианту выход газа из рекуперативного теплообменника обратного потока газа, выходящего из сепаратора, может быть соединен с трубопроводом подвода сырья в узел компримирования.

Кроме того, по любому из вариантов выход газа узла орошения колонны может быть соединен с трубопроводом подвода сырья или с трубопроводной линией на входе мембранного разделителя, или с выходом апенетрата из мембранного разделителя.

Кроме того, по любому из вариантов узел орошения колонны может иметь дополнительно выход пропана автомобильного (ПА), или пропан-бутана автомобильного (ПБА), или смеси пропан-бутановой технической (СПБТ).

Кроме того, по любому из вариантов колонна может иметь дополнительно боковой выход авиационного сконденсированного топлива (АСКТ).

Кроме того, по любому из вариантов колонна может иметь дополнительно боковой выход авиационного сконденсированного топлива (АСКТ), при этом узел орошения имеет дополнительно выход пропана автомобильного (ПА).

Кроме того, по любому из вариантов установка может быть снабжена дополнительным теплообменником, соединенным по нагреваемой среде с выходом жидкости из рекуперативного теплообменника обратного потока жидкости узла низкотемпературного охлаждения и с входом жидкости в колонну, а по нагревающей среде он может быть соединен с выходом жидкости узла подогрева низа колонны и потребителем.

Заявленная совокупность признаков по первому и второму вариантам обеспечивает квалифицированную переработку получаемого при компримировании газовых углеводородных смесей (сырьевого газа) в узле компримирования (существенный признак перед мембранным разделителем) компрессата, количество которого может составлять 5-30% от потенциального содержания углеводородов C_3+выше в сырьевом газе. Это позволяет получить на предлагаемой установке дополнительно кроме широкой фракции легких углеводородов (далее по тексту ШФЛУ), широкий спектр экономически выгодной продукции: авиационное сконденсированное топливо (далее по тексту АСКТ), или пропан автомобильный (далее по тексту ПА), и/или пропан-бутан автомобильный (далее по тексту ПБА), смесь пропан-бутановую техническую (далее по тексту СПБТ), бензин газовый стабильный (далее по тексту БГС) в зависимости от потребительского спроса и позволяет решить проблему использования компрессата, исключая его потери (возвращение в нефть или сжигание на факелах), что может значительно улучшить технико-экономические показатели работы объекта, за счет получения дополнительно продукции, качество и ассортимент которой отвечают потребительскому спросу и которая имеет высокую стоимость. При этом установка обеспечивает получение различной продукции только изменением технологических параметров работы установки.

Варианты установки, а именно снабжение узла компримирования выходом углеводородного компрессата и соединение его с помощью устройства, обеспечивающего регулирование давления, с выходом пенетрата из мембранного разделителя (по первому варианту) или соединение выхода углеводородного компрессата через рекуперативный теплообменник обратного потока газа, выходящего из сепаратора по охлаждаемой среде, с помощью устройства, обеспечивающего регулирование давления, с входом пенетрата в пропановый испаритель узла низкотемпературного охлаждения или с выходом пенетрата из узла низкотемпературного охлаждения в зависимости от параметров сырьевого газа и обратных потоков (температуры, давления, расходов) (по второму варианту), обеспечивают:

- выбор энергосберегающей и оптимальной схемы подготовки и переработки газа;

- гибкость по регулированию качества подготовленного газа и степени извлечения целевых компонентов C_3+выше.

Совокупность признаков по первому варианту обеспечивает использование охлажденного компрессата в качестве абсорбента для увеличения степени извлечения C_3+выше из потока пенетрата.

Выбор варианта установки выполняется в каждом конкретном случае в зависимости от характеристик сырьевого газа и требований к качеству его подготовки и номенклатуре товарной жидкой продукции.

На выходе установка имеет один поток газа, подготовленного до необходимых требований к его качеству (давление, температура точки росы по влаге (ТТР_H2O) и по углеводородам (ТТР_уг-ды)), для подачи потребителю или в транспортную сеть, что оптимизирует капитальные и эксплуатационные затраты установки.

Соединение выхода газа из рекуперативного теплообменника обратного потока газа узла низкотемпературного охлаждения по первому варианту и теплообменника обратного потока газа по второму варианту с трубопроводом подвода сырья в узел компримирования, а также соединение выхода газа узла орошения колонны с трубопроводом подвода сырья или с трубопроводной линией на входе мембранного разделителя, или с выходом апенетрата из мембранного разделителя позволяет утилизировать потоки разгазирования, выходящие из сепаратора, и потоки стабилизации, выходящие из узла орошения колонны, образующиеся в незначительных количествах, путем подачи на компримирование или в зависимости от давления и состава путем подачи в соответствующие потоки по схеме подготовки газа.

За счет выше перечисленного и при большей технологичности и простоте предложенная схема может работать в широком диапазоне давлений и температур охлаждения «жирных» потоков углеводородных смесей, что позволяет регулировать степень извлечения C_3+выше из сырьевого газа, а следовательно, и качество его подготовки при полном использовании (утилизации) сырьевого газа и образующегося при компримировании компрессата.

