Комплекс по переработке природного углеводородного газа в товарную продукцию
Изобретение относится к разработке и проектированию объектов газовой промышленности в условиях ее интенсивного развития. Комплекс по переработке магистрального природного газа в товарную продукцию, состоящий из газоперерабатывающего блока А, вырабатывающего метановую, этановую, пропановую, бутановую и пентан-гексановую фракции; блока сжижения природного газа Б, подготовленного на газоперерабатывающем блоке А; газохимического блока В, вырабатывающего полимерную продукцию из этановой и/или пропановой фракции и/или прочего углеводородного сырья, выделенных на газоперерабатывающем блоке А; логистического блока Г, включающего резервуарный парк хранения товарной продукции вышеуказанных блоков; общезаводского хозяйства Д, обеспечивающего энергоресурсами и необходимыми реагентами все вышеуказанные блоки комплекса; предусматривает энергетические и технологические взаимосвязи между звеньями общезаводского хозяйства Д и звеньями остальных блоков комплекса А, Б, В, Г с возможностью как вариативного исполнения звеньев этих блоков, так и дополнения их новыми звеньями. Изобретение позволяет решить задачу разработки высокоэффективного комплекса газоперерабатывающего и газохимического заводов, обеспечивающего в ходе переработки природного углеводородного газа в товарную продукцию полезное использование практически всех компонентов природного углеводородного газа, что позволяет повысить энергоэффективность отдельных установок и комплекса в целом за счет перераспределения энергетических и технологических взаимосвязей. 22 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к разработке и проектированию объектов газовой промышленности в условиях ее интенсивного развития.
Главная особенность газоперерабатывающих и газохимических заводов – большое число производственных блоков, каждый из которых состоит из ряда звеньев, включающих несколько установок различного технологического назначения, для формирования промежуточных потоков и выработки широкого ассортимента товарной продукции определенного качества. Проектирование таких крупных объектов, обеспечивающих наряду с производством товарного топливного газа и сжиженных углеводородных газов выработку продуктов газохимии, осложняется отсутствием приоритета в максимально рациональном использовании товарного потенциала газового сырья и энергетического потенциала промежуточных потоков.
Известна установка подготовки сернистых природного и попутного нефтяного газов низкого давления, содержащая входной сепаратор, трехступенчатый компрессор, блок адсорбционной осушки и очистки газа и конденсата, блок аминовой очистки, блок низкотемпературной конденсации и деэтанизации конденсата, дожимной компрессор, линию подачи на установку газа, линии вывода с установки подготовленного газа, этановой фракции и широкой фракции легких углеводородов, межблочные линии подачи газа и конденсата, при этом блок аминовой очистки установлен между первой и второй ступенью компрессора и соединен с блоком производства серы, оснащенным линиями вывода серы и отходящего газа, блок адсорбционной осушки и очистки газа и конденсата оснащен линией вывода газа регенерации, которая соединена трубопроводом подачи части сероводород- и меркаптансодержащего газа регенерации с линией подачи газа на установку аминовой очистки; при этом линия подачи газа в дожимной компрессор соединена с блоком адсорбционной осушки и очистки газа и конденсата, а линия вывода углеводородного конденсата с первой ступени сжатия соединена с линией вывода конденсата и с блоком осушки и очистки газа и конденсата (патент на полезную модель RU 144851 U1, МПК B01D 53/00, заявлен 16.12.2013 г., опубликован 10.09.2014 г.). Недостатками полезной модели являются:
- ограниченный ассортимент конечных продуктов в виде товарного сухого отбензиненного газа, этановой фракции, широкой фракции легких углеводородов и серы, что не исчерпывает весь потенциал продукции переработки природного углеводородного газа;
- потеря внутренних энергетических ресурсов отдельных установок, например, тепла дымовых газов от производства серы, которое может быть использовано для выработки водяного пара.
Известен также газохимический комплекс, в котором на газоперерабатывающем заводе природный углеводородный газ с содержанием этана более 3-4% об. последовательно подвергают очистке от ртути и метанола, кислых примесей в виде H2S и СО2, осушке и низкотемпературному фракционированию: метан после компримирования направляют в виде товарного топливного газа потребителям и/или на завод по сжижению природного газа, этан используют в качестве сырья установки пиролиза этана газохимического завода с получением этилена, подвергаемого полимеризации для получения полиэтилена, и метан-водородной фракции, разделяемой на метан и водород, а широкую фракцию легких углеводородов после предварительной очистки разделяют на пропан, используемый в качестве сырья установки дегидрирования пропана газохимического завода с получением пропилена, подвергаемого полимеризации для получения полипропилена, и метан-водородной фракции, разделяемой на метан и водород, товарные бутан и углеводороды С5 и выше в виде конденсата, выделенный СО2 подают на установку синтеза карбамида завода по производству метанола и минеральных удобрений, часть выделенного водорода направляют на установку синтеза аммиака завода по производству метанола и минеральных удобрений с подачей полученного аммиака на установку синтеза карбамида, а другую часть – на установки получения полиэтилена и полипропилена после предварительной подготовки, выделенный метан объединяют с метаном газоперерабатывающего завода и после компримирования направляют в виде товарного топливного газа потребителям (патент на изобретение RU 2648077 С9, МПК B01D 53/00, заявлен 29.08.2017 г., опубликован 22.03.2018 г.). Главный недостаток изобретения – объединение газоперерабатывающего и газохимического заводов только газотранспортной сетью, что не позволяет повысить энергоэффективность отдельных заводов и комплекса в целом.
