Результат интеллектуальной деятельности: Компоновка газоперерабатывающего комплекса

Изобретение относится к разработке и проектированию газоперерабатывающего комплекса и может быть использовано для объектов газоперерабатывающей промышленности в условиях ее интенсивного развития.

Современные газоперерабатывающие заводы обычно имеют несколько очередей, которые строят и вводят в эксплуатацию по мере расширения зоны добычи природного газа или увеличения производительности месторождения, и представляют собой крупномасштабные комплексы производств, обеспечивающих выработку высококачественных товарного природного газа, сжиженного природного газа и дополнительной углеводородной продукции, с большими системами общехозяйственного назначения. Поэтому существенное значение для экономичности функционирования будущего предприятия имеет его компоновка, которая позволит постепенно вводить в эксплуатацию каждую новую очередь.

Известна компоновка предприятия, включающая в себя множество треугольных блоков, объединенных с образованием многоугольной формы, в частности, шестигранников, сопряженных между собой по одному из ребер (патент US 6748704, МПК E04H 1/00, E04H 9/00, E04H 5/00, E04H 5/02, заявлен 16.02.2001 г., опубликован 15.06.2004 г.). Недостатками изобретения являются:

- возможность расположения крупногабаритного оборудования лишь в центральной части треугольных блоков;

- сложность реализации объединения треугольных блоков в компактную шестигранную форму из-за необходимости формирования разрывов между блоками газоперерабатывающего предприятия с позиций пожарной безопасности;

- ограничение конвейерной схемы организации производства для газоперерабатывающего предприятия с ветвящейся технологической схемой.

Известен газоперерабатывающий и газохимический комплекс, включающий газоперерабатывающий сектор, состоящий из звена подготовки сырья, звена низкотемпературного фракционирования сырья, звена получения элементарной серы, звена получения товарной метановой фракции (товарного газа), звена получения товарного гелия, звена

получения суммы сжиженных углеводородных газов (СУГ) и пентан-

гексановой фракции, сектор по сжижению природных газов, состоящий из звена сжижения товарной метановой фракции (товарного газа) и звена сжижения этановой фракции, газохимический сектор, состоящий из звена получения этилена, звена получения пропилена, звена получения синтез-газа, метанола и высших спиртов, аммиака, звена получения полимеров, сополимеров и звена получения этиленгликолей, сектор подготовки конденсата, состоящий из звена стабилизации конденсата и звена получения моторных топлив, при этом перемещение технологических потоков между смежными секторами обеспечивается дополнительными перекачивающими станциями (патент RU 2570795 C1, МПК C10G 5/00, B01D 53/00, B01D 61/00, C07C 7/00, F25J 3/00, заявлен 15.07.2014 г., опубликован 10.12.2015 г.). Недостатками изобретения являются:

- реализуемая только в пределах проектных мощностей газоперерабатывающего и газохимического секторов компактность компоновки комплекса;

- сложная технологическая схема взаимосвязей между отдельными звеньями, не позволяющая увеличивать мощности отдельных звеньев за счет установки дополнительных аппаратов или установок при изменении условий функционирования комплекса, например, при изменении состава исходного природного газа;

- недоступность коммуникации для многоочередного производства;

- вынужденное создание протяженных систем трубопроводов, энергоснабжения и транспортных коммуникаций.

При создании изобретения была поставлена задача разработки компоновки газоперерабатывающего комплекса, которая позволит сформировать основную технологическую линию со структурой связей технологических звеньев и объектов общезаводского назначения, минимизирующей протяженность трубопроводных систем для обеспечения отдельных звеньев энергоносителями, реагентами и водой, уменьшить вспомогательные транспортные коммуникации, упростить компоновку дополнительных очередей газоперерабатывающего комплекса, обеспечить вариативность компоновки для оптимального функционирования комплекса.

Поставленная задача решается путем компоновки газоперерабатывающего комплекса, состоящего из одной или нескольких одинаковой или разной мощности очередей, каждая из которых включает следующие технологические звенья:

а) звено подачи сырьевого природного газа по газопроводу из коллектора добычи или из магистрального газопровода;

б) звено сепарации сырьевого природного газа от жидких продуктов, гликоля, метанола;

в) звено абсорбционной очистки природного газа от сероводорода, сероокиси углерода, меркаптанов, двуокиси углерода, метанола, гликоля;

г) звено адсорбционной осушки природного газа и доочистки молекулярными ситами от сернистых соединений, ртути с последующей регенерацией адсорбента нагретым газом;

д) звено криогенного разделения очищенного и осушенного природного газа с получением сухого отбензиненного газа (СОГ) и фракции углеводородов С₂ и выше;

