Установка низкотемпературной дефлегмации с сепарацией нтдс для подготовки природного газа с получением сжиженного природного газа и способ ее работы (варианты)

Изобретение относится к установкам низкотемпературной конденсации и может быть использовано в газовой промышленности. Изобретение касается двух вариантов установки, включающих входной сепаратор, дефлегматор, низкотемпературный сепаратор, выветриватель, деметанизатор, деэтанизатор (второй вариант), дебутанизатор, три рекуперационных теплообменника, два холодильника, сепаратор, блоки осушки и очистки, два детандера, два компрессора и два редуцирующих устройства. Изобретение также касается способов работы установок. Сырой газ охлаждают, разделяют во входном сепараторе на конденсат и газ, который после охлаждения газом низкотемпературной сепарации и редуцирования в детандере подвергают дефлегмации за счет охлаждения редуцированным газом дефлегмации, подаваемым далее в низкотемпературный сепаратор вместе с газом выветривания и метансодержащим газом, из которого после нагрева выводят подготовленный газ и конденсат, который смешивают с остальными конденсатами, редуцируют и разделяют в выветривателе на газ выветривания и остаток, который после нагрева подают в деметанизатор, где разделяют на метансодержащий газ и ШФЛУ, которую разделяют в дебутанизаторе на этан-бутановую фракцию и стабильный газовый конденсат. Часть газа входной сепарации сжимают, охлаждают, осушают и очищают, доохлаждают газом сепарации, редуцируют в детандере и разделяют на СПГ и газ сепарации, который нагревают, сжимают и подают в линию подготовленного газа. Во втором варианте установки ШФЛУ сначала деэтанизируют, а затем разделяют на пропан-бутановую фракцию и стабильный газовый конденсат. Технический результат - расширение ассортимента продуктов и исключение образования факельных газов. 4 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к установкам низкотемпературной конденсации и может быть использовано в газовой промышленности для подготовки природного газа.

Известен способ низкотемпературной сепарации газа [RU 2543867, опубл. 10.03.2015 г., МПК B01D 3/14, B01D 3/28], осуществляемый на установке, включающей входной сепаратор, двухсекционный дефлегматор, блок низкотемпературной сепарации в составе редуцирующего устройства и низкотемпературного сепаратора, и блок выветривания конденсата.

Недостатками известной установки являются низкое качество товарного газа, низкий выход газового конденсата и невозможность получения сжиженного природного газа СПГ.

Наиболее близка к предлагаемому изобретению установка комплексной подготовки газа [RU 2624710, опубл. 05.07.2017 г., МПК F25J 3/00, С07С 7/00, C10G 5/06], включающая входной сепаратор, первый и второй рекуперационные теплообменники, дефлегматор, соединенный линией газа дефлегмации с редуцирующем устройством, с низкотемпературным сепаратором, оснащенным линией вывода газа в теплообменную секцию дефлегматора, редуцирующие устройства и блок стабилизации конденсата.

При работе установки сырой газ разделяют во входном сепараторе на конденсат и газ, который охлаждают газом низкотемпературной сепарации и, возможно, редуцированной смесью конденсатов, редуцируют и подвергают дефлегмации за счет охлаждения газом низкотемпературной сепарации с получением конденсата и газа, который редуцируют и разделяют в низкотемпературном сепараторе на конденсат и газ, выводимый в качестве товарного после нагрева при дефлегмации и нагрева сырым газом. Смесь конденсатов редуцируют, нагревают сырым газом или газом входной сепарации и стабилизируют с получением стабильного газового конденсата и факельных газов.

Недостатком данных установки и способа является ограниченный ассортимент продуктов и потери углеводородов с факельными газами.

Задача изобретения - исключение образования факельных газов и расширение ассортимента продуктов.

Предложено два варианта установки.

Техническим результатом является исключение образования факельных газов за счет установки выветривателя и деметанизатора (в обоих вариантах), а также деэтанизатора (второй вариант), соединенных с низкотемпературным сепаратором, и расширение ассортимента продуктов за счет дополнительного получения СПГ, этан-бутановой фракции или пропан-бутановой фракции.

