Установка низкотемпературного разделения углеводородного газа

Полезная модель относится к устройствам для разделения компонентов газовых смесей путем низкотемпературной конденсации и ректификации, а именно, к установкам низкотемпературного разделения газов с целью получения дополнительной товарной продукции, и может быть использована на газоперерабатывающих предприятиях. Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении производительности установки по выработке товарного этана за счет увеличения количества жидкой фазы, поступающей в деметанизатор, и обеспечения возможности доизвлечения этана из потока кубовой жидкости первой отпарной колонны. Для достижения этого технического результата в установке низкотемпературного разделения углеводородного газа, содержащей трубопровод подвода сырьевого газа, блок предварительного охлаждения газа, включающий последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блок конденсации и переохлаждения газа, включающий теплообменники, сепараторы второй и третьей ступени, отпарные колонны и турбодетандерный агрегат, блок выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающий теплообменники, деметанизатор и деэтанизатор, блок получения гелиевого концентрата и соединительные трубопроводы, сепаратор третьей ступени снабжен массообменной насадкой и соединен с сепаратором первой ступени, установка дополнительно содержит емкость с пентан-гексановой фракцией и насос, соединенные с трубопроводом подвода сырьевого газа.

Полезная модель относится к устройствам для разделения компонентов газовых смесей путем низкотемпературной конденсации и ректификации, а именно, к установкам низкотемпературного разделения газов с целью получения дополнительной товарной продукции, и может быть использована на газоперерабатывающих предприятиях.

Известна установка разделения газовых смесей, содержащая магистраль 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. Очищенный, осушенный и охлажденный до минус 30°С газ разделяют на потоки, которые раздельно охлаждают до минус 69°С и частично конденсируют в теплообменниках за счет холода сдросселированных и расширенных в детандере обратных фракций газов сепарации, деметанизации и питания колонны-деметанизатора. Затем потоки смешивают и сепарируют, при этом жидкость дросселируют и направляют на сепарацию, откуда испаренные гелий и легкие углеводороды подают в нижнюю часть гелиевой колонны. Жидкую фазу колонны делят на два потока, один из которых дросселируют, частично испаряют в теплообменнике и разделяют в сепараторе. Выделившуюся жидкость дросселируют, смешивают с жидкостью, выделившейся при охлаждении и сепарации подаваемого на переработку газа, и подают в качестве питания в колонну-деметанизатор. Пар, выделившийся при охлаждении и сепарации первой части жидкой фазы гелиевой колонны, расширяют в детандере, объединяют с остальной частью жидкой фазы гелиевой колонны, сепарируют 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 [Авторское свидетельство СССР №1645796, МПК F 25 J 3/02, опубл. 30.04.91].

Недостатком известной установки является относительно невысокая степень извлечения этана из природного газа, что снижает ее производительность.

Наиболее близкой к заявляемой по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является применяемая на гелиевом заводе OOO «Оренбурггазпром» установка низкотемпературного разделения углеводородных газов с целью получения гелиевого концентрата, этана и широкой фракции легких углеводородов [Технологический регламент на эксплуатацию установки 21 получения гелиевого концентрата, выделения этана и ШФЛУ. ТР 3-42-98, II очередь ОГЗ]. Установка содержит трубопровод подвода сырьевого газа, блок предварительного охлаждения газа, включающий последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блок конденсации и переохлаждения газа, включающий теплообменники, сепараторы второй и третьей ступени, отпарные колонны и турбодетандерный агрегат, состоящий из турбодетандера и турбокомпрессора, блок выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающий теплообменники, деметанизатор с трубопроводом отвода кубовой жидкости в деэтанизатор со встроенным дефлегматором, и блок получения гелиевого концентрата, включающий гелиевую ректификационную колонну со встроенными теплообменниками.