Наиболее близок к заявляемому изобретению производственный кластер для добычи и переработки газового конденсата шельфового месторождения, объединяющий прямыми и обратными связями, в частности – в виде трубопроводов, подводный добычный комплекс на шельфовом месторождении газового конденсата и газоперерабатывающий комплекс на прибрежной части материковой платформы, включающий связанные между собой трубопроводами блок приема газоконденсатной смеси, блок низкотемпературной сепарации комплексного газового сырья, блок стабилизации и разделения нестабильного конденсата, блок компрессорных станций, при этом вырабатываемый на блоке низкотемпературной сепарации комплексного газового сырья товарный газ смешивают с компримированными газами стабилизации блока стабилизации и разделения нестабильного конденсата и используют в качестве бытового и промышленного топливного газа или в качестве исходного сырья для входящего в газоперерабатывающий комплекс завода по получению экспортируемого сжиженного природного газа и/или газохимического завода, сочетающего отделение от метана более тяжелых алкановых углеводородов с получением высококалорийного топливного газа и процессы газохимии с получением из более тяжелых алкановых углеводородов алкеновых углеводородов (патент на изобретение RU 2635799 С9, МПК E21B 43/16, E21B 43/40, заявлен 29.12.2016 г., опубликован 16.11.2017 г.). Главным недостатком изобретения является объединение газоперерабатывающего комплекса и газохимического завода только газотранспортной сетью подачи исходного сырья, что не позволяет повысить энергоэффективность отдельных заводов и кластера в целом.
При создании изобретения была поставлена задача разработки высокоэффективного комплекса газоперерабатывающего и газохимического заводов, обеспечивающего в ходе переработки природного углеводородного газа в товарную продукцию полезное использование практически всех компонентов как исходного природного углеводородного газа, так и образующихся в ходе превращений, что позволяет повысить энергеоэффективность отдельных установок и комплекса в целом за счет перераспределения энергетических и технологических взаимосвязей, сокращая подачу ресурсов со стороны.
Поставленная задача решается за счет того, что комплекс по переработке природного углеводородного газа в товарную продукцию состоит из следующих блоков:
- газоперерабатывающего блока А, который включает следующие звенья:
А1 – звено коммерческого учета природного углеводородного газа;
А2 – звено очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа;
А3 – звено низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа;
А4 – звено компримирования метановой фракции;
А5 – звено очистки и фракционирования широкой фракции легких углеводородов (далее ШФЛУ);
и вырабатывает метановую, этановую, пропановую, бутановую и пентан-гексановую фракции;
- блока сжижения метановой фракции Б, который включает следующие звенья:
Б1 – звено сжижения метановой фракции;
Б2 – звено подпитки хладагента;
Б3 – звено утилизации отпарных газов;
- газохимического блока В, который включает следующие звенья:
В1 – звено пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья;
В2 – звено получения линейных альфа-олефинов;
В3 – звено получения полиэтилена (далее ПЭ);
В4 – звено короткоцикловой адсорбции;
и вырабатывает полимерную продукцию из этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья, выделенного на газоперерабатывающем блоке А;
- логистического блока Г, который включает следующие звенья:
Г1 – звено хранения товарного сжиженного природного газа (далее СПГ);
Г2 – звено хранения сжиженных углеводородных газов (далее СУГ);
Г3 – звено хранения пентан-гексановой фракции;
Г4 – звено хранения этилена;
- общезаводского хозяйства Д, которое включает следующие звенья:
Д1 – звено выработки азота низкого и/или высокого качества;
Д2 – звено подготовки воздуха контрольно-измерительных приборов и аппаратуры (далее КИПиА) и технического воздуха;
Д3 – звено подготовки топливного газа низкого и/или высокого давления;
Д4 – звено генерации электроэнергии;
Д5 – звено выработки водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления;
Д6 – звено сбора парового конденсата;
Д7 – звено подготовки деминерализованной и/или технической воды;
Д8 – звено подготовки оборотной воды;
Д9 – звено утилизации факельных сбросов;
Д10 – звено сбора и очистки технологических стоков;
и обеспечивает энергоресурсами и необходимыми реагентами все вышеуказанные блоки комплекса;
с возможностью как вариативного исполнения звеньев этих блоков, так и дополнения новыми звеньями, при этом предусмотрены энергетические и технологические взаимосвязи между звеньями общезаводского хозяйства Д и звеньями блоков А-Г, в частности выбирают одну или несколько из следующих энергетических взаимосвязей:
- подачу водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления, вырабатываемого за счет рекуперации тепла дымовых газов на газовых турбинах звена компримирования метановой фракции А4 и/или звена сжижения метановой фракции Б1, в звено Д4 на приводы генерации электроэнергии и/или в звено выработки водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления Д5 для доведения параметров пара до оптимальных значений согласно требованиям потребителей;
- подачу топливного газа из звена подготовки топливного газа низкого и/или высокого давления Д3 в звено очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 для сжигания на инсинераторе метанола и/или извлекаемых кислых газов;