Технический результат в первом варианте достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей входной сепаратор, первый и второй рекуперационные теплообменники, дефлегматор, соединенный линией газа дефлегмации, оборудованной редуцирующем устройством, с низкотемпературным сепаратором, оснащенным линиями вывода газа и конденсата, а также редуцирующие устройства и блок стабилизации, особенность заключается в том, что на линии газа дефлегмации между редуцирующем устройством и низкотемпературным сепаратором расположена теплообменная секция дефлегматора, линия вывода газа низкотемпературной сепарации непосредственно соединена с первым рекуперационным теплообменником, на линии подачи смеси конденсатов после редуцирующего устройства установлен выветриватель, соединенный линией подачи газа выветривания с низкотемпературным сепаратором, а в качестве блока стабилизации после второго рекуперационного теплообменника установлен деметанизатор, соединенный с низкотемпературным сепаратором линией подачи метансодержащего газа, а линией подачи широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) - с дебутанизатором, оснащенным линиями вывода этан-бутановой фракции и стабильного газового конденсата, а перед дефлегматором в качестве редуцирующего устройства установлен первый детандер, кроме того, на линии подачи газа входной сепарации расположено ответвление, на котором расположены первый компрессор, блоки осушки и очистки, первый и второй холодильники, третий рекуперационный теплообменник, второй детандер и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией подачи газа сепарации в линию вывода подготовленного газа, на которой расположены третий рекуперационный теплообменник и второй компрессор, при этом компрессоры соединены с детандерами посредством кинематической и/или электрической связи.

Второй вариант отличается тем, что между деметанизатором и дебутанизатором на линии подачи ШФЛУ установлен деэтанизатор, соединенный с низкотемпературным сепаратором линией подачи этансодержащего газа с компрессором, а дебутанизатор оснащен линиями вывода пропан-бутановой фракции и стабильного газового конденсата.

Технический результат в первом варианте достигается также тем, что в предлагаемом способе, включающем разделение сырого газа во входном сепараторе на конденсат и газ, который охлаждают, редуцируют и подвергают дефлегмации с получением конденсата и газа, который редуцируют и разделяют в низкотемпературном сепараторе на конденсат и газ, выводимый в качестве товарного после нагрева сырым газом, при этом смесь конденсатов редуцируют, нагревают сырым газом или газом входной сепарации и стабилизируют с получением стабильного конденсата, особенность заключается в том, что дефлегмацию осуществляют за счет охлаждения редуцированным газом дефлегмации, который затем разделяют в низкотемпературном сепараторе вместе с газом выветривания и метансодержащим газом, смесь конденсатов перед нагревом подвергают выветриванию с получением газа выветривания, а нагретый остаток выветривания подвергают деметанизации с получением метансодержащего газа и ШФЛУ, которую подвергают фракционированию с получением этан-бутановой фракции и стабильного конденсата, при этом редуцирование газа входной сепарации перед дефлегматором осуществляют с помощью первого детандера, кроме того, часть газа входной сепарации сжимают, охлаждают внешним хладоагентом, частью газа низкотемпературной сепарации или частью остатка выветривания, а также газом сепарации, редуцируют с помощью второго детандера и сепарируют с получением СПГ и газа сепарации, который нагревают частью газа входной сепарации, сжимают и смешивают с подготовленным газом, при этом сжатие газов осуществляется за счет энергии, передаваемой от детандеров посредством кинематической и/или электрической связи.

Второй вариант отличается тем, что ШФЛУ сначала подвергают деэтанизации с получением этансодержащего газа, а затем направляют на фракционирование с получением пропан-бутановой фракции и стабильного конденсата, а газ дефлегмации разделяют в низкотемпературном сепараторе вместе с газом выветривания, метансодержащим и сжатым этансодержащим газами.

При необходимости по меньшей мере часть ШФЛУ может быть выведена в качестве продукта. В качестве внешнего хладоагента в первом холодильнике может быть использован, например, атмосферный воздух или вода. По меньшей мере часть метансодержащего газа может подаваться непосредственно в линию вывода подготовленного газа, минуя низкотемпературный сепаратор.

