Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СЖАТИЯ И РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОЙ УГЛЕВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЫ И НАСОСНО-ЭЖЕКТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно для разделения с одновременным сжатием углеводородосодержащих низкопотенциальных факельных и попутных газообразных сред.

Известен способ сжатия газообразной углеводородосодержащей среды, включающий подачу насосом жидкой углеводородосодержащей среды в жидкостно-газовый струйный аппарат, откачку последним газообразной углеводородосодержащей среды, сжатие в струйном аппарате газообразной углеводородосодержащей среды за счет энергии жидкой среды с формированием газожидкостной смеси, подачу из жидкостно-газового струйного аппарата газожидкостной смеси в сепаратор с разделением смеси в сепараторе на сжатый газ и жидкую углеводородосодержащую среду и отвод сжатого газа из сепаратора потребителю (см. патент RU 2084707, МПК 7 F 04 F 5/54, 20.07.1997).

В этом же патенте описана насосно-эжекторная установка, содержащая сепаратор, насос и жидкостно-газовый эжектор, при этом жидкостной вход эжектора подключен к нагнетательной стороне насоса, газовый вход эжектора подключен к источнику углеводородосодержащей газообразной среды и выход эжектора подключен к сепаратору, а насос со стороны входа в него подключен к сепаратору.

Данные способ сжатия и установка для ее осуществления позволяет сжимать газ, но не позволяет разделять его по компонентному составу, что сужает область использования данной установки и способа ее работы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ сжатия и разделения по компонентному составу газообразной углеводородосодержащей среды, включающий подвод газообразной углеводородосодержащей среды в жидкостно-газовый струйный аппарат, подачу насосом жидкой среды-сорбента в жидкостно-газовый струйный аппарат, смешение в жидкостно-газовом струйном аппарате газообразной углеводородосодержащей среды с жидкой средой-сорбентом, повышение давления газообразной углеводородосодержащей среды за счет энергии жидкой среды-сорбента с одновременной абсорбцией части газообразной углеводородосодержащей среды жидкой средой-сорбентом с формированием газожидкостной смеси, подачу из жидкостно-газового струйного аппарата газожидкостной смеси в сепаратор с разделением в нем смеси на сжатый газ и жидкую среду, состоящую из жидкой среды-сорбента и адсорбированной ею части газообразной углеводородосодержащей среды и отвод сжатого газа из сепаратора потребителю (см. патент RU 2056000, кл. F 04 F 5/54, 10.03.1996).

В этом же патенте описана насосно-эжекторная установка, содержащая сепаратор, насос и жидкостно-газовый струйный аппарат, при этом жидкостной вход струйного аппарата подключен к нагнетательной стороне насоса, газовый вход струйного аппарата подключен к источнику газообразной углеводородосодержащей среды и выход струйного аппарата подключен к сепаратору.

Данные способ сжатия и разделения углеводородосодержащей среды и насосно-эжекторная установка для его осуществления позволяют выделять из углеводородосодержащей жидкой среды примеси, такие, например, как сероводород и другие кислые газы, однако недостатком указанных выше способа и установки для его осуществления является невозможность разделения по углеводородному составу сжимаемой газообразной углеводородосодержащей среды, что сужает область использования способа и установки для ее осуществления.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение функциональных возможностей способа сжатия и разделения газообразной углеводородосодержащей среды и насосно-эжекторной установки для его осуществления.

Указанная задача в части способа, как объекта изобретения, решается за счет того, что способ сжатия и разделения газообразной углеводородосодержащей среды включает подвод газообразной углеводородосодержащей среды в жидкостно-газовый струйный аппарат, подачу насосом жидкой среды-сорбента в жидкостно-газовый струйный аппарат, смешение в жидкостно-газовом струйном аппарате газообразной углеводородосодержащей среды с жидкой средой-сорбентом, повышение давления газообразной углеводородосодержащей среды за счет энергии жидкой среды-сорбента с одновременной абсорбцией части газообразной углеводородосодержащей среды жидкой средой-сорбентом с формированием газожидкостной смеси, подачу из жидкостно-газового струйного аппарата газожидкостной смеси в сепаратор с разделением в нем смеси на сжатый газ и жидкую среду, состоящую из жидкой среды-сорбента и абсорбированной ею части газообразной углеводородосодержащей среды, отвод сжатого газа из сепаратора потребителю и жидкой среды на вход насоса с образованием таким образом контура циркуляции "насос - жидкостно-газовый струйный аппарат - сепаратор - насос" жидкой среды и жидкой среды-сорбента, в качестве жидкой среды-сорбента используют углеводородосодержащую жидкость, родственную по своим свойствам одной из фракций перегонки нефти, а из контура циркуляции часть жидкой среды направляют в систему выделения из жидкой среды части абсорбированной газообразной углеводородосодержащей среды, выделившуюся в системе часть абсорбированной газообразной углеводородосодержащей среды направляют потребителю, а образовавшуюся после десорбции жидкую углеводородосодержащую среду направляют в контур циркуляции жидкой среды - жидкой среды-сорбента, уменьшая содержание в жидкой среде количества абсорбированной ею газообразной среды и образуя, таким образом, жидкую углеводородосодержащую среду-сорбент, подаваемую в жидкостно-газовый струйный аппарат.

