Установка низкотемпературного разделения углеводородного газа

Полезная модель относится к установкам низкотемпературного разделения углеводородного газа с целью получения метана, этана, широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) и гелиевого концентрата и может быть использована на газоперерабатывающих предприятиях. Технический результат состоит в улучшении работы укрепляющей секции деметанизатора за счет снижения температуры верха колонны в результате подачи дополнительной холодной флегмы из второй отпарной колонны и снижения доли тяжелых углеводородов, участвующих в процессе деметанизации данного деметанизатора. Установка, состоящая из теплообменников, сепараторов первой и второй ступени, турбодетандерного агрегата, содержащего турбодетандер и турбокомпрессор, двух отпарных колонн с трубопроводами отвода кубовой жидкости, деметанизатора, включающего укрепляющую и отгонную секции, деэтанизатора, блока получения гелиевого концентрата и соединительных трубопроводов, дополнительно снабжена трубопроводом отвода части кубовой жидкости второй отпарной колонны, подключенным к трубопроводу отвода жидких углеводородов из сепаратора второй ступени в укрепляющую секцию деметанизатора в качестве флегмы, а трубопровод отвода жидких углеводородов из сепаратора первой ступени соединен с трубопроводом отвода жидких углеводородов из укрепляющей секции деметанизатора в отгонную секцию [1 н.п. ф-лы, 1 фиг.].

Полезная модель относится к установкам низкотемпературного разделения углеводородного газа с целью получения метана, этана, широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) и гелиевого концентрата, и может быть использована на газоперерабатывающих предприятиях.

Известна установка низкотемпературного разделения углеводородного газа, описанная в способе одновременного получения гелия, этана и более тяжелых углеводородов, включающая трубопровод подачи перерабатываемого газа, теплообменники, сепараторы, гелиевую ректификационную колонну с линией удаления жидкой фазы, детандер, колонну-деметанизатор с линиями питания колонны, линию удаления кубовой жидкости, насос, линию подачи жидкости в колонну-деэтанизатор [Авторское свидетельство СССР 1645796, МПК F25J 3/02, опубл. 30.04.91]. Очищенный, осушенный газ, разделенный на потоки, поступает в теплообменники, в которых охлаждается и частично конденсируется за счет холода сдросселированных и расширенных в детандере обратных фракций газов сепарации, деметанизации и питания колонны-деметанизатора. Затем потоки смешивают и сепарируют в первом сепараторе. Выделившаяся при этом жидкость дросселируют и направляют на дальнейшее разделение во второй сепаратор, откуда испаренные гелий и легкие углеводороды подают в нижнюю часть гелиевой ректификационной колонны. Пар из первого сепаратора конденсируют и переохлаждают в теплообменниках, дросселируют и подают в верхнюю часть гелиевой ректификационной колонны на отпарку растворенного в жидкости гелия. Жидкую фазу колонны делят на два потока, один из которых дросселируют, частично испаряют в теплообменнике и разделяют в третьем сепараторе. Выделившуюся жидкость дросселируют, смешивают с жидкостью, выделившейся во втором сепараторе, и подают в качестве питания в колонну-деметанизатор. Пар, выделившийся в третьем сепараторе, расширяют и охлаждают в детандере, объединяют с остальной частью жидкой фазы гелиевой колонны, разделяют в сепараторе и жидкость направляют в качестве холодного орошения в колонну-деметанизатор. Кубовую жидкость колонны-деметанизатора разделяют на этановую и широкую фракции легких углеводородов в колонне-деэтанизаторе.

Недостатком известной установки является относительно невысокая степень извлечения целевых продуктов из природного газа.

Наиболее близкой к заявляемой по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является установка низкотемпературного разделения природного газа с получением этановой фракции, ШФЛУ, гелиевого концентрата и метановой фракции, применяемая в настоящее время на Гелиевом заводе ООО «Газпром добыча Оренбург» [В.В.Николаев и др. Основные процессы физической и физико-химической переработки газа., Москва, «Недра», 1998, с.164-167]. Установка содержит блок предварительного охлаждения газа, включающий последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блок конденсации и переохлаждения газа, включающий теплообменники, сепаратор второй ступени, отпарные колонны и турбодетандерный агрегат в виде турбинного модуля, содержащего турбодетандер и турбокомпрессор, блок выделения этановой и широкой фракции углеводородов, включающий теплообменники, деметанизатор, состоящий из укрепляющей и отгонной секций, деэтанизатор, блок получения гелиевого концентрата.