Поток сырьевого газа из трубопровода подвода 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 первой ступени разделяется на потоки, которые после охлаждения и частичной конденсации в теплообменниках обратными потоками метановых фракций объединяются и поступают в первый сепаратор второй ступени, в котором поток газа обогащается гелием, а жидкость этаном. Паровая фаза из этого сепаратора направляется на полную конденсацию в теплообменники, после чего поток переохлажденной жидкости поступает в первую отпарную колонну. Обогащенная этаном жидкость из первого сепаратора второй ступени попадает во второй сепаратор второй ступени, из которого паровая фаза подается в первую отпарную колонну в качестве стриппинг-газа, а жидкость - на орошение деметанизатора.

Газ, последовательно прошедший через две отпарные колоны и обогащенный гелием, подается в гелиевую ректификационную колонну, 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, часть которой через теплообменник поступает на разделение в сепаратор третьей ступени. Газовая фаза из сепаратора третьей ступени объединяется с верхним продуктом укрепляющей секции деметанизатора и поступает на расширение в турбодетандер турбодетандерного агрегата. Далее этот поток (метановая фракция среднего давления), проходя через теплообменники и объединившись с метановой фракцией среднего давления куба первой отпарной колонны, сжимается турбокомпрессором турбодетандерного агрегата и выводится с установки. Жидкость из сепаратора третьей ступени подается на орошение деметанизатора.

Этановая фракция и ШФЛУ получаются путем низкотемпературной ректификации жидкости, выделенной в сепараторах первой, второй и третьей ступени. Сначала осуществляется ректификация полученной жидкости в отпарной секции деметанизатора с получением метановой фракции в качестве дистиллята и фракции углеводородов С ₂ и выше в качестве кубового остатка

деметанизатора, который поступает на разделение в деэтанизатор путем ректификации с получением в качестве дистиллята этановой фракции, а в качестве кубового остатка - ШФЛУ.

В известной установке отбор этана из кубовой жидкости первой отпарной колонны предусмотрен за счет сепарации в сепараторе третьей ступени, из-за неэффективной работы которого на выходе образуется недостаточное количество жидкой фазы, поступающей в качестве жидкости орошения в укрепляющую секцию деметанизатора, вследствие чего жидкость орошения проваливается через отверстия в тарелках и из-за недостаточно эффективного массообмена происходят значительные потери этана с паровой фазой, в результате чего снижается производительность установки по выработке товарного этана.

Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в увеличении количества жидкой фазы, поступающей в деметанизатор, и обеспечении возможности доизвлечения этана из потока кубовой жидкости первой отпарной колонны, благодаря чему увеличивается производительность установки по выработке товарного этана.

Для достижения этого технического результата в установке низкотемпературного разделения углеводородного газа, содержащей трубопровод подвода сырьевого газа, блок предварительного охлаждения газа, включающий последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блок конденсации и переохлаждения газа, включающий теплообменники, сепараторы второй и третьей ступени, отпарные колонны и турбодетандерный агрегат, блок выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающий теплообменники, деметанизатор и деэтанизатор, блок получения гелиевого концентрата и соединительные трубопроводы, она дополнительно содержит емкость с пентан-гексановой фракцией и насос, соединенные с трубопроводом подвода сырьевого газа, сепаратор третьей ступени снабжен массообменной насадкой и соединен с сепаратором первой ступени.

Отличительными признаками предлагаемой полезной модели от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются наличие емкости с пентан-гексановой фракцией и насоса, соединенных с трубопроводом подвода сырьевого газа и наличие массообменной насадки в сепараторе третьей ступени, который соединен с сепаратором первой ступени.

Наличие емкости и насоса, подающего пентан-гексановую фракцию в трубопровод подвода сырьевого газа, обеспечивает возможность увеличения объема жидкой фазы, подаваемой из сепаратора первой ступени в сепаратор третьей ступени.

