Результат интеллектуальной деятельности: Система подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор (варианты)

Изобретение относится к вспомогательному оборудованию ректификационных колонн и может быть использовано для деметанизации нестабильных широких фракций легких углеводородов в нефтегазовой промышленности.

Наиболее близок к предлагаемому изобретению способ холодоснабжения и установка для извлечения газоконденсатных жидкостей [RU 2763101, опубл. 27.12.2021 г., МПК C10L 3/10, f25J 3/06], осуществляемый на установке выделения фракции углеводородов С₂₊, включающей в том числе ректификационную колонну (деметанизатор) и систему подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор, которая включает (кроме компрессорной секции детандер-компрессорного агрегата и основного теплообменника) сепаратор, оснащенный линией вывода газа, которая разделена на линии подачи первого и второго газа сепарации, и линией вывода остатка сепарации, которая разделена на линии подачи первого и второго остатка сепарации. Линия подачи первого остатка сепарации оборудована редуцирующим вентилем (устройством) и соединена с нижней частью деметанизатора, а линия подачи второго остатка сепарации соединена со линией подачи второго газа сепарации, образуя линию подачи парожидкостной смеси. Линия подачи первого газа сепарации оборудована детандерной секцией детандер-компрессорного агрегата и соединена с верхней частью деметанизатора выше примыкания линии подачи редуцированного первого остатка сепарации. При этом линия подачи парожидкостной смеси оборудована верхним теплообменником и редуцирующим вентилем и соединена с верхней частью деметанизатора выше примыкания линии подачи редуцированного первого газа сепарации. Верх деметанизатора оснащен линией вывода сухого отбензиненного газа.

Недостатками данной системы подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор являются большие потери этана с сухим отбензиненным газом, а также большой диаметр верхней части деметанизатора, что увеличивает его массу и стоимость. Причиной указанных недостатков является получение для ввода в деметанизатор газо-жидкостных потоков, содержащих до 99 % об. газовой фазы. Это приводит к высокой нагрузке верхней части деметанизатора по газовой фазе, что требует увеличения его диаметра для предотвращения уноса жидкой фазы, а также приводит к потерям этана с остаточным газом из-за переноса этана в результате массообмена в большой объем сухого отбензиненного газа.

Задача изобретения - создание системы подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор, обеспечивающей снижение потерь этана с сухим отбензиненным газом и уменьшение диаметра верхней части деметанизатора.

Технический результат - снижение потерь этана с сухим отбензиненным газом и уменьшение диаметра верхней части деметанизатора - достигается путем изменения состава оборудования системы подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор.

Предложено два варианта системы подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор, отличающимися составом оборудования.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в известной системе подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор, включающей сепаратор, оснащенный линией вывода газа и линией вывода остатка, которая оборудована редуцирующим устройством, особенностью является то, что в качестве сепаратора установлен первый сепаратор, на линии вывода остатка из первого сепаратора после редуцирующего устройства установлен второй сепаратор, оснащенный линией вывода газа и первой снизу линией ввода остатка в верхнюю часть деметанизатора, на линии вывода газа из первого сепаратора установлен дефлегматор для охлаждения газа в условиях фракционирования, оснащенный линией вывода газа и второй снизу линией ввода остатка в верхнюю часть деметанизатора, оборудованную редуцирующим устройством, при этом линия вывода газа из дефлегматора оборудована редуцирующим устройством и третьим сепаратором, оснащенным линией вывода газа и третьей снизу линией ввода остатка в верхнюю часть деметанизатора.

Второй вариант отличается тем, что дефлегматор оснащен линией вывода газа и линией вывода остатка с редуцирующим устройством и четвертым сепаратором, оснащенным линией вывода газа и второй снизу линией ввода остатка в верхнюю часть деметанизатора.

В качестве сепараторов могут быть использованы аппараты емкостного или динамического типа. В качестве редуцирующих устройств могут быть использованы редуцирующие вентили, газодинамические устройства или детандеры. Под дефлегмацией понимают противоточное охлаждение газового потока в условиях фракционирования, осуществляемого при контакте стекающей по теплообменным поверхностям сверху вниз холодной пленки углеводородного конденсата и теплого газа, проходящего снизу вверх. Остальные элементы системы подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор могут быть любыми, известными из уровня техники.

В обоих вариантах системы подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор установка второго сепаратора на линии вывода остатка из первого сепаратора после редуцирующего устройства позволяет отделить образовавшийся при редуцировании газ и подать в верхнюю часть деметанизатора поток жидкости, за счет чего снизить нагрузку верхней части деметанизатора по пару, уменьшить ее диаметр, а также позволяет снизить потери этана с сухим отбензиненным газом за счет снижения объемного расхода сухого отбензиненного газа, отбираемого с верха деметанизатора.

В обоих вариантах системы подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор установка на линии вывода газа из первого сепаратора дефлегматора, оснащенного линией ввода остатка в верхнюю часть деметанизатора, позволяет сконденсировать тяжелые компоненты в остаток дефлегмации и уменьшить содержание метана нем, за счет чего снизить нагрузку верхней части деметанизатора по пару, уменьшить ее диаметр, а также позволяет снизить потери этана с сухим отбензиненным газом за счет снижения объемного расхода сухого отбензиненного газа, отбираемого с верха деметанизатора.

В обоих вариантах системы подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор оборудование линии вывода газа из дефлегматора редуцирующим устройством и третьим сепаратором, позволяет отделить образовавшийся при редуцировании газ и подать в верхнюю часть деметанизатора поток жидкости, за счет чего снизить нагрузку верхней части деметанизатора по пару, уменьшить ее диаметр, а также позволяет снизить потери этана с сухим отбензиненным газом за счет снижения объемного расхода сухого отбензиненного газа, отбираемого с верха деметанизатора.

