СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЖИРНЫХ ГАЗОВ ИЗ СМЕСИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для извлечения жирных газов из смеси углеводородных газов.

Предшествующий уровень техники

Известен способ выделения жидких углеводородов и установка для его осуществления, содержащая компрессор для сжатия исходных газообразных продуктов, первый абсорбер для абсорбции углеводородов С₅ и выделения жидкой фазы, подаваемой в первую колонну для фракционной дистилляции, и газовой фазы, подаваемый во второй абсорбер, первую колонну (колонну дебутанирования) для фракционной дистилляции, второй абсорбер для абсорбции углеводородов С₃ и выделения газовой фазы и жидкой фазы, подаваемой во вторую колонну, вторую колонну (колонну деэтанирования) для фракционной дистилляции (Патент РФ 2014343, C10G 5/06, опубл. 15.06.1994)

Основным недостатком этого изобретения является необходимость использования компрессора для компримирования исходной смеси углеводородных газов, например, газов каталитического крекинга, перед извлечением из нее жирных газов (компонентов С₃-С₄). Компрессор (компрессорная установка) - это дорогостоящий и сложный в эксплуатации агрегат, требующий значительных капитальных и эксплуатационных затрат (отдельное здание), установки сложной системы безопасности и регулярного технического обслуживания только высококвалифицированным персоналом.

Также известны способы извлечения жирных газов из смеси углеводородов, полученной при первичной подготовке нефти, попутных нефтяных газов и газовых конденсатов (Патент РФ 2611212, F25J 3/02, опубл. 21.02.2017; Патент РФ 2617029, F25J 3/08, опубл. 20.03.2017; Патент РФ 2617152, B01D 53/00, опубл. 21.04.2017).

Несмотря на отличия в аппаратном оформлении, рассматриваемые изобретения имеют такой же общий недостаток, а именно необходимость применения компрессора для сжатия смеси углеводородных газов до высоких давлений, вплоть до 4,6 МПа. Обеспечение требований по обслуживанию компрессоров, особенно в условиях работы на удаленных предприятиях (промыслах) подготовки попутного нефтяного газа и газового конденсата, затруднительно и требует высоких капитальных и эксплуатационных затрат.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является способ извлечения жирных газов (компонентов С₃-С₄) из смеси углеводородных газов при фракционировании нефти, включающий, по меньшей мере, емкость-газосепаратор, выполненную с обеспечением возможности абсорбции преимущественно жирного газа из смеси углеводородных газов с использованием в качестве абсорбента нестабильного бензина, колонну стабилизации, выполненную с обеспечением возможности выделения сжиженных жирных газов (Патент РФ 2417244, C10G 7/02, опубл. 27.04.2011, прототип).

Данное изобретение предполагает применение двухколонной схемы переработки нефти с получением смеси углеводородных газов с давлением не менее 0,25 МПа. Такая схема требует дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат на первую (предварительную) ступень разделения исходной нефти. Известны также схемы с одноколонным разделением исходной нефти. Однако, в данной схеме переработки нефти поддерживается низкое давление в основной колонне для обеспечения требуемого отбора дистиллятов, при этом получают смесь углеводородных газов с низким давлением (до 0,15 МПа). Для извлечения жирного газа (компонентов С₃-С₄) из данной смеси необходимо либо повысить давление в колонне, либо осуществлять охлаждение смеси до температуры менее 20°С, а также подавать большее количество стабильного бензина из колонны стабилизации. Охлаждение смеси до такой температуры затруднительно, так как температура поступающей охлаждающей воды составляет, как правило, около 25°С, а увеличение расхода абсорбента приводит к росту эксплуатационных затрат.

Таким образом, известные способы и устройства извлечения жирных газов из смеси углеводородов, выполнены с применением сложных многоаппаратных схем и дорогостоящего компрессорного оборудования, а также требуют значительных капитальных и эксплуатационных затрат.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение направлено на снижение энергозатрат при извлечении жирных газов (компонентов С₃-С₄) из смеси углеводородных газов.

