WO2015122802A1 - Самоадаптирующийся способ низкотемпературного разделения газовой смеси - Google Patents

Самоадаптирующийся способ низкотемпературного разделения газовой смеси Download PDF

Info

Publication number
WO2015122802A1
WO2015122802A1 PCT/RU2015/000082 RU2015000082W WO2015122802A1 WO 2015122802 A1 WO2015122802 A1 WO 2015122802A1 RU 2015000082 W RU2015000082 W RU 2015000082W WO 2015122802 A1 WO2015122802 A1 WO 2015122802A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
cooling
components
mixture
separation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2015/000082
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Василий Вадимович ВАСИЛЕВИЧ
Павел Олегович ФЕДОСЕЕВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2015122802A1 publication Critical patent/WO2015122802A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/063—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream
    • F25J3/065—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream separation of CnHm with 4 carbon atoms or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/0605—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the feed stream
    • F25J3/061—Natural gas or substitute natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/063—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream
    • F25J3/0635—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/063—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream
    • F25J3/064—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream separation of CnHm with 2 carbon atoms or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/063—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream
    • F25J3/0645—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream separation of CnHm with 3 carbon atoms or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/50—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using absorption, i.e. with selective solvents or lean oil, heavier CnHm and including generally a regeneration step for the solvent or lean oil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/90—Mixing of components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration

Definitions

  • the invention relates to methods for low-temperature separation of gas mixtures, which can be used both for separation to natural petroleum gases and gas mixtures of any composition.
  • the present invention is the development of a new method of low-temperature separation of a stream of gas mixtures with minimal operating costs while maintaining a high degree of separation of the gas mixture of any composition.
  • This method proceeds under conditions of contacting the vapor and liquid phases with a low-temperature insoluble in the latter under high pressure.
  • the method allows to reduce the amount of heat exchange equipment due to the implementation of the heat exchange process by directly contacting the refrigerant and the mixture to be separated.
  • the use of a specially prepared refrigerant, condensation columns does not significantly reduce capital and energy costs, significantly reducing the effectiveness of this method.
  • a known method of air separation by low-temperature distillation including cooling the air stream during heat exchange with separation products, the selection of an unbalanced air stream, part of which is condensed during heat exchange with liquid oxygen and fed to the rectification (see ed. St. USSR N ° 783539 for the invention “Method of separation air by low-temperature distillation. ”Priority date from 1/30/1979.).
  • This method is based on direct contact in countercurrent of the gas to be separated with a refrigerant, which is a cooled separation product.
  • the method is carried out using heat exchangers and distillation columns, which does not significantly reduce capital and energy costs, significantly reducing the effectiveness of this method.
  • the known method proposes to use a refrigerant containing components of the source gas, as well as the condensation product after cooling. But the main low-temperature separation is carried out using a large number of heat exchange equipment. This complicates the separation process, and increases the capital and energy costs of gas separation, significantly reducing the effectiveness of this method. Thus, the known methods of low-temperature separation of gas mixtures do not provide high efficiency of the methods due to the high capital and energy costs.
  • the inventive method allows to achieve a new technical result - increasing the economic efficiency of the method of low-temperature separation of gas mixtures by reducing capital, operating and energy costs while ensuring a high degree of separation of gas mixtures of any composition.
  • a method of low-temperature separation of a gas mixture into components comprising supplying a refrigerant to the initial gas mixture, stepwise cooling the mixture and isolating gas components, wherein the low-temperature refrigerant is part of the liquid phase of the gas component after one of the cooling stage, characterized in that the components are separated from the gas stream mixtures by direct introduction at each stage of cooling directly into the gas mixture stream of low-temperature refrigerant, which are products of separation of the gas mixture obtained at each stage of cooling the mixture and separation of components, while a portion of each obtained separation product is cooled using external cold, after which it is returned directly to all stages of cooling the gas mixture and gas components, and the gas mixture stream that has passed all stages cooling and isolating the components, it is further cooled using external cold and returned directly to the previous stages of cooling the mixture and isolating the components, forming multiple e cycles of motion and the flow of cooling gas mixture.
  • the refrigerant may be a single component and / or lower boiling gas, which is a mixture of the separated liquid gas components.
  • the separation of the components is carried out from the gas mixture stream by direct introduction at each stage of cooling directly into the gas mixture stream of low-temperature refrigerant, which are the products of separation of the gas mixture obtained at each stage of cooling the mixture and separation of components” allow the direct use of cold from the obtained separation products, which makes it possible to eliminate a large number of refrigeration equipment.
  • the method provides the necessary condensation temperature by using the cold of the isolated components and increasing the concentration of each component by the corresponding stage of cooling and vskhelleniya.
  • external cold refrigeration equipment
  • it is the direct introduction of separation products (by atomization) into the gas mixture stream as a low-temperature refrigerant that provides not only the necessary condensation temperature of the components, but also an increase in their concentration (after-recovery).
  • the gas mixture stream that has gone through all the stages of cooling and incineration of the components is cooled down using external cold and returned to the previous stages of cooling the mixture and the incineration of components, forming multiple cycles of movement and cooling of the gas mixture flow,” provides multiple cooling of the gas mixture flow to the required condensation temperatures and the concentration of gas components in the mixture. This allows you to start the process (start of the method) of cooling, condensation and vyshelleniya components from the mixture with minimal use of external cold, only at the end technological process, which ensures the achievement of the technical result.
  • the refrigerant can be a single component and / or lower boiling gas, which is a mixture of high-temperature liquid gas components” and “the liquid gas phase recovered at lower temperatures than its boiling point is returned to earlier stages of cooling as the refrigerant” contributes to obtaining a technical result.
  • mixtures of injected gas components are obtained, respectively, with different boiling points (high and low boiling gas components), with a predominant predominance of the component corresponding to each cooling stage (boiling temperature).
  • concentration of components increases at the corresponding cooling and recovery stages, respectively, the component corresponding to each cooling stage begins to prevail, which can be practically without impurities of the other components.
  • the gas mixture separation method is based on the direct introduction (injection) of refrigerant into the gas mixture, including one-component cooling with the final product and / or lower boiling gas, which is a mixture of liquid gas components (substances).
  • the method of separating the gas mixture is characterized in that the liquid phase of the gas, extracted at lower temperatures than its boiling point, returns to the earlier stages of the process and serves as a refrigerant.
  • the present invention has such a patentability criterion as "inventive step”.
  • the figure schematically shows a method of separating a gas mixture in a stream motion
  • the method of low-temperature separation of the gas mixture is carried out with the flow movement of the gas mixture 1 and can be explained in the following schematically depicted system 2.
  • the source gas mixture 1 can be either two-component or multi-component.
  • the figure 1 shows the low-temperature separation of the gas mixture 1, consisting, for example, of three components A, B, C with different boiling points (conventional gas).
  • devices 3 are installed for separation, for example, separators. Separators are conventional standard industrial equipment.
  • the required number of devices 3 for separation is determined by the number of allocated components.
  • Devices 3 divide the space of system 2 into separate sections corresponding to stages 4, 5, 6 of cooling and condensation of gas components. In FIG. - three stages 4, 5, 6 are shown, corresponding to three conditional components A, B, C of the initial mixture 1.
  • the output 8 of system 2 serves to remove the spent mixture 1, that is, after the maximum extraction of components A, B, C. from it
  • the process of separation of the gas mixture 1 in the system 2 is automated and is carried out using an industrial computer (not shown).
  • the necessary data for the isolation of each component is introduced into it, namely: the boiling point of the gas components A, B, C that are part of the mixture 1, which are necessary at each stage of cooling and separation of the corresponding component.
  • the method is as follows.
  • the source gas mixture 1 is supplied at a predetermined speed by a stream to the cooling system 2 and gas components A, B, C.
  • the flow of the gas mixture 1 passes through all stages 4, 5, 6 of cooling, including a device 3 for the separation of components. Then, stream 1 enters external refrigeration equipment 7, where it is cooled and returned directly to mixture stream 1 to the previous stages 4, 5, 6 of cooling and isolating components of A.V.C., forming multiple cycles of movement and cooling of gas mixture stream 1 (start-up way). This is necessary to run system 2 in order to cool the mixture and release gas components by achieving their boiling points.
  • mixture 1 moves cyclically until it cools to the required boiling points of each component A, B, C.
  • the corresponding components A, B, C begin to condense. This allows you to collect the gradually separated product of separation, the gas component, at each stage.
  • this is the maximum predominance of component A with the residues of components B and C dissolved in it, since here the lowest boiling point corresponds to the boiling point of component A.
  • C is a pure component with gases A and B dissolved in it
  • a portion of each separation product is selected as finished product A1
  • each product A2, B2, C2 is sent to external refrigeration equipment 7 for additional cooling. Then, each pre-cooled part of the separation product A2, B2, C2 is directed to all stages of cooling 4, 5, 6 and separation by directly introducing mixture 1 into the stream (spraying) to effect direct contact and accordingly cooling mixture 1. That is, it is used as a low-temperature refrigerant, as well as to increase the concentration of released components (additional extraction of components).
  • the mixture 1, from which the gas components A, B, C are maximally extracted is removed from the system 2 at the outlet 8.
  • the gas mixture separation method is based on direct injection (injection) of low-temperature refrigerant into the gas mixture, including one-component cooling with the final product and / or lower boiling gas, which is a mixture of the separated liquid gas components (substances).
  • the method of separation of the gas mixture is characterized in that the liquid phase of the gas, extracted at lower temperatures than its boiling point, returns to earlier stages of the process and serves as a refrigerant (in the example, components C, B extracted in the following stages).
  • the main principle of this separation method is adaptation to any "gas” regardless of its composition, which means the possibility of low-temperature separation of a gas mixture of any composition (natural, oil, industrial, air gases, etc.) exclusively at their boiling points ".
  • the present invention meets the patentability criterion of "industrial applicability".
  • the present invention allows to significantly reduce operating, capital and energy costs while maintaining a high degree of separation of gas mixtures of any composition, respectively, will find application not only in the oil and gas industry, but also in chemical, environmental treatment of industrial gases.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам низкотемпературного разделения газовых смесей. Способ разделения газовой смеси осуществляют при поточном движении газовой смеси. Выделение компонентов осуществляют из потока газовой смеси путем прямого введения на каждой стадии непосредственно в поток газовой смеси низкотемпературного хладагента. Хладагент представляет собой продукт разделения газовой смеси, полученный на каждой стадии охлаждения смеси и выделения компонентов. При этом часть каждого полученного продукта разделения доохлаждают с использованием внешнего холода, после чего возвращают напрямую на все стадии охлаждения газовой смеси и выделения газовых компонентов. Поток газовой смеси, прошедший все стадии охлаждения и выделения компонентов, доохлаждают с использованием внешнего холода и возвращают напрямую на предыдущие стадии охлаждения смеси и выделения компонентов, образуя многократные циклы движения и охлаждения потока газовой смеси. Использование данного изобретения приводит к сокращению капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат с обеспечением высокой степени разделения газовых смесей любого состава.