- подачу водяного пара с соответствующими параметрами из звена выработки водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления Д5 в звено очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 и/или в звено низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа А3 и/или в звено очистки и фракционирования ШФЛУ А5, причем для исключения кристаллизации воды в звене А3 производится передача тепла водяного пара в контур масла-теплоносителя и последующий теплообмен между низкотемпературной средой и низкотемпературным маслом-теплоносителем;
- подачу водяного пара с соответствующими параметрами из звена выработки водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления Д5 в звено пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 и/или звено получения линейных альфа-олефинов В2 и/или звено получения ПЭ В3;
- подачу конденсата водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления от потребителей водяного пара в звено сбора парового конденсата Д6 из всех остальных звеньев блоков А-Д;
- подачу топливного газа высокого давления из звена подготовки топливного газа Д3 в звено компримирования метановой фракции А4 и/или в звено сжижения метановой фракции Б1 для снабжения топливом газотурбинных установок и/или в звено генерации электроэнергии Д4;
- подачу в звено подготовки топливного газа низкого и/или высокого давления Д3 метановой фракции из звена низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа А3 и/или звена компримирования метановой фракции А4 и/или из звена КЦА В4 и/или отпарного газа из резервуара хранения СПГ звена хранения товарного СПГ Г1 и/или отпарного газа из звена хранения СУГ Г2 и/или отпарного газа из звена хранения этилена Г4 и/или отпарного газа из промежуточного резервуара хранения СПГ звена утилизации отпарных газов Б3 и/или метановодородной фракции из звена пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1;
- подачу пиробензина и/или пиролизного масла и/или смесевых потоков тяжелых углеводородов из звена пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 и/или звена получения линейных альфа-олефинов В2 в качестве топлива в звено генерации электроэнергии Д4 и/или звено выработки водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления Д5;
- обеспечение блоков А-Д электроэнергией требуемых параметров с надежным электроснабжением с помощью звена генерации электроэнергии Д4 и/или источника со стороны;
а также выбирают одну или несколько из следующих технологических взаимосвязей:
- подачу азота соответствующего качества, производимого в звене выработки азота низкого и/или высокого качества Д1, в остальные звенья блоков А-Д для проведения пусконаладочных, ремонтных операций и/или на технологические нужды;
- подачу воздуха КИПиА и технического воздуха, подготовленных в звене подготовки воздуха КИПиА и технического воздуха Д2, в остальные звенья блоков А-Д;
- подачу деминерализованной воды из звена подготовки деминерализованной и/или технической воды Д7 в звено очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 и/или звено пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 и/или звено получения ПЭ В3;
- подачу оборотной воды из звена подготовки оборотной воды Д8 на нужды остальных звеньев блоков А-Д;
- подачу пусковых, периодических и аварийных сбросов в звено утилизации факельных сбросов Д9 из всех остальных звеньев блоков А-Д;
- подачу технологического конденсата из звена коммерческого учета природного углеводородного газа А1 и/или звена очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 и/или звена пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 в звено сбора и очистки технологических стоков Д10.
Предложенная система обеспечивает вариативность энергосберегающих решений. Например, за счет рекуперации тепла дымовых газов на газовых турбинах звена компримирования метановой фракции А4 и/или звена сжижения метановой фракции Б1 можно вырабатывать водяной пар с подачей в звено генерации электроэнергии Д4 на приводы генерации электроэнергии, то есть передавать избыточную энергию из блоков А и Б в блок Д. Одновременно можно направить водяной пар низкого и/или среднего и/или высокого давления, выработанный в блоках А и Б, в звено выработки водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления Д5 для доведения параметров пара до оптимальных значений. Кроме того, есть возможность смешения выработанного в блоках А и Б водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления с выработанным в блоке Д водяным паром низкого и/или среднего и/или высокого давления для подачи в блоки А-Д на нужды соответствующих потребителей. При этом водяной пар может использоваться в качестве непосредственного теплоносителя (подача тепла в кипятильник низа ректификационной колонны), косвенного теплоносителя (подача тепла для нагрева масла-теплоносителя), технологического агента (ввод в пиролизную печь для снижения парциального давления) – во всех случаях перераспределение энергетических взаимосвязей обеспечивает экономию топлива.
Централизованное снабжение всех звеньев блоков А-Д воздухом, азотом, деминерализованной и оборотной водой снижает затраты на формирование вспомогательных потоков за счет создания высокопроизводительных звеньев блока Д с меньшими удельными капитальными затратами и с меньшей численностью обслуживающего персонала по сравнению с раздельным созданием звеньев вспомогательного назначения на каждом из этих блоков.