На фигуре 1 представлена схема установки по первому варианту.

На фигуре 2 представлена схема установки по второму варианту.

Установка подготовки и переработки газовых углеводородных смесей по первому варианту (фиг.1) содержит трубопровод 1 подвода сырья (газовой углеводородной смеси), соединенный с узлом компримирования 2, включающем компрессор, привод и вспомогательное оборудование (газоохладитель, сепаратор). Узел компримирования 2 имеет, по крайней мере, одну ступень компримирования. Узел компримирования 2 соединен трубопроводной линией 3, по крайней мере, с одним мембранным разделителем 4, имеющим выход апенетрата 5, соединенный с потребителем, и выход пенетрата 6. Выход пенетрата 6 соединен через узел низкотемпературного охлаждения 7, включающий последовательно соединенные рекуперативный теплообменник 8 обратного потока газа и рекуперативный теплообменник 9 обратного потока жидкости, соединенные с выходом газа 10 и выходом жидкости 11 соответственно, из сепаратора 12, и пропановый испаритель 13, соединенный с входом сепаратора 12. Узел компримирования 2 имеет выход 14 углеводородного компрессата, который соединен с помощью устройства 15, обеспечивающего регулирование давления, с выходом пенетрата 6 из мембранного разделителя 4. В качестве устройства 15 может быть использован дросселирующий (регулирующий давление) клапан. Узел компримирования 2 имеет также выход воды и тяжелых углеводородов, подаваемых на установки подготовки нефти или в систему утилизации стоков в зависимости от наличия этих объектов вблизи данной установки.

Установка имеет колонну 16 с входом жидкости 17, с узлом орошения 18 ее верха, имеющим выход газа 19, и узлом подогрева 20 ее низа, имеющим выход жидкости 21 (АСКТ, или ШФЛУ, или БГС), соединенный трубопроводом 22 с потребителем.

Узел орошения 18 включает холодильник 23 (воздушный и/или пропановый, последний на фиг. показан пунктиром), рефлюксную емкость 24 и насос 25.

Выход газа из рекуперативного теплообменника 8 обратного потока газа узла низкотемпературного охлаждения 7 может быть соединен с трубопроводом 1 подвода сырья в узел компримирования 2.

По второму варианту установка подготовки и переработки газовых углеводородных смесей (фигура 2) содержит трубопровод 1 подвода сырья (газовой углеводородной смеси), соединенный с узлом компримирования 2, который соединен трубопроводной линией 3, по крайней мере, с одним мембранным разделителем 4, имеющим выход апенетрата 5, соединенный с потребителем, и выход пенетрата 6. Выход пенетрата 6 соединен через узел низкотемпературного охлаждения 7, включающий последовательно соединенные рекуперативный теплообменник 9 обратного потока жидкости, соединенный с выходом жидкости 11 из сепаратора 12, и пропановый испаритель 13. Узел компримирования 2 имеет выход 14 углеводородного компрессата, который соединен с рекуперативным теплообменником 26 обратного потока газа, выходящего из сепаратора 12, по охлаждаемой среде, а выход компрессата из этого рекуперативного теплообменника 26 соединен с помощью устройства 15, обеспечивающего регулирование давления, с входом пенетрата в пропановый испаритель 13 узла низкотемпературного охлаждения 7 или с выходом пенетрата из пропанового испарителя 13 узла низкотемпературного охлаждения 7 (на фиг.2 показано пунктиром).

Идентично первому варианту установка по второму варианту имеет колонну 16 с входом жидкости 17, с узлом орошения 18 ее верха, имеющим выход газа 19, и узлом подогрева 20 ее низа, имеющим выход жидкости 21 (АСКТ, или ШФЛУ, или БГС), соединенный трубопроводом 22 с потребителем. Узел орошения 18 включает холодильник 23 (воздушный и/или пропановый), рефлюксную емкость 24 и насос 25.

По второму варианту выход газа из рекуперативного теплообменника 26 обратного потока газа, выходящего из сепаратора 12, может быть соединен с трубопроводом 1 подвода сырья в узел компримирования 2 газовой углеводородной смеси.

По любому из вариантов выход газа 19 узла орошения 18 колонны 16 может быть соединен с трубопроводом 1 подвода сырья или с трубопроводной линией 3 на входе мембранного разделителя 4, или с выходом апенетрата 5 из мембранного разделителя 4.

Узел орошения 18 колонны 16 по любому из вариантов может иметь дополнительно выход 27 для ПА, или ПБА, или СПБТ.

Кроме того, по любому из вариантов колонна может иметь дополнительно боковой выход 28 АСКТ, а узел орошения 18 может иметь дополнительно выход 27 для ПА.

Кроме того, по любому из вариантов установка может быть снабжена дополнительным теплообменником 29, соединенным по нагреваемой среде с выходом жидкости из рекуперативного теплообменника 9 обратного потока жидкости узла низкотемпературного охлаждения 7 и с входом жидкости 17 в колонну 16, а по нагревающей среде он соединен с выходом жидкости 21 узла подогрева 20 низа колонны 16.

