Спосіб сепарації потоку газу, що містить вуглеводні, і установка для його здійснення

1 Спосіб сепарації потоку газу (31), що містить метан, Сг - компоненти, Сз - компоненти та більш важкі вуглеводневі компоненти, на летку фракцію (47) залишкового газу та відносно менш летку фракцію (40), що містить згадані C-z - компоненти, Сз - компоненти та більш важкі вуглеводневі компоненти або Сз - компоненти та більш важкі вуглеводневі компоненти, який передбачає такі етапи охолодження газового потоку під тиском для утворення охолодженого потоку, розширення цього охолодженого потоку до більш низького тиску, в результаті чого він ще більше охолоджується, фракціонування цього більш охолодженого потоку при згаданому більш низькому тиску, в результаті чого компоненти відносно менш леткої фракції відганяються, який відрізняється тим, що додатково передбачає такі етапи розділення газу перед охолодженням на газоподібні перший (35) і другий (32) потоки, виведення дистиляційного потоку (39) з верхньої зони ректифікаційної колони (18) і нагрівання (10, 15, 16) цього потоку, стиснення (13, 19) теплого дистиляційного потоку до більш високого тиску та наступне розділення цього потоку на летку фракцію (47) залишкового газу та стиснений потік (46), який повертають для рециркуляції, поєднання стисненого потоку (46), який повертають для рециркуляції, з газоподібним першим потоком (35) для утворення об'єднаного потоку (38), охолодження (16) об'єднаного потоку з метою практично повної його конденсації, розширення (17) практично повністю конденсованого об'єднаного потоку (38) до більш низького тиску та подачу його (38с) в ректифікаційну колону (18) в МІСЦІ верхнього живлення, охолодження (10) газоподібного другого потоку (32) під тиском до рівня, достатнього для його часткової конденсації, сепарацію (11) частково конденсованого другого потоку (32а) для утворення парового потоку (33) та конденсованого потоку (34), розширення (12) парового потоку (33) до більш низького тиску та подачу його (33а) в першому МІСЦІ живлення, що в середній частині колони, в дистиляційну колону в нижній зоні ректифікаційної колони (18), розширення (14) принаймні частини конденсованого потоку (34) до згаданого більш низького тиску і подачу його (34а) в дистиляційну колону в другому МІСЦІ живлення, що в середній частині колони, при цьому КІЛЬКІСТЬ і тиск об'єднаного потоку та КІЛЬКІСТЬ І температури живильних потоків, що надходять до колони, є достатньо ефективними, щоб підтримувати температуру верхнього погона ректифікаційної колони на рівні, при якому більші частини компонентів у відносно менш леткій фракції (40) відганяються 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що додатково передбачає охолодження нерозділеного газового потоку до рівня, достатнього для його часткової конденсації, сепарацію частково конденсованого газового потоку для утворення парового потоку і конденсованого потоку, поєднання стисненого потоку, який повертають для рециркуляції, принаймні з частиною конденсованого потоку для утворення об'єднаного потоку, розширення парового потоку до більш низького тиску і подачу його в дистиляційну колону в МІСЦІ живлення в середній частині колони 3 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що додатково передбачає охолодження газового потоку перед розділенням його на перший і другий потоки, розширення другого потоку до більш низького тиску після згаданого розділення, подачу розширеного другого потоку в дистиляцій о (О ю 52746 датково передбачає етап нагрівання розширеної ну колону в МІСЦІ живлення в середній частині копершої рідкої частини перед подачею її в дистилялони ційну колону 4 Спосіб за п 2, який відрізняється тим, що дода11 Спосіб за п 9, який відрізняється тим, що дотково передбачає датково передбачає розширення першої рідкої розділення парового потоку на газоподібні перший частини, спрямування цієї розширеної першої ріді другий потоки, кої частини в теплообмін з конденсованим потоком поєднання стисненого потоку, який повертають і наступну подачу її в колону в МІСЦІ живлення у для рециркуляції, з газоподібним першим потоком середній частині колони для утворення об'єднаного потоку, розширення газоподібного другого потоку до більш 12 Спосіб за будь-яким з пунктів 1, 2 або 7, який низького тиску і подачу його в дистиляційну колону відрізняється тим, що додатково передбачає в першому МІСЦІ живлення, розташованому в сеетап нагрівання принаймні частини парового поторедній частині ку після розширення до більш низького тиску 13 Спосіб за будь-яким з пунктів 3 - 6, який відріКОЛОНИ, І зняється тим, що додатково передбачає етап нарозширення принаймні частини конденсованого грівання принаймні частини другого парового попотоку до більш низького тиску і подачу його в дитоку після розширення до більш низького тиску стиляційну колону в другому МІСЦІ живлення, розташованому в середній частині колони 14 Спосіб за будь-яким з пунктів 1, 4 або 7, який 5 Спосіб за п 4, який відрізняється тим, що додавідрізняється тим, що додатково передбачає тково передбачає етап нагрівання принаймні частини розширеного конденсованого потоку перед подачею його в диспоєднання стисненого потоку, який повертають тиляційну колону для рециркуляції, з газоподібним першим потоком та принаймні частиною конденсованого потоку для 15 Спосіб за п 2 або 5, який відрізняється тим, утворення об'єднаного потоку, і що додатково передбачає розширення принаймні розширення газоподібного другого потоку до більш частини конденсованого потоку до більш низького низького тиску і подачу його в дистиляційну колону тиску, нагрівання цього розширеного потоку і нав МІСЦІ живлення, розташованому в середній часступну подачу його в дистиляційну колону в друтині колони гому МІСЦІ живлення в середній частині колони 6 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що дода16 Спосіб за п 1 або 7, який відрізняється тим, тково передбачає охолодження газоподібного друщо додатково передбачає поєднання принаймні гого потоку, наступне розширення його до більш частини розширеного парового потоку та розшинизького тиску і подачу його в дистиляційну колону реного конденсованого потоку для утворення друв МІСЦІ живлення, розташованому в середній часгого об'єднаного потоку, і наступну подачу цього тині колони другого об'єднаного потоку в колону в МІСЦІ живлення в середній частині колони 7 Спосіб за п 3, який відрізняється тим, що додатково передбачає 17 Спосіб за п 2, який відрізняється тим, що додатково передбачає розширення принаймні частиохолодження другого потоку до рівня, достатнього ни конденсованого потоку до більш низького тиску, для його часткової конденсації, поєднання його принаймні з частиною розширеносепарацію частково конденсованого другого потого парового потоку для утворення другого об'єднаку для утворення парового потоку і дистиляційного ного потоку та наступну подачу цього другого об'потоку, єднаного потоку в колону в МІСЦІ живлення в розширення парового потоку до більш низького середній частині колони тиску і подачу його в дистиляційну колону в першому МІСЦІ живлення у середній частині колони, і 18 Спосіб за п 4, який відрізняється тим, що дорозширення принаймні частини конденсованого датково передбачає поєднання принаймні частини потоку до більш низького тиску і подачу його в дирозширеного другого потоку та розширеного констиляційну колону в другому МІСЦІ живлення у седенсованого потоку для утворення другого об'єдредній частині колони наного потоку і наступну подачу цього другого об'єднаного потоку в колону в МІСЦІ живлення в 8 Спосіб за п 2 або 5, який відрізняється тим, що середній частині колони додатково передбачає розширення принаймні частини конденсованого потоку до більш низького 19 Спосіб за п 5, який відрізняється тим, що дотиску і наступну подачу його в дистиляційну колодатково передбачає розширення принаймні частину в другому МІСЦІ живлення у середній частині ни конденсованого потоку до більш низького тиску колони та поєднання його принаймні з частиною розширеного другого потоку для утворення другого об'9 Спосіб за будь-яким з пунктів 1, 4 або 7, який єднаного потоку, і наступну подачу другого об'єдвідрізняється тим, що додатково передбачає наного потоку в колону в МІСЦІ живлення в охолодження конденсованого потоку і наступне середній частині колони розділення його на першу і другу рідкі частини перед розширенням, 20 Спосіб за п 1 або 7, який відрізняється тим, що додатково передбачає такі етапи розширення першої рідкої частини до більш низьохолодження конденсованого потоку і наступне кого тиску і подачу її в колону в МІСЦІ живлення у розділення його на першу і другу рідкі частини песередній частині колони, і ред розширенням, розширення другої рідкої частини до більш низького тиску і подачу и в колону в МІСЦІ живлення, розрозширення першої рідкої частини до більш низьташованому вище середини колони кого тиску і наступну подачу и в колону в МІСЦІ живлення в середній частині колони, 10 Спосіб за п 9, який відрізняється тим, що до розширення другої рідкої частини до більш низького тиску і поєднання її принаймні з частиною розширеного парового потоку для утворення другого об'єднаного потоку, подачу другого об'єднаного потоку в колону в МІСЦІ живлення, розташованому вище середини колони, 21 Спосіб за п 20, який відрізняється тим, що додатково передбачає нагрівання розширеної першої рідкої частини перед подачею її в дистиляційну колону 22 Спосіб за п 20, який відрізняється тим, що додатково передбачає розширення першої рідкої частини, спрямування розширеного потоку в теплообмін з конденсованим потоком і наступну подачу його в колону в МІСЦІ живлення в середній частині колони 23 Спосіб за п 4, який відрізняється тим, що додатково передбачає такі етапи охолодження конденсованого потоку і наступне розділення його на першу і другу рідкі частини перед розширенням, розширення першої рідкої частини до більш низького тиску і подачу її в колону в МІСЦІ живлення в середній частині колони, розширення другої рідкої частини до більш низького тиску і поєднання її принаймні з частиною розширеного другого потоку для утворення другого об'єднаного потоку, подачу другого об'єднаного потоку в колону в МІСЦІ живлення, розташованому вище середини колони 24 Спосіб за п 23, який відрізняється тим, що, крім того, передбачає нагрівання розширеної першої рідкої частини перед подачею її в дистиляційну колону 25 Спосіб за п 23, який відрізняється тим, що додатково передбачає розширення першої рідкої частини, спрямування цієї частини в теплообмін з конденсованим потоком і наступну подачу його в колону в МІСЦІ живлення в середній частині колони 26 Спосіб за будь-яким з пунктів 1 - 25, який відрізняється тим, що додатково передбачає такі етапи розділення теплого дистиляційного потоку на летку фракцію залишкового газу та потік, який повертають для рециркуляції, перед стисненням, і наступне стиснення потоку, який повертають для рециркуляції 27 Спосіб за будь-яким з пунктів 1 - 25, який відрізняється тим, що додатково передбачає такі етапи розділення дистиляційного потоку на летку фракцію залишкового газу та потік, який повертають для рециркуляції, перед нагріванням, і наступне стиснення потоку, який повертають для рециркуляції 28 Установка для сепарації потоку газу (31), що містить метан, C-z - компоненти, Сз - компоненти та більш важкі вуглеводневі компоненти, яка включає перший охолоджувальний засіб для охолодження газу під тиском і утворення охолодженого потоку під тиском, перший розширювальний засіб для приймання принаймні частини охолодженого потоку під тиском і для розширення його до більш