В части устройства, как объекта изобретения, указанная выше задача решается за счет того, что насосно-эжекторная установка содержит жидкостно-газовый струйный аппарат, газовый вход которого подключен к источнику газообразной углеводородосодержащей среды, а жидкостной вход подключен к нагнетательной стороне насоса для подачи в жидкостно-газовый струйный аппарат жидкой углеводородосодержащей среды-сорбента и сепаратор, подключенный к выходу жидкостно-газового струйного аппарата, при этом в сепараторе поступающую в него жидкостно-газовую смесь разделяют на сжатый газ, подаваемый потребителю, и жидкую среду, насос со стороны входа в него подключен к выходу жидкой среды из сепаратора с формированием таким образом контура "сепаратор - насос - жидкостно-газовый струйный аппарат - сепаратор" жидкой среды и жидкой углеводородосодержащей среды-сорбента, а установка дополнительно снабжена системой выделения из жидкой среды абсорбированной газообразной углеводородосодержащей среды, включающей ректификационную колонну со средствами подвода в нее жидкой среды и отвода из нее жидкой углеводородосодержащей среды и абсорбированной газообразной углеводородосодержащей среды, при этом средство подвода жидкой среды подключено к контуру на участке движения жидкой среды от сепаратора к жидкостно-газовому струйному аппарату, а средство отвода жидкой углеводородосодержащей среды подключено к контуру ниже места подключения к нему средства подвода жидкой среды к ректификационной колонне по ходу движения среды в контуре.

Из системы выделения часть выделенной абсорбированной газообразной углеводородосодержащей среды может быть отведена потребителю в жидком виде или вся выделенная абсорбированная газообразная углеводородосодержащая среда может быть отведена потребителю в газообразном виде.

В качестве жидкой углеводородосодержащей среды могут быть использованы дизельная фракция или газойлевая фракция.

В качестве ректификационной колонны может быть использована ректификационная колонна стабилизации дизельной фракции или может быть использована ректификационная отпарная колонна.

Проведенные исследования показали, что в ходе сжатия газообразной углеводородосодержащей среды представляется возможность в процессе сжатия производить избирательную абсорбцию части газообразной углеводородосодержащей среды. Подбор рабочей жидкой среды и одновременно возможность создать оптимальные для абсорбции условия растворения в жидкой рабочей среде части газообразной углеводородосодержащей среды позволяют уже в проточной части струйного аппарата проводить разделение газообразной углеводородосодержащей среды по составу, при этом более легкая составляющая, например, углеводороды типа метана и этана, остаются в газообразном сжатом состоянии, а более тяжелые углеводороды, типа пропана, бутана и более тяжелых углеводородов поглощаются жидкой углеводородосодержащей средой. При этом важно отметить, что процесс поглощения или другими словами процесс абсорбции, под которым понимается процесс растворения газов в жидкой среде, позволяет уменьшить затраты энергии на сжатие углеводородного газа. Это достигается за счет того, что в сжатии и транспортировке углеводородного газа в сепаратор принимают участие уже два самостоятельных процесса - механическое сжатие газообразной углеводородосодержащей среды за счет кинетической энергии струи жидкой углеводородосодержащей среды-сорбента и растворение газа в жидкой углеводородосодержащей среде-сорбенте, причем этот процесс интенсифицируется по мере повышения давления в проточной части струйного аппарата и в трубопроводе за проточной частью струйного аппарата. В то же время за счет реализации процесса десорбции предоставляется возможность совместить процесс выделения абсорбированной среды с процессом стабилизации состава жидкой углеводородосодержащей среды-сорбента, которую подают в сопло жидкостно-газового струйного аппарата и за счет этого обеспечить стабильную работу струйного аппарата и одновременно поддерживать абсорбционную способность жидкой углеводородосодержащей среды-сорбента. Необходимо отметить, что правильный подбор жидкой углеводородосодержащей среды необходим для того, чтобы обеспечить одновременное достижение двух задач - стабильной работы жидкостно-газового струйного аппарата и избирательной абсорбции газообразной углеводородосодержащей среды из состава откачиваемой газообразной среды. В ходе исследований было установлено, что использование жидкости родственной по свойствам фракции перегонки нефти, например, дизельной фракции или газойлевой фракции, позволяет решить поставленную в изобретении задачу. В то же время в зависимости от требований потребителя или условий эксплуатации предоставляется возможность подавать потребителю выделенный продукт как в жидком, так и в газообразном состоянии. В зависимости от этого в качестве основного элемента системы выделения из жидкой среды части абсорбированной газообразной углеводородосодержащей среды могут быть использованы ректификационная колонна стабилизации дизельной фракции или ректификационная отпарная колонна. При этом элементы системы выделения обеспечивают требуемый состав и давление жидкой углеводородосодержащей среды на выходе из системы, а также максимально возможное выделение абсорбированной среды из жидкой среды. В результате удалось добиться сбалансированной работы жидкостно-газового струйного аппарата и системы выделения из жидкой среды абсорбированной газообразной среды, при которой на выходе из установки получают сжатую газообразную углеводородосодержащую среду, состоящую из "легких" углеводородов, и сжатую газообразную или жидкую углеводородосодержащую среду, состоящую из "тяжелых" углеводородов, что и позволило решить поставленную в изобретении задачу, расширить функциональные возможности установки.

