Результат интеллектуальной деятельности: Комплекс по переработке и сжижению природного газа (варианты)

Комплекс по переработке и сжижению природного газа может быть использован в газоперерабатывающей и химической отраслях промышленности, обеспечивая формирование взаимосвязанной комплексной системы гибкого функционирования газоперерабатывающего блока и блока сжижения подготовленного газа с получением широкого ассортимента продукции переработки природного газа.

Известна установка для подготовки газа, содержащая линию подачи газа, первичный сепаратор, выход которого по газу соединен с низкотемпературным сепаратором, выход которого для газожидкостной смеси соединен с дегазатором, а также систему подачи ингибитора гидратообразования, соединенную с линией подачи газа и с линией, соединяющей первичный и низкотемпературный сепараторы, и запорно-регулирующую арматуру, при этом установку снабжают системой автоматического управления (САУ), связанной с запорно-регулирующей арматурой (патент на изобретение RU 2506505 С1, МПК F25J 3/08, заявлен 21.11.2012 г., опубликован 10.02.2014 г.). Недостатком данного изобретения является частное решение задачи подготовки природного газа, согласно которому при двухступенчатой сепарации не удается получить товарный газ высокого качества с максимальной энергетической ценностью, поскольку вырабатываемый природный газ кроме метана неизбежно будет содержать примеси диоксида углерода и сероводорода, и глубоко извлечь ценные продукты газопереработки (этан, пропан, бутан).

Известен также способ комплексного сжижения природного газа и извлечения газоконденсатных жидкостей, согласно которому охлаждают и частично конденсируют поступающий поток, содержащий легкие углеводороды в одном или большем количестве теплообменников, вводят частично конденсированный поток в холодный сепаратор газа/жидкости, производящий отбираемый сверху газообразный поток и поток кубовой жидкости, которые вводят во фракционирующую систему, содержащую (а) фракционирующую колонну легких фракций и фракционирующую колонну тяжелых фракций или (b) метаноотгонную колонну, расширяют отобранный сверху газообразный поток и вводят его в (а) нижнюю зону фракционирующей колонны легких фракций или (b) верхнюю зону метаноотгонной колонны, вводят поток кубовой жидкости в (а) фракционирующую колонну тяжелых фракций в ее промежуточной точке или (b) в метаноотгонную колонну в ее промежуточной точке, удаляют поток жидких продуктов из нижней части (а) фракционирующей колонны тяжелых фракций или (b) нижней части метаноотгонной колонны, удаляют отбираемый сверху газообразный поток из верхней части (а) фракционирующей колонны легких фракций или (b) метаноотгонной колонны, удаляют поток кубовой жидкости из нижней зоны фракционирующей колонны легких фракций и вводят его в верхнюю зону фракционирующей колонны тяжелых фракций, если система содержит фракционирующую колонну легких фракций и фракционирующую колонну тяжелых фракций, за счет косвенного теплообмена с первой частью отбираемого сверху газообразного потока из фракционирующей колонны легких фракций, охлаждают и частично конденсируют удаленный сверху фракционирующей колонны тяжелых фракций газообразный поток и вводят его во фракционирующую колонну легких фракций, удаляют вторую часть отбираемого сверху газообразного потока из фракционирующей колонны легких фракций как бокового погона, и охлаждают и частично конденсируют его за счет косвенного теплообмена, вводят частично сжиженный боковой погон в дополнительное устройство сепарации, извлекают жидкий продукт и вводят его во фракционирующую колонну легких фракций и/или во фракционирующую колонну тяжелых фракций в качестве потока жидкой флегмы, извлекают верхний поток пара из дополнительного устройства сепарации, охлаждают и конденсируют его за счет косвенного теплообмена и подают полученный пар и конденсат к сепаратору LNG, где получают конечный продукт LNG, извлекают верхний поток пара из дополнительного устройства сепарации, сжимают его для образования остаточного газа, также предлагаются способ и устройство, где вместо колонны тяжелых фракций используется метаноотгонная колонна (патент на изобретение RU 2641778 С2, МПК F25J 1/00, заявлен 30.12.2013 г., опубликован 22.01.2018 г.). Недостатками данного способа являются:

1) отсутствие решения задачи энергосбережения по причине энергозатратности получения сжиженного природного газа (СПГ) без конкретизации теплоносителя и хладагента в многочисленных теплообменных системах с косвенным теплообменом;