Указанная задача решается за счет того, что используют способ извлечения жирных газов из смеси углеводородных газов, включающий в себя, по меньшей мере, сжатие смеси углеводородных газов в струйном аппарате рабочей средой, родственной по физической сущности, абсорбцию преимущественно жирного газа из сжатой смеси углеводородных газов с получением сухого газа в блоке абсорбции, содержащем сепаратор и абсорбер, с использованием углеводородной фракции в качестве абсорбента, съемом тепла процесса абсорбции хладагентом, стабилизацию насыщенной углеводородной фракции из блока абсорбции в колонне стабилизации с получением газа стабилизации, сжиженных жирных газов, стабильной углеводородной фракции, использование части или всей стабильной углеводородной фракции в абсорбере в качестве абсорбента, вывод сухого газа с блока абсорбции, газа стабилизации, сжиженных жирных газов и балансового избытка стабильной углеводородной фракции, при этом, согласно изобретению, осуществляют транспортирование рабочей среды по контуру циркуляции, включающему, по меньшей мере, струйный аппарат, блок абсорбции и колонну стабилизации, в качестве рабочей среды в струйном аппарате используют часть или весь газ стабилизации, в сепараторе блока абсорбции сепарируют стекающую самотеком насыщенную углеводородную фракцию из абсорбера.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения обновление транспортируемой рабочей среды по контуру циркуляции осуществляют путем ввода дополнительной рабочей среды на установку и вывода отработанного балансового избытка в виде газа стабилизации.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения ввод углеводородной фракции на установку и ее подачу в абсорбер осуществляют совместно и/или раздельно со стабильной углеводородной фракцией.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения используют абсорбер, представляющий собой вертикальный кожухотрубчатый тепломассообменный аппарат.

В частном варианте осуществления изобретения используют абсорбер, представляющий собой охлаждающий смеситель.

В частном варианте осуществления изобретения используют абсорбер, представляющий собой вертикальный аппарат колонного типа с контактными устройствами.

В частном случае осуществления изобретения тепломассообмен между смесью углеводородных газов, сжатой в струйном аппарате, и абсорбентом осуществляют с использованием абсорбера с контактным устройством.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения смесь углеводородных газов, сжатую в струйном аппарате, подают в абсорбер, а затем в сепаратор блока абсорбции и осуществляют вывод сухого газа с верха сепаратора и насыщенной углеводородной фракции с низа сепаратора с последующей подачей в колонну стабилизации.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения смесь углеводородных газов, сжатую в струйном аппарате, подают в сепаратор, а затем в абсорбер блока абсорбции и осуществляют вывод сухого газа с верха абсорбера и насыщенной углеводородной фракции с низа сепаратора с последующей подачи в колонну стабилизации.

В частном случае осуществления изобретения часть смеси углеводородных газов сжимают также в жидкостно-газовом эжекторе рабочей средой углеводородной фракцией.

В частном случае осуществления изобретения нагрев насыщенной углеводородной фракции осуществляют теплом стабильной углеводородной фракции в рекуперативном теплообменнике.

В частном случае осуществления изобретения насыщенную углеводородную фракцию нагнетают в колонну стабилизации насосом.

В частном случае осуществления изобретения вывод водного конденсата осуществляют из нижней части сепаратора, снабженного коалесцером.

В частном случае осуществления изобретения часть или всю углеводородную фракцию предварительно смешивают со сжатой смесью углеводородных газов.