Во втором варианте системы подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор установка на линии вывода остатка из дефлегматора после редуцирующего устройства четвертого сепаратора, позволяет отделить образовавшийся при редуцировании газ и подать в верхнюю часть деметанизатора поток жидкости, за счет чего снизить нагрузку верхней части деметанизатора по пару, уменьшить ее диаметр, а также позволяет снизить потери этана с сухим отбензиненным газом за счет снижения объемного расхода сухого отбензиненного газа, отбираемого с верха деметанизатора.

Система подготовки углеводородного газа показана на прилагаемых чертежах (фиг.1, 2) и в обоих вариантах включает первый - третий сепараторы 1-3, дефлегматор 4 и редуцирующие устройства 5-7. Во втором варианте (фиг.2) система дополнительно включает четвертый сепаратор 8 и редуцирующее устройство 9. Пунктиром показан деметанизатор 10, не входящий в систему подготовки углеводородного газа.

При работе первого варианта системы подготовки углеводородного газа (фиг.1) предварительно охлажденный углеводородный газ по линии 11 подают в сепаратор 1, где разделяют на газ (линия 12) и остаток (линия 13), который редуцируют в устройстве 5 и разделяют в сепараторе 2 на газ (линия 14), выводимый из системы, и остаток, который подают в верхнюю часть деметанизатора 10 по первой снизу линии 15.

Газ из сепаратора 1 по линии 12 направляют в дефлегматор 4, в котором в условиях дефлегмации разделяют на газ (линия 16) и остаток, который редуцируют в устройстве 6 и подают в верхнюю часть деметанизатора 10 по второй снизу линии 17.

Газ из дефлегматора 4 по линии 16 направляют в сепаратор 3, где разделяют на газ (линия 18), выводимый из системы, и остаток, который подают в верхнюю часть деметанизатора 10 по третьей снизу линии 19.

Работа второго варианта системы подготовки углеводородного газа (фиг.2) отличается тем, что остаток из дефлегматора 4 после устройства 6 разделяют в сепараторе 8 на газ (линия 21), выводимый из системы, и остаток, который подают в верхнюю часть деметанизатора 10 по второй снизу линии 22.

Работоспособность системы подготовки углеводородного газа подтверждается примерами.

Пример 1 (фиг.1). Из 1248 тыс. нм³/час предварительно охлажденного природного газа, содержащего 110,1 т этана, остальное - азот, углекислый газ, метан и углеводороды С₃₊ (линия 11), при 3,48 МПа и минус 83,76°С разделяют в сепараторе 1 на 453,2 тыс. нм³/час газа (линия 12) и 67,1 т/час остатка (линия 13), который редуцируют до 2,6 МПа в редуцирующем вентиле 5 и разделяют в сепараторе 2 на газ (линия 14), который выводят, и 58,6 т/час жидкого остатка, который по первой снизу линии 15 с температурой минус 92,47°С подают в деметанизатор 10.

Газ из сепаратора 1 (линия 12) направляют в дефлегматор 4, охлаждаемый сухим отбензиненным газом, с низа которого выводят 38,3 т/час остатка дефлегмации (линия 17), который редуцируют до 2,6 МПа в редуцирующем вентиле 6 и получают газожидкостный поток, который по второй снизу линии 17 с температурой минус 94,33°С подают в деметанизатор 10.

С верха дефлегматора 4 выводят газ дефлегмации (линия 16), который редуцируют до 2,6 МПа в редуцирующем вентиле 7 и разделяют в сепараторе 3 на газ (линия 18), который выводят, и 17,3 т/час остатка, который по третьей снизу линии 19 с температурой минус 96,78°С подают в деметанизатор 10.

С верха деметанизатора 10 по линии 20 при минус 97,9°С выводят 754,2 тыс. нм³/час сухого отбензиненного газа, содержащего 2,9 т этана. Максимальная нагрузка по пару в верхней части деметанизатора 1 составляет 11560 м³/час, а расчетный диаметр при использовании насадки равен 4,0 м.

Пример 2 (фиг.2). В условиях примера 1 38,3 т/час остатка дефлегмации (линия 17) редуцируют до 2,6 МПа в редуцирующем вентиле 6 и разделяют в сепараторе 8 на газ (линия 21), который выводят, и 32,6 т/час остатка, который по второй снизу линии 22 с температурой минус 96,78°С подают в деметанизатор 10.

С верха деметанизатора 10 по линии 20 при минус 97,9°С выводят 746,1 тыс. нм³/час сухого отбензиненного газа, содержащего 2,85 т этана. Максимальная нагрузка по пару в верхней части деметанизатора 1 составляет 11480 м³/час, а расчетный диаметр при использовании насадки равен 3,8 м.

В условиях примера 1 на установке по прототипу с верха деметанизатора 1 при минус 97,9°С выводят 1561 тыс. нм³/час сухого отбензиненного газа, содержащего 6,7 т этана. Максимальная нагрузка по пару в верхней части деметанизатора 1 составляет 23960 м³/час, а расчетный диаметр при использовании насадки равен 6,5 м.

Показанное в примерах снижение потерь этана и уменьшение диаметра верхней части деметанизатора достигнуто путем применения предложенной системы подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор.

Таким образом, предлагаемая система подготовки углеводородного газа для подачи в деметанизатор позволяет снизить потери этана с сухим отбензиненным газом, уменьшить диаметр верхней части деметанизатора и может найти применение в нефтегазовой промышленности.