низького тиску, в результаті чого згаданий потік ще більше охолоджується, ректифікаційну колону, з'єднану з першим розширювальним засобом, для 52746 приймання згаданого ще більше охолодженого потоку, що виходить з розширювального засобу, яка відрізняється тим, що включає перший розділювальний засіб, розташований перед першим охолоджувальним засобом (10), для розділення живильного газу на перший газоподібний потік (35) та другий газоподібний потік (32), нагрівальні засоби (10, 15, 16), з'єднані з ректифікаційною колоною (18), для приймання дистиляційного потоку (39), який піднімається в ректифікаційній колоні, і для нагрівання його, стискальні засоби (13, 19), з'єднані з нагрівальними засобами, для приймання нагрітого дистиляційного потоку і стиснення його, другий розділювальний засіб, з'єднаний із стискальним засобом, для приймання нагрітого стисненого потоку (39е) і розділення його на летку фракцію (47) залишкового газу та стиснений потік (46), який повертають для рециркуляції, з'єднувальний засіб для поєднання стисненого потоку (46), який повертають для рециркуляції, з першим газоподібним потоком (35) в один об'єднаний потік (38), другий охолоджувальний засіб (15, 16), з'єднаний із з'єднувальним засобом, для приймання об'єднаного потоку (38) і охолодження його до рівня, достатнього для значної його конденсації, другий розширювальний засіб (17), з'єднаний з другим охолоджувальним засобом, для приймання значно конденсованого об'єднаного потоку (38в) і розширення його до більш низького тиску, при цьому другий розширювальний засіб, крім того, з'єднаний з ректифікаційною колоною (18) для подачі розширеного конденсованого об'єднаного потоку (38с) в ректифікаційну колону в МІСЦІ ІІ верхнього живлення, а перший охолоджувальний засіб (10) з'єднується з першим розділювальним засобом для приймання другого газоподібного потоку (32) і охолодження його під тиском до рівня, достатнього для часткової його конденсації, сепарувальний засіб (11), з'єднаний з першим охолоджувальним засобом, для приймання частково конденсованого другого потоку (32а) і розділення його на пару (33) та конденсований потік (34), при цьому перший розширювальний засіб (12) з'єднаний із сепарувальним засобом для приймання парового потоку (33) і розширення його до більш низького тиску, причому перший розширювальний засіб, крім того, з'єднаний з дистиляційною колоною в нижній зоні ректифікаційної колони (18) для подачі розширеного парового потоку (33а) в дистиляційну колону в першому МІСЦІ живлення в середній частині колони, третій розширювальний засіб (14) з'єднаний із сепарувальним засобом для приймання конденсованого потоку (34) і розширення його до більш низького тиску, при цьому третій розширювальний засіб, крім того, з'єднаний з дистиляційною колоною для подачі розширеного конденсованого потоку (34а) в дистиляційну колону в другому МІСЦІ живлення в середній частині колони, регулюючий засіб, призначений для регулювання тиску об'єднаного потоку (38с) та кількостей і температур об'єднаного потоку, другого потоку (33а) і конденсованого потоку (34а), щоб підтримувати 52746 8 щоб підтримувати температуру верхнього погона температуру верхнього погона колони на рівні, при колони на рівні, при якому відганяються більші якому відганяються більші частини компонентів у частини компонентів у відносно менш леткій фравідносно менш леткій фракції (40) кції 29 Установка за п 28, яка відрізняється тим, що 31 Установка за п 28, яка відрізняється тим, що перший охолоджувальний засіб розташований з до сепарувального засобу під'єднаний теплообможливістю охолоджувати нерозділений живильмінний засіб, щоб приймати та охолоджувати конний газ під тиском до рівня, достатнього для частденсований потік, кової його конденсації, сепарувальний засіб з'єднаний з першим охолотретій розділювальний засіб з'єднаний з теплообджувальним засобом з можливістю приймати часмінним засобом, щоб приймати охолоджений контково конденсований живильний потік і сепарувати денсований потік і розділяти його на перший і друйого на пару та конденсований потік, гий рідкі потоки, з'єднувальний засіб під'єднаний з можливістю потретій розширювальний засіб з'єднаний з розділюєднувати стиснений потік, який повертають для вальним засобом, щоб приймати перший рідкий рециркуляції, та принаймні частину конденсованопотік і розширювати його до більш низького тиску, го потоку в один об'єднаний потік, і при цьому третій розширювальний засіб, крім того, регулюючий засіб виконано з можливістю регулюз'єднаний з теплообмінним засобом, щоб нагрівати вання тиску об'єднаного потоку та кількостей і терозширений перший рідкий потік і таким чином мператур об'єднаного потоку і парового потоку, забезпечувати охолодження конденсованому пощоб підтримувати температуру верхнього погона току, причому теплообмінний засіб, крім того, з'єдколони на рівні, при якому відганяються більші наний з дистиляційною колоною, щоб подавати частини компонентів у відносно менш леткій франагрітий розширений перший рідкий потік в дистикції ляційну колону в другому МІСЦІ живлення в середній її частині, 30 Установка за п 28, яка відрізняється тим, що перший охолоджувальний засіб з'єднаний з перчетвертий розширювальний засіб з'єднаний з трешим розділювальним засобом з можливістю притім розділювальним засобом, щоб приймати друймати другий газоподібний потік і охолоджувати гий рідкий потік і розширювати його до більш низького тиску, при цьому четвертий розширювальний ЙОГО ПІДТИСКОМ, засіб, крім того, з'єднаний з дистиляційною колоперший розширювальний засіб з'єднаний з перною в МІСЦІ живлення, розташованому вище серешим охолоджувальним засобом з можливістю дини колони, приймати охолоджений другий потік і розширювати його до більш низького тиску, при цьому перший регулюючий засіб виконано з можливістю регулюрозширювальний засіб, крім того, з'єднаний з дисвання тиску об'єднаного потоку та кількостей і тетиляційною колоною, щоб подавати розширений мператур об'єднаного потоку, другого потоку, другий потік в дистиляційну колону в МІСЦІ живленпершого рідкого потоку та другого рідкого потоку, ня в середній частині колони, щоб підтримувати температуру верхнього погона регулюючий засіб виконано з можливістю регулюколони на рівні, при якому відганяються більші вання тиску об'єднаного потоку та кількостей і течастини компонентів у відносно менш леткій фрамператур об'єднаного потоку та другого потоку, кції Даний винахід стосується сепарації газу, що містить вуглеводні Етилен, етан, пропілен, пропан та/або більш важкі вуглеводні можна видобувати з багатьох газів, таких як природний газ, газ нафтопереробки, та потоків синтетичних газів, отриманих з інших вуглеводневих речовин, таких як вугілля, сире масло, важкий бензин, нафтовий сланець, дьогтеві піски та ЛІГНІТ Як правило, більшу частину природного газу складають метан та етан, тобто метан та етан разом складають принаймні 50мол % природного газу Цей газ також містить відносно менші КІЛЬКОСТІ більш важких вуглеводнів, наприклад пропану, бутанів, пентанів та подібних до них речовин, а також водень, азот, двоокис вуглецю та ІНШІ гази Даний винахід стосується видобування етилену, етану, пропілену, пропану та більш важких вуглеводнів з потоків таких газів Структурногруповий аналіз газового потоку, який обробляють згідно з даним винаходом, в молярних відсотках приблизно такий 67,0% метану, 15,6% етану та інших Сг - компонентів, 7,7% пропану та інших компонентів Сз, 1,8% ізобутану, 1,7% нормального бутану, 1,0% пентанів, 2,2% двоокису вуглецю, решта - азот Іноді також бувають присутніми гази, що містять сірку Історично ЦИКЛІЧНІ коливання цін і на природний газ, і на рідкі компоненти природного газу з часом знизили зростаючу ЦІННІСТЬ етану, етилену та більш важких компонентів у вигляді рідких продуктів В результаті цього виникла потреба у способах, які можуть забезпечити більш ефективне видобування таких продуктів і з меншими капітальними витратами ВІДОМІ на сьогодні способи сепарації згаданих матеріалів базуються на охолодженні газу, абсорбції масла та абсорбції охолодженого масла Крім того, стали популярними кріогенні способи завдяки наявності економічного обладнання, яке виробляє енергію і одночасно розширює газ, що обробляється, та забирає з нього тепло В залежності від тиску джерела газу, збагаченості (вмісту етану, етилену та більш важких вуглеводнів) газу та заданих кінцевих продуктів може бути застосований кожен з цих способів або їх комбінація Сьогодні перевага віддається способу видобування рідких продуктів природного газу методом кріогенного розширення, тому що цей спосіб забезпечує максимальну простоту, легкий запуск, операційну гнучкість, хорошу продуктивність, безпечність та високу надійність Способи, що мають відношення до цього питання, описуються у патентах США №№ 4157904, 4171964, 4278457, 4519824, 4687499, 4854955, 4869740, 4889545, 5275005, 5555748 та 5568737 (хоча опис даного винаходу в деяких випадках базується на умовах обробки, які відрізняються від умов, описаних в перелічених патентах США) У типовому способі видобування шляхом кріогенного розширення потік живильного газу під тиском охолоджується в результаті теплообміну з іншими потоками, що беруть, участь у процесі, та/або за допомогою ЗОВНІШНІХ джерел охолодження, наприклад установки стиснення - охолодження пропану Під час охолодження газу в одному або більше сепараторах можуть конденсуватися та збиратися рідини у вигляді рідин з високим тиском, що містять деякі із заданих Сг+ компонентів В залежності від збагаченості газу та КІЛЬКОСТІ утворених рідин, ці рідини з високим тиском можна розширювати до більш низького тиску та фракціонувати Випаровування, що відбувається під час розширення згаданих рідин, призводить до подальшого охолодження потоку За певних умов перед розширенням може виявитися необхідним попереднє охолодження рідин з високим тиском для подальшого зниження температури, яку отримують в результаті розширення Розширений потік, який являє собою суміш рідини та пари, фракціонують у ДИСТИЛЯЦІЙНІЙ (метановідпнній) колоні В цій колоні охолоджений в результаті розширення потік(потоки) дистилюють, щоб відокремити залишковий метан, азот та ІНШІ леткі гази у вигляді пари верхнього погону від заданих C-z - компонентів, Сз - компонентів та більш важких вуглеводневих компонентів у вигляді нижнього рідкого продукту Якщо живильний газ конденсується неповністю (зазвичай, він і не конденсується повністю), пару, що залишається після часткової конденсації, можна розділити на два або більше потоків Одну частину пари пропускають через машину робочого розширення або двигун, або розширювальний клапан, щоб знизити тиск, при якому в результаті подальшого охолодження потоку конденсуються додаткові рідини Тиск після розширення практично дорівнює тиску, при якому приводиться в дію дистиляційна колона З'єднані парорідинні фази, що утворюються в результаті розширення, подають в колону як живлення Інша частина пари охолоджується до значної конденсації в результаті теплообміну з іншими потоками, що беруть участь у процесі, наприклад з холодним верхнім погоном ректифікаційної колони Певну частину рідини з високим тиском або всю таку рідину можна поєднати з цією частиною пари перед охолодженням Отриманий в результаті охолоджений потік потім розширюють у відповідному розширювальному пристрої, наприклад 52746 10 розширювальному клапані, до тиску, при якому приводиться в дію метановідпнна колона Під час розширення частина рідини випаровується, що призводить до охолодження загального потоку Швидко розширений потік потім надходить до метановідпнної