е) звено разделения фракции углеводородов С₂ и выше с получением этановой фракции и фракции С₃ и выше;

ж) звено дожимной компрессорной станции (ДКС) для сжатия СОГ с получением товарного природного газа, часть которого подвергают сжижению;

з) звено разделения фракции С₃ и выше с получением пропан-бутановой и пентан-гексановой фракций;

и) звено очистки пропан-бутановой фракции от метанола, сернистых соединений;

к) звено фракционирования смесевой пропан-бутановой фракции с выработкой пропановой и бутановой фракций;

л) звено доочистки этановой фракции с получением очищенной этановой фракции, используемой в качестве компонента хладагента для сжижения товарного природного газа;

м) звено доочистки пропановой фракции с получением очищенной пропановой фракции, используемой в качестве компонента хладагента для сжижения товарного природного газа;

н) звено доочистки бутановой фракции с получением очищенной бутановой фракции, используемой в качестве компонента хладагента для сжижения товарного природного газа;

о) звено сжижения товарного природного газа с выработкой сжиженного природного газа (СПГ);

п) звено хранения СПГ и компримирования отпарного газа;

а также следующие объекты общезаводского назначения:

р) парки хранения товарных продуктов в частности этановой и/или пропановой и/или бутановой и/или пентан-гексановой фракций;

с) азотно-воздушную станцию;

т) факельное хозяйство;

у) топливную систему;

ф) парки химических реагентов;

х) водогрейную и/или паровую котельную;

ц) объекты энергетического хозяйства;

ч) объекты водоснабжения, водоотведения, тепло- и газоснабжения;

ш) систему отгрузки товарной продукции в автотранспорт и/или железнодорожные цистерны и/или суда;

щ) объекты подсобного и обслуживающего назначения заводоуправление, лаборатории, склады, столовую, здравпункт;

при этом газоперекачивающий комплекс дополняют звеном центральной технологической эстакады (ы), единой для каждой очереди, соединяющим звеньевые и межзвеньевые трубопроводы, и звеном межцеховых эстакад (э), соединяющим очереди и объекты общезаводского хозяйства, в каждой очереди технологические звенья (а)–(п) последовательно подключают к обеим сторонам звена (ы), разделенного на четыре участка, формирующих в совокупности с соответствующими технологическими звеньями (а)–(п) производственные зоны, к первому участку звена (ы) осуществляют подключение технологических звеньев (а)–(г) с формированием производственной зоны очистки природного газа от примесей, ко второму участку звена (ы) подключают технологические звенья (д)–(ж) с формированием производственной зоны извлечения из природного газа углеводородов С₂ и выше, к третьему участку звена (ы) подключают технологические звенья (з)–(к) с формированием производственной зоны переработки углеводородов С3 и выше, к четвертому участку звена (ы) подключают технологические звенья (л)–(п) с формированием производственной зоны подготовки хладагентов и сжижения природного газа, причем технологические звенья (а)–(п) снабжают ресурсами от объектов общезаводского назначения (р)–(щ) при помощи звена (э) через звено (ы).

Рассмотренная компоновка газоперерабатывающего комплекса позволяет за счет введения звеньев (ы) и (э) объединить в звене (ы) все трубопроводные системы, обеспечивающие отдельным звеньям энергоносители, реагенты, воду, кабели подачи электроэнергии и информационной автоматизированной системы управления технологических

процессов (АСУТП). Технологические звенья (а)–(п) могут в зависимости от их непосредственной связи с поступающими сырьевыми и выходящими продуктовыми потоками располагаться как по одну, так и по обе стороны соответствующего участка звена (ы), формируя компактные производственные зоны. Аналогичны преимущества звена (э), соединяющего объекты общезаводского хозяйства (р)–(щ). В целом линейная компоновка газоперерабатывающего комплекса, технологических звеньев (а)–(п) и звена (ы), объектов общезаводского хозяйства (р)–(щ) и звена (э), позволяет размещать основные внутрихозяйственные дороги вдоль звеньев (ы) и (э), сокращая протяженность вспомогательных транспортных коммуникаций.

Целесообразно в технологическом звене (г) для получения нагретого газа регенерации использовать масло-теплоноситель или водяной пар, поступающие от звена (ы) через боковое ответвление эстакады, что обеспечивает вариативность компоновки газоперерабатывающего комплекса при использовании различных энергоносителей.

Целесообразно также в технологическом звене (ж) в качестве привода компрессоров ДКС использовать газотурбинный привод, подключенный к звену (ы) через боковое ответвление эстакады, или использовать электрический привод, что обеспечивает вариативность компоновки газоперерабатывающего комплекса.

Производственная зона извлечения из природного газа углеводородов С₂ и выше может быть дополнена звеном захолаживания газа (ю) для охлаждения товарного природного газа перед отправкой потребителям.