Указанная задача также решается за счет того, что используют установку извлечения жирных газов из смеси углеводородных газов, включающую, по меньшей мере, струйный аппарат, выполненный с обеспечением возможности сжатия смеси углеводородных газов рабочей средой, родственной по физической сущности, блок абсорбции, включающий, по меньшей мере, сепаратор и абсорбер, снабженный линиями ввода и вывода хладагента, выполненный с обеспечением возможности абсорбции преимущественно жирного газа из смеси углеводородных газов, сжатой в струйном аппарате, использования в качестве абсорбента углеводородной фракции и съема тепла процесса абсорбции, колонну стабилизации насыщенной углеводородной фракции из блока абсорбции, выполненную с обеспечением возможности получения газа стабилизации, сжиженных жирных газов, стабильной углеводородной фракции и подачи части или всей стабильной углеводородной фракции в абсорбер в качестве абсорбента, линии вывода сухого газа, газа стабилизации, сжиженных жирных газов и балансового избытка стабильной углеводородной фракции, при этом, согласно изобретению, низ абсорбера подключен к верху сепаратора с обеспечением возможности стока насыщенной углеводородной фракции из абсорбера в сепаратор самотеком, струйный аппарат снабжен линией подачи газа стабилизации и выполнен с обеспечением возможности использования части или всего газа стабилизации в качестве рабочей среды, а установка выполнена с обеспечением возможности транспортирования рабочей среды по контуру циркуляции, включающему, по меньшей мере, струйный аппарат, блок абсорбции и колонну стабилизации.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения установка снабжена линией ввода дополнительной рабочей среды и выполнена с обеспечением возможности обновления, при необходимости, транспортируемой рабочей среды по контуру циркуляции путем ввода в нее дополнительной рабочей среды и вывода отработанного балансового избытка по линии вывода газа стабилизации.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения установка снабжена линией ввода углеводородной фракции и выполнена с обеспечением возможности ее подачи в абсорбер совместно и/или раздельно со стабильной углеводородной фракцией.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения абсорбер выполнен в виде вертикального кожухотрубчатого тепломассообменного аппарата.

В частном случае осуществления изобретения абсорбер выполнен в виде охлаждающего смесителя.

В частном случае осуществления изобретения абсорбер выполнен в виде вертикального аппарата колонного типа с контактными устройствами.

В частном случае осуществления изобретения абсорбер снабжен контактным устройством, выполненным с обеспечением возможности тепломассообмена между смесью углеводородных газов, сжатой в струйном аппарате, и абсорбентом.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения блок абсорбции выполнен с обеспечением возможности подачи смеси углеводородных газов, сжатой в струйном аппарате, в абсорбер, а затем в сепаратор, вывода сухого газа с верхней части сепаратора и насыщенной углеводородной фракции с низа сепаратора в колонну стабилизации.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения блок абсорбции выполнен с обеспечением возможности подачи смеси углеводородных газов, сжатой в струйном аппарате, в сепаратор, а затем в абсорбер, вывода сухого газа с верха абсорбера и насыщенной углеводородной фракции с низа сепаратора в колонну стабилизации.

В частном случае осуществления изобретения установка содержит жидкостно-газовый эжектор, выполненный с обеспечением возможности сжатия части смеси углеводородных газов с использованием в качестве рабочей среды углеводородной фракции

В частном случае осуществления изобретения установка содержит рекуперативный теплообменник, выполненный с обеспечением возможности нагрева насыщенной углеводородной фракции теплом стабильной углеводородной фракции.

В частном случае осуществления изобретения установка содержит насос, выполненный с обеспечением возможности нагнетания насыщенной углеводородной фракции в колонну стабилизации.

В частном случае осуществления изобретения сепаратор снабжен коалесцером и линией вывода водного конденсата из нижней части сепаратора.

В частном случае осуществления изобретения установка снабжена линией подачи углеводородной фракции, выполненной с обеспечением возможности предварительного смешивания со сжатой смесью углеводородных газов.

Сжатие исходной смеси углеводородов в струйном аппарате рабочей средой, родственной по физической сущности, позволяет исключить необходимость применения компрессорного оборудования при извлечении жирных газов (компонентов С₃-С₄) из смеси углеводородных газов низкого давления (менее 0,25 МПа) или снизить нагрузку на абсорбер за счет конденсации части компонентов исходной смеси при ее сжатии.

Использование части или всего газа стабилизации в качестве рабочей среды в струйном аппарате, снабженном линией подачи газа стабилизации, и их транспортирование по контуру циркуляции повышает автономность установки и минимизирует использование энергоресурсов со стороны.

Подключение низа абсорбера к верху сепаратора, в котором сепарируют стекающую самотеком насыщенную углеводородную фракцию из абсорбера, позволяет реализовать блок абсорбции в виде сборного модуля. При этом сокращается занимаемая блоком абсорбции площадь и исключаются энергозатраты на перекачку сред между этими аппаратами.

Эти существенные отличительные признаки вносят основной вклад в повышение эффективности и снижение энергозатрат при извлечении жирных газов (компонентов С₃-С₄) из смеси углеводородных газов.