Поток сырьевого газа проходит последовательно теплообменник, пропановый холодильник, где происходит его предварительное охлаждение и частичная конденсация за счет холода обратного потока метановой фракции и пропана, затем попадает в сепаратор первой ступени для отделения жидкой фазы. Отделившиеся в сепараторе жидкие углеводороды подаются на питание в укрепляющую секцию деметанизатора. Газовый поток из сепаратора разделяется на потоки, которые после охлаждения и частичной конденсации в теплообменниках обратными потоками метановых фракций объединяются и поступают в первую отпарную колонну. Газ, последовательно прошедший через две отпарные колонны и обогащенный гелием, подается в ректификационную колонну блока получения гелиевого концентрата, где в результате охлаждения и конденсации остатков углеводородов и азота при прохождении последовательно через теплообменники выделяется гелиевый концентрат.

С куба первой отпарной колонны выводится метановая фракция высокого давления (МФВД), одна часть которой направляется в теплообменники для охлаждения поступившего на установку природного газа, а другая - через теплообменник поступает на разделение в сепаратор второй ступени. Газовая фаза из сепаратора объединяется с верхним продуктом укрепляющей секции деметанизатора и через теплообменник поступает на расширение в турбодетандер турбодетандерного агрегата. Далее этот поток (метановая фракция среднего давления), проходя через теплообменники и объединившись с обратным потоком метановой фракции куба первой отпарной колонны после рекуперации холода в теплообменниках, сжимается турбокомпрессором турбодетандерного агрегата и выводится с установки. Жидкость из сепаратора второй ступени подается на верхнюю тарелку укрепляющей секции деметанизатора в качестве флегмы. С куба второй отпарной колонны выводится метановая фракция высокого давления (МФВД), которая направляется в теплообменники для охлаждения поступившего на установку природного газа.

В деметанизаторе путем последовательной ректификации в двух секциях выделяется метановая фракция в качестве дистиллята и фракция углеводородов С_2+выше в качестве кубового остатка деметанизатора. Кубовый остаток деметанизатора поступает на разделение в деэтанизатор путем ректификации с получением в качестве дистиллята этановой фракции, а в качестве кубового остатка - ШФЛУ.

Недостатком известной установки являются потери этана, происходящие в процессе деметанизации жидкой фазы, когда вместе с метановой фракцией уносится значительное количество этановой фракции. Это объясняется изменением состава сырьевого газа, поступающего на установку, в связи с поступлением газа Карачаганакского НГКМ (Казахстан), доля тяжелых углеводородов в котором значительно превышает долю тяжелых углеводородов в газе Оренбургского НГКМ.

Задачей заявляемого изобретения является увеличение выхода товарного этана.

Поставленная задача в предлагаемой установке низкотемпературного разделения углеводородного газа, состоящей из блока предварительного охлаждения газа, включающего последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени с трубопроводом отвода жидких углеводородов, блока конденсации и охлаждения газа, включающего теплообменники, сепаратор второй ступени с трубопроводом отвода жидких углеводородов в укрепляющую секцию деметанизатора в качестве флегмы, турбодетандерный агрегат, содержащего турбодетандер и турбокомпрессор, и две отпарные колонны с трубопроводами отвода кубовой жидкости, блока выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающего укрепляющую и отгонную секции деметанизатора, соединенные между собой трубопроводами отвода газа и жидких углеводородов, деэтанизатор и теплообменники, блока получения гелиевого концентрата и соединительных трубопроводов, решается тем, что она снабжена трубопроводом отвода части кубовой жидкости второй отпарной колонны, подключенным к трубопроводу отвода жидких углеводородов из сепаратора второй ступени в укрепляющую секцию деметанизатора в качестве флегмы, а трубопровод отвода жидких углеводородов из сепаратора первой ступени соединен с трубопроводом отвода жидких углеводородов из укрепляющей секции деметанизатора в отгонную секцию.

Технический результат от наличия дополнительного трубопровода отвода части кубовой жидкости второй отпарной колонны в укрепляющую секцию деметанизатора в качестве флегмы и соединения трубопровода отвода жидких углеводородов из сепаратора первой ступени с трубопроводом отвода жидких углеводородов из укрепляющей секции деметанизатора в отгонную, состоит в улучшении работы укрепляющей секции деметанизатора за счет снижения температуры верха колонны в результате подачи дополнительной холодной флегмы из второй отпарной колонны и снижения доли тяжелых углеводородов, участвующих в процессе деметанизации данного деметанизатора. В результате сокращается унос этановой фракции вместе с метановой фракцией.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемой установки низкотемпературного разделения углеводородного газа.

Установка содержит:

- блок предварительного охлаждения газа, включающий трубопровод подвода углеводородного газа 1, теплообменник 2, пропановый испаритель 3, сепаратор первой ступени 4 с трубопроводом отвода жидких углеводородов 5;

- блок конденсации и переохлаждения газа, включающий теплообменники 6-10, сепаратор второй ступени 11 с трубопроводом отвода жидких углеводородов 12, отпарные колонны 13-14 с трубопроводами отвода кубовой жидкости 15-16, трубопровод отвода части кубовой жидкости второй отпарной колонны 17 и турбодетандерный агрегат, содержащий турбодетандер 18 и турбокомпрессор 19;

- блок выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающий деметанизатор, состоящий из укрепляющей 20 и отгонной 21 секций, трубопровод отвода жидких углеводородов 22 из укрепляющей секции в отгонную и деэтанизатор 23;

- блок получения гелиевого концентрата 24;

- соединительные трубопроводы.

