RU2739038C2

RU2739038C2 - Low-temperature dephlegmation unit with separation for complex gas treatment and production of liquefied natural gas

Info

Publication number: RU2739038C2
Application number: RU2018146322A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владиславович Курочкин
Original assignee: Андрей Владиславович Курочкин
Priority date: 2018-12-24
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2020-12-21
Also published as: RU2018146322A3; RU2018146322A

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to low-temperature condensation plants and can be used in gas industry. Disclosed is an apparatus which includes an inlet separator, a dephlegmator with a separator, a low-temperature separator, a weathering apparatus, a demethanizer, a debutanizer, two recuperative heat exchangers, reducing devices and a unit for producing LNG in units for purification from carbon dioxide and drying, two compressors, two coolers, recuperative heat exchanger, expander and LNG separator. During operation of the plant crude gas is cooled, separated in inlet separator into condensate and gas, which after cooling and reduction is subjected to dephlegmation to obtain condensate and dephlegmation gas, which is reduced and separated into residue and separation gas, part of which is fed into LNG production unit, and part—in mixture with residue is directed as coolant in dephlegmator and then separated in low-temperature separator into condensate and gas, which is removed after heating and mixing with return gas. Condensates are reduced and separated in a weathering unit to gas returned to the low-temperature separator, and weathered condensate, which after heating is supplied to the demethanizer, where it is divided into methane-containing gas returned to low-temperature separator, and wide fraction of light hydrocarbons C₂₊, which is separated in unit of debutanization to produce products. Part of separation gas is cleaned from carbon dioxide, compressed, cooled, dried, aftercooled, reduced and separated in separator by LNG and return gas, which is heated and mixed with prepared gas.

EFFECT: technical result is obtaining LNG and high output of hydrocarbons C₂₊.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к установкам низкотемпературной конденсации и может быть использовано в газовой промышленности при подготовке природного газа.The invention relates to installations for low-temperature condensation and can be used in the gas industry for the preparation of natural gas.

Известен способ низкотемпературной сепарации газа [RU 2543867, опубл. 10.03.2015 г., МПК B01D 3/14, B01D 3/28], осуществляемый на установке, включающей входной сепаратор, двухсекционный дефлегматор, блок низкотемпературной сепарации в составе редуцирующего устройства и низкотемпературного сепаратора, и блок выветривания конденсата.The known method of low-temperature gas separation [RU 2543867, publ. 03/10/2015, MPK B01D 3/14, B01D 3/28], carried out on a plant including an inlet separator, a two-section reflux condenser, a low-temperature separation unit as part of a reducing device and a low-temperature separator, and a condensate weathering unit.

Недостатками известной установки являются низкое качество товарного газа и низкий выход газового конденсата из-за неполной рекуперации холода технологических потоков.The disadvantages of the known installation are the low quality of the commercial gas and the low yield of gas condensate due to incomplete recovery of cold process streams.

Наиболее близка к предлагаемому изобретению установка комплексной подготовки газа [RU 2624710, опубл. 05.07.2017 г., МПК F25J 3/00, С07С 7/00, C10G 5/06], включающая входной сепаратор, блок низкотемпературной конденсации, содержащий первый и второй рекуперационные теплообменники, дефлегматор, соединенный линией газа подачи дефлегмации, оснащенной редуцирующем устройством, с низкотемпературным сепаратором, оснащенным линией вывода газа в теплообменную секцию дефлегматора, а также редуцирующие устройства и блок стабилизации конденсата.Closest to the proposed invention is a complex gas treatment unit [RU 2624710, publ. 07/05/2017, IPC F25J 3/00, C07C 7/00, C10G 5/06], including an inlet separator, a low-temperature condensation unit containing the first and second recuperative heat exchangers, a reflux condenser connected by a reflux supply gas line equipped with a reducing device, with a low-temperature separator equipped with a gas outlet line to the heat-exchange section of the reflux condenser, as well as reducing devices and a condensate stabilization unit.

Недостатком данной установки является невозможность получения СПГ и низкий выход углеводородов С₂₊ из-за недостаточного охлаждения при дефлегмации и потерь с факельными газами.The disadvantages of this unit are the inability to obtain LNG and the low yield of C ₂₊ hydrocarbons due to insufficient cooling during reflux and losses with flare gases.

