NO822107L

NO822107L - Fremgangsmaate for utvinning av kondenserbare hydrokarboner fra hydrokarbonblandinger

Info

Publication number: NO822107L
Application number: NO82822107A
Authority: NO
Inventors: Cesare Fabbri; Gianfranco Bellitto; Giuseppe La Mantia; Biagio Failla
Original assignee: Snam Progetti
Priority date: 1981-07-07
Filing date: 1982-06-23
Publication date: 1983-01-10
Also published as: MY8600366A; US4486209A; PL237301A1; IT1136894B; IT8122781A0; NL8202725A; YU146182A; BR8203667A; ES514542A0; AU8511382A; IE53080B1; GR76195B; IE821628L; OA07144A; ES8400248A1; JPS5817192A; GB2102931A; DK301482A; EG15920A; GB2102931B

Description

Foreliggende forbindelse vedrører en fremgangsmåte for utvinning av kondenserbare hydrokarboner fra en gassformet blandet strøm inneholdende disse hydrokarboner, omfattende følgende preliminære trinn.

1.1. - Den gassformede blanding avkjøles (2) til en temperatur litt over temperaturen for dannelse av hydrater.

1.2. - De således oppnådde kondensater dehydratiseres (6) og tilføres en fraksjoneringskolonnen (49);

1.3. - Den således separerte gass dehydratiseres (8) og avkjøles (11) med dermed forbundet utvinning av negative kalorier fra restgassen og fra en lateral gjen-koker (12) og fraksjoneringskolonnen (49), og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at den omfatter de ytterligere trinn med:

1.4. - GasSr-strøm fra kondensatene separeres (14) under et forholdsvis høyt trykk og tilføres (15) det første trinn av en ekspansjonsturbin (16) ned til et trykk på en mellomliggende verdi tilsvarende trykket oppnådd i toppen av fraksjoneringskolonnen (49); 1.5.,- Kondensatene ekspanderes under et forholdsvis høyt trykk gjennom en ekspansjonsventil (17) ned til et trykk som tillater at den således oppnådde væske kan tilføres fraksjoneringskolonnen (49) mens den derved oppnådde gass (19,22,23) blandes med strømmen (24) som kommer fra det første trinn av ekspansjonsturbinen (16); 1.6. - Væsken separeres (26) fra gassen fra den nevnte blanding og væsken (29) sendes ved hjelp av en pumpe (27) til fraksjoneringskolonnen (49);

1.7. - Den derved separerte gass blandes (52 + 53) med gassen som kommer fra toppen av fraksjoneringskolonnen;

1.8. - De dannede gasser avkjøles (30) og negative kalorier utvinnes fra restgassen;

1.9. - Gassen fra kondensatene under et mellomliggende trykk separeres (32) og tilføres (33) det annet trinn av ekspansjonsturbinen (34) ned til et forholdsvis lavt trykk som er en funksjon av sammensetningen og trykket av den gassformede blanding og av den utvinningsgrad som ønskes;

1.10. - Kondensatene ekspanderes gjennom en ventil (37) under et mellomliggende trykk ned til utløpstrykket av ekspansjonsturbinen (34) og de to strømmer blandes (38+ 39) ;

1.11. - Under et lavt trykk (41) separeres videre kondensatene fra restgassen og tilføres gjennom en pumpe (46) til toppen av fraksjoneringskolonnen (49);

1.12. - Restgassen oppvarmes under et lavt trykk med gjenvinning av negative kalorier og gjenkomprimering av gassen (43) ,

Disse og andre trekk ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen fremgår av patentkravene.

Oppfinnelsen vedrører således en ny fremgangsmåte for utvinning av kondenserbare hydrokarboner, som etan, propan, butaner og høyere hydrokarboner fra efi gassformet strøm som inneholder disse kondenserbare hydrokarboner,

Mer spesielt er den foreliggende fremgangsmåte meget effektiv og fordelaktig for utvinning av etan, propan,

og høyere monologer.

Et antall metoder er allerede kjent for utvinning av kondensater fra gassformede blandinger, idet noen slike metoder utbytter ekspansjonsturbiner for oppnåelse av de lave temperaturer som er krevet for kondensering av gassene og for den etterfølgende fraksjonering av kondensatene.

Fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse er forskjellig fra de konvensjonelle metoder ved den spesielle anordning av maskineriet og det annerledes flytskjema, som fører til effektiv varmeutvinning og en mer effektiv fraksjonering, slik at kondenserbare hydrokarboner kan utvinnes med minimum energiforbruk.