Установка низкотемпературного разделения углеводородного газа работает следующим образом.

Природный газ, предварительно осушенный и очищенный от сернистых соединений и углекислоты на предыдущих установках, поступает на установку по трубопроводу 1 в блок предварительного охлаждения газа. Поток газа проходит последовательно теплообменник 2, пропановый испаритель 3, где происходит его предварительное охлаждение и частичная конденсация за счет холода обратного потока метановой фракции среднего давления (МФСД) и кипящего пропана, затем попадает в сепаратор первой ступени 4 для отделения жидкой фазы. Газовая фаза выводится из сепаратора 4, разделяется на два потока и направляется в блок конденсации и охлаждения газа на дальнейшее охлаждение и конденсацию соответственно в теплообменниках 6-8 и 9-10. Далее охлажденные потоки объединяются и дросселируются в первую отпарную колонну 13, откуда отпаренный газ, обогащенный гелием, поступает во вторую отпарную колонну 14 и далее в блок получения гелиевого концентрата 24.

С куба первой отпарной колонны 13 по трубопроводу 15 выводится метановая фракция высокого давления (МФВД), одна часть которой через теплообменник 7 поступает на разделение в сепаратор второй ступени 11. Оставшаяся часть кубовой жидкости отпарной колонны 13 дросселируется и после рекуперации холода в теплообменниках 8, 7, 6 и 2 объединяется с потоком метановой фракции после расширения, компримируется в турбокомпрессоре 19 турбодетандерного агрегата и выводится с установки.

Паровая фаза из сепаратора 11 смешивается с МФВД верха укрепляющей секции деметанизатора 20, затем объединенный поток поступает на расширение в турбодетандер 18 турбодетандерного агрегата. Расширенная метановая фракция проходит через теплообменники 10, 6 и 2, охлаждая потоки поступившего на установку природного газа, и выводится с установки. Жидкая фаза из сепаратора 11 отводится по трубопроводу 12 на первую тарелку укрепляющей секции деметанизатора 20 в качестве основной флегмы.

В деметанизаторе 20-21 осуществляется ректификация смеси углеводородов с получением метановой фракции в качестве дистиллята и фракции углеводородов C_2+выше в качестве кубового остатка, отводимую на ректификацию в деэтанизатор 23 с получением в качестве дистиллята этановой фракции, а в качестве кубового остатка - широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ).

С куба второй отпарной колонны 14 по трубопроводу 16 выводится метановая фракция высокого давления (МФВД), одна часть (основная) которой направляется в теплообменники 8, 7, 6 и 2 для охлаждения поступившего на установку природного газа, а другая - по трубопроводу 17 подается в трубопровод отвода жидких углеводородов 12 из сепаратора второй ступени 11 в укрепляющую секцию деметанизатора 20 в качестве флегмы для дополнительного ее охлаждения. Это оказывает влияние на распределение компонентов по фазам в деметанизаторе 20-21, в котором происходит увеличение доли этановой фракции в жидкой смеси, отводимой с низа деметанизатора, с одновременным снижением его доли в составе метановой фракции по сравнению с прототипом.

Таким образом, использование заявляемой установки позволяет снизить суммарные потери этана с верхним продуктом деметанизатора за счет создания в них оптимальных условий для процесса низкотемпературной абсорбции. В результате эффективность установки по выработке целевых продуктов (метана, этана, ШФЛУ, гелиевого концентрата) существенно повышается.

Установка низкотемпературного разделения углеводородного газа, состоящая из блока предварительного охлаждения газа, включающего последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени с трубопроводом отвода жидких углеводородов, блока конденсации и охлаждения газа, включающего теплообменники, сепаратор второй ступени с трубопроводом отвода жидких углеводородов в укрепляющую секцию деметанизатора в качестве флегмы, турбодетандерный агрегат, содержащий турбодетандер и турбокомпрессор, и две отпарные колонны с трубопроводами отвода кубовой жидкости, блока выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающего укрепляющую и отгонную секции деметанизатора, соединенные между собой трубопроводами отвода газа и жидких углеводородов, деэтанизатор и теплообменники, блока получения гелиевого концентрата и соединительных трубопроводов, отличающаяся тем, что установка снабжена трубопроводом отвода части кубовой жидкости второй отпарной колонны, подключенным к трубопроводу отвода жидких углеводородов из сепаратора второй ступени в укрепляющую секцию деметанизатора в качестве флегмы, а трубопровод отвода жидких углеводородов из сепаратора первой ступени соединен с трубопроводом отвода жидких углеводородов из укрепляющей секции деметанизатора в отгонную секцию.