Полезно в технологическом звене (о) в качестве хладагента для сжижения товарного природного газа использовать каскад из чистых хладагентов.

Целесообразно в технологическом звене (о) в качестве привода компрессоров использовать газотурбинный привод, подключенный к звену (ы) через боковое ответвление эстакады.

Полезно технологическое звено (п) разделить на два подзвена, территориально удалённых друг от друга, при этом в состав каждого звена включают ёмкость хранения СПГ, насосы для перекачки СПГ и компрессор отпарного газа, подзвенья соединяют криогенопроводом СПГ и трубопроводом отпарного газа. Такое разделение технологического звена (п) на два подзвена особенно целесообразно при расположении газоперерабатывающего комплекса на большом расстоянии от берега, гдеразмещены терминалы для погрузки СПГ на танкеры. Это позволяет:

- накопить судовую партию СПГ в зоне отгрузки продукции и уменьшить длину криогенопровода большой пропускной способности (резервуар-танкер), потому что, как правило, пиковые расходы при загрузке танкера-газовоза значительно превышают пиковую выработку СПГ на комплексе;

- обеспечить стабильную работу длинного криогенного трубопровода между подзвеньями.

Трубопроводы отпарного газа могут соединять технологическое звено (п) со звеном общезаводского назначения (у) – для компримирования и использования отпарного газа в качестве источника топливного газа, и/или технологическим звеном (ж) – для смешения отпарного газа с товарным природным газом, и/или технологическим звеном (о) – для повторного сжижения.

Целесообразно все аппараты воздушного охлаждения, используемые в технологических звеньях (а)–(п), размещать на верхнем ярусе звена (ы), что позволяет уменьшить территорию производственной площадки газоперерабатывающего комплекса.

Целесообразно также на верхнем ярусе звена (ы) разместить коммуникации для подключения технологических звеньев (а)–(п) к системе энергоснабжения и АСУТП, что существенно снизит затраты на их размещение по сравнению с созданием обособленной прокладки этих систем на территории производственной площадки.

При наличии двух и более очередей звено (ы) каждой очереди подключают к одному общему звену (э) или соответствующие идентичные звенья каждой из очередей подключают к одному звену (ы), при условии, что часть объектов общезаводского хозяйства способна гарантировать функционирование одновременно двух и более очередей, что обеспечит вариативность компоновки газоперерабатывающего комплекса в зависимости от особенностей технического задания на проектирование комплекса:

– одновременное или смещенное по срокам строительство разных очередей комплекса;

– специфика территории, выделенной под строительство комплекса (рельеф местности, роза ветров, внешние коммуникации, возможность кооперирования с имеющимися или строящимися предприятиями по снабжению электроэнергией, теплом, паром, водой и другие особенности).

Компоновка газоперерабатывающего комплекса схематично иллюстрируется фигурами 1–3:

- фигура 1 – компоновка первой очереди газоперерабатывающего комплекса;

- фигура 2 – компоновка первой очереди газоперерабатывающего комплекса, дополненной второй очередью, когда звенья центральных технологических эстакад (ы) каждой очереди подключены к одному общему звену межцеховой эстакады (э);

- фигура 3 – компоновка первой очереди газоперерабатывающего комплекса, дополненной второй очередью, когда соответствующие

технологические звенья каждой из очередей подключены к одному общему звену центральной технологической эстакады (ы); с использованием следующих обозначений для первой (/1) и второй (/2) очередей, соответственно:

1/1, 1/2 – звено подачи сырьевого природного газа по газопроводу из коллектора добычи или из магистрального газопровода (а);

2/1, 2/2 – звено сепарации сырьевого природного газа от жидких продуктов, гликоля, метанола(б);

3/1, 3/2 – звено абсорбционной очистки природного газа от сероводорода, сероокиси углерода, меркаптанов, двуокиси углерода, метанола, гликоля (в);

4/1, 4/2 – звено адсорбционной осушки природного газа и доочистки молекулярными ситами от сернистых соединений, ртути;

5/1, 5/2 – звено криогенного разделения очищенного и осушенного природного газа с получением СОГ и фракции углеводородов С₂ и выше (д);

6/1, 6/2 – звено разделения фракции углеводородов С₂ и выше с получением этановой фракции и фракции С₃ и выше (е);

7/1, 7/2 – звено ДКС для сжатия СОГ с получением товарного природного газа, часть которого подтвергают сжижению (ж);

8/1, 8/2 – звено разделения фракции С₃ и выше с получением пропан-бутановой и пентан-гексановой фракций (з);

9/1, 9/2 – звено очистки пропан-бутановой фракции от метанола, сернистых соединений;