колони як верхнє живлення Як правило, парова частина розширеного потоку та верхній погон метановідпнної колони з'єднуються у верхній, сепараційній секції в ректифікаційній колоні у вигляді залишкового газу продукту метану Як варіант, охолоджений та розширений потік можна подати в сепаратор, щоб утворити потоки пари та рідини Пара з'єднується з верхнім погоном ректифікаційної колони, а рідина надходить до колони як її верхнє живлення При ідеальному проведенні такого способу сепарації залишковий газ, що утворюється в КІНЦІ процесу, буде містити практично весь метан в живильному газі і майже не буде містити жодного з компонентів більш важких вуглеводнів, а нижня фракція, що виходить з метановідпнної колони, буде містити практично всі компоненти більш важких вуглеводнів і майже не буде містити метану або більш летких компонентів На практиці, однак, такої ідеальної ситуації не буває з двох головних причин Перша причина полягає в тому, що звичайна метановідпнна колона діє здебільшого як відпнна колона Продукт метану такого процесу тому, як правило, включає пари, що виходять з верхнього ректифікаційного ярусу колони, а також пари, які не пройшли жодного етапу ректифікації Значні втрати C-z - компонентів відбуваються через те, що верхнє рідке живлення містить значні КІЛЬКОСТІ Сг - компонентів та більш важких вуглеводневих компонентів, що в результаті призводить до утворення ВІДПОВІДНИХ рівноважних кількостей Сг компонентів та більш важких вуглеводневих компонентів в парах, що виходять з верхнього ректифікаційного ярусу метановідпнної колони Втрату цих необхідних компонентів можна було б значно зменшити, якби пари, що піднімаються вгору, можна було привести в контакт із значною КІЛЬКІСТЮ рідини (зрошення), здатної абсорбувати C-z - компоненти та більш важкі вуглеводневі компоненти із цих парів Друга причина неможливості ідеальної ситуації полягає в тому, що двоокис вуглецю, що міститься в живильному газі, фракціонує в метановідпнній колоні і його концентрації в ректифікаційній колоні можуть зростати до 5 - 10% і більше, навіть якщо живильний газ містить менше 1% двоокису вуглецю При таких високих концентраціях утворення твердого двоокису вуглецю може відбуватися в залежності від температури, тиску та розчинності рідини Добре відомо, що потоки природного газу зазвичай містять двоокис вуглецю, ІНОДІ В значних кількостях Якщо концентрація двоокису вуглецю достатньо висока, стає неможливою належна обробка живильного газу через закупорювання технологічного обладнання твердим двоокисом вуглецю (доки не буде додатково застосоване обладнання для видалення двоокису вуглецю, що значно збільшить капітальні витрати) На фіг 1 показана схема технологічного процесу відомої установки для обробки природного газу методом кріогенного розширення згідно з па 12 11 52746 тентом США №4278457 Живильний газ надходить головним чином ізентропічно від тиску приблизно до установки у вигляді потоку 31 з температурою 825 фунтів на кв дюйм (58кг/см ) до тиску прибли2 88°F та тиском 840 фунтів на кв дюйм зно 250 фунтів на кв дюйм (17,57кг/см ), при цьо2 (59,05кг/см ) Якщо цей живильний газ містить му таке робоче розширення охолоджує розширеконцентрацію сполук сірки, яка не дозволяє потоний потік 33а до температури приблизно -128°F кам продукту відповідати технічним умовам, такі Типові комерційне доступні розширювачі здатні сполуки сірки видаляють ВІДПОВІДНОЮ поперерегенерувати 80 - 85% роботи, теоретично можлидньою обробкою живильного газу (не показана) вої при ідеальному ізентропічному розширенні Крім того, живильний потік, як правило, депдратуРегенеровану роботу часто використовують для ють, щоб запобігти утворенню гідрату (льоду) в приведення в дію центробіжного компресора (на кріогенних умовах Для цього зазвичай використофіг позначений числом 13), який можна застосувують твердий осушник вати для повтореного стиснення залишкового газу (потік 39В), наприклад Розширений і частково Живильний потік 31 розділяють на дві частини, конденсований потік 33а подають як живлення в потік 32 і потік 35 Потік 35, який містить приблизно дистиляційну колону 18 в проміжній зоні Рідину 26% всього живильного газу, входить в теплообсепаратора (потік 34) подібним чином розширюють мінник 15 та охолоджується до температури -16Т до тиску приблизно 250 фунтів на кв дюйм в результаті теплообміну з частиною холодного (17,57кг/см2) за допомогою розширювального клазалишкового газу з температурою -23°F (потік 41) пана 14, охолоджуючи потік 34 до -102°F (потік та ЗОВНІШНІМ холодогентом - пропаном Слід звер34а) перед тим, як він надійде до метановідпнної нути увагу на те, що у всіх випадках теплообміннисекції у ректифікаційній колоні 18 в МІСЦІ живлення, ки 10 і 15 являють собою або ряд окремих теплорозташованому нижче середини колони обмінників, або один багатоходовий теплообмінник, або будь-яке їх поєднання (РішенМетановідпнна секція у ректифікаційній колоні ня про використання більш ніж одного теплообмін18 являє собою звичайного типу дистиляційну коника для зазначеного охолодження буде залежати лону, що містить ряд вертикально рознесених тавід ряду факторів, що включають, але не обмежурілок, одну або більше насадок або комбінацію ються цим, об'ємну швидкість потоку живильного тарілок та баштової насадки Ректифікаційна когазу, розмір теплообмінника, температури потоків лона 18 може складатися з двох секцій, як це частощо) то буває в установках для обробки природного газу Верхня секція 18а - це сепаратор, в якому Частково охолоджений потік 35а потім входить частково випаруване верхє живлення розділяється в теплообмінник 16 і спрямовується далі, обмінюна його ВІДПОВІДНІ парову та рідку частини і в якому ючись теплом з паровим потоком 39 верхнього пара, що піднімається вгору з нижньої дистиляційпогону метановідпнної колони, що призводить до ної, або метановідпнної секції 18в, з'єднується з подальшого охолодження та значної конденсації паровою частиною (якщо така є) верхнього живгазового потоку Значно конденсований потік 35в з лення, щоб утворити дистиляційний потік 39 холотемпературою -142°F потім швидко розширюють, дного залишкового газу, який виходить з верхньої пропускаючи через ВІДПОВІДНИЙ розширювальний частини ректифікаційної колони Нижня, метановіпристрій, наприклад розширювальний клапан 17, дпнна секція 18в містить тарілки та/або баштову до робочого тиску (приблизно 250 фунтів на кв насадку та забезпечує необхідний контакт між рідюйм (17,57кг/см2) ректифікаційної колони 18 Під динами, що падають вниз, та парами, що піднімачас розширення частина потоку випаровується, в ються вгору Метановідпнна секція також включає результаті чого охолоджується загальний потік В кип'ятильники, які нагрівають та випаровують часспособі, показаному на фіг1, розширений потік тину рідин, які течуть в нижню частину колони, 35с, виходячи з розширювального клапана 17, щоб створювати десорбуючі пари, які піднімаютьдосягає температури -158°F і надходить до сепася у верхню частину колони, щоб десорбувати раційної секції 18а у верхній частині ректифікаційрідкий продукт метану, потік 40 Стандартна техніної колони 18 Сепаровані тут рідини стають верхчна умова для нижнього рідкого продукту - щоб нім живленням для метановідпнної секції 18в об'ємне відношення метану до етану становило Друга частина (потік 32) живильного газу (ре0,015 1 Потік 40 рідкого продукту виходить з нижшта 74% живильного газу) входить в теплообмінньої частини метановідпнної секції з температуник 10, де він охолоджується до температури рою 31 °F і тече далі для подальшої обробки 50°F і частково конденсується в результаті теплота/або зберігання обміну з частиною холодного залишкового газу з температурою -23°F (потік 42), рідинами кип'ятиПотік 39 холодного залишкового газу прохольника в основі метановідпнної колони, що мають дить протитечією відносно частини (потоку 35а) температуру 10°F, рідинами бічного кип'ятильника живильного газу в теплообміннику 16, в якому він метановідпнної колони, що мають температуру нагрівається до -23°F (потік 39а), по мірі того, як 70°F, та ЗОВНІШНІМ хладагентом - пропаном Оховін ще більше охолоджує та значною мірою конлоджений потік 32а входить в сепаратор 11 з темденсує потік 35в Потік 39а холодного залишкового пературою -50°F та під тиском 825 фунтів на кв газу далі розділяється на дві частини потоки 41 і дюйм (58кг/см2), в якому пара (потік 33) відокрем42 Потоки 41 і 42 проходять протитечією відносно люється від конденсованої рідини (потоку 34) живильного газу в теплообмінниках 15 і 10, ВІДПОВІДНО, І нагріваються до температур 80°F і 81 °F Пара із сепаратора 11 (потік 33) надходить до (потоки 41 а та 42а, ВІДПОВІДНО), ПО мірі того, як ці машини 12 робочого розширення, в якій із цієї часпотоки охолоджують та частково конденсують житини живильного потоку з високим тиском забиравильний газ Ці два нагріті потоки 41а і 42а потім ють механічну енергію Машина 12 розширює пару 14 13 52746 знову з'єднуються як потік 39в залишкового газу з гію, регенеровану за допомогою машини 12 роботемпературою 80°F Цей об'єднаний потік далі чого розширення В будь-якому випадку енергетиповторно стискають у два етапи На першому етачні потреби (для стиснення) збільшаться надмірно, пі - за допомогою компресора 13, що приводиться забезпечуючи при цьому тільки маргінальні збільв дію розширювальною машиною 12 На другому шення рівнів видобування Сг+ компонентів етапі - за допомогою компресора 19, який привоОдин шлях досягти більш ефективного видодиться в дію допоміжним джерелом живлення і бування етану, який (шлях) часто використовують який стискає залишковий газ (потік 39с) до магістдля багатих живильних газів, таких як цей (коли рального тиску, з яким його реалізують Після оховидобування обмежене енергією, яку можна залодження у випускному охолоднику 20 продукт брати з живильного газу), - це конденсувати часзалишкового газу (потік 39е) надходить до мапсттину повторно стисненого залишкового газу та повернути його для рециркуляції в метановідпнну Т та рального газопроводу з температурою колону як її верхнє живлення (зрошення) По суті, тиском 835 фунтів на кв дюйм (58,7кг/см ), з якими це відкритий цикл стиснення-охолодження для він йде на реалізацію метановідпнної колони, яка використовує частину Сумарні дані про об'ємні швидкості потоків та леткого залишкового газу як робоче середовище енергетичні витрати для здійснення способу, покаНа фіг 2 показаний такий варіант відомого способу заного на фіг 1, наведеш в таблиці І згідно з патентом США №5568737, в якому частину продукту залишкового газу повертають для реТабли це! циркуляції, щоб забезпечити верхнє живлення для (Фіг 1) метановідпнної колони Процес з фіг 2 здійснюють Сумарні дані про об'гмт швидкості ОТОЮЕ з такими самими складом живильного газу та умовами, як і для описаного процесу з фіг 1 (фунг-жщекуїш/год) Шик Метан Етан Пропан Бутани-) Всього ЗІ 5516 1287 633 371 8235 32 4069 949 467 274 6075 35 1447 338 166 97 2160 33 223 S 199 3S 8 266S 34 1834 750 424 266 3410 39 S4S? 64 3 0 58Ф» 40 29 1223 630 37! 