Применение дополнительной рабочей среды, ввод ее в транспортируемую рабочую среду по контуру циркуляции и вывод отработанного балансового избытка газов стабилизации соответственно по линиям ввода и вывода позволяет поддерживать необходимые состав и характеристики рабочей среды струйного аппарата.

Подача углеводородной фракции в абсорбер совместно и/или раздельно со стабильной углеводородной фракцией по линии ввода углеводородной фракции позволяет поддерживать необходимые состав и характеристики подаваемого абсорбента.

Применение абсорбера, выполненного в виде вертикального кожухотрубчатого тепломассообменного аппарата, снабженного контактным устройством, позволяет осуществлять тепломассообмен между смесью углеводородных газов, сжатой в струйном аппарате, и абсорбентом, а также исключить необходимость применения внешних систем съема и подвода тепла и, соответственно, снизить капитальные затраты.

Возможность применения блока абсорбции с различными способами подачи смеси углеводородных газов, сжатой в струйном аппарате, расширяет диапазон применения установки с использованием исходной смеси углеводородных газов различного состава и количества. При подаче сжатой смеси углеводородных газов в абсорбер, а затем в сепаратор (прямоточное движение фаз), снижается сопротивление тепломассообменного аппарата, а подача сжатой смеси углеводородных газов в сепаратор и затем в абсорбер, обеспечивает противоточный контакт фаз, что повышает эффективность тепломассообмена.

Применение рекуперативного теплообменника позволяет осуществлять нагрев насыщенной углеводородной фракции с использованием вторичного (бросового) тепла, а именно тепла стабильной углеводородной фракции, что снижает энергозатраты на теплоподвод в колонну стабилизации.

Применение абсорбера, выполненного в виде охлаждающего смесителя или вертикального аппарата колонного типа с контактными устройствами, расширяет диапазон применения изобретения.

Применение насоса позволяет нагнетать насыщенную углеводородную фракцию в колонну стабилизации, за счет чего повышается давление и степень извлечения жирных газов в колонне стабилизации.

Применение жидкостно-газового эжектора для сжатия части смеси углеводородных газов рабочей жидкостью позволяет использовать избыточную энергию углеводородной фракции.

Применение коалесцера в сепараторе позволяет отделить от насыщенного абсорбента водную фазу, образующуюся при конденсации водяного пара из смеси углеводородов, и существенно снизить долю водной фазы (балластного компонента) в сырье колонны стабилизации.

Предварительное смешивание части или всего углеводородного конденсата со смесью углеводородного газа обеспечивает снижение габаритов абсорбера и сепаратора за счет частичной абсорбции смеси углеводородных газов.

Краткое описание чертежей

На Фиг. приведена принципиальная технологическая схема установки.

Раскрытие варианта осуществления изобретения

Установка извлечения жирных газов из смеси углеводородных газов, содержит струйный аппарат 2, жидкостно-газовый эжектор 2а, блок абсорбции 4, состоящий из абсорбера 5 и сепаратора 6, колонну стабилизации 18, нагревательное устройство 21, конденсатор-холодильник 27, емкость 29, рекуперативный теплообменник 16 и насос 14.

Установка извлечения жирных газов из смеси углеводородных газов, согласно изобретению, работает следующим образом.

Смесь углеводородных газов по линии 1 подают в струйный аппарат 2 для сжатия поступающей смеси. Сжатие осуществляют рабочей средой, в качестве которой используют частично или полностью газ стабилизации, который подают в струйный аппарат 2 по линии 32. Рабочая среда движется по контуру циркуляции, состоящему из струйного аппарата 2, блока абсорбции 4 и колонны стабилизации 18. Газ стабилизации представляет собой несконденсировавшиеся в процессе стабилизации газы. При необходимости, в качестве рабочей среды могут быть использованы углеводородные газы со стороны с аналогичными исходной смеси углеводородного газа физико-химическими свойствами и составом. Также возможно применение дополнительной рабочей среды, представляющей собой газ со стороны, который при необходимости обновления рабочей среды поступает в контур циркуляции по линии 34. При необходимости возможно осуществлять сжатие части смеси углеводородных газов в жидкостно-газовом эжекторе 2а рабочей средой, в качестве которой используют углеводородную фракцию, которая поступает по линии 35'.

