Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЕЭТАНИЗАЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА И ПОЛУЧЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА ПУТЕМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к оборудованию для извлечения углеводородов Сг+из природного газа и получения сжиженного природного газа (СПГ) и может быть использовано в газовой промышленности.

Известна установка НТДР для комплексной подготовки газа и получения СПГ и способ ее работы [RU 2688533, опубл. 21.05.2019 г., МПК B01D 3/40], при этом установка в одном из вариантов включает входной сепаратор, два рекуперативных теплообменника, редуцирующее устройство и дефлегматор, оборудованный теплообменной (тепломассообменной) секцией, расположенной в верхней его части, оснащенный линией подачи газа дефлегмации, оборудованной редуцирующим устройством и тепломассообменной секцией, в деметанизатор, который соединен линией подачи деметанизированного конденсата с блоком фракционирования, оснащенным линиями вывода продуктов, а линией вывода подготовленного газа - с первым рекуперативным теплообменником, а также соединен с дефлегматором и входным сепаратором линиями подачи углеводородных конденсатов с редуцирующими устройствами, а со вторым рекуперативным теплообменником - линиями ввода/вывода циркуляционного орошения, кроме того, деметанизатор оснащен линией вывода СПГ, расположенной выше линий ввода/вывода циркуляционного орошения, с узлом очистки от углекислого газа и компрессионной холодильной машиной. По меньшей мере одно из редуцирующих устройств может быть выполнено в виде детандера, соединенного с компрессором холодильной машины кинематической или электрической связью.

Недостатком известной установки является низкий выход углеводородов С₂₊ и СПГ, а также невысокая энергоэффективность.

Наиболее близка к предлагаемому изобретению установка низкотемпературного фракционирования для деэтанизации магистрального газа с выработкой СПГ [RU 2731709, опубл. 08.09.2020 г., МПК B01D 3/00], включающая установленные на линии магистрального природного газа блок осушки, первый рекуперативный теплообменник, редуцирующее устройство и деметанизатор с верхней и нижней тепломассообменными секциями, верх которого оснащен линией вывода сухого отбензиненного газа, с последовательно расположенными на ней вторым рекуперативным теплообменником, редуцирующим устройством и сепаратором с линией вывода СПГ и линией вывода газа сепарации, с последовательно расположенными на ней вторым рекуперативным теплообменником, верхней тепломассообменной секцией и первым рекуперативным теплообменником, кроме того, нижняя тепломассообменная секция соединена линией подачи части магистрального природного газа в качестве теплоносителя с линией магистрального природного газа до и после первого рекуперативного теплообменника, а низ деметанизатора соединен линией подачи деметанизированного конденсата с блоком фракционирования, который оснащен линиями вывода продуктов и соединен с линией вывода газа сепарации линиями ввода/вывода его части в качестве хладагента.

При этом между первым рекуперативным теплообменником и деметанизатором может быть расположен блок очистки от углекислого газа, первый рекуперативный теплообменник может быть соединен с холодильной машиной, а при выполнении по меньшей мере одного редуцирующего устройства в виде детандера, холодильная машина выполнена компрессионной с компрессором, соединенным с детандером(ами) посредством кинематических и/или электрических и/или магнитных и/или гидравлических устройств, кроме того, блок фракционирования может быть соединен линией подачи отходящего газа с линией сухого отбензиненного газа.

Основным недостатком данной установки является расположение блока очистки от углекислого газа на линии магистрального природного газа, что приводит к большой нагрузке блока по очищаемому газу и необходимостью удаления всего количества углекислого газа, находящегося в магистральном природном газе, что имеет следствием большие габариты оборудования, трубной обвязки и запорно-регулирующей арматуры, а также, соответственно, высокую материалоемкость (масса оборудования блока и масса загружаемого адсорбента или циркулирующего абсорбента).

Кроме того, при размещении блока очистки от углекислого газа после первого рекуперативного теплообменника, как показано на чертеже установки по прототипу, требуется осуществление очистки при низкой температуре газа (минус 60°С - минус 70°С), что при использовании адсорбционных методов очистки приводит к сопутствующей адсорбции пропана и более тяжелых углеводородов, концентрированию их в газе регенерации адсорбента и необходимости укомплектования установки дополнительным оборудованием по их выделению из газа регенерации. При использовании абсорбционной очистки требуется повторный нагрев очищаемого потока до 40-45°С, а также последующая его осушка и охлаждение, что значительно увеличивает металлоемкость оборудования установки.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение нагрузки на блок очистки от углекислого газа по очищаемому газу и по СО₂.