2391 Видобування (дані візуються на незаокруглених значеннях об'ємних швидкостей потоків) Етан 95,00% Пропан 99,54% Бутани+ 99,95% Потужність (у кінських силах) Стиснення залишкового газу 4034 Стиснення з охолодженням 1549 Всього 5583 Відомий процес, схема якого показана на фіг1, дає обмежене видобування етану, як видно з таблиці І, через недостатню КІЛЬКІСТЬ значно конденсованого живильного газу, яку можна отримати і використати як зрошення для верхньої ректифікаційної секції метановідпнної колони Видобування Сг - компонентів та більш важких вуглеводневих компонентів можна збільшити, або збільшуючи КІЛЬКІСТЬ значно конденсованого живильного газу, що надходить як верхнє живлення метановідпнної колони, або знижуючи температуру сепаратора 11, щоб зменшити температуру живильного газу, розширеного в результаті робочого розширення, і, таким чином, зменшити температуру та КІЛЬКІСТЬ пари, яка надходить до місця живлення в середній частині метановідпнної колони і яку необхідно ректифікувати Такі зміни можна здійснювати тільки, або забираючи більше енергії з живильного газу, або додаючи більше холоду для подальшого охолодження живильного газу, або знижуючи робочий тиск метановідпнної колони, щоб збільшити енер При відтворюванні цього процесу, як і при відтворюванні процесу з фіг1, робочі умови вибирали такими, за яких зменшується до мінімуму витрата енергії для даного рівня видобування Живильний потік 31 розділяють на дві частини, потік 32 і потік 35 Потік 35, що містить приблизно 19% всього живильного газу, входить в теплообмінник 15 і охолоджується до -21 °F в результаті теплообміну з частиною холодного залишкового газу з температурою -40°F (потік 44) та ЗОВНІШНІМ хол од оад агентом - пропаном Частково охолоджений потік 35а потім входить в теплообмінник 16 і спрямовується далі, обмінюючись теплом з частиною холодної пари з температурою -152°F (потік 42) верхнього погону метановідпнної колони, що веде до подальшого охолодження та значної конденсації газового потоку Значно конденсований потік 35в з температурою -145°F потім швидко розширюють, пропускаючи через розширювальний клапан 17, до робочого тиску (приблизно 276 фун2 тів на кв дюйм (19,32кг/см ) ректифікаційної колони 18 Під час розширення частина потоку випаровується, охолоджуючи загальний потік до -154F (потік 35С) Розширений потік 35с потім входить в дистиляційну, або метановідпнну колону в МІСЦІ живлення в середній частині колони Дистиляційна колона розміщується в нижній зоні ректифікаційної колони 18 Друга частина (потік 32) живильного газу (решта 81%) входить в теплообмінник 10, в якому він охолоджується до -47°F і частково конденсується в результаті теплообміну з частиною холодного залишкового газу, що має температуру-40°F (потік 45), рідинами кип'ятильника біля основи метановідпнної колони, що мають температуру 19°F, рідинами бічного кип'ятильника метановідпнної колони, що мають температуру -17°F, та ЗОВНІШНІМ хол од оад агентом - пропаном Охолоджений потік 32а входить в сепаратор 11 з температурою -47°F та тиском 825 фунтів на кв дюйм (58кг/см2), в якому пара (потік 33) відокремлюється від конденсованої рідини (потік 34) Пара із сепаратора 11 (потік 33) надходить до 15 16 52746 машини 12 робочого розширення, в якій з цієї частини живлення з високим тиском забирають механічну енергію Машина 12 розширює пару головним чином ізентропічно від тиску 825 фунтів на кв дюйм (58кг/см ) до тиску метановідгінної колони (приблизно 276 фунтів на кв дюйм 2 (19,32кг/см ), при цьому робоче розширення охолоджує розширений потік до температури приблизно - 1 1 9 Т (потік 33а) Рідину сепаратора (потік 34) аналогічно розширюють до тиску приблизно 276 фунтів на кв дюйм (19,32кг/см ) за допомогою розширювального клапана 14, охолоджуючи потік 34 до -95°F (потік 34а) перед тим, як він надійде до метановідгінної секції у ректифікаційній колоні 18 в МІСЦІ живлення, розташованому нижче середини колони Частину залишкового газу з високим тиском (потік 46) виводять з основного потоку залишкового газу (потік 39е), яка стає верхнім живленням (зрошенням) дистиляційної колони Потік 46 газу, що повертають для рециркуляції, проходить через теплообмінник 2 1 , обмінюючись теплом з частиною холодного залишкового газу (потік 43), в якому він охолоджується до 0°F (потік 46а) Охолоджений потік 46а, що повертають для рециркуляції, далі проходить через теплообмінник 22, обмінюючись теплом з іншою частиною холодної дистиляційної пари (потік 41) верхнього погону метановідгінної колони, що веде до подальшого охолодження та значної конденсації потоку, що повертають для рециркуляції Значно конденсований потік 46в з температурою -145°F потім розширюють, пропускаючи через розширювальний клапан 23 По мірі того, як потік розширюється до робочого тиску метановідгінної колони, 276 фунтів на кв дюйм (19,32кг/см ), частина цього потоку випаровується, охолоджуючи загальний потік до температури приблизно -169°F (потік 46с) Розширений потік 46с надходить до ректифікаційної колони як її верхнє живлення лообмінник 10, в якому вона нагрівається до 81°F (потік 45а), по мірі того, як вона охолоджує другу частину живильного газу (потік 32) Ці три нагріті потоки, 43а, 44а і 45а, знову з'єднуються як теплий дистиляційний потік 39в Цей теплий дистиляційний потік з температурою 80°F далі повторно стискають в два етапи На першому етапі - за допомогою компресора 13, який приводиться в дію розширювальною машиною 12 На другому етапі за допомогою компресора 19, який приводиться в дію допоміжним джерелом живлення, який стискає залишковий газ (потік 39с) до магістрального тиску, з яким його реалізують Після охолодження у випускному охолоднику 20 охолоджений потік 39е розділяється на продукт залишкового газу (потік 47) і потік 46, що повертають для рециркуляції, як описувалось раніше Продукт залишкового газу (потік 47) надходить до магістрального газопроводу з температурою 88°F та тиском 835 фунтів на кв дюйм (58,7кг/см 2 ), з якими його реалізують Сумарні дані про об'ємні швидкості потоків та енергетичні витрати для способу, зображеного на фіг 2, наведені в таблиці II Таблиця II (Фіг 2) Сумарні дати про об ємні швижосп потоків (фут молвкули/год) Меіан Етан Прошн Ьутани+ Всього 3! 5516 12S7 633 371 газ 32 4478 1045 514 301 68 65 і 038 242 119 70 (550 33 2607 244 47 10 32 10 34 1871 801 467 291 36 55 39 Рідкий продукт (потік 40) виходить з температурою 42°F з нижньої частини ректифікаційної колони 18 і тече далі для подальшої обробки та/або зберігання Холодний дистиляційний потік 39 з верхньої секції метановідгінної колони розділяється на дві частини, потоки 41 і 42 Потік 41 проходить протитечією відносно потоку 46а, що повертають для рециркуляції, в теплообміннику 22, в якому він нагрівається до -58°F (потік 41а), по мірі того, як він охолоджує і значно конденсує охолоджений потік 46а, що повертають для рециркуляції Аналогічно, потік 42 проходить протитечією відносно потоку 35а в теплообміннику 16, в якому він нагрівається до -28°F (потік 42а), по мірі того, як він охолоджує і значно конденсує потік 35а Ці два частково нагріті потоки 41а і 42а потім знову з'єднуються як потік 39а, що має температуру 40°F Цей об'єднаний потік розділяється на три частини, потоки 43, 44 і 45 Потік 43 проходить протитечією відносно потоку 46, що повертають для рециркуляції, в теплообміннику 21, в якому він нагрівається до 79°F (потік 43а) Друга частина, потік 44, тече через теплообмінник 15, в якому вона нагрівається до 79°F (потік 44а), по мірі того, як вона охолоджує першу частину живильного газу (потік 35) Третя частина, потік 45, тече через теп ПОТІК 6160 72 Q 0 69 51 46 673 В 0 0 70 2 47 54S7 64 0 0 57 31 40 29 1223 633 т 26 34 Видобування (дані базуються на незаокруглених значеннях об'ємних швидкостей потоків) Етан 95,00% Пропан 100,00% Бутани+ 100,00% Потужність (у кінських силах) Стиснення залишкового газу 4048 Стиснення з охолодженням 1533 Всього 5581 Порівняння рівнів видобування та енергетичних витрат, відображених в Таблицях І і II, показує що охолодження, забезпечене додаванням потоку 46, що повертають для рециркуляції, не збільшило видобування етану в цьому випадку Хоча суттєво конденсований та розширений потік 46с в процесі з фіг 2 є значно холодніший та значно бідніший (більш низька концентрація Сг+ компонентів), ніж верхнє живлення в процесі з фіг 1 (потік 35С), КІЛЬКІСТЬ потоку 46с є недостатньою для ефективної абсорбції С2+ компонентів з парів, що піднімають 18 17 52746 ся вгору в ректифікаційній колоні 18 Як було в що в середній частині колони, в дистиляційну копроцесі з фіг 1, рівні видобування все ще встановлону в нижній зоні ректифікаційної колони, люються в залежності від КІЛЬКОСТІ енергії, яку морозширення принаймні частини конденсованожна забрати з живильного газу, що означає, що го потоку до згаданого більш низького тиску і поКІЛЬКІСТЬ верхнього живлення (а не його склад) є дачу його в дистиляційну колону в другому МІСЦІ вирішальним фактором, який забезпечує ефектиживлення, що в середній частині колони, при цьовність видобування етану для цього випадку БІДму КІЛЬКІСТЬ і тиск об'єднаного потоку та КІЛЬКІСТЬ І НІШИЙ склад верхнього живлення, який є характертемператури живильних потоків, що надходять до ною ознакою процесу з фіг 2, міг би підвищити колони, є достатньо ефективними, щоб підтримувидобування етану для цього випадку, тільки якби вати температуру верхнього погону ректифікаційпідвищили КІЛЬКІСТЬ верхнього живлення, що збіної колони на рівні, при якому більші частини комльшило б енергетичні витрати порівняно з витрапонентів у відносно менш леткій фракції тами, наведеними в Таблиці II відганяються В основу винаходу поставлена задача розроУстановка для сепарації потоку газу, що місбити спосіб сепарації газу, що містить вуглеводні, тить метан, Сг - компоненти, Сз - компоненти та який збільшить продуктивність видобування необбільш важкі вуглеводневі компоненти, яка вклюхідних продуктів при знижених енергетичних почає требах порівняно з відомими способами перший охолоджувальний засіб для охолодження газу під тиском і утворення охолодженого Ще одна задача винаходу - розробити устанопотоку під тиском, вку для здійснення способу В способі сепарації потоку газу, що містить перший розширювальний засіб для приймання метан, Сг - компоненти, Сз - компоненти та більш принаймні частини охолодженого потоку під тисважкі вуглеводневі компоненти, на летку фракцію ком і для розширення його до більш низького тисзалишкового газу та відносно менш летку фракцію, ку, в результаті чого згаданий потік ще більше що містить згадані C-z - компоненти, Сз - компоненохолоджується, ти та більш важкі вуглеводневі компоненти або ректифікаційну колону, з'єднану з першим Сз - компоненти та більш важкі вуглеводневі комрозширювальним засобом, для приймання згадапоненти, який передбачає такі етапи ного ще більше охолодженого потоку, що виходить з розширювального засобу, охолодження газового потоку під тиском для утворення охолодженого потоку, згідно з винаходом також включає розширення цього охолодженого потоку до перший розділювальний засіб, розташований більш низького тиску, в результаті чого він ще біперед першим охолоджувальним засобом, для льше охолоджується, розділення живильного газу на перший газоподібний потік та другий газоподібний потік, фракціонування цього більш охолодженого потоку при згаданому більш низькому тиску, в ренагрівальні засоби, з'єднані з ректифікаційною зультаті чого компоненти відносно менш леткої колоною, для приймання дистиляційного потоку, фракції відганяються, який піднімається в ректифікаційній колоні, і для нагрівання його, поставлена задача згідно з винаходом вирішується тим, що він додатково передбачає такі етастискальні засоби, з'єднані з нагрівальними пи засобами, для приймання нагрітого дистиляційного потоку і стиснення його, розділення газу перед охолодженням на газоподібні перший і другий потоки, другий розділювальний засіб, з'єднаний із стискальним засобом, для приймання нагрітого стисвиведення дистиляційного потоку з верхньої неного потоку і розділення його на летку фракцію зони ректифікаційної колони і нагрівання цього залишкового газу та стиснений