Установка подготовки этансодержащего газа к транспорту в северных широтах

Установка подготовки этансодержащего газа к транспорту в северных широтах может быть использована на предприятиях газовой промышленности.

Основная особенность развития газовой промышленности РФ заключается в том, что большая часть природного газа сформирована и добывается на месторождениях Крайнего Севера, а его потребители расположены в средних широтах на удалении тысяч километров. При этом потребление природного газа не ограничивается использованием в качестве промышленного и коммунального топлива: помимо основного компонента – метана – в нем содержатся значительные, учитывая объем добычи, количества более тяжелых углеводородов, являющихся ценным сырьем газохимической промышленности – в первую очередь этана. Если на начальной стадии разработок мощных газовых северных месторождений (Уренгойского, Ямбургского, Медвежьего, Заполярного, Бованенковского) природный газ отбирали из верхних сеноманских залежей с содержанием этана до 0,3 % мол., то по мере углубления скважин содержание этана резко возрастает и колеблется от 4,5 до 6 % мол. для валанжинских залежей и свыше 8 % мол. для наиболее глубокой ачимовской залежи. Такой обогащенный этаном природный газ невыгодно транспортировать газохимическому потребителю на дальние расстояния, поскольку значительная его часть используется в качестве топлива предприятиями и населенными пунктами, расположенными вдоль трассы трубопровода, что приводит к значительным потерям этана. Для интенсивного развития газохимической промышленности необходимо доставлять на ее предприятия весь добываемый этан, выделяя его из природного газа непосредственно на промыслах.

Возможно извлечение этана из природного газа на установке для реализации способа получения этана из газового конденсата в промысловых условиях, включающего разделение газового конденсата в ректификационной колонне на три потока, два газовых – метановый и этановый, и один жидкий – деэтанизированный конденсат, при этом этановый газовый поток выделяют боковым погоном ректификационной колонны, который расположен на уровне газовой фазы, содержащей этан, свободный от метана, последующую конденсацию этанового потока, и выделение из сконденсированного этанового потока жидкого этана (патент на изобретение RU № 2482103 С1, МПК C07C 7/04, C10G 7/02, B01D 53/00, заявлен 21.02.2012 г., опубликован 20.05.2013 г.). Недостатками данного изобретениями являются:

• нерациональный расход энергии для получения жидкого этана, который после транспортировки потребителю на газохимическое предприятие потребует испарения с теми же затратами энергии, как и на конденсацию;

• затрудненный транспорт жидкого этана из-за возможности образования газовых пробок при испарении жидкого этана в трубопроводе во время падения давления или роста температуры, приводящих к пульсациям в трубопроводе и насосах, которые создают промежуточный дополнительный напор жидкости в трубопроводе.

Известна также установка разделения этан-пропановой фракции, включающая трубопровод подачи этан-пропановой фракции в ректификационную колонну, снабженную отводом газа деэтанизации в верхней части, отводом пропановой фракции в нижней части и узлом орошения, содержащим теплообменное устройство, соединенное по первому теплоносителю с отводом газа деэтанизации, емкость с отводом несконденсировавшегося газа деэтанизации и отводом конденсата, насос, трубопровод подачи пропановой фракции, соединенный через дополнительно установленные теплообменник и расширительное устройство с теплообменным устройством узла орошения по второму теплоносителю и далее с дополнительно установленным компрессором, при этом выход пропановой фракции из компрессора соединен с нижней частью ректификационной колонны и снабжен дополнительным отводом пропановой фракции, а отвод несконденсировавшегося газа деэтанизации из емкости узла орошения соединен с теплообменником и далее с потребителем (патент на полезную модель RU № 145165 U1, МПК C07C 7/04, C07C 9/08, С07С 9/09, заявлен 25.03.2014 г., опубликован 10.09.2014 г.). Недостатком данной полезной модели является жидкофазная подача этановой фракции потребителю в виде конденсата продукта, отводимого с верха ректификационной колонны 2 – при отсутствии метанола в сырье установки или отводимого с верха ректификационной колонны 20 – при его наличии, кроме того:

• установка нерационально расходует энергию для получения жидкого этана, который после транспортировки потребителю на газохимическое предприятие потребует испарения с теми же затратами энергии, как и на конденсацию;

• транспорт жидкого этана затруднен из-за возможности образования газовых пробок при испарении жидкого этана в трубопроводе во время падения давления или роста температуры, приводящих к пульсациям в трубопроводе и насосах, которые создают промежуточный дополнительный напор жидкости в трубопроводе.

Известен также способ транспорта углеводородов, преимущественно этана, от газоперерабатывающего завода к потребителю по магистральному трубопроводу, включающий его сжижение, сжатие, перемещение по трубопроводу под действием перепада давления и регазификацию в конце трубопровода перед подачей потребителю, при этом этан на выходе из газоперерабатывающего завода подогревают до критической температуры, затем сжимают в компрессоре до давления выше критического на величину гидравлического сопротивления трубопровода, после чего переводят в сверхкритическое состояние высокой плотности путем охлаждения, реализующийся на установке, состоящей из деэтанизатора, компрессора, холодильников и связывающих их трубопроводов (авторское свидетельство SU № 1051357 А1, МПК F17D 1/07, F17D 1/08, заявлено 24.06.1982 г., опубликовано 30.10.1983 г.). Недостатком данного изобретения является перевод транспортируемого далее по трубопроводу этана в сверхкритическое состояние, поскольку поступающий из деэтанизатора этан не является абсолютно чистым, а содержит несколько процентов метана, образуя таким образом этановую фракцию, которую перевести в сверхкритческое состояние намного сложнее и дороже, чем чистый этан из-за разницы в критической температуре метана (минус 82,1 °С) и этана (32 °С), что требует переохлаждения этановой фракции с дополнительными энергозатратами. Кроме того, транспорт этановой фракции в критическом состоянии по трубопроводу на большие расстояния связан с неизбежными рисками перехода флюида из критического состояния в парожидкостное, чья транспортировка весьма затруднительна.