Установка снабжена системой ингибирования гидратообразования (гликоля) (на фиг. не показана): вход 30 регенерированного гликоля, выход 31 насыщенного гликоля.

Установка также снабжена холодильником 32.

Установка снабжена необходимой запорно-регулирующей арматурой.

Установка работает следующим образом.

Газовая углеводородная смесь (попутный нефтяной газ) по трубопроводу 1 поступает в узел компримирования 2, на выходе которого получают скомпримированный газ, который по трубопроводной линии 3 подают в мембранный разделитель 4, где газовую смесь делят на апенетрат (поток газа, подготовленный до необходимых требований к его качеству (давление, температура точки росы по влаге (ТТР_H2O) и по углеводородам (ТТР_уг-ды)), выводимый через выход апенетрата 5 потребителю, и пенетрат, выводимый через выход пенетрата 6.

По первому варианту выводимый пенетрат соединяют с компрессатом, получаемым и выводимым через выход 14 с заданным давлением, обеспечиваемым устройством 15, и подают в узел низкотемпературного охлаждения 7, где смесь охлаждают по первому варианту последовательно в рекуперативных теплообменниках 8, 9 и в пропановом испарителе 13 и далее подают в сепаратор 12. В сепараторе 12 происходит разделение на газ, отводимый через выход газа 10 в рекуперативный теплообменник 8 и далее в трубопровод 1, и на жидкость, которую через выход жидкости 11, рекуперативный теплообменник 9 подают непосредственно (или через дополнительный теплообменник 29) через вход жидкости 17 в колонну 16.

По второму варианту выводимый из мембранного разделителя 4 пенетрат подают на охлаждение в узел низкотемпературного охлаждения 7, в котором пенетрат последовательно охлаждают в рекуперативным теплообменнике 9 и в пропановом испарителе 13 и далее подают в сепаратор 12. При этом компрессат, получаемый и выводимый через выход 14 охлаждают в рекуперативном теплообменнике 26, затем подают в устройство 15, обеспечивая расчетное давление, с которым компрессат подают на смешение с пенетратом после рекуперативного теплообменника 9 или после пропанового испарителя 13. В сепараторе 12 происходит разделение углеводородной смеси на газ, отводимый через выход газа 10 в рекуперативный теплообменник 26, где газ охлаждает компрессат, и далее - в трубопровод 1, и на жидкую фазу, которую через выход жидкости 11, рекуперативный теплообменник 9 подают непосредственно (или через дополнительный теплообменник 29) через вход жидкости 17 в колонну 16.

По обоим вариантам жидкую фазу из сепаратора 12, подавая в дополнительный теплообменник 29, могут нагревать при необходимости кубовым продуктом колонны 16. В колонне 16 происходит разделение углеводородной смеси на паровую углеводородную фазу, которую, охладив в холодильнике 23 воздухом и/или пропановым хладоагентом, разделяют в рефлюксной емкости 24, откуда насосом 25 сконденсированную жидкую часть либо ПА, либо ПБА, либо СПБТ подают на орошение верха колонны 16, а балансовую часть жидкости через выход 27 выводят как готовый товарный продукт потребителю. Несконденсированная газовая часть - газ стабилизации - из рефлюксной емкости 24 через выход газа 19 возвращают в трубопровод 1 с потоком исходной газовой углеводородной смеси (попутного нефтяного газа) либо в трубопроводную линию 3 с потоком скомпримированного газа, поступающего на мембранный разделитель 4, либо в трубопроводную линию на выходе апенетрата 5 и далее потребителю.

Возможно боковым погоном колонны 16 через боковой выход 28 вывести как готовый товарный продукт АСКТ потребителю.

С нижней части колонны 16 получают продукт - либо АСКТ, либо ШФЛУ, либо БГС, который выводят из узла подогрева 20 и/или непосредственно из колонны 16 через выход жидкости 21. Далее нижний продукт в зависимости от состава сырья охлаждают в холодильнике 32 и направляют потребителю или предварительно направляют на рекуперацию тепла в дополнительный теплообменник 29, используя потенциал тепла для нагрева сырьевого потока, а затем по трубопроводу 22 направляют на доохлаждение в холодильнике 32 и далее направляют потребителю.

Колонна 16, имея определенное количество массообменных устройств, обеспечивает заданное качество и номенклатуру получаемой продукции.

Таким образом, на установке в зависимости от исходного сырья и потребительского спроса возможно получение товарной жидкой продукции в следующих комбинациях:

- ШФЛУ (выход жидкости 21);

- ПА (выход 27), АСКТ (боковой выход 28), БГС (выход жидкости 21);

- ПА (выход 27), АСКТ или ШФЛУ (выход жидкости 21);

- ПБА (выход 27), АСКТ или БГС (выход жидкости 21);

- СПБТ (выход 27), БГС (выход жидкости 21).

Для предупреждения гидратообразования в узле низкотемпературного охлаждения 7 осуществляют подачу регенерированного гликоля через вход 30 и вывод насыщенного гликоля на регенерацию с установки из сепаратора 12 через выход 31. По второму варианту гликоль вводят в компрессат перед подачей его в рекуперативный теплообменник 26.