потік, який поверпотоку, тають для рециркуляції, стиснення теплого дистиляційного потоку до більш високого тиску та наступне розділення цього з'єднувальний засіб для поєднання стисненого потоку на летку фракцію залишкового газу та стипотоку, який повертають для рециркуляції, з перснений потік, який повертають для рециркуляції, шим газоподібним потоком в один об'єднаний потік, поєднання стисненого потоку, який повертають для рециркуляції, з газоподібним першим подругий охолоджувальний засіб, з'єднаний із током для утворення об'єднаного потоку, з'єднувальним засобом, для приймання об'єднаного потоку і охолодження його до рівня, достатнього охолодження об'єднаного потоку з метою для значної його конденсації, практично повної його конденсації, розширення практично повністю конденсовадругий розширювальний засіб, з'єднаний з ного об'єднаного потоку до більш низького тиску та другим охолоджувальним засобом, для приймання подачу його в ректифікаційну колону в МІСЦІ верхзначно конденсованого об'єднаного потоку і рознього живлення, ширення його до більш низького тиску, при цьому другий розширювальний засіб крім того з'єднаний охолодження газоподібного другого потоку під з ректифікаційною колоною для подачі розширенотиском до рівня, достатнього для його часткової го конденсованого об'єднаного потоку в ректифіконденсації, каційну колону в МІСЦІ и верхнього живлення, а сепарацію частково конденсованого другого перший охолоджувальний засіб з'єднується з перпотоку для утворення парового потоку та конденшим розділювальним засобом для приймання друсованого потоку, гого газоподібного потоку і охолодження його під розширення парового потоку до більш низькотиском до рівня, достатнього для часткової його го тиску та подачу його в першому МІСЦІ живлення, 20 19 52746 конденсації, Фіг 8 - графік залежності концентрації від температури для двоокису вуглецю, що показує ефект сепаруючий засіб, з'єднаний з першим охолоданого винаходу відносно процесу, показаного на джувальним засобом, для приймання частково фіг 7 конденсованого другого потоку і розділення його на пару та конденсований потік, при цьому Фіг 9 - 17 - схеми технологічних процесів, що показують ІНШІ варіанти реалізації даного винахоперший розширювальний засіб з'єднаний із сепаруючим засобом для приймання парового ДУ потоку і розширення його до більш низького тиску, До подальшого пояснення описаних вище фіпричому перший розширювальний засіб крім того гур додаються таблиці, які підсумовують об'ємні з'єднаний з дистиляційною колоною в нижній зоні швидкості потоків, обчислені для характерних ректифікаційної колони для подачі розширеного умов процесу У приведених таблицях значення парового потоку в дистиляційну колону в першому об'ємних швидкостей потоків (у фунт-молекулах за МІСЦІ живлення в середній частині колони, годину) для зручності заокруглені до найближчого цілого числа Загальні швидкості потоків, показані третій розширювальний засіб з'єднаний із сев таблицях, враховують всі невуглеводневі компопаруючим засобом для приймання конденсованого ненти, а, значить, є взагалі більшими, ніж сума потоку і розширення його до більш низького тиску, об'ємних швидкостей потоків для вуглеводневих при цьому третій розширювальний засіб крім того компонентів Показані температури є приблизними з'єднаний з дистиляційною колоною для подачі значеннями, заокругленими до найближчого грарозширеного конденсованого потоку в дистиляційдусу Слід також зазначити, що розрахунки технону колону в другому МІСЦІ живлення в середній логічних процесів, виконанні для порівняння прочастині колони, цесів, показаних на фігурах, базуються на регулюючий засіб, призначений для регулюприпущенні, що немає надходження тепла із отовання тиску об'єднаного потоку та кількостей і течуючого середовища (або в нього) в процес (або з мператур об'єднаного потоку, другого потоку і коннього) Таке припущення, звичайне для спеціалісденсованого потоку, щоб підтримувати тів, є дуже обгрунтованим завдяки якості ІЗОЛЯЦІЙтемпературу верхнього погону колони на рівні, при НИХ матеріалів, що є на ринку якому відганяються більші частини компонентів у відносно менш леткій фракції Приклад 1 Згідно З даним винаходом виявилось можлиНа фіг 3 показана схема технологічного провим більш, ніж 95%-ве видобування C-z Подібним цесу згідно з даним винаходом Склад живильного чином, у випадках, коли видобування C-z - компогазу та умови, що розглядаються при описі проценентів непотрібне, можна зберегти видобування су з фіг 3, такі самі, як і для процесів з фіг 1 і 2 В більш, ніж 95% Сз Крім того, даний винахід робить зв'язку з цим, процес з фіг 3 можна порівнювати з можливою майже 100%-ву сепарацію метану (або процесами з фіг 1 і 2, щоб продемонструвати пеСг - компонентів), більш легких компонентів з Сг реваги даного винаходу компонентів (або Сз - компонентів) та більш важПри відтворенні процесу з фіг 3 живильний газ ких компонентів при знижених енергетичних повходить з температурою 8 8 Т та тиском 840 фунтребах порівняно з відомими способами, зберігаютів на кв дюйм (59,05кг/см2) як потік 31 і розділячи при цьому такі самі рівні видобування та ється на дві частини, потік 32 і потік 35 Потік 32, підвищуючи коефіцієнт безпеки щодо заледеніння який містить приблизно 79% всього живильного двоокису вуглецю Даний винахід, хоча і може загазу, входить в теплообмінник 10 і охолоджується стосовуватися для обробки потоків бідніших газів в результаті теплообміну з частиною холодного при більш низьких тисках та теплих температурах, залишкового газу, що має температуру -30Т (потік має переваги особливо при обробці більш багатих 42), рідинами кип'ятильника біля основи метановіживильних газів при тисках 600 - 1000 фунтів на дпнної колони, які мають температуру 25Т, ріди2 кв дюйм (42,18 - 70,Зкг/см ) або вище за умов, що нами бічного кип'ятильника метановідпнної колопотребують температур верхнього погону колони ни, які мають температуру -71 F, та ЗОВНІШНІМ 11 ОТ або холодніше хол од оад агентом - пропаном Охолоджений потік 32а входить в сепаратор 11 з температурою -50 F Для кращого розуміння даного винаходу далі та тиском 825 фунтів на кв дюйм (58кг/см2), в якойде посилання на приклади та креслення му пара (потік 33) відокремлюється від конденсоФіг 3 - схема технологічного процесу установки ваної рідини (потік 34) для обробки природного газу згідно з даним винаходом Пара (потік 33) із сепаратора 11 надходить до машини 12 робочого розширення, в якій з цієї часФіг 4 - графік залежності концентрації від темтини живлення з високим тиском забирають мехаператури для двоокису вуглецю, що показує ефект нічну енергію Машина 12 розширює пару голоданого винаходу вним чином ізентропічно від тиску приблизно 825 Фіг 5 - схема технологічного процесу, яка покафунтів на кв дюйм (58кг/см2) до робочого тиску зує інший варіант застосування даного винаходу (приблизно 305 фунтів на кв дюйм (21,44кг/см) для обробки природного газу ректифікаційної колони 18, при цьому таке робоче Фіг 6 - графік залежності концентрації від темрозширення охолоджує розширений потік 33а до ператури для двоокису вуглецю, що показує ефект температури приблизно -117Т Розширений та даного винаходу відносно процесу, показаного на частково конденсований потік 33а потім надходить фіг 5 як живлення до дистиляційної колони 18 в МІСЦІ Фіг 7 - схема технологічного процесу, яка покаживлення в середній частині колони зує інший варіант застосування даного винаходу для обробки природного газу Конденсовану рідину (потік 34) із сепаратора 22 21 52746 11 швидко розширюють, пропускаючи через ВІДПОня і стискає залишковий газ (потік 39с) до магістВІДНИЙ розширювальний пристрій, наприклад розрального тиску, з яким його реалізують Після охоширювальний клапан 14, до робочого тиску реклодження у випускному охолоднику 20 тифікаційної колони 18, охолоджуючи потік 34 до охолоджений потік 39е розділяється на продукт температури -95°F (потік 34а) Розширений потік залишкового газу (потік 47) та потік 46 газу, що 34а, що виходить з розширювального клапана 14, повертають для рециркуляції, як описувалось радалі надходить до ректифікаційної колони 18 в ніше Продукт залишкового газу (потік 47) надхоМІСЦІ живлення, розташованому нижче середини дить до магістрального газопроводу з температуколони рою 88°F та тиском 835 фунтів на кв дюйм 2 (58,7кг/см ), з якими його реалізують Друга частина (потік 35) живильного газу (решта 21% живильного газу) з'єднується з частиною Сумарні дані про об'ємні швидкості потоків та залишкового газу (потік 46) з високим тиском, виенергетичні витрати для процесу, зображеного на веденого з головного потоку залишкового газу (пофіг 3, наведені в таблиці III тік 39е) Об'єднаний потік 38 входить в теплообмінник 15 і охолоджується до -23°F в результаті Таблиці Ш теплообміну з іншою частиною холодного залиш(Фіг 1) кового газу, що має температуру -30°F (потік 41), Сумарні дані про об енні швидкості тютоьш та ЗОВНІШНІМ хладагентом - пропаном Частково охолоджений потік 38а далі проходить через теп(фунт-мсхпек; лц/гн і) лообмінник 16, обмінюючись теплом з холодним Етан Пропан Віього Потік МеійН дистиляційним потоком 39 з температурою -143Т, 1257 37 ї 8235 в якому він ще більше охолоджується до темпера„ -ч 1516 тури -136°F (потік 38В), Утворений в результаті 43^7 ЮР 500 293 Й50Э л значно конденсований потік 38в потім швидко 1730 1159 270 ІЗЗ 7S ъ розширюють, пропускаючи через ВІДПОВІДНИЙ розширювальний пристрій, наприклад розширюваль2394 Уі 40 8 2S53 :із ний клапан 17, до робочого тиску (приблизно 305 2 54 1963 3652 804 460 284В7 0 >854 64 152°F і надходить до ректифікаційної колони 18 як 40 29 І223 оЗО ,71 2Уі\ и верхнє живлення Парова частина (якщо є) потоку 38с з'єднується з парами, що піднімаються вгору з верхнього ректифікаційного ярусу колони, Видобування (дані базуються на незаокруглещоб утворити дистиляційний потік 39, який вивоних значеннях об'ємних швидкостей ПОТОКІВ) дять з верхньої зони колони Етан 95,00% Рідкий продукт (потік 40) виходить з нижньої частини колони 18 з температурою 49°F і тече для подальшої обробки та/або зберігання Холодний дистиляційний потік 39 з температурою -143°F із верхньої секції метановідпнної колони проходить протитечією відносно частково охолодженого об'єднаного потоку 38а в теплообміннику 16, де він нагрівається до -30°F (потік 39а), по мірі того, як він ще більше охолоджує та значно конденсує потік 38в Потік 39а холодного залишкового газу потім розділяється на дві частини, потоки 41 і 42 Потік 41 проходить протитечією відносно суміші живильного газу і газу, що повертають для рециркуляції, в теплообміннику 15 і нагрівається до 79°F (потік 41а), по мірі того, як він охолоджує і частково конденсує об'єднаний потік 38 Потік 42 проходить протитечією відносно живильного газу в теплообміннику 10 і нагрівається до 23°F (потік 42а), по мірі того, як він охолоджує і частково конденсує живильний газ Ці два нагріті потоки, 41а і 42а, потім знову з'єднуються як потік 39в залишкового газу з температурою 51 °F Цей об'єднаний потік потім повторно стискають в два етапи На першому етапі - за допомогою компресора 13, який приводиться в дію розширювальною машиною 12 На другому етапі - за допомогою компресора 19, який приводиться в дію допоміжним джерелом живлен Пропан 99,48% Бутани+ 99,93% Потужність (у кінських силах) Стиснення залишкового газу 3329 Стиснення з охолодженням 1897 Всього 5226 Порівняння рівнів видобування та енергетичних потреб, відображених в таблицях І і III, показує, що даний винахід зберігає майже такий самий рівень видобування етану, пропану і бутанів+, як і в процесі з фіг 1, але