Задачей заявляемого изобретения является создание установки подготовки этансодержащего газа к транспорту в северных широтах, адаптирующей его к перемещению и дальнейшей переработке на предприятии газохимии.

Поставленная задача решается за счет того, что установка подготовки этансодержащего газа к транспорту в северных широтах включает трубопровод подачи деметанизированной фракции, ректификационную колонну, трубопровод отвода жидкой деэтанизированной фракции, трубопровод отвода этановой фракции, конденсатор, кипятильник, сепаратор, трубопровод подачи топливного газа потребителю, при этом трубопровод отвода жидкой этановой фракции соединяют с емкостью-сатуратором, подключенным дополнительными трубопроводами к трубопроводу подачи топливного газа потребителю и трубопроводу подачи газовой метан-этановой смеси на предприятие газохимии.

Благодаря дозированной подаче товарного газа в емкость-сатуратор по дополнительному трубопроводу из трубопровода подачи топливного газа потребителю происходит образование газовой метан-этановой смеси, далее поступающей в трубопровод подачи газовой метан-этановой смеси на предприятие газохимии.

Формирование газовой метан-этановой смеси для транспортировки вместо чистого этана позволяет устранить риски конденсации этана в трубопроводе при эксплуатации во время снижения температуры окружающей среды. Как показано в таблице 1, сформированной расчетным путем, разбавление этана метаном в количестве 9,52 % мол. позволяет снизить температуру начала конденсации метан-этановой смеси до 25 °С, а соответствующее разбавление в количестве 34,7 % мол. – до 5 °С.

В качестве одного из вариантов реализации установки подготовки этансодержащего газа к транспорту в северных широтах емкость-сатуратор также можно подключить дополнительным трубопроводом к трубопроводу подачи сырьевого природного газа.

На фигуре 1 представлена схема установки подготовки этансодержащего газа к транспорту в северных широтах с использованием следующих обозначений:

100 – ректификационная колонна;

200 – конденсатор;

300 – кипятильник;

400 – сепаратор;

500, 600 – насос;

700 – емкость-сатуратор;

1-16 – трубопроводы.

По трубопроводу 1 деметанизированная фракция, содержащая этан и более тяжелые углеводородные газы, с расположенной непосредственно на месторождении установки подготовки природного газа, где сырьевой природный газ подвергается низкотемпературному разделению после предварительного охлаждения, поступает в ректификационную колонну 100, с низа которой по трубопроводу 2 отводится жидкая деэтанизированная фракция, содержащая пропан и более тяжелые углеводороды с незначительной примесью этана, и подается в кипятильник 300. В кипятильнике 300 происходит нагрев и частичное испарение жидкой деэтанизированной фракции, образовавшиеся пары деэтанизированной фракции по трубопроводу 3 возвращаются в ректификационную колонну 100 в качестве парового орошения, а жидкая деэтанизированная фракция отводится из кипятильника 300 по трубопроводу 4 в систему сбора и транспортировки широкой фракции легких углеводородов.

С верха ректификационной колонны 100 по трубопроводу 5 отводится в конденсатор 200 этансодержащая фракция с незначительной примесью тяжелых углеводородов С₃ и выше, поступающая после конденсации по трубопроводу 6 в сепаратор 400. Из сепаратора 400 несконденсировавшиеся в конденсаторе 200 пары по трубопроводу 9 отводятся в систему сбора природного газа, а жидкая этансодержащая фракция из сепаратора 400 частично поступает по трубопроводу 7 в насос 500, откуда подается по трубопроводу 8 в ректификационную колонну 100 в качестве жидкого орошения, а балансовая часть – по трубопроводу 10 в насос 600, откуда направляется по трубопроводу 11 в емкость-сатуратор 700. Из трубопровода подачи топливного газа потребителю 12, куда направляется выделенная низкотемпературным разделением метановая фракция после сжатия на дожимной компрессорной станции, по дополнительному трубопроводу 13 топливный газ в виде сжатой метановой фракции дозировано подается в емкость-сатуратор 700, где смешивается с жидкой этансодержащей фракцией, обеспечивая получение газовой метан-этановой смеси с концентрацией этана 50-90%, направляемой далее по трубопроводу 14 на предприятие газохимии. Кроме того, для возможности варьирования получения газовой метан-этановой смеси предусмотерно направление сырьевого природного газа в емкость-сатуратор 700 из трубопровода подачи сырьевого газа 15 по дополнительному трубопроводу 16. Полученная газовая метан-этановая смесь устраняет риски конденсации этана в трубопроводе 14, а на предприятии газохимии может быть сразу направлена в колонну деметанизации: полученный этан будет далее поступать в трубчатый змеевик печи пиролиза для выработки непредельных углеводородов, а метан может быть направлен в топливную сеть предприятия газохимии для использования, например, в качестве топлива печи пиролиза.

Таким образом, заявляемое изобретение решает поставленную задачу создания установки подготовки этансодержащего газа к транспорту в северных широтах, адаптирующей его к перемещению и дальнейшей переработке на предприятии газохимии.