Благодаря сепаратору третьей ступени с установленной внутри массообменной насадкой, который соединен с сепаратором первой ступени, путем равномерного распределения входящего потока жидкости и улучшения ее массообмена с паровой фазой, обеспечивается возможность увеличения количества жидкости на выходе из сепаратора, поступающей в качестве утяжеленной жидкости орошения на первую тарелку в укрепляющую секцию деметанизатора. Утяжеление жидкой фазы происходит за счет наличия в потоке пентан-гексановой фракции. Увеличение количества жидкой фазы обеспечивается также за счет конденсации той ее части из пара, которая обычно уносится с выводимым газом в виде тумана или капель. Увеличение количества утяжеленной жидкости позволяет компенсировать недостаточную загрузку деметанизатора по жидкой фазе и повысить эффективность его работы.

Таким образом, новая совокупность существенных признаков в предлагаемой установке обеспечивает возможность увеличения количества жидкой фазы, поступающей в деметанизатор, повышая эффективность его работы и сокращая потери этана с паровой фазой, что способствует повышению производительности установки по выработке товарного этана.

На чертеже представлена схема установки низкотемпературного разделения углеводородного газа.

Установка содержит:

- блок предварительного охлаждения газа с трубопроводом 1 подвода сырьевого газа, включающий последовательно установленные теплообменник 2, пропановый холодильник 3 и сепаратор первой ступени 4;

- блок конденсации и переохлаждения газа, включающий теплообменники 5-8, последовательно установленные сепараторы 9-10 второй ступени, сепаратор 11 третьей ступени с массообменной насадкой 12, установленной на выходе газовой фазы, отпарные колонны 13, 14 и турбодетандерный агрегат 15, состоящий из турбодетандера (ТД) и турбокомпрессора (ТК);

- блок выделения этана и широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), включающий деметанизатор, состоящий из укрепляющей 16 и отпарной 17 секций, и деэтанизатор 18;

- блок получения гелиевого концентрата, включающий гелиевую ректификационную колонну 19, встроенные теплообменники 20-21.

Установка дополнительно содержит последовательно установленные емкость 22 с пентан-гексановой фракцией и насос 23, соединенные с трубопроводом 1 подвода сырьевого газа.

Вверху первой отпарной колонны 13 установлен дефлегматор 24. Сепаратор 11 третьей ступени соединен с сепаратором 4 первой ступени.

В качестве массообменной насадки 12 используется один из известных видов, например перекрестно-точная насадка фирмы «Петон», эквивалентной соответствующему расчетному числу теоретических массообменных тарелок (одной или двум).

Установка низкотемпературного разделения углеводородных газов работает следующим образом.

Сырьевой газ, предварительно осушенный и очищенный от сернистых соединений и углекислоты на предыдущих установках, поступает на установку по трубопроводу 1. В этот поток газа из емкости 22 насосом 23 впрыскивается расчетное количество пентан-гексановой фракции и поток направляется на блок предварительного охлаждения газа. Поток газа проходит

последовательно теплообменник 2, пропановый холодильник 3, где происходит его предварительное охлаждение и частичная конденсация за счет холода обратного потока метановой фракции и пропана, затем попадает в сепаратор 4 первой ступени для отделения жидкой фазы. Газовый поток из сепаратора 4 первой ступени поступает на дальнейшее охлаждение и конденсацию в теплообменник 5 блока конденсации и охлаждения газа. Сконденсировавшиеся углеводороды выводятся из сепаратора 4 и направляются на массообменную насадку 12 для разделения в сепараторе 11 третьей ступени.