На фиг.1 представлена принципиальная схема насосно-эжекторной установки с системой выделения части абсорбированной среды в жидком виде и на фиг.2 - принципиальная схема установки с системой выделения абсорбированной среды в газообразном виде.

Насосно-эжекторная установка содержит сепаратор 1, насос 2 и жидкостно-газовый струйный аппарат 3, при этом жидкостной вход струйного аппарата 3 подключен к нагнетательной стороне насоса 2, газовый вход струйного аппарата 3 подключен к источнику сжимаемой и разделяемой газообразной среды и выход струйного аппарата 3 подключен к сепаратору 1. Насос 2 со стороны входа в него сообщен с сепаратором 1 с формированием таким образом контура циркуляции жидкой среды и жидкой среды-сорбента. Установка дополнительно снабжена системой 4 выделения из жидкой среды части абсорбированной газообразной углеводородосодержащей среды, включающей ректификационную колонну 5 со средствами 6 подвода в нее жидкой среды и средством отвода 7, 8 из нее, соответственно, жидкой углеводородосодержащей среды и абсорбированной газообразной углеводородосодержащей среды, при этом средство подвода 6 подключено к контуру циркуляции на участке движения жидкой среды от сепаратора 1 к струйному аппарату 3, а средство отвода 7 подключено к контуру циркуляции ниже по ходу движения жидкой среды места подключения средства подвода жидкой среды 6 к ректификационной колонне 5 в контуре циркуляции.

Контур циркуляции жидкой среды и жидкой углеводородосодержащей среды-сорбента может быть снабжен теплообменником 10 для поддержания заданной температуры жидкой углеводородосодержащей среды. Сепаратор 1 снабжен магистралью 12 отвода сжатого углеводородосодержащего газа и магистралью 11 для заправки установки жидкой углеводородосодержащей средой или для подпитки установки указанной выше средой. Ректификационная колонна 5 снабжена циркуляционным насосом 15 и средством 16, например, печью или теплообменником для нагрева куба ректификационной колонны 5. При отводе из системы 4 в жидком виде выделенной из жидкой среды части абсорбированной газообразной углеводородосодержащей среды система может быть снабжена холодильником-конденсатором 17 и вспомогательным сепаратором 9 с магистралью 20 отвода несконденсированной части выделенной газообразной углеводородосодержащей среды, сообщенной через запорное устройство 21 с магистралью 12 и насосом 18 отвода конденсата выделенной газообразной углеводородосодержащей среды потребителю и подачи части ее по магистрали 19 в качестве флегмы в ректификационную колонну 5. Ректификационная колонна 5 может быть снабжена магистралями 13, 14 подвода углеводородосодержащей среды на стабилизацию, например, дизельной фракции.

Способ сжатия и разделения газообразной углеводородосодержащей среды реализуется следующим образом.