Задача изобретения - получение СПГ и повышение выхода углеводородов С₂₊.The objective of the invention is to obtain LNG and increase the yield of C ₂₊ hydrocarbons.

Техническим результатом является получение СПГ за счет дополнения установки блоком получения СПГ, компрессоры которого соединены с по меньшей мере одним из детандеров блока низкотемпературной конденсации, а холодильник - с одним из низкотемпературных технологических потоков блока низкотемпературной конденсации, а также повышение выхода углеводородов С₂₊ за счет охлаждения дефлегматора редуцированным газом дефлегмации и исключения образования факельных газов.The technical result is the production of LNG by supplementing the installation with an LNG production unit, the compressors of which are connected to at least one of the expanders of the low-temperature condensation unit, and the refrigerator - to one of the low-temperature process streams of the low-temperature condensation unit, as well as increasing the yield of С ₂₊ hydrocarbons due to cooling the reflux condenser with a reduced reflux gas and eliminating the formation of flare gases.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей входной сепаратор, блок низкотемпературной конденсации с редуцирующими устройствами, содержащий первый и второй рекуперационные теплообменники, дефлегматор с теплообменной секцией, соединенный линией подачи газа дефлегмации, оснащенной редуцирующем устройством, с низкотемпературным сепаратором, оснащенным линией вывода подготовленного газа, а также блок стабилизации конденсата, особенность заключается в том, что по меньшей мере одно из редуцирующих устройств выполнено в виде детандера, на линии подачи газа дефлегмации после редуцирующего устройства расположен сепаратор, соединенный с низкотемпературным сепаратором линией подачи остатка, на которой расположена теплообменная секция дефлегматора, а с блоком получения СПГ - линией подачи газа сепарации, к которой примыкает линия подачи его части в линию подачи остатка, при этом линия вывода газа низкотемпературной сепарации непосредственно соединена с первым рекуперационным теплообменником, линии вывода конденсата из входного сепаратора и дефлегматора с редуцирующими устройствами, а также линия вывода конденсата низкотемпературной сепарации соединены с выветривателем, соединенным с низкотемпературным сепаратором линией подачи газа выветривания, а со вторым рекуперационным теплообменником - линией подачи выветренного конденсата, на которой затем в качестве блока стабилизации установлен деметанизатор, соединенный с низкотемпературным сепаратором линией подачи метансодержащего газа, а с узлом дебутанизации, оснащенным линиями вывода продуктов - линией подачи широкой фракции легких углеводородов, кроме того, блок получения СПГ включает последовательно расположенные на линии подачи газа сепарации узел очистки от углекислоты, первый компрессор, первый холодильник, узел осушки, второй холодильник, рекуперационный теплообменник, детандер, и сепаратор СПГ с линией вывода СПГ и линией подачи обратного газа в линию вывода подготовленного газа, на которой расположены рекуперационный теплообменник и второй компрессор, при этом первый холодильник оснащен линиями ввода/вывода внешнего хладоагента, а второй - линиями ввода/вывода части газа низкотемпературной сепарации или части выветренного конденсата в качестве хладоагента, а первый и второй компрессоры соединены с детандером блока получения СПГ и по меньшей мере с одним из детандеров блока низкотемпературной конденсации посредством кинематической или электрической связи.The technical result is achieved by the fact that in the proposed installation, including an inlet separator, a low-temperature condensation unit with reducing devices, containing the first and second recuperative heat exchangers, a reflux condenser with a heat-exchange section, connected by a reflux gas supply line equipped with a reducing device, with a low-temperature separator equipped with an outlet line prepared gas, as well as a condensate stabilization unit, the peculiarity lies in the fact that at least one of the reducing devices is made in the form of an expander, a separator is located on the reflux gas supply line after the reducing device, connected to the low-temperature separator by the residue supply line, on which the heat exchange section of the dephlegmator, and with the LNG production unit - the separation gas supply line, to which the supply line of its part is adjacent to the residue supply line, while the low-temperature separation gas outlet line is directly connected to the first with a cooper heat exchanger, the condensate outlet lines from the inlet separator and the reflux condenser with reducing devices, as well as the condensate outlet line for low-temperature separation are connected to a ventilator connected to a low-temperature separator by a weathering gas supply line, and to the second recuperative heat exchanger - by a condensate supply line to which weathered A demethanizer is installed as a stabilization unit, connected to a low-temperature separator by a methane-containing gas supply line, and to a debutanization unit equipped with product output lines - by a supply line for a wide fraction of light hydrocarbons; in addition, the LNG production unit includes a carbon dioxide purification unit located in series on the gas separation line , the first compressor, the first refrigerator, the drying unit, the second refrigerator, the recuperative heat exchanger, the expander, and the LNG separator with the LNG outlet line and the return gas supply line to the prepared gas outlet line, to which a recuperative heat exchanger and a second compressor are located, while the first refrigerator is equipped with input / output lines for an external refrigerant, and the second with input / output lines for a part of the low-temperature separation gas or a part of weathered condensate as a refrigerant, and the first and second compressors are connected to the expander of the LNG production unit and with at least one of the expanders of the low temperature condensation unit by means of a kinematic or electrical connection.