2) направленность на получение сжиженного природного газа, при дальнейшем транспорте которого наиболее распространенным морским транспортом при помощи танкеров-газовозов возможны нарушения графиков прибытия танкеров-газовозов под погрузку из-за погодных или форс-мажорных обстоятельств, что приведет при заполнении резервных резервуаров СПГ к необходимости остановки всей технологической цепи с длительным последующим ее выводом на стационарный режим при запуске.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ переработки природного углеводородного газа, включающий систему взаимосвязанных между собой первого блока предварительного охлаждения газа, проходящего последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник, сепаратор первой ступени и турбодетандерный агрегат, второго блока конденсации и переохлаждения газа, проходящего теплообменники, сепараторы и отпарные колонны, третьего блока выделения этана и широкой фракции легких углеводородов из подготовленного газа, охлаждаемого в теплообменниках и пропановом испарителе и поступающего в деметанизатор с отводами метано-азотно-гелиевой смеси с верха и кубовой жидкости снизу, которую направляют в деэтанизатор со встроенным дефлегматором, с верха деэтанизатора отводят этановую фракцию, а снизу - кубовую жидкость в виде широкой фракции легких углеводородов, и четвертого блока получения гелиевого концентрата методом криогенного разделения метано-азотно-гелиевой смеси на метановую фракцию и гелиевый концентрат, полученные потоки метановой фракции отправляют на дополнительный пятый блок компримирования, в котором метановую фракцию компримируют и разделяют на два потока, первый из которых отправляют потребителям в качестве товарного газа, а второй поток направляют в первый блок, где подвергают глубокому охлаждению, и подают в третий блок, полностью используя в качестве орошения в деметанизатор или полностью дросселируя и подавая в качестве хладагента в дефлегматор, встроенный в деэтанизатор, или разделяя на третий и четвертый потоки, третий поток подают в качестве орошения в деметанизатор, а четвертый дросселируют и подают в качестве хладагента в дефлегматор, встроенный в деэтанизатор (патент на изобретение RU 2580453 С1, МПК F25J 3/02, заявлен 25.03.2015 г., опубликован 10.04.2016 г.). При наличии в данном способе ряда элементов энергосбережения за счет энергии внутренних потоков недостатками являются получение товарного газа только в газовой фазе и жесткость технологической схемы.

Общим недостатком способов переработки природного газа и предприятий для их реализации является разобщенность промышленных объектов различного управленческого подчинения, поэтому возникает потребность одновременно в жесткой организации связи между собой и гибкости их функционирования, обеспечивающей выработку необходимого ассортимента продукции, удовлетворяющей требованиям потребителей к качеству.

При создании изобретения ставилась задача формирования взаимосвязанной комплексной системы гибкого функционирования газоперерабатывающего блока и блока сжижения подготовленного газа с получением широкого ассортимента продукции переработки природного газа.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что комплекс по переработке и сжижению природного газа, включает газоперерабатывающий блок, блок сжижения подготовленного газа, магистральный газопровод сырьевого газа, магистральный газопровод товарного газа и блок транспортировки продукции, объединенные прямыми и обратными связями, в частности трубопроводами, в котором газоперерабатывающий блок состоит из, по крайней мере, звена подготовки сырьевого природного газа, звена извлечения этана и широкой фракции легких углеводородов, звена фракционирования широкой фракции легких углеводородов, звена дожимной компрессорной станции, звена подготовки товарного газа к сжижению, звена очистки этана и звена вспомогательного хозяйства, содержащего, по крайней мере, подзвено буферного парка хранения продукции, подзвено компрессора отпарного газа и подзвено подготовки компонентов хладагента сжижения, и обеспечивает выработку товарного газа для подачи в магистральный газопровод товарного газа, подготовленного к сжижению товарного газа, этановой фракции, пропановой и/или бутановой фракции и/или их смеси и пентан-гексановой фракции, блок сжижения подготовленного газа состоит из, по крайней мере, последовательно расположенных звеньев предохлаждения, сжижения и переохлаждения и звена компрессоров одного или более хладагента, блок транспортировки продукции состоит из, по крайней мере, звена охлаждения продукции, звена основного парка хранения продукции и звена отгрузки, при этом в газоперерабатывающий блок по магистральному газопроводу сырьевого газа подают «жирный» природный газ с повышенным содержанием этана, из буферного парка хранения продукции этановую фракцию, пропановую и/или бутановую фракцию и/или смесь пропановой и бутановой фракций полностью или частично направляют в звено дожимной компрессорной станции и/или подают в звено подготовки компонентов хладагента и/или используют в качестве сырья газохимии, образующиеся при хранении и транспортировке сжиженного природного газа отпарные газы объединяют в подзвене компрессора отпарного газа и подают на звено дожимной компрессорной станции, часть охлажденного подготовленного газа с блока сжижения подготовленного газа используют в качестве источника холода для поддержания требуемой температуры товарного газа после звена дожимной компрессорной станции перед подачей в магистральный газопровод товарного газа, часть переохлажденного и/или сжиженного природного газа с блока сжижения подготовленного газа подают в звено извлечения этана и широкой фракции легких углеводородов в качестве дополнительного или основного источника холода колонны-деметанизатора звена извлечения этана и широкой фракции легких углеводородов, регулирование прямых и обратных связей комплекса осуществляют по принципу стабильной выработки товарных этановой фракции, пропановой и/или бутановой фракции и/или смеси пропановой и бутановой фракций для нужд газохимии и максимальной теплотворной способности сжиженного природного газа.