При подготовке установки к работе ее заправляют через магистраль 11 жидкой углеводородосодержащей средой, родственной по своим свойствам одной из фракций перегонки нефти, например дизельной или газойлевой фракцией. От источника, например, из факельной системы нефтеперерабатывающего завода, организуют подвод газообразной углеводородосодержащей среды в жидкостно-газовый струйный аппарат 3. Одновременно начинают подачу насосом 2 жидкой углеводородосодержащей среды-сорбента (в период пуска это жидкая углеводородосодержащая среда, а в процессе работы установки это жидкая углеводородосодержащая среда с остатками абсорбированной газообразной углеводородосодержащей среды) в жидкостно-газовый струйный аппарат 3. В результате смешения в жидкостно-газовом струйном аппарате 3 газообразной углеводородосодержащей среды с жидкой углеводородосодержащей средой-сорбентом давление газообразной углеводородосодержащей среды за счет энергии жидкой углеводородосодержащей среды-сорбента повышается и одновременно происходит абсорбция части газообразной углеводородосодержащей среды жидкой средой-сорбентом с формированием в проточной части струйного аппарата 3 газожидкостной смеси, при этом абсорбируются в большей части углеводороды группы С₃-C₆ и более тяжелые, а сжимаются и соответственно остаются в газообразном состоянии в основном углеводороды группы C₁-С₂. Из струйного аппарата 3 газожидкостную смесь подают в сепаратор 1, где смесь разделяют на сжатый газ и жидкую среду, состоящую из жидкой углеводородосодержащей среды и абсорбированной ею части газообразной углеводородосодержащей среды. Сжатый газ из сепаратора 1 отводят по магистрали 12 потребителю, например, в котельную установку нефтеперерабатывающего завода или в установку очистки сжатого газа от сероводорода и других кислых компонентов, а жидкую среду отводят из сепаратора 1 на вход насоса 2, причем предварительно в теплообменнике 10 от жидкой среды отводят избыток тепла. Как указывалось выше, в качестве жидкой среды-сорбента используют жидкость, родственную по своим свойствам одной из фракций перегонки нефти, в частности, могут быть использованы дизельная или газойлевая фракции. Из контура циркуляции часть жидкой среды направляют в систему 4 выделения из жидкой среды части абсорбированной газообразной углеводородосодержащей среды, основным компонентом которой является ректификационная колонна 5. Выделившуюся в системе 4 часть абсорбированной газообразной углеводородосодержащей среды направляют из ректификационной колонны 5 с помощью средства 8 потребителю, а образовавшуюся после выделения газообразной среды жидкую углеводородосодержащую среду - остаток ректификационной колонны 5 циркуляционным насосом 15 направляют в контур циркуляции жидкой среды - жидкой среды-сорбента, уменьшая содержание в жидкой среде количество абсорбированной ею газообразной среды и образуя, таким образом, жидкую углеводородосодержащую среду-сорбент, подаваемую в жидкостно-газовый струйный аппарат 3. Причем представляется возможность охладить жидкую углеводородосодержаую среду, направляемую в контур циркуляции, и одновременно нагреть жидкую среду, подаваемую в ректификационную колонну 5 путем организации в теплообменнике 22 обмена тепла между указанными выше жидкостями. Часть куба циркуляционный насос 15 подает в средство нагрева 16 и далее в ректификационную колонну 5 для нагрева куба колонны 5, причем в ректификационной колонне стабилизации дизельной фракции в качестве средства нагрева 16, как правило, используется печь, а в ректификационной отпарной колонне чаще используется теплообменник.

В зависимости от условий и требований потребителя предоставляется возможность отводить из системы 4 часть выделившейся газообразной углеводородосодержащей среды в жидком виде. В этом случае выделившуюся газообразную углеводородосодержащую среду из ректификационной колонны 5 через средство отвода 8 и холодильник-конденсатор 17 направляют в вспомогательный сепаратор 9, где конденсируют большую часть "тяжелых" углеводородов группы пропана, бутана и более тяжелые, а часть более легких углеводородов, в основном углеводородов группы метана и этана в виде сжатого газа направляют из вспомогательного сепаратора 9 по магистрали 20 потребителю, причем они могут быть направлены через запорное устройство 21 в магистраль 12 и далее потребителю сжатого углеводородосодержащего газа. Что касается конденсата, то он из вспомогательного сепаратора 9 насосом 18 подается потребителю конденсата, причем часть конденсата используется в качестве орошения в ректификационной колонне 5.

По магистрали 13 или магистрали 14 возможна подача в ректификационную колонну 5 углеводородосодержащей среды на стабилизацию. В качестве последней чаще всего выступает дизельная фракция, которая используется в ректификационных колоннах стабилизации дизельной фракции. Одновременно это позволяет решить вопрос обновления жидкой углеводородосодержащей среды в контуре циркуляции жидкая среда - жидкая среда-сорбент и за счет этого дополнительно стабилизировать работу струйного аппарата 3 и усилить абсорбционную способность жидкой углеводородосодержащей среды.

Настоящее изобретение может быть использовано в нефтехимической и других отраслях промышленности, где требуется сжатие и разделение низкопотенциальных, в основном углеводородосодержащих газов.