Fremgangsmåten skal beskrives mer detaljert i det følgende med henvisning til den vedføyde figur som er et flytskjema av fremgangsmåten for forklaring av de grunnleggende prinsipper for oppfinnelsen.

Den gassformede blanding, som har et forholdsvis høyt trykk,. kommer via ledningen 1 inn i varmeveksleren 2 hvori et første kjøletrinn foregår ned til temperaturer over den temperatur hvor hydrater dannes (dette er en funksjon av typen av gass og dens trykk).

Blandingen går så via ledningen 3 inn i separatoren 4 hvor den kondenserte væske separeres fra den gassformede fase og pumpes ved hjelp av en pumpe 5 gjennom de faste dehydratiseringslag 6 og føres så gjennom reguleringsventilen 7 til den nedre seksjon av fraksjoneringskolonnen 49. Gassen som kommer ut fra separatoren 4 dehydratiseres ved hjelp av faststoff-tørkelagene 8.

Ved en modifisering av fremgangsmåten som nå skal skisseres, spesielt når gassene har en forholdsvis lav temperatur og en lett vekt (f.eks. med et høyt innhold av metan) kan maskineriet 4,5,6 og 7 utelates og, i dette tilfelle,

kan den gassformede strøm føres direkte til den dehydra-tiserende seksjon 28. Den tørkede gass tilføres via ledningene 9 og 10 den annen gass/gass-varmeveksler 11 og

den laterale gjen-koker 12, henholdsvis, hvori den ytterligere avkjøles på bekostning av den kolde restgass og av en væskestrøm som trekkes ut i et visst nivå av fraksjoneringskolonnen 49, henholdsvis.

Oppdelingen av strømningstakten i ledningene 9 og 10 gjennomføres ved hjelp av passende fordelings-måleinn-retninger som ikke er vist i flytskjemaet.

I samsvar med modifisering av fremgangsmåten kan den laterale gjen-koker 12 utelates og noen gjenvinning av negative kalorier kan gjennomføres i gjen-kokeren 50 og/eller ved å anordne en ytre kjølekilde, f.eks. en propan eller "Freon" kjølekrets. Alt dette er også en funksjon av trykket og sammensetningen av den gassformede blanding og den gjenvinningsgrad som kreves.

Under avkjøling av gassen i 11 og 12 foregår en delvis kondensering av hydrokarboner med medfølgende dannelse av en væske med tyngre gjennomsnitlig sammensetning enn av dampene i likevekt. De utgående strømmer 11 og 12 kombineres i ledningen 13 og tilføres høytryks-separatoren 14 hvori i de to faser, den væskeformede og den nevnte gassformede, separeres.

Høytryksgassen tilføres gjennom ledningen 15 det første trinn av en ekspansjonsturbin 16 hvori gassen ekspanderes inntil den når et trykk mellom tilførselstrykket og det trykk som restgassen hadde før den ble komprimert.

Under ekspansjonen av gassen opptrer en omdannelse av isoentropi^type . (med begrenset virkningsgrad på mindre enn 1) og dette fører til en betraktelig avkjøling av gassen, slik at en ytterligere porsjon kondensater dannes, idet resultatet er en ytterligere reduksjon av innholdet av tyngre hydrokarboner i gassen i likevekt. Det arbeide som leveres av ekspansjonsturbinen kan ut-Hyttes for en delvis kompresjon av restgassen. Den høy-tryksvæske som kommer ut fra separatoren 14 bringes til å ekspandere gjennom ekspansjonsventilen 17 og føres via ledningen 18 til separatoren 19 som arbeider under et trykk som er litt over trykket ved utløpet av turbinen (16). Under denne ekspansjon av væsken, som er av en faktisk isoentalpi-type, dannes to faser som separeres ved 19, henholdvis en væske anriket med de tyngre hydrokarboner fra utgangsvæsken, og en gass som er rik på de lettere hydrokarboner.

Med denne type flytskjema oppnås et karakteristisk trekk ved fremgangsmåten, det vil si en preliminær fraksjonering av den væske som tilføres fraksjoneringskolonnen, slik at det oppnås en høy virkningsgrad på utvinningen av de kondenserbare bestanddeler, som er et formål for den foreliggende fremgangsmåte.

Den forholdsvis kolde væske som kommer ut fra separatoren 19 tilføres gjennom reguleringsventilen 20 og ledningen 21 fraksjoneringskolonnen 49 i et nivå som er umiddelbart over det nivå hvorfra den væske trekkes ut som tilføres den laterale gjen-koker 12.

Gassen som kommer ut fra separatoren 19 kombineres ved hjelp av trykkreguleringsventilen 22 og ledningen 23

med den strøm som kommer ut fra ekspansjonsturbinen 16 (ledningen 24).