Кинематическое соединение между компрессором и детандером осуществляют, например, путем их размещения на одном валу, а электрическое соединение - путем оборудования детандеров электрогенераторами, питающими электроприводы компрессоров. Узел дебутанизации, в зависимости от требуемого ассортимента жидких продуктов, может включать деэтанизатор или деэтанизатор с дебутанизатором. В качестве продуктов могут выводиться: широкая фракция легких углеводородов, этан-бутановая фракция, этановая фракция, пропан-бутановая фракция и стабильный газовый конденсат. При получении в качестве продуктов пропан-бутановой фракции и стабильного газового конденсата узел дебутанизации может быть соединен линией вывода этансодержащего газа с линией вывода подготовленного газа. Деметанизатор, деэтанизатор и дебутанизатор могут быть выполнены в виде ректификационных колонн. По меньшей мере одно редуцирующее устройство выполнено в виде детандера, остальные могут быть выполнены в виде дроссельного вентиля, газодинамического устройства или детандера. Узлы осушки и очистки газа от углекислоты могут представлять собой, например, адсорбционные установки. В качестве внешнего хладагента может быть использован, например, атмосферный воздух или охлаждающая вода. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.The kinematic connection between the compressor and the expander is carried out, for example, by placing them on the same shaft, and the electrical connection - by equipping the expanders with electric generators that feed the electric drives of the compressors. The debutanizer unit, depending on the desired range of liquid products, may include a deethanizer or a de-ethanizer with a debutanizer. The following products can be displayed: a broad fraction of light hydrocarbons, an ethane-butane fraction, an ethane fraction, a propane-butane fraction and stable gas condensate. When receiving propane-butane fraction and stable gas condensate as products, the debutanization unit can be connected by an ethane-containing gas outlet line to a prepared gas outlet line. The demethanizer, deethanizer and debutanizer can be made in the form of rectification columns. At least one reducing device is made in the form of an expander, the rest can be made in the form of a throttle valve, a gas-dynamic device or an expander. Units for drying and cleaning gas from carbon dioxide can be, for example, adsorption plants. The external refrigerant can be, for example, ambient air or cooling water. As the rest of the installation elements can be placed any devices of the corresponding purpose, known from the prior art.

Выполнение по меньшей мере одного из редуцирующих устройств блока низкотемпературной конденсации в виде детандера, связанного с компрессорами блока получения СПГ, а также оснащение второго холодильника блока получения СПГ линиями ввода/вывода части газа низкотемпературной сепарации или части выветренного конденсата в качестве хладоагента, позволяет получать СПГ за счет энергии сырого газа, отбираемой при его редуцировании, а также холода технологических потоков.Implementation of at least one of the reducing devices of the low-temperature condensation unit in the form of an expander associated with the compressors of the LNG production unit, as well as equipping the second cooler of the LNG production unit with lines for input / output of a part of the low-temperature separation gas or a part of the weathered condensate as a refrigerant, makes it possible to obtain LNG for due to the energy of raw gas taken during its reduction, as well as the coldness of technological streams.

