способ переработки природного газа

Формула изобретения

1. Способ переработки природного газа, включающий многоступенчатую низкотемпературную конденсацию охлажденного сжиженного газа путем его сепарации, разделения полученных газовых потоков, дросселирования, охлаждения их в турбодетандере и ректификацию с получением метановой и этановой фракций, отличающийся тем, что после сепарации газовый поток разделяют на два потока в объемном соотношении 1 : 4, из них второй - больший - поток подают на охлаждение в турбодетандер, при этом ректификацию осуществляют ступенчато в разъемном деметанизаторе, состоящем из верхней и нижней колонн, под давлением 1,58 МПа и в этановой колонне под давлением 2,96 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подвод тепла в нижнюю колонну деметанизатора и этановую колонну осуществляют из трех теплообменников с использованием в качестве теплоносителя исходного природного газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической, газовой и нефтяной отраслям промышленности и может быть использовано для получения целевых фракций углеводородов из природного сырья.

Известен способ переработки природного газа, который предусматривает многостадийное низкотемпературное охлаждение газа с конденсацией за счет рекуперации тепла в холодильниках, сепарирования, сброса давления на потоках газа путем его расширения при дросселировании и экспанзировании, подачу всех холодных потоков в разделительную колонну, где в результате тепломассообменного процесса получают летучую метановую газовую фракцию и фракцию, содержащую часть компонентов этана, пропана и тяжелых углеводородов (патент US 4889545, 1989).

Известен также способ переработки природного газа, предварительно частично сжиженного сжатого и охлажденного, включающий многоступенчатую низкотемпературную конденсацию природного газа, путем сепарирования, деления потоков газа из сепаратора, охлаждения большего потока газа из сепаратора, смешанного с жидким потоком из сепаратора, в холодильнике за счет рекуперации тепла метановой фракции и сбросом давления дросселированием, охлаждение меньшего потока из сепаратора путем пропускания газа через детандер и подачу холодных расширенных потоков на ректификацию в деметанизатор для получения метановой фракции с дальнейшей рекуперацией ее тепла на охлаждение и этаново-бутановой фракции (прототип) (патент Великобритании 1532335, 1976).

Однако известные способы не предусматривают получения чистой фракции этана, которую можно использовать в качестве товарного и целевого продукта.

Кроме того, коэффициент извлечения этана недостаточно высок.

Задачей настоящего изобретения является разработка эффективного способа переработки природного газа с получением чистого этана высокого качества.

Поставленная задача решается предложенным способом переработки природного газа, включающим многоступенчатую низкотемпературную конденсацию охлажденного, сжиженного газа путем его сепарации, разделения полученных газовых потоков, дросселирования, охлаждения их в турбодетандере и ректификацию с получением метановой и этановой фракций, при этом после сепарации газовый поток разделяют на два потока в объемном соотношении 1:4, из которых второй поток подают на охлаждение в турбодетандер, при этом ректификацию осуществляют ступенчато в разъемном деметанизаторе, состоящем из верхней и нижней колонн, под давлением 1.58 МПа и в этановой колонне под давлением 2.96 МПа.

Предпочтительно подвод тепла в нижнюю колонну деметанизатора и этановую колонну осуществлять из трех теплообменников с использованием в них в качестве теплоносителя исходного природного газа.

Проведение процесса в объеме заявленной совокупности признаков позволяет:

- получить чистую этановую фракцию по ТУ 0272-022-00151638-99;

- увеличить коэффициент извлечения этана на 1.5-2.5%;

- уменьшить энергозатраты на 1.5%;

- получить целевые фракции метана и широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ).

Схема осуществления способа переработки природного газа представлена на чертеже.

Пример осуществления способа.

Природный газ в количестве 375000 м³/час при давлении 4.7 МПа, температуре 308К, следующего состава, мол.%: (N₂+He) -4.68, CH₄ - 89.096, С₂H₆-5.01, С₃H₈ - 1.13, i-C₄H₁₀ - 0.02, n-C₄H₁₀ - 0.04, CO₂ - 0.02, H₂S - 0.0014, RSH - 0.0027 подают на осушку в адсорбер 1, на очистку на фильтр 2, разделяют на два потока, один из которых в количестве 277500 м³/час охлаждают в теплообменниках 3, 4 за счет рекуперации холода обратного потока метановой фракции, второй - в количестве 97500 м³/час охлаждают кубовым продуктом деметанизатора 11б в теплообменнике 5 и в теплообменниках-кипятильниках 6, 7 основной и промежуточной фракциями нижней колонны 11б. Затем оба потока объединяют и с температурой ~ (-58^oC) подают в сепаратор 8. Паровой поток из сепаратора разделяют на два потока в соотношении 1:4. Меньший из потоков конденсируют и переохлаждают в теплообменнике 10, дросселируют и подают в верхнюю колонну 11а в качестве флегмы, больший поток расширяют и охлаждают в детандере 9. Выходящая из детандера парогазовая смесь при температуре (-98^oC) поступает в колонну 11a.

Кубовую часть из колонны 11а подают в нижнюю колонну 11б на дополнительное разделение фракций.

Верхний продукт нижней колонны 11б поступает в качестве питания в верхнюю колонну 11а. Кубовая жидкость нижней колонны 11б при давлении 1.58 МПа, температуре минус 6^oC после рекуперации холода в холодильнике 5 поступает в качестве питания в этановую ректификационную колонну 12.

Верхним продуктом деметанизатора 11а является метановая фракция, которая в количестве 333330 м³/час последовательно нагревается в теплообменниках 10, 4, 3 до температуры 36^oC и поступает в компрессор 13 турбодетандерного агрегата, где ее компримируют за счет энергии, вырабатываемой детандером 9.

Верхним продуктом колонны 12 является этановая фракция с коэффициентом извлечения этана 94.5% следующего состава, мол. %: CH4 - 1.9788, С₂H₆-95.3983, C₃H₈ - 2.172, CO₂ - 0.4192, H₂S - 0.0317, в количестве 185.4 т/час при давлении 2.96 МПа, температуре 9^oC, а нижний продукт - ШФЛУ отдает свое тепло в холодильнике 14 и при давлении 2.9 МПа, температуре 12^oC, в количестве 63.04 т/час следующего состава, мол.%: C₂H₆ - 1.4733, C₃H₈ - 92.9885, i-C₄H₁₀ -1.7661, n-C₄H₁₀ - 3.5332, H₂S - 0.0005, RSH - 0.2385, поступает в сеть в качестве целевого продукта.

Таким образом, дополнительное охлаждение потоков газа перед сепаратором позволяет значительно увеличить степень разделения природного газа в сепараторе.

Установка детандера на большем основном потоке природного газа после сепаратора позволяет вырабатывать энергию для дожима обратного потока метановой фракции.

Осуществление ректификации в деметанизаторе при давлении <1.58 МПа исключает необходимость внесения тепла от внешнего источника и позволяет применить в качестве теплоносителя в нижней колонне деметанизатора часть охлаждаемого природного газа.

Многоступенчатое разделение фракций с использованием другой части природного газа в качестве теплоносителя и установка трех теплообменников позволяют поддерживать более плавный переход градиента температур с промежуточных на нижние тарелки, достигая при этом более высокой степени извлечения этана.

Экономия энергии в способе по сравнению с прототипом составляет 1.5%;

Коэффициент извлечения этана по сравнению с прототипом увеличен на 2.1%.