Blandingen går gjennom ledningen 25 inn i separatoren 26, hvori en væske separeres som er forholdsvis rik på de tyngre hydrokarboner og som sendes til fraksjoneringskolonnen 49 i et nivå høyere enn for væsken tilført som nevnt i det foregående. Tilførselen foretas gjennom pumpen 27, kontrollventilen 28 og ledningen 29. Gassen som kommer ut fra separatoren 26 kombineres gjennom ledningen 5 2

med den gass som kommer fra toppen av fraksjoneringskolon-

nen 49 (ledningen 53) og tilføres via ledningen 29 den negativ-kalorigass/gassvarmeveksler 30 hvori en ytterligere avkjøling foregår bevirket av den resterende kolde gass som kommer fra lavtryksseparatoren, idet de tyngre hydrokarboner inneholdt i gassen kondenseres ytterligere.

Nå går blandingen via ledningen 31 inn i middeltrykk-separatoren 32 hvorfra gassen, etter å ha blitt berøvet kondensatene, via ledningen 33 tilføres det annet trinn i ekspansjonsturbinen 34 og ekspanderes ned til en passende trykkverdi. Denne verdi er forholdsvis lav og er funksjon av det tryk k som den gassformede blanding har ved sitt innløp i systemet av sammensetningen av angjeldende blanding, og av graden av hydrokarboh-utvinning som kreves fra tid til tid. Også i dette tilfelle, tilsvarende som beskrevet i forbindelse med det første ekspansjonstrinn (16), oppnås en betraktelig av-kjøling av gassen og en ytterligere dannelse av kondensater, slik at innholdet av tyngre hydrokarboner i gassen i likevekt reduseres ytterligere.

Også her kan det arbeid som frembringes av ekspansjonsturbinen utnyttes for delvis kompresjon av restgassen. Ekspansjonsturbinene, også kalt turbo-ekspandere, kan

fås på markedet fra spesialiserte firmaer som vanligvis også tilveiebringer den koaksialt kompressor og passende avdelinger for regulering av strømmen ved turbinens innløpsende %

I henhold til modifikasjoner som kan foretas ved fremgangsmåten beskrevet i det foregående, kan et av ekspansjonsr trinnene erstattes av en ekspansjonsventil (35,36) og en av de to kompressorer for restgassen kan utelates.,

Den væske som kommer fra middeltryksseparatoren 32 ekspanderes gjennom ventilen 37 og kombineres via ledningen 38 med strømmen som kommer fra ekspansjonsturbine 34 (ledningen 39). Blandingen tilføres nå via ledningen 40 lavtryksseparatoren 41, hvori en restgass separeres som er blitt berøvet de tyngre hydrokarboner som også skal utvinnes. Den resterende kolde gass oppvarmes, gjennom ledningen 42, i varmevekslerne 30,11 og 12 og gir negative kalorier til systemet, hvoretter den komprimeres ved hjelp av kompressoren 43 som er koaksial med ekspansjonsturbinens første trinn, og av kompressoren 44 som er koaksial med ekspansjonsturbinens annet trinn. Restgassen,

som således er blitt delvis komprimert, tilføres via ledningen 45 til den endelige kompresjon om detter er nød-vendig, slik at den bringes til det trykk som er indikert for bruken. Den endelige kompressor er ikke vist i flyt-skj emaet.

Et vesentlig karakteristisk trekk ved den fremgangsmåte som nå beskrives er at den væske som kommer ut fra separatoren 32 ikke føres direkte til fraksjoneringskolonnen 49 men heller bringes til å ekspandere til et lavere trykk og videre at den gass som kommer ut fra ekspansjonsturbinen 34, istedet for å føres til fraksjoneringskolonnen 49 sammen med kondensatene, derimot separeres i separatoren 41 og føres til sluttpunktet i systemet som er restgass.

Ved en ytterligere modifisering av fremgangsmåten som nå beskrevet kan det annet trinn av ekspansjonsturbinen 34

og kompressoren 44 utelates, og det samme er tilfelle med maskineriet 26,27,28,30,32,36 og 37, i samsvar med trykket og sammensetningen av den gassformede blanding og av den grad av kondensatutvinning som kreves fra tid til tid. I dette tilfelle føres ledningen 25 direkte til separatoren 41 istedet for at ledningen 40 og ledningen 53

er forbundet til ledningen 42.