Деметанизатор и дебутанизатор могут быть выполнены в виде ректификационных колонн. Блоки осушки и очистки могут быть изготовлены в виде адсорбционных установок. Редуцирующие устройства, кроме устройства, установленного на линии газа входной сепарации перед дефлегматором, могут быть выполнены в виде дроссельного вентиля, газодинамического устройства или детандера. Кинематическое соединение между компрессором и детандером осуществляют, например, путем их размещения на одном валу, и электрическое соединение - путем оборудования детандеров электрогенераторами, питающими электроприводы компрессоров. В качестве остальных элементов установки могут быть расположены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Установка выветривателя, деметанизатора и деэтанизатора (во втором варианте), соединенных с низкотемпературным сепаратором, позволяет возвратить в технологический цикл легкие углеводороды и получить жидкие продукты, содержащие тяжелые углеводороды, что исключает образование факельных газов. Расширение ассортимента продуктов достигается за счет дополнительного получения СПГ, этан-бутановой или пропан-бутановой фракций..

Установка в обоих вариантах включает входной сепаратор 1, дефлегматор 2, низкотемпературный сепаратор 3, выветриватель 4, деметанизатор 5, дебутанизатор 6, рекуперационные теплообменники 7-9 (вариант расположения теплообменника 8 показан пунктиром), холодильники 10 и 11, сепаратор 12, блоки осушки 13 и очистки 14, детандеры 15 и 16, компрессоры 17 и 18, редуцирующие устройства 19 и 20. Установка во втором варианте дополнительно содержит деэтанизатор 21.

При работе установки (фиг. 1) сырой газ, подаваемый по линии 22, охлаждают в теплообменнике 8, разделяют в сепараторе 1 на конденсат, выводимый по линии 23, и газ, который по линии 24, после охлаждения в теплообменнике 7, редуцирования с помощью детандера 15, подвергают дефлегмации в дефлегматоре 2 за счет охлаждения редуцированным с помощью устройства 19 газом дефлегмации, подаваемым по линии 25 из верха дефлегматора 2 в его теплообменную секцию, и далее - в сепаратор 3, из которого по линии 26 выводят конденсат, а по линии 27, после нагрева в теплообменнике 7, выводят подготовленный газ. Из низа дефлегматора 2 по линии 28 выводят конденсат, который смешивают с конденсатами, подаваемыми по линиям 23 и 26, полученную смесь редуцируют с помощью устройства 20 и разделяют в выветривателе 4 на газ, подаваемый по линии 29 в сепаратор 3, и остаток, который по линии 30, после нагрева в теплообменнике 8, расположенном в одном из двух положений, подают в деметанизатор 5, где разделяют на метансодержащий газ, подаваемый в сепаратор 3 по линии 31, и ШФЛУ, которую по линии 32 направляют в дебутанизатор 6 для разделения на этан-бутановую фракцию, выводимую по линии 33 и стабильный газовый конденсат, выводимый по линии 34. Часть газа входной сепарации отводят по линии 35, сжимают компрессором 17 за счет энергии, передаваемой от детандеров 15 и 16, охлаждают в холодильнике 10, осушают в блоке 13, охлаждают частью газа низкотемпературной сепарации или остатка выветривания в холодильнике 11 и очищают от углекислого газа и тяжелых примесей в блоке 14, доохлаждают в теплообменнике 9, редуцируют с помощью детандера 16 и разделяют в сепараторе 12 на СПГ, выводимый по линии 36 и газ сепарации, который выводят по линии 37, нагревают в теплообменнике 9, сжимают компрессором 18 и подают в линию 27. По меньшей мере часть метансодержащего газа может подаваться из линии 31 непосредственно в линию 27 (показано пунктиром). Связь компрессоров и детандеров показана штрих-пунктиром. Линии подачи ингибитора гидратообразования (метанола) и вывода отработанного водометанольного раствора условно не показаны.

При работе установке по второму варианту (фиг. 2) ШФЛУ по линии 32 направляют в деэтанизатор, где выделяют этансодержащий газ, который сжимают (компрессор условно не показан) и по линии 38 направляют в сепаратор 3, а полученный остаток по линии 39 подают в дебутанизатор 6 для разделения на пропан-бутановую фракцию, выводимую по линии 40 и стабильный газовый конденсат, выводимый по линии 34.