Прямые связи комплекса представляют собой трубопроводы, последовательно соединяющие магистральный газопровод сырьевого газа, блоки технологических установок, магистральный газопровод товарного газа и блок транспортировки товарной продукции, что обеспечивает создание комплексной системы переработки сырьевого газа в товарные продукты. Обратные же связи комплекса представляют собой трубопроводы, формирующие контуры циркуляции потоков между блоками технологических установок для обеспечения необходимого качества товарной продукции или снижения потерь ценных углеводородов.

В случае подачи в газоперерабатывающий блок по магистральному газопроводу сырьевого газа «сухого» природного газа с пониженным содержанием этана из буферного парка хранения продукции этановую фракцию, пропановую и/или бутановую фракцию и/или смесь пропановой и бутановой фракций полностью или частично направляют в звено дожимной компрессорной станции и/или подают в звено подготовки компонентов хладагента и/или используют в качестве сырья газохимии, образующиеся при хранении и транспортировке сжиженного природного газа отпарные газы объединяют в подзвене компрессора отпарного газа и подают на звено дожимной компрессорной станции, часть охлажденного подготовленного газа с блока сжижения подготовленного газа используют в качестве источника холода для поддержания требуемой температуры товарного газа после звена дожимной компрессорной станции перед подачей в магистральный газопровод товарного газа, часть переохлажденного и/или сжиженного природного газа с блока сжижения подготовленного газа подают в звено извлечения этана и широкой фракции легких углеводородов в качестве дополнительного или основного источника холода колонны-деметанизатора звена извлечения этана и широкой фракции легких углеводородов, регулирование прямых и обратных связей комплекса осуществляют по принципу стабильной выработки товарных этановой фракции, пропановой и/или бутановой фракции и/или смеси пропановой и бутановой фракций для нужд газохимии и максимальной теплотворной способности сжиженного природного газа, при этом звено извлечения этана и широкой фракции легких углеводородов работает в режиме деэтанизации без извлечения этановой фракции.

Целесообразно для обеспечения жестких ограничений по содержанию в подготовленном газе таких примесей, как вода, метанол, диоксид углерода и сероводород в звено подготовки сырьевого природного газа газоперерабатывающего блока дополнительно включать установку адсорбционной осушки природного газ и очистки его от метанола, установку абсорбционной очистки природного газа от диоксида углерода и/или от сероводорода.

С экономических позиций целесообразно подготовленный к сжижению природный газ подвергать дополнительной очистке от примесей диоксида углерода, сероводорода, влаги для этого в звено подготовки товарного газа к сжижению газоперерабатывающего блока дополнительно включают установку глубокой абсорбционной очистки природного газа от диоксида углерода и/или от сероводорода, установку глубокой адсорбционной очистки природного газа от диоксида углерода и/или установку короткоцикловой адсорбционной глубокой осушки природного газа и/или установку короткоцикловой адсорбционной глубокой очистки природного газа от метанола.

Для обеспечения повышения качества продукции газоперерабатывающего блока целесообразно звено очистки этановой фракции газоперерабатывающего блока обеспечивать адсорбционной и/или абсорбционной очисткой от примесей.

В зависимости от выбранной технологии в звеньях предохлаждения, сжижения и переохлаждения блока сжижения подготовленного газа используют каскад из индивидуальных хладагентов как этан и/или этилен и/или пропан и/или метан и/или азот или в одном или более звеньях предохлаждения, сжижения и переохлаждения используют один или более смешанных хладагентов, соответственно, одного или разного состава.

