Способ разделения смеси газов - RU2514859C2

Чертежи

Описание

Предлагаемое изобретение относится к технике переработки попутного или природного газа, а именно к процессу низкотемпературной сепарации компонент газа.

Известен способ разделения смеси газов (патент ЕР 2326403 АО), включающий охлаждение смеси газов и расширение смеси во вращающемся потоке с разделением смеси на продукт, обогащенный целевыми компонентами, и продукт, обедненный этими компонентами, прокачку части продуктов, полученных из смеси газов, через колонну, включение обедненного продукта в состав выходного газа.

Однако такой способ не позволяет достичь высокой степени очистки от целевых компонент, т.к. температура точки росы обедненного потока остается достаточно высокой из-за того, что затруднительно получить низкие температуры в теплообменниках, расположенных перед входом в сопло, из-за конденсации компонент в теплообменниках.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ разделения по патенту RU 2272973 С1, включающий охлаждение смеси газов, расширение смеси в закрученном потоке в сопле с разделением смеси на продукт, обогащенный тяжелыми компонентами, и продукт, обедненный этими компонентами, направлении по крайней мере части обогащенного продукта в ректификационную колонну, направление по крайней мере части газофазных продуктов, полученных в ректификационной колонне, в смесь до ее расширения, нагрев обедненного продукта за счет охлаждения смеси газов.

Однако такой способ также не позволяет получать высокую степень очистки из-за невозможности получить низкие температуры в теплообменниках.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение степени очистки выходного газа.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе разделения смеси газов, включающем охлаждение смеси, расширение продуктов, получаемых из смеси, прокачивание по крайней мере части продуктов через ректификационную колонну, расширение смеси в закрученном потоке в сопле с разделением потока на поток, обогащенный компонентами тяжелее метана, и поток обедненными этими компонентами, нагрев обедненного потока за счет охлаждения продуктов, получаемых из смеси, согласно изобретению нагретый газовый поток сжимают в компрессоре, охлаждают в аппарате воздушного охлаждения, часть полученного газового продукта используют в качестве выходного продукта, другую часть дополнительно охлаждают, расширяют, продукты расширения направляют в колонну и/или смешивают с газофазными продуктами, поступающими из колонны в сопло.

Работа предлагаемого изобретения иллюстрируется на примерах устройств, схемы которых приведены на Фиг.1, 2.

На Фиг.1 приняты следующие обозначения: 1 - сырьевой газ или смесь газов; 2 - хладагент; 3-18 продукты, получаемые из смеси; 19-20 - теплообменники; 21-22 - сепараторы, 23 - сопловой сепаратор; 24 - ректификационная колонна; 25-26 - компрессоры; 27-28 - аппараты воздушного охлаждения; 29 - насос; 30-34 - клапаны, 35 - смеситель, 36 - эжектор.

Смесь 1 поступает в смеситель 35, в котором смешивается с газофазным продуктом 17, полученным в сепараторе 22. При этом газ 17 предварительно нагревается в теплообменнике 19, сжимается в компрессоре 25 и охлаждается в аппарате 27 воздушного охлаждения. Смесь 3 охлаждается в теплообменнике 19, полученная двухфазная смесь в сепараторе 21 разделяется на газовый 5 и жидкий 4 продукты, которые расширяются в клапанах 30, 31 и направляются в колонну 24. Расширение газа 5 может быть проведено в турбине детандера или в сопле. Вместо многопоточного теплообменника 19 могут быть использованы несколько теплообменников.

Газофазный продукт 7 из колонны подается в сопловой сепаратор 23, в котором расширяется во вращающемся потоке в сопле и разделяется на обогащенный компонентами тяжелее метана поток 8 и поток 9, обедненный этими компонентами. Обогащенный поток 8 подается в сепаратор 22, в котором разделяются жидкий 14 и газофазный 17 продукты, жидкость 14 с помощью насоса 29 направляется в колонну 24. Обедненный поток 9 направляют в нагреваемые каналы рекуперативного теплообменника 20, и далее дополнительно нагревают в теплообменнике 19, сжимают в компрессоре 26, охлаждают в аппарате 28 воздушного охлаждения, часть полученного газа 10 используют в качестве выходного продукта 11. Другую часть 12 дополнительно охлаждают в теплообменнике 20, расширяют в клапане 34 и направляют в колонну 24.

Часть 6 жидкого продукта используют в качестве хладоносителя в теплообменнике 19. Другую часть 18 жидкого продукта также направляют в качестве хладоносителя в теплообменник 19 и используют в качестве выходного продукта.

При необходимости в теплообменнике 19 может быть использован дополнительный хладагент 2.

Согласно п.2 формулы изобретения газофазный продукт 17 из сепаратора 22, являющийся частью обогащенного потока 16, используют в теплообменнике 19 для охлаждения смеси газов, сжимают компрессором 25, охлаждают в аппарате воздушного охлаждения 27 и направляют в смеситель 35.

Согласно п.3 формулы изобретения вместо дроссельного клапана 34 для расширения дополнительно охлажденной части газа может быть использован турбодетандер и/или сопло.

В случае использования сопла с получением в нем обедненного и обогащенного продуктов эти продукты могут быть направлены в колонну на тарелки разных уровней, что будет способствовать более эффективной работе колонны.

Согласно п.4 формулы изобретения в обогащенный поток 8 могут быть добавлена смесь и/иди продукты, полученные из смеси, имеющие температуру выше температуры точки росы обогащенного потока. Это позволит избежать появления твердой фазы (например, сухого льда) в трубопроводах, а также в сепараторе 22.

Согласно п.5 формулы изобретения дополнительно охлажденную часть газа после расширения направляют в эжектор 36 (Фиг.2), в котором используют в качестве эжектирующего или эжектируемого газа при смешении с продуктами 7, полученными из смеси газов, затем полученную смесь направляют в сопловой сепаратор 23.

Эжектор 36 может быть использован либо для снижения давления в ректификационной колонне, либо для снижения затрат энергии на сжатие.

Вместо смесителя 35 может быть также использован эжектор, что позволит более рационально использовать энергию при сжатии газов.

В таблице 1 приводятся данные по расчету параметров потоков в установке, приведенной в качестве примера на Фиг.1.

В таблице приняты обозначения: № - номер потока, T - температура потока, P - давление потока, приводятся также значения мольной доли компонент в соответствующих строках.

Как следует из приведенного примера, такая установка может быть использована для удаления значительной доли углекислоты из смеси 1, в которой начальное содержание ее достигает ~70%.

Расчеты выполнены для случая, когда разделение потока 7 происходит после расширения потока в сопле соплового сепаратора до давления 1 МПа с последующим восстановлением давления в диффузоре до 2.5 МПа

Реферат

Изобретение относится к технике переработки попутного или природного газа, а именно к процессу низкотемпературной сепарации компонент газа. Способ разделения смеси газов включает охлаждение смеси, расширение продуктов, получаемых из смеси, прокачивание по крайней мере части продуктов через ректификационную колонну, расширение смеси в закрученном потоке в сопле с разделением потока на поток, обогащенный компонентами тяжелее метана, и поток, обедненный этими компонентами, нагрев обедненного потока за счет охлаждения продуктов, получаемых из смеси. При этом нагретый обедненный газовый поток сжимают в компрессоре, охлаждают в аппарате воздушного охлаждения, часть полученного газового продукта используют в качестве выходного продукта, другую часть дополнительно охлаждают, расширяют, продукты расширения направляют в колонну и/или смешивают с газофазными продуктами, поступающими из колонны в сопло. Изобретение позволяет увеличить степень очистки выходного газа. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Формула