Полезен вариант энергетической взаимосвязи элементов комплекса, когда в звене очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 применяют адсорбционный способ осушки, при этом для нагрева газа регенерации адсорбента осушки используют печь и подают топливный газ из звена подготовки топливного газа низкого и/или высокого давления Д3. Возможен также альтернативный вариант, когда для нагрева газа регенерации адсорбента осушки используют паровой подогреватель и подают водяной пар из звена выработки водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления Д5. Отработанный газ регенерации адсорбента осушки звена очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 можно направить в звено подготовки топливного газа низкого и/или высокого давления Д3, поскольку газ регенерации (в основном, метан) не стационарен по составу примесей, его можно эффективно утилизировать в качестве составляющей топливного газа.
Наиболее эффективно в звене очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 применять абсорбционный способ очистки от нежелательных примесей, например, кислых газов, с использованием раствора активированного амина, например, метилдиэтаноламина, при этом из звена выработки азота низкого и/или высокого качества Д1 подают азот высокого качества для создания инертной подушки в резервуаре хранения раствора амина с целью предотвращения его деградации.
Целесообразно при наличии в исходном природном газе значительной концентрации сероводорода дополнительно предусмотреть в звене очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 производство элементарной серы из кислых газов методом Клауса, при этом вырабатываемый на котлах водяной пар можно подавать в звено выработки водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления Д5, что снизит загрязнение окружающей среды выбросами сероводорода и расширит ассортимент вырабатываемой продукции при дополнительном получении водяного пара.
При наличии в исходном природном газе примесей азота целесообразно извлекать его в звене низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа А3 и направлять в звено выработки азота низкого и/или высокого качества Д1.
В звене очистки и фракционирования ШФЛУ А5 можно применить адсорбционный метод очистки ШФЛУ и/или СУГ от нежелательных примесей и проводить регенерацию адсорбента азотом низкого и/или высокого качества, подаваемым из звена выработки азота низкого и/или высокого качества Д1, или метановой фракцией, вырабатываемой в звене низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа А3. При регенерации адсорбентов метановой фракцией отработанный газ регенерации адсорбента очистки ШФЛУ и/или СУГ направляют в звено подготовки топливного газа низкого и/или высокого давления Д3.
Для расширения вариативности работы комплекса можно подавать пропановую фракцию из звена очистки и фракционирования ШФЛУ А5 в звено низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа А3 и/или звено сжижения метановой фракции Б1 и/или звено пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 для подпитки контура пропановой холодильной установки, и/или в звено сжижения метановой фракции Б1 для регулирования калорийности товарного СПГ.
Целесообразно предусмотреть подачу метановой и/или этановой фракции в звено подпитки хладагента Б2 из звена низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа А3 и/или пропановой фракции и/или бутановой фракции из звена очистки и фракционирования ШФЛУ А5 и/или этилена из звена пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 и/или азота высокого качества из звена выработки азота низкого и/или высокого качества Д1 для формирования смешанных хладагентов сжижения.
Рекуперацию тепла дымовых газов на газовых турбинах звена компримирования метановой фракции А4 и/или звена сжижения метановой фракции Б1 можно осуществлять путем нагрева и циркуляции масла-теплоносителя, используемого для энергообеспечения технологических потребителей.
Вариативность работы комплекса также обеспечивается за счет подачи в звено пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 углеводородного сырья раздельно по видам или частично смешанными потоками, поскольку в состав звена входит ряд пиролизных печей, которые могут работать одновременно все или несколько, как на индивидуальном виде сырья, так и на смеси, реализуя оптимальную работу с обеспечением максимального выхода олефиновых углеводородов. С позиций эксплуатации полезно в звене пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 газохимического блока В все виды углеводородного сырья перерабатывать на унифицированных технологических линиях, что упрощает оперативное управление звеном.
Целесообразно в состав газохимического блока В дополнительно ввести звено дегидрирования пропановой фракции и/или изобутановой фракции и звено получения полипропилена и/или изобутиленового каучука, а в составе логистического блока Г предусмотреть звено хранения пропилена и/или изобутилена, соответственно, для расширения ассортимента выпускаемой продукции. Введение этих звеньев приводит к появлению новых энергетических и технологических взаимосвязей, в частности: подачи водяного пара с соответствующими параметрами из звена выработки водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления Д5 в звено дегидрирования пропановой фракции и/или изобутановой фракции и/или в звено получения полипропилена и/или изобутиленового каучука блока В, подачи водородсодержащего газа и/или метановой фракции из звена дегидрирования пропановой фракции и/или изобутановой фракции блока В в звено подготовки топливного газа низкого и/или высокого давления Д3, подачи пиробензина и/или пиролизного масла и/или смесевых потоков тяжелых углеводородов из звена дегидрирования пропановой фракции и/или изобутановой фракции блока В в качестве топлива в звено выработки электроэнергии Д4 и/или звено выработки водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления Д5, подачи деминерализованной и/или технической воды из звена подготовки деминерализованной и/или технической воды Д7 в звено дегидрирования пропановой фракции и/или изобутановой фракции и в звено получения полипропилена и/или изобутиленового каучука блока В.