зменшує енергетичні витрати приблизно на 6% КІЛЬКІСТЬ верхнього живлення колони в процесі з фіг 3 (потік 38С) приблизно така сама, як і в процесі з фіг 1 (потік 35с), але в даному винаході значна фракція верхнього живлення складається із залишкового метану, що утворюється в результаті наявності концентрацій Сг+ компонентів у верхньому живленні, які значно менші в процесі з фіг 3 Таким чином, поєднання залишкового метану в потоці 46 газу, що повертають для рециркуляції, з частиною живильного газу дає можливість в даному винаході забезпечувати верхній зрошувальний потік для метановідпнної колони 18, бідніший за вмістом, ніж живильний газ, але КІЛЬКІСТЬ якого все ще достатня для ефективного абсорбування Сг+ компонентів в парах, що піднімаються вгору через колону 24 23 52746 Порівняння рівнів видобування та енергетичкривої знаходиться справа від лінії рівноваги між них витрат, відображених в Таблицях II і III, покарідкою та твердою фазами, що свідчить про те, що зує, що даний винахід також зберігає такий самий процес з фіг 2 не можна провести за цих умов, не рівень видобування етану, як і в процесі з фіг 2, з зіткнувшись з проблемами заледеніння В резульаналогічним, приблизно на 6%, зменшенням енертаті, не можна за цих умов проводити процес з гетичних потреб Хоча процес з фіг 2 має дещо фіг 2, оскільки його потенціал збільшення ефективищий рівень видобування пропану (100,00% провності порівняно з процесом з фіг 1 практично не ти 99,48%) та бутанів+ (100,00% проти 99,93%), можна реалізувати, не видаливши принаймні деніж процес з фіг 3, даний винахід (фіг 3) потребує якої частини двоокису вуглецю з живильного газу значно менше одиниць обладнання, ніж процес з Це, звичайно, значно збільшить капітальні витрафіг 2, що веде до значно менших капіталовклати день Ректифікаційна колона 18 в процесі з фіг З Крива 74 на фіг 4 відображає стани рідин на також потребує менше контактних ярусів, ніж відректифікаційних ярусах метановідпнної колони 18 повідна колона на фіг 2, що також зменшує капітав даному винаході, показаному на фіг З В протильні витрати Зменшення експлуатаційних та капілежність процесам з фіг 1 і 2, коефіцієнт безпеки тальних витрат, якого досягають завдяки даному між очікуваними робочими умовами та умовами винаходу, є результатом використання маси часзаледеніння для процесу з фіг 3 становить 1,33 тини живильного газу для доповнення маси в поТаким чином, даний винахід допускає майже потоці залишкового метану, що повертають для редвійне збільшення такої концентрації двоокису циркуляції, з тим, щоб потім мати достатню масу у вуглецю, яку процес з фіг 1 припускає без ризику верхньому зрошувальному живленні метановідпнзаледеніння Більш того, тоді як процес з фіг 2 не ноі колони для використання охолодження, що є в дає можливості досягти рівнів видобування, даних потоці, який повертають для рециркуляції, для в Таблиці II, через заледеніння, запропонований ефективного абсорбування С2+ компонентів з паданим винаходом процес фактично можна проворів, що піднімаються вгору через колону дити, досягаючи рівнів видобування, навіть більших за рівні, дані в Таблиці III, без ризику заледеЩе однією перевагою даного винаходу порівніння няно з відомими способами є зменшення вірогід ності заледеніння двоокису вуглецю На фіг 4 показаний графік залежності між концентрацією двоокису вуглецю та температурою ЛІНІЯ 71 відображає умови рівноваги для твердого та рідкого двоокису вуглецю у вуглеводневих сумішах, подібних до таких, які використовують на ректифікаційних ярусах метановідпнної колони 18 на фіг 1 З (Цей графік подібний до графіка, наведеного в статті "Shortcut to CO2 Solubility", автори Warren E White, Karl M Forency та Ned P Baudat, Hydrocarbon Processing, V 52, pp 107 - 108, August 1973, але залежність, відображену на фіг 4, для лінії рівноваги між рідкою та твердою фазами обчислили, використовуючи рівняння стану, щоб належним чином пояснити вплив вуглеводнів, важчих за метан) Температура рідини на лінії 71 чи праворуч від неї або концентрація двоокису вуглецю на цій лінії чи над нею означає умову, що викликає заледеніння Через зміни в умовах, які звичайно бувають під час переробки газу (наприклад, склад живильного газу, режим, об'ємна швидкість потоку), як правило, необхідно розробляти метановідпнну колону із значним коефіцієнтом безпеки між очікуваними робочими умовами та умовами заледеніння Досвід показав, що стани рідин на ректифікаційних ярусах метановідпнної колони, а не стани парів обумовлюють допустимі робочі умови в більшості метановідпнних колон 3 цієї причини відповідна ЛІНІЯ рівноваги між паровою та твердою фазами на фіг 4 не показана На графіку, що на фіг 4, також зображені криві, які показують умови для рідин на ректифікаційних ярусах метановідпнної колони 18, застосованої в процесах фіг 1 і 2 (криві 72 і 73, ВІДПОВІДНО) ДЛЯ процесу з фіг 1 коефіцієнт безпеки між очікуваними робочими умовами та умовами заледеніння становить 1,17 Тобто збільшення вмісту двоокису вуглецю на 17% в рідині може викликати заледеніння Для процесу з фіг 2, однак, частина робочої Зсув в робочих умовах метановідпнної колони з фіг 3, позначений кривою 74 на фіг 4, можна зрозуміти, порівнюючи характерні ознаки даного винаходу з відомими процесами, показаними на фіг 1 і 2 Форма робочої кривої для процесу з фіг 1 (крива 72) дуже схожа на форму робочої кривої для даного винаходу Головна різниця полягає в тому, що робочі температури ректифікаційних ярусів в метановідпнній колоні в процесі з фіг 3 значно тепліші за температури ВІДПОВІДНИХ ректифікаційних ярусів в метановідпнній колоні в процесі з фіг1, що позначено значним зсувом робочої кривої процесу з фіг 3 від лінії рівноваги між рідкою та твердою фазами Більш теплі температури ректифікаційних ярусів в метановідпнній колоні з фіг 3 є результатом роботи ректифікаційної колони при значно вищому тиску, ніж в процесі з фіг 1 Однак більш високий тиск колони не спричиняє зниження рівнів видобування С2+ компонентів, тому що потік 46, який повертають для рециркуляції в процесі з фіг 3, являє собою, по суті, відкритий прямоконтактний цикл стиснення-охолодження для метановідпнної колони, яка використовує частину леткого залишкового газу як робоче середовище, постачаючи необхідне охолодження в процес, щоб перекрити зниження у видобуванні, яким зазвичай супроводжується підвищення робочого тиску в метановідпнній колоні Відомий процес (фіг 2) подібний до даного винаходу тим, що він також застосовує відкритий цикл стиснення-охолодження, щоб постачати додаткове охолодження в метановідпнну колону Однак в даному винаході робоче середовище у вигляді леткого залишкового газу збагачується більш важкими вуглеводнями від живильного газу В результаті, рідини на ректифікаційних ярусах у верхній секції метановідпнної колони (фіг 3) містять більш високі концентрації вуглеводнів С4+, ніж концентрації ВІДПОВІДНИХ ректифікаційних ярусів у 26 25 52746 метановідпнній колоні в процесі з фіг 2 Призна(потік 46) виводять з головного потоку залишковочення цих компонентів більш важких вуглеводнів го газу (потік 39е) і охолоджують до -25°F в тепло(разом із більш високим робочим тиском ректифіобміннику 15 в результаті теплообміну з іншою каційної колони) - підняти температуру початку частиною холодного залишкового газу з темперакипіння рідин тарілок Це створює більш теплі ротурою -55°F (потік 41) Частково охолоджений потік бочі температури для ректифікаційних ярусів в 46а, що повертають для рециркуляції, потім знову метановідпнній колоні з фіг 3, знову зсуваючи роз'єднується з іншою частиною рідини із сепаратора бочу криву процесу фіг 3 далі від лінії рівноваги 11, потоком 36, що містить приблизно 33% всієї між рідкою та твердою фазами конденсованої рідини Об'єднаний потік 38 далі проходить через теплообмінник 16, обмінюючись Приклад 2 теплом з холодним дистиляційним потоком 39 з На фіг 3 зображений варіант здійснення данотемпературою -142°F і охолоджується до -135°F го винаходу, якому віддається перевага, для пока(потік 38а) Утворений в результаті значно кондензаних умов температури і тиску, оскільки цей варісований потік 38а потім швидко розширюють, проант, як правило, потребує найменшої КІЛЬКОСТІ пускаючи через ВІДПОВІДНИЙ розширювальний приобладнання та найменших капіталовкладень Інстрій, наприклад розширювальний клапан 17, до ший спосіб збагачення потоку, що повертають для робочого тиску (приблизно 297 фунтів на кв дюйм рециркуляції, показано в іншому варіанті здійснен(20,88кг/см2) ректифікаційної колони 18 Під час ня даного винаходу, зображеному на фіг 5 Склад розширення частина потоку випаровується, що в живильного газу та умови, які розглядаються при результаті дає охолодження загального потоку В описі процесу, представленого на фіг 5, такі самі, процесі, зображеному на фіг 5, розширений потік як і для процесів з фіг 1 - З В зв'язку з цим, процес 38в, що виходить із розширювального клапана 17, з фіг 5 можна порівнювати з процесами з фіг 1 і 2, досягає температури -151Т і надходить до ректищоб продемонструвати переваги даного винаходу, фікаційної колони 18 як її верхнє живлення Пароа також можна порівнювати з варіантом, зображева частина (якщо є) потоку 38в з'єднується з параним на фіг З ми, що піднімаються з верхнього ректифікаційного При відтворенні процесу з фіг 5 живильний газ ярусу колони, щоб утворити дистиляційний потік надходить з температурою 88°F та тиском 840 39, який виводиться з верхньої зони колони фунтів на кв дюйм (59,05кг/см2) де потік 31 і охолоджується в теплообміннику 10 в результаті тепРідкий продукт (потік 40) виходить з нижньої лообміну з частиною холодного залишкового газу з частини колони 18 з температурою 46°F і тече для температурою -55°F (потік 42), рідинами кип'ятиподальшої обробки та/або зберігання Холодний льника біля основи метановідпнної колони, які дистиляційний потік 39 з температурою -142°F із мають температуру 22°F, рідинами бічного кип'яверхньої секції метановідпнної колони проходить тильника метановідпнної колони, які мають темпепротитечією відносно об'єднаного потоку 38 в тепратуру -71 °F, та ЗОВНІШНІМ хладагентом - пропалообміннику 16, де він нагрівається до -55°F (потік ном Охолоджений потік 31а входить в сепаратор 39а), по мірі того, як він охолоджує і значно кон11 з температурою -45°F та тиском 825 фунтів на денсує потік 38а Потік 39а холодного залишкового кв дюйм (58кг/см2), в якому пара (потік 33) відогазу потім розділяється на дві частини, потоки 41 і кремлюється від конденсованої рідини (потік 34) 42 Потік 41 проходить протитечією відносно газу, що повертають для рециркуляції, в теплообмінниПара (потік 33) із сепаратора 11 надходить до ку 15 і нагрівається до 79°F (потік 41а), по мірі томашини 12 робочого розширення, в якій з цієї часго, як він охолоджує потік 46, що повертають для тини живлення з високим тиском забирають мехарециркуляції Потік 42 проходить протитечією віднічну енергію Машина 12 розширює пару голоносно живильного газу в теплообміннику 10 і навним чином ізентропічно від тиску приблизно 825 грівається до 81 °F (потік 42а), по мірі того, як він фунтів на кв дюйм (58кг/см2) до робочого тиску охолоджує і частково конденсує живильний газ Ці (приблизно 297 фунтів на кв дюйм (20,88кг/см ) два нагріті потоки, 41а і 42а, потім знову з'єднуректифікаційної колони 18, при цьому робоче розються як потік 39в залишкового газу, що має темширення охолоджує розширений потік 33а до температуру 81 °F Цей об'єднаний потік далі повторно ператури приблизно -114Т Розширений та частстискають в два етапи На першому етапі - за доково конденсований потік 33а потім