Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЕЭТАНИЗАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА

Изобретение относится к криогенным установкам и может быть использовано в газовой промышленности для деэтанизации природного газа.

Известна установка для деэтанизации природного газа (варианты) [RU 2668896, опубл. 04.10.2018 г., МПК C10G 5/06, F25J 3/00, B01D 53/48], включающая линию магистрального газа, разделенную на две линии, компрессор, холодильник, редуцирующих устройства, соединенных с компрессором, рекуперационный теплообменник, дефлегматор с тепломассообменным блоком и линией подачи флегмы в блок фракционирования, соединенный линией подачи газа дефлегмации, оборудованной редуцирующим устройством, с сепаратором, оснащенным линией подачи метансодержащего газа из блока фракционирования, линией вывода широкой фракции легких углеводородов и линией вывода газа с тепломассообменным блоком и рекуперационным теплообменником.

Недостатком установки является низкий выход этана из-за его уноса из блока фракционирования с метансодержащим газом вследствие высокого содержания метана во фракционируемой смеси.

Наиболее близка к предлагаемому изобретению установка для деэтанизации природного газа (варианты) [RU 2739738, опубл. 28.12.2020 г., МПК B01D 53/48, C10L 3/10], включающая линию магистрального (углеводородного) газа, разделенную после блока осушки на две линии,

на первой линии установлены компрессор, холодильник, первый рекуперативный теплообменник, редуцирующее устройство и деметанизатор низкого давления (первый деметанизатор),

на второй линии установлены второй рекуперативный теплообменник, редуцирующее устройство и промежуточный сепаратор, который соединен с первым деметанизатором линией вывода остатка (конденсата) с редуцирующим устройством, и оснащен линией вывода газа, на которой установлен дефлегматор с тепломассообменным блоком.

Дефлегматор линией подачи флегмы (конденсата), оснащенной редуцирующим устройством, соединен с первым деметанизатором, а линией подачи газа дефлегмации, оснащенной редуцирующим устройством, соединен с низкотемпературным сепаратором.

Последний соединен с первым деметанизатором линиями подачи конденсата и метансодержащего газа, и оснащен линией подачи сухого отбензиненного газа, на которой расположены тепломассообменный блок дефлегматора и первый рекуперативный теплообменник.

Кроме того, первый деметанизатор соединен линиями подачи деметанизированного конденсата и отходящего (этансодержащего) газа со вторым деметанизатором, соединенным линией подачи углеводородной фракции (широкой фракции легких углеводородов) с деэтанизатором, оснащенным линиями вывода этановой и пропан-бутановой фракций,

а также соединен со вторым рекуперативным теплообменником линиями ввода/вывода циркулирующего орошения.

Недостатком данной установки является низкий выход этана вследствие повышенной температуры верха первого деметанизатора из-за подачи потока тепла вместе с этансодержащим газом из второго деметанизатора, низ которого нагревают теплом со стороны, а также из-за повышенной температуры конденсата, подаваемого в качестве острого орошения из низкотемпературного сепаратора.

Задача изобретения - повышение выхода этана.

Техническим результатом является повышение выхода этана за счет снижения температуры верха первого деметанизатора путем исключения соединения линии подачи этансодержащего газа с первым деметанизатором и за счет дополнительного оснащения первого деметанизатора линией подачи метановой фракции в качестве острого орошения.