Полезно также в составе газохимического блока В предусмотреть дополнительно звено синтеза метанола, в составе логистического блока Г – звено хранения метанола, а в составе общезаводского хозяйства Д – звено метанольного хозяйства. Введение дополнительных звеньев приводит к появлению новых энергетических и технологических взаимосвязей, в частности: подачи деминерализованной и/или технической воды из звена подготовки деминерализованной и/или технической воды Д7 в звено синтеза метанола блока В, подачи извлекаемого в звене очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 метанола в звено хранения метанола блока Г и/или звено синтеза метанола для дистилляции и выработки товарного метанола блока В, подачи метанола из звена синтеза метанола блока В в звено хранения метанола блока Г для сбора и подачи метанола с требуемыми параметрами потребителям комплекса, подачи метанола из звена хранения метанола блока Г в звено пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 в систему изотермического реактора гидрирования пирогаза для снятия тепла экзотермической реакции гидрирования ацетилена и/или в звено низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа А3 в технологические потоки во избежание образования кристаллогидратов.
Рассмотрим один из вариантов реализации комплекса по переработке природного углеводородного газа в товарную продукцию. Природный углеводородный газ подают на газоперерабатывающий блок А с последовательным прохождением звена коммерческого учета природного углеводородного газа А1, звена очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2. В звене низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа А3 очищенный и осушенный природный углеводородный газ разделяют: метановую фракцию подают в звено компримирования метановой фракции А4 для дальнейшего направления в виде товарного топливного газа потребителям, этановую фракцию подают в звено пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 газохимического блока В для последующего передела, ШФЛУ подают в звено очистки и фракционирования ШФЛУ А5 с разделением на пропановую фракцию, направляемую в звено пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 газохимического блока В для последующего передела и/или в звено хранения СУГ Г2 логистического блока Г, бутановую фракцию, направляемую в звено хранения СУГ Г2 логистического блока Г, и пентан-гексановую фракцию, направляемую в звено хранения пентан-гексановой фракции Г3 логистического блока Г. Часть товарного топливного газа, направляемого с газоперерабатывающего блока А потребителям, поступает в звено сжижения метановой фракции Б1 блока сжижения метановой фракции Б, смешанный хладагент при этом подают из звена подпитки хладагента Б2. Полученный СПГ из звена сжижения метановой фракции Б1 подают в промежуточный резервуар хранения СПГ звена утилизации отпарных газов Б3, а затем – в звено хранения товарного СПГ Г1 логистического блока Г.
В звене пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 газохимического блока В из этановой фракции получают метановодородную фракцию, отводимую в звено КЦА В4 для извлечения водорода и в звено подготовки топливного газа низкого и/или высокого давления Д3, и этилен, который направляют в звено получения ПЭ В3, в звено хранения этилена Г4 логистического блока Г и в звено получения линейных альфа-олефинов В2. Получаемые посредством олигомеризации этилена линейные альфа-олефины с длинами цепочек С4, С6, С8 подают в звено получения ПЭ В3. После разделения водородсодержащий газ из звена КЦА В4 подают в звено получения ПЭ В3, а метановую фракцию – в звено подготовки топливного газа низкого и/или высокого давления Д3 общезаводского хозяйства Д.
Водяной пар низкого и/или среднего и/или высокого давления, вырабатываемый за счет рекуперации тепла дымовых газов на газовых турбинах звена компримирования метановой фракции А4 газоперерабатывающего блока А и/или звена сжижения метановой фракции Б1 блока сжижения метановой фракции Б, подают в звено генерации электроэнергии Д4 и/или в звено выработки водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления Д5 общезаводского хозяйства Д. Вырабатываемый водяной пар направляют в звено очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 и/или в звено низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа А3 и/или в звено очистки и фракционирования ШФЛУ А5 газоперерабатывающего блока А и/или в звено пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 и/или в звено получения линейных альфа-олефинов В2. Конденсат водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления от указанных потребителей отводят в звено сбора парового конденсата Д6 общезаводского хозяйства Д.
В звено подготовки топливного газа низкого и/или высокого давления Д3 общезаводского хозяйства Д подают метановую фракцию из звена низкотемпературного фракционирования природного газа А3 и/или из звена компримирования метановой фракции А4 газоперерабатывающего блока А и/или из звена КЦА В4 газохимического блока В, метановодородную фракцию из звена пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 газохимического блока В и/или отпарной газ из звена хранения товарного СПГ Г1 и/или звена хранения СУГ Г2 и/или из звена хранения этилена Г4 логистического блока Г и/или из звена утилизации отпарных газов Б3 блока сжижения метановой фракции Б.
Топливный газ из звена подготовки топливного газа низкого и/или высокого давления Д3 общезаводского хозяйства Д подают на нужды газовых турбин в звено компримирования метановой фракции А4 газоперерабатывающего блока А и/или в звено сжижения метановой фракции Б1 блока сжижения метановой фракции Б и/или в звено очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 газоперерабатывающего блока А для сжигания на инсинераторе метанола и/или извлекаемых кислых газов.
Отработанный газ регенерации адсорбента осушки звена очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 и звена очистки и фракционирования ШФЛУ А5 газоперерабатывающего блока А подают в звено подготовки топливного газа низкого и/или высокого давления Д3 общезаводского хозяйства Д.