Далее сжатую смесь углеводородных газов из струйного аппарата 2 по линии 3 направляют в абсорбер 5 блока абсорбции 4, для абсорбции преимущественно жирного газа из смеси углеводородных газов, сжатой в струйном аппарате. Абсорбер 5 представляет собой вертикальный кожухотрубчатый тепломассообменный аппарат, снабженный трубным пучком 7, где в межтрубном пространстве циркулирует хладагент для съема тепла процесса абсорбции, контактным устройством в трубном пространстве, выполненным с обеспечением возможности тепломассообмена между смесью углеводородных газов, сжатой в струйном аппарате, и абсорбентом. Ввод и вывод хладагента осуществляют по линиям 8 и 9 соответственно. В качестве абсорбента по линии 24 подают часть или всю стабильную углеводородную фракцию с низа колонны стабилизации 18. Существует возможность подачи углеводородной фракции в абсорбер по линии 35 совместно и/или раздельно со стабильной углеводородной фракцией. Далее несконденсированный газ совместно со стекающим абсорбентом поступает в сепаратор 6, снабженный коалесцером 10, для разделения углеводородной и водной фаз. При этом низ абсорбера 5 подключен к верху сепаратора 6, выполненные с обеспечением возможности стока насыщенной углеводородной фракции из абсорбера в сепаратор самотеком. Сухой газ с верха сепаратора выводят с установки по линии 11. Водный конденсат с низа сепаратора 6 по линии 12 также выводят с установки. Насыщенная углеводородная фракция снизу сепаратора по линии 13 подают на всас насоса 14. Возможна также подача парогазовой смеси из струйного аппарата 2 по линии 3' в сепаратор 6, откуда газовая фаза поступает в абсорбер 5 для абсорбции преимущественно жирного газа из смеси углеводородных газов, сжатой в струйном аппарате. При этом с верха абсорбера по линии 11' выводят сухой газ с установки, с низа сепаратора по линии 12 выводят водный конденсат с установки. Насыщенную углеводородную фракцию также выводят с низа сепаратора по линии 13 и подают на всас насоса 14. Далее по линии 15 насыщенную углеводородную фракцию нагнетают в рекуперативный теплообменнике 16 для подогрева и по линии 17 подают в колонну стабилизации 18 для выделения из поступающей углеводородной фракции компонентов жирного газа (компонентов С₃-С₄). При этом часть получаемой стабильной углеводородной фракции подают по линии 20 в нагревательное устройство 21 и направляют по линии 22 в низ колонны 18. Возможна также подача части или всей углеводородной фракции по линии 24' для предварительного смешения со сжатой углеводородной фракцией и дальнейшая подача полученной смеси в сепаратор 6. С низа сепаратора выводят водный конденсат по линии 12. Также с низа сепаратора выводят насыщенную углеводородную фракцию по линии 13 и подают на всас насоса 14, с верха сепаратора выводят сухой газ по линии 11.

Полученный стабильный углеводородный конденсат выводят с низа колонны 18 по линии 19, часть стабильного углеводородного конденсата по линии 23 подают в рекуперативный теплообменник 16 и далее по линии 24 направляют в трубное пространство абсорбера 5 в качестве абсорбента. Балансовый избыток стабильной углеводородной фракции по линии 25 выводят с установки. Полученные компоненты С₃-С₄ по линии 26 выводят с верха стабилизатора и направляют в конденсатор-холодильник 27 для частичной конденсации. Охлажденную смесь из конденсатора-холодильника 27 по линии 28 направляют в емкость 29 для дальнейшего разделения с получением сжиженных жирных газов и газов стабилизации. Часть сжиженных жирных газов возвращают в колонну по линии 30 для орошения колонны стабилизации, балансовый избыток выводят с установки по линии 31. Газы стабилизации с верха емкости 29 направляют по линии 32 в струйный аппарат в качестве рабочей среды, балансовый избыток выводят с установки по линии 33.

В Таблице 1 приведены результаты расчетов энергозатрат установок по прототипу и предлагаемому изобретению с производительностью 2000 кг/ч. Из полученных результатов следует, что энергозатраты по предлагаемому способу на 20% ниже по сравнению с энергозатратами по прототипу. Таким образом, предлагаемый способ и установка для его осуществления позволяют существенно повышает энергоэффективность процесса извлечения жирных газов из смеси углеводородных газов.