Технический результат достигается тем, что в установке, включающей линию осушенного углеводородного газа, разделенную на две линии, первая линия соединена с первым деметанизатором, на второй линии установлены первый рекуперативный теплообменник, редуцирующее устройство и промежуточный сепаратор, который соединен с первым деметанизатором линией вывода конденсата с редуцирующим устройством, и оснащен линией вывода газа промежуточной сепарации, на которой установлен дефлегматор с тепломассообменным блоком, при этом дефлегматор соединен с первым деметанизатором линией подачи конденсата, оснащенной редуцирующим устройством, а с низкотемпературным сепаратором соединен линией подачи газа дефлегмации, оснащенной редуцирующим устройством, причем низкотемпературный сепаратор соединен с первым деметанизатором линией подачи конденсата, и оснащен линией подачи газа низкотемпературной сепарации, соединенной с первым рекуперативным теплообменником, кроме того, первый деметанизатор соединен линией подачи деметанизированного конденсата со вторым деметанизатором, оснащенным линией вывода этансодержащего газа, соединенным линией подачи широкой фракции легких углеводородов с деэтанизатором, оснащенным линиями вывода этановой и пропан-бутановой фракций, особенность заключается в том, что в качестве рекуперативных теплообменников установлены трехпоточные теплообменники, первая линия осушенного углеводородного газа оборудована нагревателем низа первого деметанизатора и соединена со второй линией осушенного углеводородного газа между первым трехпоточным теплообменником и редуцирующим устройством, линия подачи газа низкотемпературной сепарации разделена на две линии, первая линия газа низкотемпературной сепарации, оборудованная вторым рекуперативным теплообменником, соединена с линией вывода сухого отбензиненного газа после первого трехпоточного теплообменника, на второй линии газа низкотемпературной сепарации установлены первый трехпоточный теплообменник, компрессор, второй трехпоточный теплообменник, редуцирующее устройство и сепаратор отпарного газа, который соединен с первым деметанизатором линией подачи метановой фракции в качестве острого орошения, и соединен линией вывода отпарного газа, на которой расположен второй трехпоточный теплообменник, с линией вывода сухого отбензиненного газа после первого трехпоточного теплообменника, кроме того, линия вывода этансодержащего газа оборудована компрессором и соединена со второй линией осушенного углеводородного газа перед первым трехпоточным теплообменником.

Редуцирующие устройства выполнены в виде детандера, дроссельного вентиля или газодинамического устройства. Компрессоры оснащены охлаждающими устройствами и могут быть соединены с детандером(ами) с помощью кинематической и/или электрической, и/или магнитной, и/или гидравлической связи. Деметанизаторы, деэтанизатор и дефлегматор могут быть выполнены в виде ректификационных колонн. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Соединение линии подачи этансодержащего газа, имеющего относительно высокую температуру, с линией линию осушенного углеводородного газа исключает введение тепла со стороны в криогенную зону установки, что при прочих равных условиях снижает температуру верха первого деметанизатора, уменьшает содержание этана в сухом отбензиненном газе и обеспечивает повышение выхода этана. Дополнительное снижение температуры верха первого деметанизатора и повышение выхода этана достигается путем оснащения первого деметанизатора линией подачи метановой фракции в качестве острого орошения. При этом для получения метановой фракции на линии подачи части газа низкотемпературной сепарации последовательно расположены первый трехпоточный теплообменник, компрессор, второй трехпоточный теплообменник, редуцирующее устройство и сепаратор отпарного газа.

Установка показана на прилагаемой фигуре и включает первый и второй трехпоточные теплообменники 1 и 2, редуцирующие устройства 3-7, дефлегматор с тепломассообменным блоком 8, первый деметанизатор с нагревателем низа 9, второй деметанизатор с охлаждаемым верхом и нагреваемым низом 10, промежуточный 11, низкотемпературный 12 сепараторы и сепаратор отпарного газа 13, компрессоры 14 и 15. При давлении перерабатываемого газа ниже критического установка может дополнительно включать сепаратор 16 и редуцирующее устройство 17.

При работе установки очищенный и осушенный углеводородный газ подают по линии 18, разделяют на два потока, первый из которых (линия 19) охлаждают в нагревателе деметанизатора 9 и соединяют со вторым потоком, предварительно смешанным с этансодержащим газом и охлажденным в теплообменнике 1. Полученный объединенный поток редуцируют с помощью устройства 3, разделяют сепараторе 11 на конденсат, выводимый по линии 20, и газ промежуточной сепарации, который по линии 21 направляют в нижнюю часть дефлегматора 8, с низа которого по линии 22 выводят конденсат, а с верха по линии 23 выводят газ дефлегмации. Последний редуцируют с помощью устройства 5, разделяют в сепараторе 12 на конденсат, выводимый по линии 24, и газ низкотемпературной сепарации, который выводят по линии 25 и разделяют на два потока. Первый поток (линия 26) нагревают в теплообменнике 2 и подают в линию сухого отбензиненного газа 27. Второй поток нагревают в теплообменнике 1, сжимают компрессором 15, охлаждают в теплообменнике 2, редуцируют с помощью устройства 4 и направляют в сепаратор 13. Из сепаратора 13 по линии 28 выводят метановую фракцию, а по линии 29 выводят отпарной газ, который нагревают в теплообменнике 2 и подают в линию сухого отбензиненного газа 27.