Техническим результатом является снижение нагрузки на блок очистки от углекислого газа по очищаемому газу и по СО₂ за счет установки блока очистки от углекислоты на линии продукционного газа повышенного давления, составляющего небольшую часть потока сухого отбензиненного газа, что имеет следствием пропорциональное уменьшение массогабаритных характеристик оборудования и материалоемкости блока.

Предложено два варианта установки.

Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей установленные на линии магистрального природного газа блок осушки, рекуперативный теплообменник, редуцирующее устройство и деметанизатор с верхней и нижней тепломассообменными секциями, а также блок получения СПГ в составе холодильника, редуцирующего устройства и сепаратора с линией вывода СПГ и линией газа сепарации с холодильником, при этом верх деметанизатора оснащен линией вывода сухого отбензиненного газа, нижняя тепломассообменная секция соединена линией подачи части магистрального природного газа в качестве теплоносителя с линией магистрального природного газа до и после рекуперативного теплообменника, а низ деметанизатора соединен линией подачи деметанизированного конденсата с блоком фракционирования, который оснащен линиями вывода продуктов, метансодержащего газа и линиями ввода/вывода хладагента, особенность заключается в том, что на линии магистрального природного газа между рекуперативным теплообменником и редуцирующим устройством установлен сепаратор, соединенный с деметанизатором линией вывода остатка сепарации с редуцирующим устройством, на линии вывода сухого отбензиненного газа последовательно расположены примыкание линии продукционного газа, редуцирующее устройство, примыкание линии газа сепарации, верхняя тепломассообменная секция деметанизатора, примыкания линий ввода/вывода хладагента и вывода метансодержащего газа, а также рекуперативный теплообменник, на линии продукционного газа последовательно расположены рекуперативный теплообменник продукционного газа, компрессор, холодильник, блок очистки от углекислого газа, рекуперативный теплообменник продукционного газа и блок получения СПГ, при этом по меньшей мере одного редуцирующее устройство выполнено в виде детандера, соединенного с компрессором.

Второй вариант установки отличается тем, что холодильник блока получения СПГ соединен с линией вывода сухого отбензиненного газа после редуцирующего устройства.

Блок фракционирования выполнен, например, в виде сепараторов и/или ректификационных колонн в количестве и с характеристиками, обусловленными заданным ассортиментом жидких продуктов. Блок очистки от углекислого газа представляет собой известную из уровня техники установку адсорбционной или абсорбционной очистки от кислых газов. Редуцирующие устройства могут быть выполнены в виде дроссельного вентиля, газодинамического устройства или детандера. Детандер(ы), соединены с компрессором посредством кинематических и/или электрических и/или магнитных и/или гидравлических устройств. В качестве остальных элементов установки могут быть установлены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Для увеличения выхода СПГ рекуперативный теплообменник может быть выполнен многопоточным и соединенным с компрессионной холодильной машиной. Недостаток энергии для привода компрессора(ов) может быть восполнен подачей энергии со стороны.

Расположение блока очистки от углекислого газа на линии продукционного газа, примыкающей к линии сухого отбензиненного газа, позволяет снизить загрузку блока очистки, как по очищаемому газу, так и по СО₂, поскольку продукционный газ оставляет небольшую часть (5-15%) потока магистрального природного газа, что имеет следствием пропорциональное уменьшение массогабаритных характеристик оборудования блока и его материалоемкости. Расположение блока очистки от углекислого газа после компрессора и холодильника позволяет дополнительно уменьшить габариты оборудования за счет снижения действительного объемного расхода очищаемого газа.

Установка деэтанизации путем низкотемпературного фракционирования в обоих вариантах (фиг. 1 и 2) включает блок осушки 1, рекуперативные теплообменники 2 и 3, сепараторы 4 и 5, фракционирующую колонну 6 с верхней и нижней тепломассообменными секциями, компрессор 7, холодильники 8 и 9, блоки очистки от углекислого газа 10 и фракционирования 11, а также редуцирующие устройства 12-15, по меньшей мере одно из которых выполнено в виде детандера.