надходить як помогою компресора 13, що приводиться в дію живлення до дистиляційної колони 18 в МІСЦІ живрозширювальною машиною 12 На другому етапі лення в середній частині колони за допомогою компресора 19, що приводиться в Конденсована рідина (потік 34) із сепаратора дію допоміжним джерелом живлення, який стискає 11 розділяється на дві частини, потоки 36 і 37 Позалишковий газ (потік 39с) до магістрального тистік 37, який містить приблизно 67% всієї конденсоку, з яким його реалізують Після охолодження у ваної рідини, швидко розширюють до робочого випускному охолоднику 20 охолоджений потік 39е тиску (приблизно 297 фунтів на кв дюйм розділяється на продукт залишкового газу (потік 2 (20,88кг/см ) ректифікаційної колони 18, пропуска47) та потік 46, який повертають для рециркуляції, ючи через ВІДПОВІДНИЙ розширювальний пристрій, як описувалось раніше Продукт залишкового газу наприклад розширювальний клапан 14, охоло(потік 47) надходить до магістрального газопроводжуючи потік 37 до температури -90°F (потік 37а) ду з температурою 88°F та тиском 835 фунтів на Розширений потік 37а, що виходить із розширювакв дюйм (58,7кг/см2), з якими його реалізують льного клапана 14, потім надходить до ректифікаційної колони 18 в МІСЦІ живлення, розташованому Сумарні дані про об'ємні швидкості потоків та нижче середини колони енергетичні витрати для процесу, зображеного на фіг 5, наведені в таблиці IV Частину залишкового газу з високим тиском 27 52746 28 каційних ярусів метановідпнної колони з фіг 5 за(Ф вдяки впливові більш високих концентрацій більш важких вуглеводнів на температури початку кипінsi aam про об ємні швндвасп ПОТОКІВ ня рідини в цьому варіанті, в якому конденсовану (ф)нт мол рідину використовують для збагачення потоку, що Поль Метан Етан Пропан Бутан и+ Всього повертають для рециркуляції Приклад З _! 5516 Ш7 633 371 8235 Третій варіант здійснення даного винаходу по3 .32/1 320 63 13 39S9 казаний на фіг 7, в якому для подальшого підви_________ 34 ~ :i93~ wT 424, ~~ щення ефективності видобування в запропонова_________^_________ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ному способі використовують додаткове [ обладнання Склад живильного газу та умови, що З*" | НЙЇ 648 3-2 240 -S46 розглядаються для процесу з фіг 7, такі самі, як і 78 5 7!51 0 для процесів з фіг 1, 2, 3 і 5 ! _________ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ "Тзоо" При відтворенні процесу з фіг 7 використовують схему розділення живильного газу, охоло34 1942 133 IS!» MS 270U дження та сепарації та схему збагачення потоку, _ _ _ _- — - — *— J^T" І851 ~ що повертають для рециркуляції, здебільшого такі 37] самі, як і в процесі з фіг 3 Різниця полягає в роз40 29 1223 62» 23S4 міщенні конденсованих рідин, що виходять із сепаратора 11 (потік 34) Замість швидкого розшиВидобування (дані базуються на незаокруглерення рідкого потоку та спрямування його них значеннях об'ємних швидкостей потоків) безпосередньо до ректифікаційної колони в МІСЦІ Етан 95,00% живлення, розташованому нижче середини колоПропан 99,40% ни, можна застосувати так званий спосіб самоохоБутани+ 99,92% лодження для охолодження частини рідин з тим, Потужність (у кінських силах) щоб вона змогла стати ефективним живильним Стиснення залишкового газу 3960 потоком для зони, розташованої вище середини Стиснення з охолодженням 1515 колони Всього 5475 Живильний газ входить з температурою 88°F Порівняння Таблиць III і IV показує, що цей та тиском 840 фунтів на кв дюйм (59,05кг/см2) як варіант здійснення даного винаходу (фіг 5) дає потік 31 і розділяється на дві частини, потік 32 і можливість досягати майже таких самих рівнів потік 35 Потік 32, що містить приблизно 79% всьовидобування продукту, як і раніше описаний варіго живильного газу, входить в теплообмінник 10 і ант з фіг 3, хоча потребує більшого використання охолоджується в результаті теплообміну з частиенергії Якщо даний винахід здійснювати, як у Приною холодного залишкового газу з температурою кладі 2, але використовуючи частину конденсова26°F (потік 42), рідинами кип'ятильника біля осноної рідини для збагачення потоку, який повертають ви метановідпнної колони, які мають температуру для рециркуляції, перевага, що стосується уник23°F, рідинами бічного кип'ятильника метановіднення умов, які викликають заледеніння двоокису пнної колони, які мають температуру -57°F, та ЗОвуглецю, збільшується порівняно з варіантом, зоВНІШНІМ хол од оад агентом - пропаном Охолоджебраженим на фіг 3 На фіг 6 зображено інший граний потік 32а входить в сепаратор 11 з фік залежності між концентрацією двоокису вугтемпературою -38°F та тиском 825 фунтів на кв лецю та температурою, на якому ЛІНІЯ 71, ЯК І на дюйм (58кг/см2), де пара (потік 33) відокремлюєтьпопередньому графіку, показує умови рівноваги ся від конденсованої рідини (потік 34) для твердого та рідкого двоокису вуглецю у вуглеПара (потік 33) із сепаратора 11 надходить до водневих сумішах, подібних до тих, які використомашини 12 робочого розширення, в якій з цієї часвують на ректифікаційних ярусах метановідпнної тини живлення з високим тиском забирають мехаколони 18 на фіг 1, 2, 3 і 5 Крива 75 на фіг 6 преднічну енергію Машина 12 розширює пару голоставляє умови для рідин на ректифікаційних ярувним чином ізентропічно від тиску приблизно 825 сах метановідпнної колони 18 в даному винаході фунтів на кв дюйм (58кг/см2) до робочого тиску (фіг 5) та показує коефіцієнт безпеки 1,45 між очі(приблизно 299 фунтів на кв дюйм (21,02кг/см) куваними робочими умовами та умовами заледеректифікаційної колони 18, причому таке робоче ніння для процесу з фіг 5 Таким чином, цей варірозширення охолоджує розширений потік 33а до ант даного винаходу, можливо, допускає 45%-ве температури приблизно -106°F Розширений і часзбільшення концентрації двоокису вуглецю без тково конденсований потік 33а потім надходить як ризику заледеніння На практиці таке збільшення живлення до дистиляційної колони 18 в МІСЦІ живкоефіцієнту безпеки заледеніння, можливо, можна лення в середній частині колони використати для підвищення рівнів видобування С2+ компонентів без стикання з проблемами залеКонденсована рідина (потік 34) із сепаратора деніння, і досягають цього тим, що метановідпнна 11 спрямовується в теплообмінник 22, де вона колона працює при більш низькому тиску (тобто з охолоджується до -115Т (потік 34а) Переохолохолоднішими температурами на ректифікаційних джений потік 34а потім розділяється на дві частиярусах) Форма кривої 75 на фіг 6 дуже схожа на ни, потоки 36 і 37 Потік 37 швидко розширюють, форму кривої 74 на фіг 4 Головна різниця полягає пропускаючи через ВІДПОВІДНИЙ розширювальний в дещо тепліших робочих температурах ректифіпристрій, наприклад розширювальний клапан 23, до тиску, трохи вищого за робочий тиск ректифікаТэбл •шн !\ 4 29 52746 ЗО ційної колони 18 Під час розширення частина річастково конденсує об'єднаний потік 38 Потік 42 дини випаровується, охолоджуючи загальний потік проходить протитечією відносно живильного газу в до температури -122°F (потік 37а) Цей швидко теплообміннику 10 і нагрівається до 79°F (потік розширений потік 37а потім спрямовується в теп42а), по мірі того, як він охолоджує і частково конлообмінник 22, щоб забезпечити охолодження денсує живильний газ Ці два нагріті потоки, 41а і потоку 34, як описувалось раніше Утворений в 42а, потім знову з'єднуються в один потік 39в зарезультаті нагрітий потік 37в з температурою -45°F лишкового газу з температурою 79°F Цей об'єдпісля цього надходить до ректифікаційної колони наний потік далі повторно стискають в два етапи 18 в МІСЦІ живлення, розташованому нижче сереНа першому етапі - за допомогою компресора 13, дини колони Іншу частину переохолодженої рідиякий приводиться в дію розширювальною машини (потік 36) також швидко розширюють, пропусною 12 На другому етапі - за допомогою компрекаючи через ВІДПОВІДНИЙ розширювальний сора 19, який приводиться в дію допоміжним джепристрій, наприклад розширювальний клапан 14 релом живлення і стискає залишковий газ (потік Під час швидкого розширення до робочого тиску 39с) до магістрального тиску, з яким його реалізуметановідпнної колони (приблизно 299 фунтів на ють Після охолодження у випускному охолоднику 2 кв дюйм (21,02кг/см ) частина рідини випарову20 охолоджений потік 39е розділяється на продукт ється, охолоджуючи загальний потік до темперазалишкового газу (потік 47) і потік 46, що повертатури -123°F (потік 36а) Швидко розширений потік ють для рециркуляції, як описувалось раніше 36а потім надходить до ректифікаційної колони 18 Продукт залишкового газу (потік 47) тече до магісв МІСЦІ живлення, розташованому вище середини Т та трального газопроводу з температурою колони, над місцем живлення потоку 33а, розшитиском 835 фунтів на кв дюйм (58,7кг/см ), з якими реного в результаті робочого розширення його реалізують Друга частина (потік 35) живильного газу (реСумарні дані про об'ємні швидкості потоків та шта 21% живильного газу) з'єднується з частиною енергетичні витрати для процесу, показаного на залишкового газу з високим тиском (потік 46), відфіг 7, наведені в таблиці V веденого від головного потоку залишкового газу ТаЗлшія V (потік 39е) Об'єднаний потік 38 входить в теплообмінник 15 і охолоджується до -19Т в результаті (Фіг 7) теплообміну з іншою частиною холодного залишСумарні д і т Гіро об ty.m швидкосі: погнив кового газу з температурою -26°F (потік 41) та ЗОВ(фунт-молевуліЛом) НІШНІМ холодагентом - пропаном Частково охолоджений потік 38а потім проходить через теплообмінник 16, обмінюючись теплом з холодПі,Ш і Етан Пролай БуїшшВсього ним дистиляційним потоком 39 з температурою 31 5М6 1 I2S7 633 ^~ 371 8235 144°F, в якому він ще охолоджується до -137°F (потік 38В) Отриманий в результаті значно кон4357 З 500 293 6505 І 1017 і денсований потік 38в далі швидко розширюють, 35 \ ~ 27D 78 Ж 1730 Ш9 пропускаючи через ВІДПОВІДНИЙ розширювальний 33 | 309 64 14 2K9S пристрій, наприклад розширювальний клапан 17, до робочого тиску (приблизно 299 фунтів на кв 34 | 70S 436 2990 279 14S9 дюйм (21,02кг/см2) ректифікаційної колони 18 Під ^ 36 [ 302 1S6 Ш 1275 622 час розширення частина потоку випаровується, 37 | 406 2S0 160 171J S37 охолоджуючи в результаті загальний потік В процесі, показаному на фіг 7, розширений потік 38с, 3 0 643' 39 6041 п який виходить із розширювального клапана 17, 46 і 0 590 Э54 а досягає температури -153°F і надходить до ректи133 1713 аз20 фікаційної колони 18 як її верхнє живлення Паро______ ____-. _ _ ва частина (якщо є) потоку 38с з'єднується з пара0 3 SWми, що піднімаються з верхнього ректифікаційного 37 і 40 20 ' 1223 630 2390 ярусу колони, щоб утворити дистиляційний потік 39, який виводиться із верхньої зони колони 7 h І Рідкий продукт (потік 40) виходить з нижньої частини колони 18 з температурою 46°F і тече для подальшої обробки та/або зберігання Холодний дистиляційний потік 39 з температурою -144Т, що виходить з верхньої секції метановідпнної колони, проходить протитечією відносно частково охолодженого з'єднаного потоку 38а в теплообміннику 16, де він нагрівається до -26°F (потік 39а), по мірі того, як він ще більше охолоджує і значно конденсує потік 38в Потік 39а холодного залишкового газу потім розділяється на дві частини, потоки 41 і 42 Потік 41 проходить протитечією відносно суміші живильного газу та газу, що повертають для рециркуляції, в теплообміннику 15 і нагрівається до 79°F (потік 41а), по мірі того, як він охолоджує і Видобування (дані базуються на незаокруглених значеннях об'ємних швидкостей потоків) Етан 95,00% Пропан 99,50% Бутани+ 99,93% Потужність (у кінських силах) Стиснення