Повышение выхода углеводородов С₂₊ достигается за счет понижения температуры верха дефлегматора путем соединения сепаратора редуцированного газа дефлегмации, имеющего наиболее низкую температуру, с теплообменной секцией дефлегматора, а также путем исключения образования факельных газов за счет размещения на линии подачи выветренного конденсата в качестве блока стабилизации деметанизатора, соединенного с низкотемпературным сепаратором линией подачи метансодержащего газа, и узла дебутанизации, оснащенного линиями вывода продуктов, содержащих тяжелые углеводороды.An increase in the yield of C ₂₊ hydrocarbons _is achieved by lowering the temperature of the top of the reflux condenser by connecting the separator of the reduced reflux gas, which has the lowest temperature, with the heat exchange section of the reflux condenser, and also by eliminating the formation of flare gases by placing the weathered condensate on the supply line as a stabilization unit for the demethanizer connected to the low-temperature separator by a methane-containing gas supply line, and a debutanization unit equipped with lines for the output of products containing heavy hydrocarbons.

Установка включает входной сепаратор 1, блок низкотемпературной конденсации в составе дефлегматора 2 с сепаратором 3, низкотемпературного сепаратора 4, выветривателя 5, деметанизатора 6, узла дебутанизации 7, рекуперационных теплообменников 8 и 9 (второй вариант расположения показан пунктиром), редуцирующих устройств 10-13 (условно показаны детандеры), а также блок получения СПГ в составе узлов очистки от углекислоты 14 и осушки 15, первого 16 и второго 17 компрессоров, первого 18 и второго 19 холодильников, рекуперационного теплообменника 20, детандера 21 и сепаратора СПГ 22.The installation includes an inlet separator 1, a low-temperature condensation unit as part of a reflux condenser 2 with a separator 3, a low-temperature separator 4, a ventilator 5, a demethanizer 6, a debutanizing unit 7, recuperation heat exchangers 8 and 9 (the second arrangement is shown by a dotted line), reducing devices 10-13 ( Expanders are conventionally shown), as well as an LNG production unit as a part of carbon dioxide cleaning and drying units 15, first 16 and second 17 compressors, first 18 and second 19 refrigerators, recuperative heat exchanger 20, expander 21 and LNG separator 22.