Вторая ступень сепарации ведется в сепараторе 9, откуда жидкость, обогащенная этаном, дросселируется в сепаратор 10 и образовавшиеся при этом пары, содержащие гелий, направляются в первую отпарную колонну 13 в качестве стриппинг-газа. Выделившаяся жидкость двумя потоками поступает в деметанизатор. Основной поток жидкости через теплообменник 8 направляется на питание деметанизатора 16, а другой направляется на его орошение. Паровая фаза из сепаратора 9 направляется на полную конденсацию в теплообменники 6, 7, по выходе из которых поток переохлажденной жидкости дросселируется в первую отпарную колонну 13, где отпаренный газ обогащается гелием. И после полной конденсации в дефлегматоре 24 первой отпарной колонны 13 газ поступает в верхнюю часть второй отпарной колонны 14, по выходу из которой обогащенный гелием газ дросселируется и подается в блок получения гелиевого концентрата, где за счет противоточной конденсации исходного газа выделяется гелиевый концентрат. Обогащение газа гелием происходит в ректификационной колонне 19 в результате охлаждения и конденсации газа при прохождении последовательно через теплообменники 20 и 21.

С куба первой отпарной колонны 13 выводится метановая фракция высокого давления, часть которой через теплообменник 6 поступает в сепаратор 11 третьей ступени, а часть направляется на первую тарелку укрепляющей секции 16 деметанизатора в качестве жидкости орошения. В сепараторе 11 в процессе интенсивного противоточного массообмена происходит перераспределение

углеводородов в восходящем потоке паровой фазы и нисходящем потоке жидкой фазы, увеличивая концентрацию этана в потоке жидкой фазы на выходе из сепаратора 11. Доизвлеченный этан, переведенный в жидкую фазу в сепараторе 11, увеличивает количество утяжеленной жидкой фазы, поступающей на первую тарелку укрепляющей секции 16 деметанизатора в качестве жидкости орошения. Утяжеление происходит за счет наличия пентан-гексановой фракции в потоке жидкой фазы, поступающей из сепаратора 4 первой ступени. Сепаратор 11 третьей ступени, оснащенный массообменной перекрестно-точной насадкой 12, выполняет одновременно функции сепаратора и абсорбера.

Паровая фаза из сепаратора 11 третьей ступени, объединившись с метановой фракцией с верха укрепляющей секции 16 деметанизатора, направляется на расширение в турбодетандер турбодетандерного агрегата 15 с целью получения холода.

Остальная кубовая жидкость отпарной колонны 13 дросселируется и после рекуперации холода в теплообменниках 7, 6, 5, 2 объединяется с потоком, выходящим из турбодетандера, компримируется в турбокомпрессоре турбодетандерного агрегата 15 и выводится с установки в качестве метановой фракции среднего давления. Жидкость с куба укрепляющей секции 16 деметанизатора подается на приемное устройство отпарной секции 17 деметанизатора, где осуществляется ее ректификация с получением метановой фракции в качестве дистиллята и фракции углеводородов C ₂ и выше в качестве кубового остатка. Кубовый продукт отпарной секции 17 деметанизатора направляется на ректификацию в деэтанизатор 18 с получением в качестве дистиллята этановой фракции, а в качестве кубового остатка - широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), которая выводится с установки.

Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет увеличить количество отсепарированной жидкости утяжеленного состава, содержащей доизвлеченный этан из потока кубовой жидкости и поступающей в деметанизатор, и обеспечить дополнительный отбор этана в деметанизаторе

за счет рациональной загрузки тарелок и возникающего процесса низкотемпературной абсорбции непосредственно в деметанизаторе.

Установка низкотемпературного разделения углеводородного газа, содержащая трубопровод подвода сырьевого газа, блок предварительного охлаждения газа, включающий последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блок конденсации и переохлаждения газа, включающий теплообменники, сепараторы второй и третьей ступени, отпарные колонны и турбодетандерный агрегат, блок выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающий теплообменники, деметанизатор и деэтанизатор, блок получения гелиевого концентрата и соединительные трубопроводы, отличающаяся тем, что дополнительно содержит емкость с пентан-гексановой фракцией и насос, соединенные с трубопроводом подвода сырьевого газа, сепаратор третьей ступени снабжен массообменной насадкой и соединен с сепаратором первой ступени.