Пиробензин и/или пиролизное масло и/или смесевые потоки тяжелых углеводородов в качестве топлива подают из звена пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 и/или из звена получения линейных альфа-олефинов В2 в звено выработки водяного пара низкого и/или среднего и/или высокого давления Д5 и/или в звено генерации электроэнергии Д4.
Деминерализованную и/или техническую воду подают из звена подготовки деминерализованной и/или технической воды Д7 общезаводского хозяйства Д в звено очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 газоперерабатывающего блока А и/или в звено пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 и/или в звено получения ПЭ В3 газохимического блока В.
Технологический конденсат из звена коммерческого учета природного углеводородного газа А1 и/или звена очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 и/или звена пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 подают в звено сбора и очистки технологических стоков Д10 общезаводского хозяйства Д.
Обеспечение блоков А–Д азотом соответствующего качества для проведения пусконаладочных, ремонтных операций и/или для технологических нужд, например для создания инертной подушки в резервуаре хранения раствора амина в звене очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа А2 газоперерабатывающего блока А, и/или для подпитки хладагента в звене Б2 блока сжижения метановой фракции Б, осуществляется с помощью звена выработки азота низкого и/или высокого качества Д1 общезаводского хозяйства Д.
В звено подпитки хладагента Б2 подают метановую и/или этановую фракцию из звена низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа А3 и/или пропановую фракцию и/или бутановую фракцию из звена очистки и фракционирования ШФЛУ А5 газоперерабатывающего блока А и/или этилен из звена пиролиза этановой фракции и/или пропановой фракции и/или другого углеводородного сырья В1 газохимического блока В и/или азот высокого качества из звена Д1.
Обеспечение блоков А–Д электроэнергией осуществляется с помощью звена генерации электроэнергии Д4 общезаводского хозяйства Д и/или дополнительного источника со стороны. Обеспечение блоков А–Д воздухом КИПиА и техническим воздухом осуществляется с помощью звена подготовки воздуха КИПиА и технического воздуха Д2 общезаводского хозяйства Д. Оборотную воду подают из звена подготовки оборотной воды Д8 общезаводского хозяйства Д на нужды блоков А–Д. Сбросы пусковые, периодические и аварийные из звеньев блоков А–Д подают в звено утилизации факельных сбросов Д9 общезаводского хозяйства Д.
Эффективность заявленного комплекса подтверждает ряд примеров.
Пример 1. Как правило, в качестве привода компрессора циркуляции компонентов хладагента на объектах сжижения метановой фракции используются газовые турбины, коэффициент полезного действия которых колеблется в пределах 25-36 %. Для увеличения энергоэффективности технологических систем, использующих газовые турбины, предусматривают утилизацию тепла отработанных дымовых газов с температурой на выходе из турбины, порядка 450-540 °C.
Рассмотрим работу газотурбинной установки мощностью 32 МВт, дымовые газы которой с температурой 511 °C в количестве 101,7 кг/с поступают в теплообменное устройство генерации водяного пара. При организации охлаждения дымовых газов до температуры 180 °C извлекаемый тепловой поток составит 37,9 МВт, что позволит выработать водяной пар низкого давления в количестве 15,7 кг/с с параметрами 0,5 МПа (изб.) и 159 °C. Данное техническое решение снижает на 0,76 кг/с потребление топливного газа для генерации указанного количества водяного пара, годовая экономия при этом составит 21,880 тыс. т/г (более 30 млн нм3).
В большинстве случаев объекты сжижения метановой фракции не используют весь доступный потенциал отработанных дымовых газов из-за отсутствия соответствующей необходимости и потребителей. Формирование комплекса с единым общезаводским хозяйством позволяет повысить степень использования имеющегося потенциала.
Пример 2. Как правило, газоперерабатывающий и газохимический блоки не входят в состав единого комплекса и принадлежат различным собственникам, в связи с чем предусматриваются отдельные системы общезаводского хозяйства в составе каждого блока. Применение единого общезаводского хозяйства для этих блоков позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты за счет снижения суммарной мощности объектов, входящих в состав общезаводского хозяйства.
В подавляющем большинстве случаев производительность станций по выработке энергоресурсов в составе общезаводского хозяйства определяется аварийным режимом или операциями пуска и останова, когда наблюдается пиковое потребление того или иного энергоресурса. В частности, максимальное потребление азота на газохимическом блоке наблюдается в период пусконаладочных работ для нужд инертизации оборудования и заполнения контура циркуляции пирогаза на установках пиролиза. Пиковое потребление водяного пара на технологические нужды газоперерабатывающего блока также приходится на период пусконаладочных работ под нагрузкой до момента выработки водяного пара на газотурбинных установках звеньев А4 и Б1 за счет рекуперации тепла дымовых газов. В номинальном режиме объекты выработки энергоресурсов работают при значительно меньших производительностях.