При работе установки (фиг. 1) сырой газ, подаваемый по линии 23, охлаждают в теплообменнике 9, разделяют в сепараторе 1 на конденсат, выводимый по линии 24, и газ, который по линии 25, после охлаждения в теплообменнике 8 и редуцирования с помощью устройства 10, направляют в дефлегматор 2, из которого по линии 26 выводят конденсат, а по линии 27 - газ дефлегмации, который редуцируют с помощью устройства 11 и разделяют в сепараторе 3 на остаток, выводимый по линии 28 и газ сепарации, часть которого подают в узел 14, а часть по линии 29 подают на смешение с остатком. Полученную смесь направляют в качестве хладоагента в теплообменную секцию дефлегматора 2, и далее в сепаратор 4, из которого по линии 30 выводят конденсат, а по линии 31, после нагрева в теплообменнике 8 и смешения с обратным газом, подаваемым по линии 32, выводят подготовленный газ по линии 33. Конденсаты, подаваемые по линиям 24 и 26, редуцируют с помощью устройств 13 и 12, соответственно, и совместно с конденсатом, подаваемым по линии 30, разделяют в выветривателе 5 на газ, возвращаемый по линии 34 в сепаратор 4, и выветренный конденсат, который по линии 35, после нагрева в теплообменнике 9, расположенном в одном из двух возможных положений, подают в деметанизатор 6, где разделяют на метансодержащий газ, подаваемый в сепаратор 4 по линии 36, и широкую фракцию легких углеводородов С₂₊, которую по линии 37 направляют в узел дебутанизации 7 для разделения на продукты, выводимые по линиям 38. Этансодержащий газ при этом может быть направлен по линии 39 в линию подготовленного газа 33 (показано пунктиром). Часть газа сепарации, выводимую по линии 40, очищают от углекислого газа в узле 14, сжимают компрессором 16, охлаждают в холодильнике 18, осушают в узле 15, доохлаждают в холодильнике 19 и теплообменнике 20, редуцируют в детандере 21 и разделяют в сепараторе 22 на СПГ, выводимый по линии 41, и обратный газ, выводимый по линии 32, который нагревают в теплообменнике 20 и с помощью компрессора 17 подают в линию 33. Связь компрессоров и детандеров показана штрих-пунктиром. Линии подачи ингибитора гидратообразования (метанола) и вывода отработанного водометанольного раствора условно не показаны.During the operation of the installation (Fig. 1), the raw gas supplied through line 23 is cooled in heat exchanger 9, separated in separator 1 into condensate removed through line 24, and gas, which is discharged through line 25, after cooling in heat exchanger 8 and reduction using device 10, is sent to reflux condenser 2, from which condensate is removed through line 26, and reflux gas through line 27, which is reduced by means of device 11 and is separated in separator 3 into a residue, discharged through line 28 and separation gas, part of which is fed to node 14, and a part through line 29 is fed for mixing with the remainder. The resulting mixture is sent as a refrigerant to the heat exchange section of the reflux condenser 2, and then to the separator 4, from which condensate is removed through line 30, and through line 31, after heating in heat exchanger 8 and mixing with the return gas supplied through line 32, prepared gas is removed through line 33. Condensates supplied through lines 24 and 26 are reduced by means of devices 13 and 12, respectively, and together with the condensate supplied through line 30, they are separated in a ventilator 5 into gas returned via line 34 to separator 4 and weathered condensate, which through line 35, after heating in heat exchanger 9 located in one of two possible positions, is fed to demethanizer 6, where it is separated into methane-containing gas supplied to separator 4 through line 36, and a wide fraction of light hydrocarbons C ₂₊ , which through line 37 is directed to the debutanization unit 7 for separation into products discharged through lines 38. The ethane-containing gas can be directed through line 39 into the prepared gas line 33 (shown by a dotted line). Part of the separation gas discharged through line 40 is purified from carbon dioxide in unit 14, compressed by compressor 16, cooled in refrigerator 18, dried in unit 15, aftercooled in refrigerator 19 and heat exchanger 20, reduced in expander 21 and separated in separator 22 for LNG line 41, and return gas discharged through line 32, which is heated in heat exchanger 20 and supplied by compressor 17 to line 33. The relationship between compressors and expanders is shown in dash-dotted lines. The supply lines of the hydrate formation inhibitor (methanol) and the output of the spent water-methanol solution are conventionally not shown.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет получить СПГ, увеличить выход углеводородов С₂₊ и может найти применение в газовой промышленности.Thus, the proposed installation allows you to obtain LNG, to increase the yield of C ₂₊ hydrocarbons and can be used in the gas industry.

Claims

Low-temperature refluxing unit with separation - NTDS for complex gas treatment and production of liquefied natural gas - LNG, including an inlet separator, a low-temperature condensation unit with reducing devices, containing the first and second recuperative heat exchangers, a reflux condenser with a heat exchange section, connected by a reflux gas supply line, a device with a low-temperature separator equipped with a prepared gas outlet line, as well as a condensate stabilization unit, characterized in that at least one of the reducing devices is made in the form of an expander, a separator is located on the reflux gas supply line after the reducing device connected to the low-temperature separator by a line residue supply, on which the heat exchange section of the dephlegmator is located, and with the LNG production unit - the separation gas supply line, to which the line for supplying its part to the residue supply line is adjacent, while the gas outlet line is low The temperature separation line is directly connected to the first recuperative heat exchanger, the condensate outlet lines from the inlet separator and the reflux condenser are connected to reducing devices, as well as the low-temperature separation condensate outlet line is connected to the ventilator connected to the low-temperature separator by the airing gas supply line, and to the second recuperator - to the recuperator of weathered condensate, on which a demethanizer is then installed as a stabilization unit, connected to a low-temperature separator by a methane-containing gas supply line, and to a debutanization unit equipped with product output lines - by a feed line for a wide fraction of light hydrocarbons; in addition, the LNG production unit includes series separation gas supply lines carbon dioxide cleaning unit, first compressor, first refrigerator, drying unit, second refrigerator, recuperative heat exchanger, expander and LNG separator with LNG outlet line and secondary gas to the prepared gas outlet line, on which the recuperative heat exchanger and the second compressor are located, while the first refrigerator is equipped with external refrigerant input / output lines, and the second - with input / output lines for a part of the low-temperature separation gas or a part of weathered condensate as a refrigerant, and the first and the second compressors are connected to an expander of the LNG production unit and to at least one of the expander units of the low temperature condensation unit by means of a kinematic or electrical connection.