Kondensatet som separeres i lavtryksseparatoren 41 føres via pumpen 46, reguleringsventilen 47 og ledningen 48 til toppen av fraksjoneringskolonnen 49. Den sistnevnte er anordnet for å strippe de lettere hydrokarboner fra de forskjellige kondensatfraksjoner som er blitt separert under forløpet av den fremgangsmåte som er beskrevet i det foregående, idet hydrokarbonene hovedsakelig består av metan i tilfellet med utvinning av heptan og høyere homologer, eller en bladning av metan og etan i tilfellet med utvinning av propan og høyere homologer.

Den varme som kreves for fremstilling av strippedampene tilføres til bunnen av gjen-kokeren 50 og til et passende mellomliggende trinn i den laterale gjen-koker 12.

Ved en ytterligere modifikasjon av fremgangsmåten kan mer enn en lateral gjen-koker anordnes slik at det gjen-vinnes negative kalorier for å avkjøle den gassformede blanding i tilstrekkelig grad.

Oppvarmingsinnretningen for gjen-kokeren 50 kan være et hvilket som helst oppvarmingsfluid, som f.eks. varm olje, damp, forbrenningsgasser fra en gassturbin eller ved en alternativ utførelsesform av fremgangsmåten,

selve den gassformede blanding, eller i samsvar med ennå en ytterligere alternativ utførelsesform, rest-gassene etter den endelige kompresjon.

Den intime kontakt mellom væskene og strippedampene i det indre av fraksjoneringskolonnen 49 oppnås ved hjelp av konvensjonelle innretninger som f.eks. ventilplater, perforerte plater eller innretninger av en hvilken som helst annen type og pakningsmaterialer av en hvilken som helst type.

Ved modifiseringer av angjeldende fremgangsmåte kan en eller flere tilførselsstrømmer til fraksjoneringskolonnen 49 utelates, mens tilførselsstrømmen 48 til kolonne-toppen alltid foreligger.

Ennå et karakteristisk trekk ved fremgangsmåten beskrevet i det følgende er at blandingen av gassen frembragt ved toppen av fraksjoneringskolonnen 53 med gassen nedstrøms fra det første ekspansjonstrinn (52) og kjøling av blandingen i varmeveksleren 30 skjer ved utnyttelse av gassen som kommer fra det annet ekspansjonstrinn 34.

Kondensatet frembragt ved bunnen av fraksjoneringskolonnen 53 kan enten avkjøles eller sendes til lagring, eller den kan også tilføres et fraksjoneringstrinn som ikke er vist i det foreliggende flytskjema.

Noen verdier for arbeidsparameterne er gjengitt i det følgende som eksempler. F.eks. kan trykket av den gassformede blanding i tilførselsledningen 1 være mellom 70

og 40 bar, gassen kan inneholde fra 80 - 95% metan, fra 10 - 2% etan, fra 5-2% propan og fra 2 -0,5% butaner, idet resten til 100% består av pentaner og høyere homologer, nitrogen og karbondioksyd.

Oppfinnelsen skal illustreres nærmere ved hjelp av det følgende eksempel.

Den gassformede blanding går inn i systemet under et trykk på 42 bar og ved 35°C med en sammensetning av 82% metan, 10% etan, 4% propan, 0,8% isobutan, 1,3% normal-butan, 0,5% isopentan, 0,5% nor,pentan idet resten til 100% består av heksan og høyere homologer.

Gassen avkjøles til omtrent 25°C i varmeveksleren 2 hvor^ etter den føres til tørking ved hjelp av molekylkiler og oppdeles i to strømmer, nemlig en strøm som avkjøles i varmeveksleren 11 til -.75°C ved innvirkning av restgassen og en annen strøm som avkjøles til .-36°C ved hjelp av gjen-kokeren 50, og ved hjelp av en propan-kjølekrets som gir omtrent 1 million kilokalorier ved

-20°C, og ved hjelp av en lateral gjen-koker i fraksjone-

ringskolonnen 49, idet alle disse komponenter er serie-forbundet med hverandre. De to strømmer kombineres i ledningen 13 og går inn i separatoren 14 ved omtrent -50°C, hvoretter gassen ekspanderes i turbinen 16 inntil den når et trykk på omtrent 18 bar og en temperatur på -80°C. Gassen som kommer ut fra separatoren 26 avkjøles etter å være blitt kombinert med gassen som kommer ut fra toppen av fraksjoneringskolonnen til omtrent -94°C i varmeveksleren 30. Gassen som kommer ut fra separatoren 32 ekspanderes i turbinen 34 ned til et trykk på omtrent 9 bar ved en temperatur på -115°C. Gjenvinningen av etan, som er en funksjon av temperaturen oppnådd i lavtryksseparatoren 41, tilsvarer således temperaturen -115°C. Ved å gå frem på denne måte er utvinningen av metan omtrent 87,5%, utvinningen av propan er omtrent 99,9% og de tyngre forbindelser utvinnes faktisk full-stendig.