Ввиду того, что пуск газоперерабатывающего и газохимического блоков производится в последовательном порядке, наложение пиковых нагрузок по потреблению одинаковых энергоресурсов блоками исключается. Определяющим режимом при выборе мощности объектов общезаводского хозяйства будет единовременное потребление энергоресурсов в номинальном режиме работы первого блока и пиковом режиме потребления другого блока, либо пиковое потребление энергоресурсов для первого блока. При этом максимальное из пиковых значений по потреблению того или иного ресурса рассматриваемых блоков покрывает единовременное потребление энергоресурсов в номинальном режиме. В таблице приведены данные по потребности азота блоками в разные периоды работы.
Согласно данным таблицы применение одной азотной станции производительностью 13500 нм3/ч в составе единого общезаводского хозяйства позволит осуществить последовательно пуск газоперерабатывающего и газохимического блоков и покроет их нужды в азоте при номинальном режиме, заменяя две азотные станции суммарной мощностью 22000 нм3/ч, с экономией до 40 % капитальных затрат.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет решить задачу разработки высокоэффективного комплекса газоперерабатывающего и газохимического заводов, обеспечивающего в ходе переработки природного углеводородного газа в товарную продукцию полезное использование практически всех компонентов как исходного природного углеводородного газа, так и образующихся в ходе превращений, что позволяет повысить энергоэффективность отдельных установок и комплекса в целом за счет перераспределения энергетических и технологических взаимосвязей.
1. Комплекс по переработке природного углеводородного газа в товарную продукцию, состоящий из следующих блоков:
- газоперерабатывающего блока А, который включает следующие звенья:
А1 – звено коммерческого учета природного углеводородного газа;
А2 – звено очистки от нежелательных примесей и осушки природного углеводородного газа;
А3 – звено низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа;
А4 – звено компримирования метановой фракции;
А5 – звено очистки и фракционирования широкой фракции легких углеводородов (далее ШФЛУ);
и вырабатывает метановую, этановую, пропановую, бутановую и пентан-гексановую фракции;
- блока сжижения метановой фракции Б, который включает следующие звенья:
Б1 – звено сжижения метановой фракции;
Б2 – звено подпитки хладагента;
Б3 – звено утилизации отпарных газов;
- газохимического блока В, который включает следующие звенья:
В1 – звено пиролиза этановой фракции, и/или пропановой фракции, и/или другого углеводородного сырья;
В2 – звено получения линейных альфа-олефинов;
В3 – звено получения полиэтилена (далее ПЭ);
В4 – звено короткоцикловой адсорбции;
и вырабатывает полимерную продукцию из этановой фракции, и/или пропановой фракции, и/или другого углеводородного сырья, выделенного на газоперерабатывающем блоке А;
- логистического блока Г, который включает следующие звенья:
Г1 – звено хранения товарного сжиженного природного газа (далее СПГ);
Г2 – звено хранения сжиженных углеводородных газов (далее СУГ);
Г3 – звено хранения пентан-гексановой фракции;
Г4 – звено хранения этилена;
- общезаводского хозяйства Д, которое включает следующие звенья:
Д1 – звено выработки азота низкого и/или высокого качества;
Д2 – звено подготовки воздуха контрольно-измерительных приборов и аппаратуры (далее КИПиА) и технического воздуха;
Д3 – звено подготовки топливного газа низкого и/или высокого давления;
Д4 – звено генерации электроэнергии;
Д5 – звено выработки водяного пара низкого, и/или среднего, и/или высокого давления;
Д6 – звено сбора парового конденсата;
Д7 – звено подготовки деминерализованной и/или технической воды;
Д8 – звено подготовки оборотной воды;
Д9 – звено утилизации факельных сбросов;
Д10 – звено сбора и очистки технологических стоков;
и обеспечивает энергоресурсами и необходимыми реагентами все вышеуказанные блоки комплекса;
с возможностью как вариативного исполнения звеньев этих блоков, так и дополнения новыми звеньями, отличающийся тем, что предусматривает энергетические и технологические взаимосвязи между звеньями общезаводского хозяйства Д и звеньями блоков А-Г, при этом выбирают одну или несколько из следующих энергетических взаимосвязей:
- подачу водяного пара низкого, и/или среднего, и/или высокого давления, вырабатываемого за счет рекуперации тепла дымовых газов на газовых турбинах звена А4 и/или звена Б1, в звено Д4 на приводы генерации электроэнергии и/или в звено Д5;
- подачу топливного газа из звена Д3 в звено А2 для сжигания на инсинераторе метанола и/или извлекаемых кислых газов;
- подачу водяного пара из звена Д5 в звено А2, и/или звено А3, и/или звено А5;
- подачу водяного пара из звена Д5 в звено В1, и/или звено В2, и/или звено В3;
- подачу конденсата водяного пара низкого, и/или среднего, и/или высокого давления в звено Д6 из всех остальных звеньев блоков А-Д;
- подачу топливного газа высокого давления из звена Д3 в звено А4, и/или в звено Б1, и/или в звено Д4;
- подачу в звено Д3 метановой фракции из звена А3, и/или звена А4, и/или из звена В4 и/или отпарного газа из резервуара хранения СПГ звена Г1, и/или отпарного газа из звена Г2, и/или отпарного газа из звена Г4, и/или отпарного газа из промежуточного резервуара хранения СПГ звена Б3 и/или метановодородной фракции из звена В1;
- подачу пиробензина, и/или пиролизного масла, и/или смесевых потоков тяжелых углеводородов из звена В1 и/или звена В2 в качестве топлива в звено Д4 и/или звено Д5;
- обеспечение блоков А-Д электроэнергией с помощью звена Д4 и/или источника со стороны;
также выбирают одну или несколько из следующих технологических взаимосвязей:
- подачу азота соответствующего качества, производимого в звене Д1, в остальные звенья блоков А-Д;
- подачу воздуха КИПиА и технического воздуха, подготовленных в звене Д2, в остальные звенья блоков А-Д;
- подачу деминерализованной воды из звена Д7 в звено А2, и/или звено В1, и/или звено В3;
- подачу оборотной воды из звена Д8 на нужды остальных звеньев блоков А-Д;
- подачу пусковых, периодических и аварийных сбросов в звено Д9 из всех остальных звеньев блоков А-Д;
- подачу технологического конденсата из звена А1, и/или звена А2, и/или звена В1 в звено Д10.