Целесообразно, чтобы часть охлажденного подготовленного газа с блока сжижения подготовленного газа использовали в качестве источника холода для поддержания требуемой температуры товарного газа после звена дожимной компрессорной станции перед подачей в магистральный газопровод товарного газа не выше 20°С.

Целесообразно, чтобы звено отгрузки блока транспортировки продукции включало морской терминал и/или железнодорожную платформу для отгрузки продукции в сжиженном и/или газообразном виде в газовозы и/или цистерны, соответственно, в зависимости от нужд потребителей.

Целесообразно для привода компрессоров - электродвигатели и/или газотурбинные двигатели, а для оптимального управления работой всех элементов системы - автоматизированный пользовательский интерфейс.

Функционирование комплекса по переработке и сжижению природного газа иллюстрируется фигурой, где:

1-55 - трубопроводы;

100/1, 100/2 - магистральный газопровод сырьевого газа;

200 - газоперерабатывающий блок;

201 - звено подготовки сырьевого природного газа;

202 - звено извлечения этана и широкой фракции легких углеводородов;

203 - звено фракционирования широкой фракции легких углеводородов;

204 - звено дожимной компрессорной станции;

205 - звено подготовки товарного газа к сжижению;

206 - звено вспомогательного хозяйства;

206/1 - подзвено буферного парка хранения продукции;

206/2 - подзвено подготовки компонентов хладагента сжижения;

206/3 - подзвено компрессора отпарного газа;

207 - звено очистки этана;

300 - блок охлаждения товарного газа;

400 - магистральный газопровод товарного газа;

500 - блок сжижения подготовленного газа;

501 - звено предохлаждения;

502 - звено сжижения;

503 - звено переохлаждения;

504 - звено компрессоров одного или более хладагента;

600 - блок транспортировки продукции;

601 - звено охлаждения продукции;

602 - звено основного парка хранения продукции;

603 - звено отгрузки.

Комплекс по переработке и сжижению природного газа может эксплуатироваться согласно нескольким сценариям в зависимости от вида сырьевого природного газа: «жирного» с повышенным содержанием этана и/или «сухого» с пониженным содержанием этана. В качестве примера на фигуре приведена общая схема возможного функционирования заявляемого комплекса.

Сырьевые «жирный» с повышенным содержанием этана и/или «сухой» с пониженным содержанием этана газы из магистральных газопроводов сырьевого газа 100/1 и/или 100/2 по трубопроводам 1 и/или 2, соответственно, поступают в звено подготовки сырьевого природного газа 201 газоперерабатывающего блока 200 для последовательной обработки на установках сепарации природного газа от механических примесей и капельной жидкости, абсорбционной очистки от сероводорода и диоксида углерода до содержания этих примесей не более 1,5% мол и его адсорбционной осушки и удаления метанола из природного газа. Далее подготовленный газ из звена подготовки сырьевого природного газа 201 по трубопроводу 3 поступает в звено извлечения этана и широкой фракции легких углеводородов 202, где обеспечивается извлечение из природного газа широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), которая по трубопроводу 15 подается для дальнейшего разделения в звено фракционирования широкой фракции легких углеводородов 203, получение этановой фракции, которая по трубопроводу 13 подается в звено очистки этана 207, а также подготовленного товарного газа, поступающего с температурой 0-20°С под давлением 2,0-2,5 МПа по трубопроводу 4 на звено дожимной компрессорной станции 204.

На звене дожимной компрессорной станции 204 обеспечивается раздельное многоступенчатое сжатие подготовленного товарного газа в многоступенчатых компрессорах до параметров 40°С и 9,5 МПа с выработкой товарного газа, который по трубопроводу 6 поступает в блок охлаждения товарного газа 300, и далее с температурой не выше 20°С по трубопроводу 11 - в магистральный газопровод товарного газа 400, по которому транспортируется промышленным и коммунальным потребителям региона, и подготовленного к сжижению товарного газа, который по трубопроводу 7 направляется в звено подготовки товарного газа к сжижению 205 и далее с содержанием сероводорода и диоксида углерода, соответственно, не более 7 мг/м³ и 50 ppm по трубопроводу 8 - в блок сжижения подготовленного газа 500.