Второй вариант установки отличается от первого тем, что холодильник 9 блока получения СПГ соединен линией 25, оснащенной редуцирующим устройством 14, с линией вывода сухого отбензиненного газа 22 между колонной 6 и теплообменником 3, тогда как в первом варианте холодильник 9 соединен с линией подачи газа сепарации 26.

При работе установки по первому варианту 119,0 тыс. нм³/час природного газа с давлением 5,5 МПа при температуре 10°С, содержащего 94,93% об. метана, 0,18% об. углекислого газа, 0,76% об. азота, углеводороды С₂₊ - остальное, поступающего по линии 16, осушают в блоке 1 и разделяют на два потока. 58,8 тыс. нм³/час первого потока по линии 17 подают на охлаждение в нижнюю тепломассообменную секцию деметанизатора 6, смешивают со вторым потоком, охлажденным в теплообменнике 2, разделяют при минус 70,5°С в сепараторе 4 с получением углеводородного конденсата и газа, выводимых по линиям 18 и 19, соответственно, которые редуцируют в устройствах 12 (выполнено в виде редуцирующего вентиля) и 13 (выполнено в виде детандера) до 2,0 МПа и подают в среднюю часть деметанизатора 6. С низа деметанизатора 6 по линии 20 полученный деметанизированный конденсат подают на разделение в блок 11, из которого по линии 21 в линию 22 выводят 0,5 тыс. нм³/час метансодержащего газа, а по линиям 23 выводят продукты в заданном ассортименте, например, 4,8 т/час этановой фракции и 3,0 т/час широкой фракции легких углеводородов, при этом по линиям 24 в качестве хладагента вводят/выводят часть сухого отбензиненного газа из линии 22.

С верха деметанизатора 6 при минус 106,3°С по линии 22 выводят 113,4 тыс. нм³/час сухого отбензиненного газа и разделяют его на два потока, 101,7 тыс. нм³/час первого потока (линия 25) редуцируют в устройстве 14, выполненном в виде детандера, до 1,0 МПа, смешивают с газом сепарации, подаваемым из сепаратора 5 после холодильника 9 по линии 26, нагревают в верхней тепломассообменной секции деметанизатора 6, смешивают с метансодержащим газом, нагревают в теплообменнике 2 до минус 3,7°С, и выводят по линии 22 в объеме 106,6 тыс. нм³/час.

Второй поток (продукционный газ, линия 27) нагревают в теплообменнике 3, сжимают компрессором 7, соединенным с детандерами 13 и 14 (показано штрих-пунктиром), до 13,0 МПа, охлаждают в холодильнике 8 до 45°С, очищают от углекислого газа в блоке 10, доохлаждают в теплообменнике 3 и холодильнике 9, редуцируют с помощью устройства 15 (выполнено в виде редуцирующего вентиля) до 1,0 МПа, и разделяют в сепараторе 5 с получением газа сепарации и 5,0 т/час СПГ, выводимого по линии 28.

Работа установки по второму варианту отличается подачей в холодильник 9 потока сухого отбензиненного газа после редуцирования в устройстве 14. При этом получают 106,8 тыс. нм³/час сухого отбензиненного газа, 4,7 т/час этановой фракции, 3,0 т/час широкой фракции легких углеводородов и 5,0 т/час СПГ.

При необходимости в обоих вариантах теплообменник 2 дополнительно охлаждают с помощью холодильной машины 29 (показана пунктиром), компрессор которой может быть также связан с детандером(ами), связь показана штрих-пунктиром. При недостатке энергии для привода компрессора(ов) по линии 30 со стороны может быть подана дополнительная энергия в соответствующей форме.

При этом очистке от углекислого газа на блоке 10 в обоих вариантах подвергается 11,3 тыс. нм³/час газа, содержащего 13,1 кг/час СО₂, тогда как в прототипе, в условиях примера, при получении 4,5 т/час СПГ, очистке подвергается 119,0 тыс. нм³/час газа, содержащего 420,5 кг/час СО₂.

Таким образом, предлагаемая установка в обоих вариантах позволяет снизить нагрузку блока очистки от углекислого газа по очищаемому газу и СО₂ и может найти применение в газовой промышленности.