10/1, 10/2 – звено фракционирования смесевой пропан-бутановой фракции с выработкой пропановой и бутановой фракций (к);

11/1, 11/2 – звено доочистки этановой фракции с получением очищенной этановой фракции, используемой в качестве компонента хладагента для сжижения товарного природного газа (л);

12/1, 12/2 – звено доочистки пропановой фракции с получением очищенной пропановой фракции, используемой в качестве компонента хладагента для сжижения товарного природного газа (м);

13/1, 13/2 – звено доочистки бутановой фракции с получением очищенной бутановой фракции, используемой в качестве компонента хладагента для сжижения товарного природного газа (н);

14/1, 14/2 – звено сжижения товарного природного газа с выработкой СПГ (о);

15/1, 15/2 – звено хранения СПГ и компримирования отпарного газа (п);

16/1, 16/2 – звено центральной технологической эстакады, единой для всей очереди, соединяющее звеньевые и межзвеньевые трубопроводы (ы);

17/1 – звено межцеховой эстакады, соединяющее очереди и объекты

общезаводского хозяйства (э);

18/1 – парки хранения товарных продуктов (этановой и/или пропановой и/или бутановой и/или пентан-гексановой фракции) (р);

18/2 – дополнительные резервуары и насосы в парке хранения товарных продуктов (этановой и/или пропановой и/или бутановой и/или пентан-гексановой фракции) (р);

19/1 – азотно-воздушная станция (с);

19/2 – дополнительный блок-модуль выработки азота и воздуха (с);

20/1 – факельное хозяйство (т);

21/1 – топливная система (у);

22/1 – парки химических реагентов (ф);

23/1 –водогрейная и/или паровая котельная (х);

23/2 – дополнительные котлы для выработки водяного пара и горячей воды (х);

24/1 – объекты энергетического хозяйства (ц);

24/2 – дополнительные объекты энергетического хозяйства (ц);

25/1 – объекты водоснабжения, водоотведения, тепло- и газоснабжения (ч);

26/1 – система отгрузки товарной продукции в автотранспорт и/или железодорожные цистерны и/или суда (ш);

26/2 – дополнительные стояки налива в автотранспорт (ш);

27/1 – объекты подсобного и обслуживающего назначения заводоуправление, лаборатории, склады, столовая, здравпункт и прочие объекты (щ);

100/1, 100/2 – производственная зона очистки природного газа от примесей;

200/1, 200/2 – производственная зона извлечения из природного газа углеводородов С2 и выше;

300/1, 300/2 – производственная зона переработки углеводородов С3 и выше;

400/1, 400/2 – производственная зона подготовки хладагентов и сжижения природного газа.

Компоновка первой очереди газоперерабатывающего комплекса согласно фигуре 1 адаптирована к строительству следующих очередей комплекса за счет использования звена центральной технологической эстакады (ы) 16/1, соединяющего звеньевые и межзвеньевые трубопроводы, с полным набором коммуникаций (трубопроводы, силовые электрические кабели, системы АСУТП) и звена межцеховой эстакады (э) 17/1, соединяющего очереди и объекты общезаводского хозяйства.

В соответствии с заявляемой компоновкой, технологические звенья 1/1–15/1 размещают по одну и/или обе стороны звена 16/1, минимизируя протяженность межзвеньевых трубопроводов для перемещения технологических продуктов переработки природного газа и вспомогательных трубопроводов для подачи энергоносителей, воды, реагентов, при этом звено 16/1 соединяют со звеном 17/1, подключённым к объектам общезаводского хозяйства 18/1–27/1.

При компоновке второй очереди газоперерабатывающего комплекса в дополнение к уже существующей первой очереди технологические звенья 1/2– 15/2 размещают по обе стороны звена 16/2 (фигура 2) или звена 16/1 (фигура 3), для обеспечения функционирования которых используют уже существующее звено 17/1. В этом случае мощности объектов общезаводского хозяйства 18/1–27/1 недостаточно для функционирования технологических объектов второй очереди, поэтому в компоновку газоперерабатывающего комплекса включают объекты общезаводского хозяйства 18/2, 19/2, 23/2, 24/2, 26/2.

Таким образом, заявленное изобретение решает задачу разработки компоновки газоперерабатывающего комплекса, позволяющей сформировать основную технологическую линию со структурой связей технологических звеньев и объектов общезаводского назначения, минимизирующей протяженность трубопроводных систем для обеспечения отдельных звеньев энергоносителями, реагентами и водой, уменьшить вспомогательные транспортные коммуникации, упростить компоновку дополнительных очередей газоперерабатывающего комплекса, обеспечить вариативность компоновки для оптимального функционирования комплекса.