Работоспособность установки подтверждается примером: 190,5 тыс. нм³/час сырого газа состава (% об.): азот 0,35, углекислый газ 0,40, метан 89,95, этан 5,38, пропан 1,8, бутаны 0,89, пентаны 0,30, углеводороды С₆₊ - остальное, при 0°C и 10 МПа разделяют во входном сепараторе на конденсат и газ, 167,8 тыс. нм³/час которого охлаждают газом низкотемпературной сепарации и остатком выветривания до -47°C, редуцируют в детандере и подвергают дефлегмации за счет охлаждения редуцированным до 4,5 МПа газом дефлегмации, который затем при -73,0°C совместно с газами выветривания и метансодержащим газом разделяют в низкотемпературном сепараторе на конденсат и 162,3 тыс. нм³/час газа, который нагревают сырым газом до -5°C и выводят в качестве подготовленного газа. Углеводородную часть конденсатов смешивают, редуцируют до 4,5 МПа и разделяют в выветривателе на 22,6 тыс. нм³/час газа, возвращаемого в низкотемпературный сепаратор, и 57,6 т/час остатка, который нагревают сырым газом и частью газа входной сепарации до -6,6°C и разделяют в деметанизаторе на 43,4 тыс. нм³/час метансодержащего газа, возвращаемого в низкотемпературный сепаратор, и 24,1 т/час ШФЛ и, которую разделяют на 12,8 т/час этан-бутановой фракции и 11,2 т/час стабильного газового конденсата. 18,6 тыс. нм³/час газа входной сепарации сжимают до 21,2 МПа, осушают, очищают и охлаждают внешним хладоагентом, остатком выветривания и газом сепарации до -77,7°C, редуцируют в детандере до 0,8 МПа и сепарируют с получением 10,8 т/час СПГ марки "Б" и 5,8 тыс. нм³/час газа сепарации, который после нагрева и сжатия подают в линию подготовленного газа.

При работе установки по второму варианту получено 10,8 т/час СПГ, 9,4 т/час пропан-бутановой фракции и 11,3 т/час стабильного газового конденсата. В условиях прототипа получено 10,3 т/час стабильного газового конденсата и 6,6 т/час факельных газов.

Таким образом, предлагаемая установка, работающая по предлагаемому способу, позволяет расширить ассортимент продуктов, исключает образование факельных газов и может найти применение в газовой промышленности.

1. Установка низкотемпературной дефлегмации с сепарацией НТДС для подготовки природного газа с получением сжиженного природного газа (СПГ), включающая входной сепаратор, первый и второй рекуперационные теплообменники, дефлегматор, соединенный линией газа дефлегмации, оборудованной редуцирующим устройством, с низкотемпературным сепаратором, оснащенным линией вывода газа, а также редуцирующие устройства и блок стабилизации конденсата, отличающаяся тем, что на линии газа дефлегмации между редуцирующим устройством и низкотемпературным сепаратором расположена теплообменная секция дефлегматора, линия вывода газа низкотемпературной сепарации непосредственно соединена с первым рекуперационным теплообменником, на линии подачи смеси конденсатов после редуцирующего устройства установлен выветриватель, соединенный линией подачи газа выветривания с низкотемпературным сепаратором, а в качестве блока стабилизации после второго рекуперационного теплообменника установлен деметанизатор, соединенный с низкотемпературным сепаратором линией подачи метансодержащего газа, а линией подачи ШФЛУ - с дебутанизатором, оснащенным линиями вывода этан-бутановой фракции и стабильного газового конденсата, а перед дефлегматором в качестве редуцирующего устройства установлен первый детандер, кроме того, на линии подачи газа входной сепарации расположено ответвление, на котором расположены первый компрессор, блоки осушки и очистки, первый и второй холодильники, третий рекуперационный теплообменник, второй детандер и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией подачи газа сепарации в линию вывода подготовленного газа, на которой расположены третий рекуперационный теплообменник и второй компрессор, при этом компрессоры соединены с детандерами посредством кинематической и/или электрической связи.

2. Способ работы установки по п. 1, включающий разделение сырого газа во входном сепараторе на конденсат и газ, который охлаждают, редуцируют и подвергают дефлегмации с получением конденсата и газа, который редуцируют и разделяют в низкотемпературном сепараторе на конденсат и газ, выводимый в качестве товарного после нагрева сырым газом, при этом смесь конденсатов редуцируют, нагревают сырым газом или газом входной сепарации и стабилизируют с получением стабильного конденсата, отличающийся тем, что дефлегмацию осуществляют за счет охлаждения редуцированным газом дефлегмации, который затем разделяют в низкотемпературном сепараторе вместе с газом выветривания и метансодержащим газом, смесь конденсатов перед нагревом подвергают выветриванию с получением газа выветривания, а нагретый остаток выветривания подвергают деметанизации с получением метансодержащего газа и ШФЛУ, которую подвергают фракционированию с получением этан-бутановой фракции и стабильного конденсата, при этом редуцирование газа входной сепарации перед дефлегмацией осуществляют с помощью первого детандера, кроме того, часть газа входной сепарации сжимают, охлаждают внешним хладагентом, осушают, охлаждают частью газа низкотемпературной сепарации или частью остатка выветривания, очищают, охлаждают газом сепарации, редуцируют с помощью второго детандера и сепарируют с получением СПГ и газа сепарации, который нагревают частью газа входной сепарации, сжимают и смешивают с подготовленным газом, при этом сжатие газов осуществляется за счет энергии, передаваемой от детандеров посредством кинематического и/или электрического соединения.