2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в звене А2 применяют адсорбционный способ осушки, при этом для нагрева газа регенерации адсорбента осушки используют печь и подают топливный газ из звена Д3.
3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в звене А2 применяют адсорбционный способ осушки, при этом для нагрева газа регенерации адсорбента осушки используют паровой подогреватель и подают водяной пар из звена Д5.
4. Комплекс по п. 2 или 3, отличающийся тем, что отработанный газ регенерации адсорбента осушки направляют в звено Д3.
5. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в звене А2 применяют абсорбционный способ очистки от нежелательных примесей с использованием раствора активированного амина и предусматривают подачу азота высокого качества из звена Д1.
6. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в звене А2 дополнительно осуществляют производство элементарной серы из кислых газов методом Клауса, при этом вырабатываемый на котлах водяной пар подают в звено Д5.
7. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в звене А3 дополнительно извлекают азот, направляемый в звено Д1.
8. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в звене А5 применяют адсорбционный метод очистки ШФЛУ и/или СУГ от нежелательных примесей, при этом регенерацию адсорбента проводят азотом низкого и/или высокого качества, подаваемым из звена Д1, или метановой фракцией, вырабатываемой в звене А3.
9. Комплекс по п. 8, отличающийся тем, что при использовании метановой фракции отработанный газ регенерации адсорбента очистки ШФЛУ и/или СУГ направляют в звено Д3.
10. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что пропановую фракцию из звена А5 подают в звено А3, и/или звено Б1, и/или звено В1.
11. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в звено Б2 подают метановую и/или этановую фракцию из звена А3 и/или пропановую фракцию и/или бутановую фракцию из звена А5 и/или этилен из звена В1, и/или азот высокого качества из звена Д1.
12. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что рекуперацию тепла дымовых газов на газовых турбинах звена А4 и/или звена Б1 производят путем нагрева и циркуляции масла-теплоносителя.
13. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в звено В1 углеводородное сырье подают раздельно по видам или частично смешанными потоками.
14. Комплекс по п. 13, отличающийся тем, что в звене В1 все виды углеводородного сырья перерабатывают на унифицированных технологических линиях.
15. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в состав газохимического блока В дополнительно вводят звено дегидрирования пропановой фракции и/или изобутановой фракции и звено получения полипропилена и/или изобутиленового каучука, при этом в составе блока Г предусматривают звено хранения пропилена и/или изобутилена, соответственно.
16. Комплекс по п. 15, отличающийся тем, что водяной пар подают из звена Д5 в звено дегидрирования пропановой фракции и/или изобутановой фракции и/или звено получения полипропилена и/или изобутиленового каучука блока В.
17. Комплекс по п. 15, отличающийся тем, что водородсодержащий газ и/или метановую фракцию подают из звена дегидрирования пропановой фракции и/или изобутановой фракции блока В в звено Д3.
18. Комплекс по п. 15, отличающийся тем, что пиробензин, и/или пиролизное масло, и/или смесевые потоки тяжелых углеводородов из звена дегидрирования пропановой фракции и/или изобутановой фракции блока В подают в качестве топлива в звено Д4 и/или в звено Д5.
19. Комплекс по п. 15, отличающийся тем, что деминерализованную и/или техническую воду из звена Д7 подают в звено дегидрирования пропановой фракции и/или изобутановой фракции и в звено получения полипропилена и/или изобутиленового каучука блока В.
20. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в состав блока В дополнительно вводят звено синтеза метанола, при этом в составе блока Г предусматривают звено хранения метанола, а в составе общезаводского хозяйства Д – звено метанольного хозяйства.
21. Комплекс по п. 20, отличающийся тем, что деминерализованную воду из звена Д7 подают в звено синтеза метанола блока В.
22. Комплекс по п. 20, отличающийся тем, что извлекаемый в звене А2 метанол подают в звено хранения метанола блока Г и/или в звено синтеза метанола блока В.
23. Комплекс по п. 20, отличающийся тем, что метанол из звена хранения метанола блока Г подают в звено В1 в систему изотермического реактора гидрирования пирогаза и/или в звено А3 в технологические потоки.