залишкового газу 3516 Стиснення з охолодженням 1483 Всього 4999 Порівняння Таблиць III і V показує, що цей варіант даного винаходу (фіг 7) дає можливість досягати майже таких самих рівнів видобування продукту, як і раніше описаний варіант з фіг З, потребуючи при цьому навіть менших енергетичних витрат (тобто приблизно на 10% менше, ніж 32 31 52746 потребують ВІДОМІ процеси, зображені на фіг 1 і 2) рециркуляції, з частиною живильного газу перед Крім того, перевага, що полягає в уникненні умов охолодженням або після охолодження, але раніше заледеніння двоокису вуглецю, збільшується порібудь-якої сепарації рідин, які можуть конденсувавняно з варіантами, зображеними на фіг 3 і 5 На тися з живильного газу Будь-яку рідину, яка конфіг 8 показаний інший графік залежності між конденсується (потік 34) з живильного газу, можна центрацією двоокису вуглецю та температурою, розширити та подати в метановідпнну колону, або при цьому ЛІНІЯ 71, як і раніше, представляє умови можна використати для охолодження живильного рівноваги для твердого та рідкого двоокису вуглегазу або для іншої теплообмінної функції перед цю у вуглеводневих сумішах, подібних до тих, які етапом розширення або після нього перед тим, як використовують на ректифікаційних ярусах метанадіслати до метановідпнної колони Сепаратор НОВІДПННОІ колони 18 на фіг 1, 2, 3, 5 і 7 Крива 76 11 в процесах, показаних на фіг 10, може не знана фіг 8 зображує умови для рідин на ректифікадобитися, якщо живильний газ відносно бідний ційних ярусах метановідпнної колони 18 в даному В залежності від відносних температур та кільвинаході, показаному на фіг 7 і показує коефіцієнт костей окремих потоків, два або більше живильні безпеки 1,84 між очікуваними робочими умовами потоки або їх частини можна з'єднувати і з'єднаний та умовами заледеніння для процесу з фіг 7 Тапотік потім подавати в місце живлення в середній ким чином, цей варіант даного винаходу допускає частині колони Наприклад, як показано на фіг 9, збільшення концентрації двоокису вуглецю на 84% частину, що залишилась, конденсованої рідини без ризику заледеніння На практиці таке підви(потік 37) можна швидко розширити за допомогою щення коефіцієнту безпеки можна використати розширювального клапана 14, а потім весь швидко для підвищення рівнів видобування С2+ компоненрозширений потік 37а або його частину поєднати тів без зіткнення з проблемами заледеніння, в репринаймні з частиною потоку 33а, розширеного в зультаті роботи метановідпнної колони при більш результаті робочого розширення, щоб утворити низькому тиску (тобто з холоднішими температуоб'єднаний потік, який потім надходить до колони рами на ректифікаційних ярусах) Концентрації 18 в МІСЦІ живлення в середній частині колони двоокису вуглецю для кривої 76 на фіг 8 значно Аналогічно, як показано на фіг 10 і 11, весь швидко нижчі, ніж концентрації для кривої 74 на фіг 4 Це розширений потік (потік 34а на фіг 10, потік 36а на сталося завдяки абсорбції двоокису вуглецю комфіг 11) або його частину можна поєднати принайпонентами важких вуглеводнів у живленні (потік мні з частиною потоку 33а, розширеного в резуль36а), яке надходить до частини, розташованої витаті робочого розширення, щоб утворити об'єднаще середини колони, при цьому абсорбція запобіний потік, який потім надходить до колони 18 в гає концентруванню двоокису вуглецю у верхній МІСЦІ живлення в середній частині колони секції метановідпнної колони в процесі з фіг 7 в тій Приклади даного винаходу, проілюстровані на КІЛЬКОСТІ, в якій це відбувається у попередніх варіфіг 3, 5, 7, 9, 10 і 11, показують відведення потоку антах 46, який повертають для рециркуляції, після того, як дистиляційний потік 39 нагрівся в результаті Інші варіанти теплообміну з живильними потоками і його було Згідно З даним винаходом збагачення потоку, стиснуто до магістрального тиску В залежності від який повертають для рециркуляції, більш важкими розміру установки, вартості устаткування, наявновуглеводнями можна здійснювати декількома спості на ринку тощо, може бути вигідним відведення собами У варіантах з фіг 3 і 7 таке збагачення потоку 46, який повертають для рециркуляції, пісздійснюють, змішуючи частину живильного газу з ля нагрівання, але перед стисненням, як показано газом, який повертають для рециркуляції, перед на фіг 12 В такому варіанті можна застосувати будь-яким охолодженням живильного газу У варіокремий компресор 24 та випускний охолодник 25, анті фіг 5 збагачення здійснюють, змішуючи газ, щоб підвищити тиск потоку 46в, який повертають який повертають для рециркуляції, з частиною для рециркуляції, з тим, щоб його можна було поконденсованої рідини, яка утворюється після охотім поєднати з частиною (потоком 35) живильного лодження живильного газу Як показано на фіг 9, газу Як варіант (фіг 13), потік 46, що повертають збагачення можна, навпаки, здійснювати, змішуюдля рециркуляції, можна вивести з дистиляційного чи газ, що повертають для рециркуляції, з частипотоку 39 або перед нагріванням, або перед стисною (потоком 35) пари, що залишається після охоненням Потік 46, що повертають для рециркулялодження і часткової конденсації живильного газу ції, можна засосувати для постачання охолодженДо того ж, збагачення, показане на фіг 9, можна ня частині живильного газу, потім спрямувати в збільшити, також перемішуючи всю конденсовану окремий компресор 24 та випускний охолодник 25 рідину (потік 36) або її частину, яка утворюється для підвищення тиску потоку 46d, який повертають після охолодження живильного газу Частину, що для рециркуляції, щоб його можна було поєднати з залишилась (якщо є), конденсованої рідини (потік частиною (потоком 35) живильного газу 37) можна використати для охолодження живильного газу або для іншої теплообмінної функції пеПриклади, представлені вище, всі передбачаред етапом розширення або після нього перед ють застосування даного винаходу, коли тиск житим, як надіслати до метановідпнної колони В вильного газу та тиск залишкового газу практично деяких варіантах розділення пари можна здійснюоднакові В ситуаціях, коли це не так, однак, можвати в сепараторі Як варіант, сепаратор 11 в прона застосувати підвищення тиску потоку з низьким цесах, показаних на фіг 9, може не знадобитися, тиском згідно з даним винаходом Деякі з інших якщо живильний газ відносно бідний варіантів застосування даного винаходу в таких ситуаціях зображені на фіг 14 - 16, що показують Як показано на фіг 10, збагачення також можпідвищення тиску газу, який повертають для рецина здійснювати, змішуючи газ, що повертають для 34 33 52746 ркуляцм, живильного газу та конденсованих рідин, тарілці безперервної колони Наприклад, частину стисненого залишкового газу (потік 39d) можна ВІДПОВІДНО ІНОДІ використовувати для забезпечення необхідЗгідно З даним винаходом використання зовного тепла, яке витрачається на випаровування нішнього охолодження додатково до охолодження, флегми на нижній тарілці колони В деяких випадщо надходить від інших потоків, які беруть участь ках частину рідини, що стікає з верхньої, холоднів процесі, може виявитись непотрібним, зокрема у шої секції колони, можна відвести і використати випадку, коли живильний газ бідніший за живильдля охолодження живильного газу в теплообмінний газ, застосований у Прикладі 1 Використання нику 10, а потім повернути в колону, в нижню, тепта розподіл рідин метановідпнної колони для теплішу секцію, максимально використовуючи тепло лообміну, що відбувається під час процесу, та конколони і знижуючи до мінімуму потреби у зовнішкретне розташування теплообмінників для охолоньому підігріві дження живильного газу слід визначати для кожного конкретного застосування, так само, як і Слід також визнати, що відносна КІЛЬКІСТЬ живибір потоків, що беруть участь у процесі, для влення, яка міститься в кожному відгалуженні жиокремих теплообмінних функцій вильних потоків колони, буде залежати від кількох факторів, в тому числі відтиску, складу живильноРідину з високим тиском на фіг 3 (потік 34) і го газу, КІЛЬКОСТІ тепла, яке можна економко здопершу частину рідини з високим тиском на фіг 5 бути з живлення, та величини допустимої потуж(потік 37) можна використати для охолодження ності Збільшення живлення, яке подають у живильного газу або для іншої теплообмінної фунверхню частину колони, може збільшити видобукції перед етапом розширення або після нього, але вання, але зменшить енергію, яку можна отримати перед надходженням до метановідпнної колони від розширювальної машини, в результаті чого Як показано на фіг 17, потік 33а, розширений в збільшаться енергетичні потреби для повторного результаті робочого розширення, також можна стиснення Збільшення живлення в нижній частині використати для охолодження живильного газу колони знижує енергетичні витрати, але може зниабо іншої теплообмінної функції перед надхозити і рівень видобування продукту Місцям подадженням до колони вання живлення в середній частині колони, зобраЗапропонований даним винаходом спосіб таженим на фіг 3, 5 і 7, віддається перевага для кож можна застосувати для обробки газових потоописаних робочих умов проведення процесів Одків, коли потрібне видобування тільки Сз - компонак ВІДНОСНІ місця подавання живлення в середній нентів та більш важких вуглеводневих компонентів частині колони можуть мінятися в залежності від (компонентів Сг - компонентів та більш легких складу впускного газу або інших факторів, наприкомпонентів у залишковий газ) Через більш теплі клад від заданих рівнів видобування та КІЛЬКОСТІ робочі умови процесу, пов'язані з операцією видорідини, утвореної під час охолодження живильного бування пропану (повернення етану), схема охогазу На фіг 3, 5 і 7 показані варіанти, яким віддалодження живильного газу, як правило, відрізняється перевага, для зазначених складів та режиму ється від схем для випадків видобування етану, тиску Хоча розширення окремого потоку показане показаних на фіг 3, 5, 7, 9 - 16 На фіг 17 показане в конкретних розширювальних пристроях, можна типове застосування даного винаходу, коли потрізастосовувати ІНШІ розширювальні засоби, де це бне видобування тільки Сз - компонентів та більш доцільно Наприклад, умови можуть гарантувати важких вуглеводневих компонентів При викорисробоче розширення значно конденсованого потоку танні колони у функції етановідпнної колони (по(38в на фіг 3 і 7, 38а на фіг 5) вернення етану) температури кип'ятильників ректифікаційної колони значно тепліші, ніж при використанні у функції метановідпнної колони (видобування етану) Як правило, через це стає неможливо повторно кип'ятити колону, використовуючи живильний газ установки, як це зазвичай роблять при видобуванні етану Тому, як правило, використовують зовнішнє джерело для тепла, яке витрачається на випаровування флегми на нижній Хоча були описані варіанти здійснення даного винаходу, яким віддається перевага, спеціалістам зрозуміло, що можливі видозміни, наприклад для того, щоб пристосувати даний винахід до різних умов, типів живлення та інших вимог, але в межах об'єму даного винаходу, суть якого визначається формулою винаходу 35 36 39Ь -іво СЕКЦІЯ СЕПАРАЦІі ВПУСКНИЙ ГАЭ 840 МЕТАНОБЩПННА СЕКЦІЯ PSIA ФУНТІВ НА КВАДРАТНИЙ ДЮЙМ З 1 BBDF ВПУСКНИЙ _ J ! ГАЗ 840 PSiA PS!A ФУНТІВ НА ЧВАДРАТНИИ ДЮЙМ Ф І Г 2 (вщомі СПОСІБ І УСТАНОВКА) РІДКИЙ ПРОДУКТ 37 38 52746 ЗАЛИШКОВИЙ ГАЗ 39b ьіЖІ ВПУСКНИЙ Г А З S 4 0 P S I A PSiA - ФУНТІВ НА КВАДРАТНИЙ ЦЮИМ ФІГ. -100 рщідай ПРОДУКТ З •120 -140 ТЕМПЕРАТУРА, U F ФІГ. 4 •160 49 а F 52746 40 Еэ- ЗАЛИШКОВІЙ ГАЗ -142°F 29? PS! A ЗПУСКМИИ ГАЗ ' 58 840 PSIA -71°F 43» 22° F 4ЄТ PSiA ФУНТІВ НА КВАДРАТНИЙ ДЮЙМ ФІГ. 20 РІДКИЙ ПРОДУКТ -