Метановую фракцию и конденсаты из сепараторов 11,12 и дефлегматора 8 направляют в деметанизатор 9, причем конденсаты из сепаратора 11 и дефлегматора 8 предварительно редуцируют с помощью устройств 7 и 6, соответственно. С верха деметанизатора 9 по линии 27 выводят сухой отбензиненный газ, нагревают его в тепломассообменном блоке дефлегматора 8, в теплообменнике 1 и выводят с установки после смешения с отпарным газом (линия 29) и частью газа из сепаратора 12 (линия 26). С низа деметанизатора 9 по линии 30 выводят частично деметанизированный конденсат и подают его в деметанизатор 10 с нагреваемым низом и охлаждаемым верхом (показано условно), с низа которого по линии 31 широкую фракцию легких углеводородов с заданным содержанием метана выводят с установки в качестве товарной продукции или направляют на разделение на узкие углеводородные фракции. С верха деметанизатора 10 по линии 32 выводят этансодержащий газ, сжимают его компрессором 14 и смешивают со вторым потоком углеводородного газа перед теплообменником 1.

При необходимости перед редуцирующим устройством 3 осуществляют предварительную сепарацию потока охлажденного углеводородного газа в сепараторе 16, при этом полученный конденсат также отправляют в деметанизатор 9 через редуцирующее устройство 17.

Работоспособность установки подтверждается примером.

662,3 тыс. нм³/час углеводородного газа, содержащего 90,4% метана, 0,22% азота, остальное - углеводороды С₂₊ (в том числе 58,8 т/час этана), при 8,0 МПа и 8°С, разделяют на два потока. 380,9 тыс. нм³/час первого потока охлаждают в нагревателе деметанизатора 9 и соединяют со вторым потоком, предварительно смешанным с 5,3 тыс. нм³/час этансодержащего газа и охлажденного в теплообменнике 1. Полученный объединенный поток при минус 61,5°С редуцируют до 3,6 МПа с помощью детандера 3, разделяют сепараторе 11 на 344,5 т/час конденсата и 257,3 тыс. нм³/час газа промежуточной сепарации, который направляют в дефлегматор 8, с низа которого выводят 41,1 т/час конденсата, а с верха выводят 203,8 тыс. нм³/час газа дефлегмации. Последний редуцируют до 2,3 МПа с помощью детандера 5, разделяют в сепараторе 12 на 19,4 т/час конденсата и 177,3 тыс. нм³/час газа низкотемпературной сепарации, который разделяют на два потока. 80,0 тыс. нм³/час первого потока нагревают в теплообменнике 2 и смешивают с сухим отбензиненным газом. Второй поток нагревают в теплообменнике 1, сжимают компрессором 15 до 8 МПа, охлаждают в теплообменнике 2, редуцируют с помощью детандера 4 и направляют в сепаратор 13. Из сепаратора 13 при минус 102,7 выводят 28,6 т/час метановой фракции и 57,5 тыс. нм³/час отпарного газа, который нагревают в теплообменнике 2 и смешивают с сухим отбензиненным газом. Метановую фракцию и конденсаты из сепараторов 11,12 и дефлегматора 8 направляют в деметанизатор 9, причем конденсаты из сепаратора 11 и дефлегматора 8 предварительно редуцируют с помощью редуцирующих вентилей 7 и 6 до 2,3 МПа, соответственно. С верха деметанизатора 9 при минус 101,3°С выводят 464,4 тыс. нм³/час сухого отбензиненного газа, нагревают его в тепломассообменном блоке дефлегматора 8, в теплообменнике 1 и выводят с установки после смешения с отпарным газом и частью газа из сепаратора 12. С низа деметанизатора 9 выводят 100,7 т/час частично деметанизированного конденсата и подают его в деметанизатор 10, с верха выводят этансодержащий газ, сжимают его компрессором 14 и смешивают со вторым потоком углеводородного газа перед теплообменником 1. С низа деметанизатора 10 выводят 95,7 т/час широкой фракции легких углеводородов, содержащей 56,5 т/час этана. Выход этана составил 96,05%.

В аналогичных условиях на установке по прототипу выход этана составил 92,1%.

Достигнутое повышение выхода этана обусловлено снижением температуры верха первого деметанизатора путем соединения линии подачи этансодержащего газа со вторым потоком углеводородного газа перед трехпоточным теплообменником, взамен ее соединения с первым деметанизатором по прототипу, и за счет дополнительного оснащения первого деметанизатора линией подачи метановой фракции в качестве острого орошения.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход этана и может быть использована в промышленности.