3. Установка низкотемпературной дефлегмации с сепарацией НТДС для подготовки природного газа с получением сжиженного природного газа (СПГ), включающая входной сепаратор, первый и второй рекуперационные теплообменники, дефлегматор, соединенный линией газа дефлегмации, оборудованной редуцирующим устройством, с низкотемпературным сепаратором, оснащенным линией вывода газа, а также редуцирующие устройства и блок стабилизации конденсата, отличающаяся тем, что на линии газа дефлегмации между редуцирующим устройством и низкотемпературным сепаратором расположена теплообменная секция дефлегматора, линия вывода газа низкотемпературной сепарации непосредственно соединена с первым рекуперационным теплообменником, на линии подачи смеси конденсатов после редуцирующего устройства установлен выветриватель, соединенный линией подачи газа выветривания с низкотемпературным сепаратором, а в качестве блока стабилизации после второго рекуперационного теплообменника установлен деметанизатор, оснащенный линией подачи метансодержащего газа в низкотемпературный сепаратор и линией подачи ШФЛУ, на которой расположен деэтанизатор, соединенный с низкотемпературным сепаратором линией подачи этансодержащего газа компрессором, а линией подачи остатка ШФЛУ - с дебутанизатором, оснащенным линиями вывода пропан-бутановой фракции и стабильного газового конденсата, а перед дефлегматором в качестве редуцирующего устройства установлен первый детандер, кроме того, на линии подачи газа входной сепарации расположено ответвление, на котором расположены первый компрессор, блоки осушки и очистки, первый и второй холодильники, третий рекуперационный теплообменник, второй детандер и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией подачи газа сепарации в линию вывода подготовленного газа, на которой расположены третий рекуперационный теплообменник и второй компрессор, при этом компрессоры соединены с детандерами посредством кинематической и/или электрической связи.

4. Способ работы установки по п. 3, включающий разделение сырого газа во входном сепараторе на конденсат и газ, который охлаждают газом низкотемпературной сепарации и, возможно, редуцированной смесью конденсатов, редуцируют и подвергают дефлегмации с получением конденсата и газа, который редуцируют и разделяют в низкотемпературном сепараторе на конденсат и газ, выводимый в качестве товарного после нагрева сырым газом, при этом смесь конденсатов редуцируют, нагревают сырым газом или газом входной сепарации и стабилизируют с получением стабильного конденсата, отличающийся тем, что дефлегмацию осуществляют за счет охлаждения редуцированным газом дефлегмации, который затем разделяют в низкотемпературном сепараторе вместе с газом выветривания, метансодержащим и сжатым этансодержащим газами, смесь конденсатов перед нагревом подвергают выветриванию с получением газа выветривания, а нагретый остаток выветривания подвергают деметанизации с получением метансодержащего газа и ШФЛУ, которую сначала подвергают деэтанизации с получением этансодержащего газа, а остаток затем направляют на фракционирование с получением пропан-бутановой фракции и стабильного конденсата, при этом редуцирование газа входной сепарации перед дефлегмацией осуществляют с помощью первого детандера, кроме того, часть газа входной сепарации сжимают, охлаждают внешним хладагентом, осушают, охлаждают частью газа низкотемпературной сепарации или частью остатка выветривания, очищают, охлаждают газом сепарации, редуцируют с помощью второго детандера и сепарируют с получением СПГ и газа сепарации, который нагревают частью газа входной сепарации, сжимают и смешивают с подготовленным газом, при этом сжатие газов осуществляется за счет энергии, передаваемой от детандеров посредством кинематического и/или электрического соединения.