Claims

1. Fremgangsmåte for utvinning av kondenserbare hydrokarboner fra en gassformet blandet strøm som inneholder disse kondenserbare hydrokarboner, omfattende følgende preliminære trinn: 1.1. - Avkjøling (2) av den gassformede blanding til en temperatur litt over temperaturen for dannelsen av hydrater; 1.2. - Dehydratisering (6) av de således oppnådde kondensater og tilførsel av disse til en fraksjoneringskolonne (49); 1.3. - Dehydratisering (8) av den således separerte gass og avkjøling (11) av denne med derav følgende gjenvinning av negative kalorier fra restgassen og fra en lateral gjen-koker (12) og fraksjoneringskolonnen (49), karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter de ytterligere trinn med:

1.4. - Separering (14) av gassen fra kondensatene under et forholdsvis høyt trykk og tilførsel (15) derav til et første trinn av en ekspansjonsturbin (16) til trykk på en mellomliggende verdi tilsvarende trykket oppnådd, i toppen av fraksjoneringskolonnen (49);

1.5. v. Kondensatene ekspanderes under et forholdsvis høyt trykk gjennom en ekspansjonsventil (17) til et trykk som tillater tilførsel av den således oppnådde væske til fraksjoneringskolonnen (49) mens den derved oppnådde gass (19,22,23) blandes sammen med strømmen (24) som kommer ut fra det første trinn av ekspansjonsturbinen (16),

1.6. - Separering (26) av væsken fra gassen av den tid- ligere nevnte blanding og væsken (29) sendes ved hjelp av en pumpe (27) til fraksjoneringskolonnen (49);

1.7. - Blanding (52+53) av den derved separerte gass med gassen som kommer fra toppen av fraksjoneringskolonnen;

1.8. - Kjøling (30) av de blandede gasser og gjenvinning av negative kalorier fra restgassen;

1.9. - Separering (32) av gassen fra kondensatene under et mellomliggende trykk og tilførsel (33) derav til det annet trinn av ekspansjonsturbinen (34) til et forholdsvis lavt trykk som er en funksjon av sammensetningen og trykket av den gassformede blanding og av den ønskede grad av utvinning;

1.10. - Ekspansjon gjennom en ventiln (37) av kondensatene under et mellomliggende trykk til utløpstrykket fra ekspansjonsturbinen (34) og blanding (38+39) av de to strømmer;

1.11. - Videre separering av kondensatene fra restgassen under et lavt trykk (41) og tilførsel gjennom en pumpe (46) til toppen av fraksjoneringskolonnen (49);

1.12. - Oppvarming av restgassen under et lavt trykk med gjenvinning av negative kalorier og rekompresjon av gassen (43).

2, Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at trinn l,3t erstattes med det følgende: Dehydratisering (8) av den separerte gass og avkjøling (11) av denne under gjenvinning av negative kalorier fra restgassen og fra andre kilder for negative kalorier som f.eks, gjen-kokeren (50) i fraksjoneringskolonnen (49), en lateral gjen- koker i kolonnen, en kjølekrets f.eks. drevet med propan eller "Freon", forbundet sammen i serie og/eller i parallell som en funksjon av egenskapen av rå- gassen og av temperaturene som kan oppnås.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, med utelatelse av trinnene 1.9.,1.10.,1.11, mens det gjennomføres praktisk bare et enkelt trinn i ekspansjonsturbinen (34).

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at trinnet 1.3. erstattes med det følgende: Dehydratisering (8) av denne separerte gass og avkjøling (11) derav mens det utvinnes negative kalorier fra restgassen og fra andre kilder til negative kalorier som f.eks. gjen-kokeren (50) i fraksjoneringskolonnen, en lateral gjen-koker i denne kolonnen, en kjølekrets, drevet f.eks. med propan eller "Freon", forbundet sammen i serie og/ eller parallell som en funksjon av egenskapene av rå-gassen og de temperaturer som kan oppnås.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at trinn 1.9. erstattes med det følgende: Gassen separeres fra kondensatene under et mellomliggende trykk og ekspanderes gjennom en ventil (37) til et forholdsvis lavt trykk idet det annet trinn av ekspansjonsturbinen utelates.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 2(karakterisert ved at trinn 1,9, erstattes med det følgende: Gassen separeres fra kondensatene under et mellomliggende trykk og ekspanderes gjennom en ventil (37) ned til et forholdsvis lavt trykk idet det annet trinn av ekspansjonsturbinen utelates.