На блоке сжижения подготовленного газа 500 подготовленный к сжижению товарный газ вначале охлаждается до минус 20°С при давлении 8,5-9,0 МПа в звене предохлаждения 501, затем по трубопроводу 9 поступает в звено сжижения 502, обеспечивающее выработку сжиженного природного газа (СПГ) с температурой минус 100°С и давлением 8,5-9,0 МПа, и по трубопроводу 10 - в звено переохлаждения 503, откуда под давлением 2,0 МПа с температурой минус 155-минус 162°С переохлажденный газ по трубопроводу 12 поступает в подзвено буферного парка хранения продукции 206/1. В звеньях предохлаждения 501, сжижения 502, переохлаждения 503 в качестве хладагентов могут быть использованы индивидуальные компоненты этан и/или этилен и/или пропан и/или метан и/или азот и/или смешанный хладагент, которые направляются по трубопроводам 33, 34 и 35, соответственно, из звена компрессоров одного или более хладагента 504.

Разделенные в звене фракционирования широкой фракции легких углеводородов 203 пропановая, бутановая и пентан-гексановая фракции по трубопроводам 16, 17, 18, соответственно, поступают в подзвено буферного парка хранения продукции 206/1, куда после адсорбционной и/или абсорбционной очистки от примесей в звене очистки этана 207 также подается подготовленная этановая фракция по трубопроводу 14. При этом пентан-гексановая, этановая, пропановая, бутановая фракции и СПГ по трубопроводам 22, 23, 24, 25, 26, соответственно, после подзвена буферного парка хранения продукции 206/1 выводятся в блок транспортировки продукции 600. Причем этановая, пропановая и бутановая фракции могут быть направлены по трубопроводам 19, 20 и 21, соответственно, в звено дожимной компрессорной станции 204 в целях повышения теплотворной способности СПГ, получаемого в блоке сжижения подготовленного газа 500. Также перечисленные фракции могут быть направлены по трубопроводам 27, 28 и 29, соответственно, в подзвено подготовки компонентов хладагента сжижения 206/2 для последующей подачи в звено компрессоров одного или более хладагента 504 блока сжижения подготовленного газа 500 по трубопроводам 30, 31 и 32, соответственно, с целью их использования в качестве компонентов смешанного хладагента на звеньях предохлаждения 501, сжижения 502 и переохлаждения 503. После подзвена буферного парка хранения продукции 206/1 этановая, пропановая и бутановая фракции по трубопроводам 36, 37 и 38, соответственно, могут быть использованы в качестве сырья газохимии на соответствующих производствах.

Пентан-гексановая, этановая, пропановая и бутановая фракции по трубопроводам 22, 23, 24, 25, соответственно, предварительно направляют в звено охлаждения продукции 601, откуда охлажденные фракции по трубопроводам 39, 40, 41 и 42, соответственно, а также СПГ по трубопроводу 26 поступают в звено основного парка хранения продукции 602 для возможности дальнейшей погрузки в сжиженном и/или газообразном виде в газовозы и/или цистерны на морском терминале и/или железнодорожной платформе, соответственно, после подачи по трубопроводам 43, 44, 45, 46 и 47, соответственно, в звено отгрузки 603.

Образующиеся при хранении и отгрузке СПГ отпарные газы со звена основного парка хранения продукции 602, звена отгрузки 603 и подзвена буферного парка хранения продукции 206/1 по трубопроводам 50, 49 и 48, соответственно, подают сначала в подзвено компрессора отпарного газа 206/3, а затем по трубопроводу 51 в звено дожимной компрессорной станции 204.

Для поддержания не выше 20°С температуры товарного газа после звена дожимной компрессорной станции 204 перед подачей в магистральный газопровод товарного газа 400 в блоке охлаждения товарного газа 300 поступающий по трубопроводу 6 товарный газ охлаждают с помощью части охлажденного природного газа, выведенного из одного или более звеньев предохлаждения 501, сжижения 502, переохлаждения 503, соответственно, по трубопроводам 52, 53 и 54.

Часть переохлажденного и/или сжиженного природного газа из звена переохлаждения 503 и/или звена сжижения 502 по трубопроводу 5 и/или 55, соответственно, направляют в звено извлечения этана и широкой фракции легких углеводородов 202 для использования в качестве дополнительного или основного источника холода колонны-деметанизаторы. При этом во время ремонта магистрального газопровода сырьевого газа 100/1 и/или при подаче на газоперерабатывающий блок 200 только «сухого» газа с пониженным содержанием этана звено извлечения этана и широкой фракции легких углеводородов 202 работает в режиме деэтанизации без извлечения этановой фракции.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает решение поставленной задачи по формированию взаимосвязанной комплексной системы гибкого функционирования газоперерабатывающего блока и блока по сжижению природного газа с получением широкого ассортимента продукции переработки природного газа.