Description

Самоадаптирующийся способ низкотемпературного разделения газовой смеси
Изобретение относится к способам низкотемпературного разделения газовых смесей, который можно использовать как для разделения к природных нефтяных газов, так и газовых смесей любого состава.
Задачей настоящего изобретения является разработка нового способа низкотемпературного разделения из потока газовых смесей с минимальными эксплуатационными затратами при сохранении высокой степени разделения газовой смеси любого состава.
Известны способы разделения природных и нефтяных газов, включающие сжатие исходного газа, ступенчатое охлаждение, сепарацию, в которых в качестве хладагентов или одного из хладагентов используют обратные потоки, то есть охлажденные выделенные газовые фракции (см. авт. св. СССР на изобретения Ν°Ν° 732637, 798443).
Данные способы позволяют сравнительно снизить энергетические затраты за счет использования холода обратных потоков разделенных газовых компонентов в сравнении со способами, в которых используют специальные хладагенты. Однако процесс охлаждения идет в теплообменниках, которые используют в большом количестве для достижения эффективности разделения газовых смесей. Это существенно увеличивает эксплуатационные, капитальные и энергетические затраты, снижая эффективность способов.
Известен способ разделения углеводородных газов путем низкотемпературной ректификации, в котором конденсацию газов из смеси производят с помощью их контактирования в противотоке с низкотемпературным не растворимым в них хладоносителем (см. авт.св. СССР Ν° 132246 на изобретение «Способ разделения углеводородных газов». Дата приоритета от 16.01.1960.)
Данный способ протекает в условиях контактирования паровой и жидкой фаз с низкотемпературным нерастворимым в последних хладоносителем под высоким давлением. Способ позволяет сократить количество теплообменной аппаратуры за счет осуществления процесса теплообмена путем непосредственного контактирования хладоносителя и разделяемой смеси. Однако использование специально приготовленного хладоносителя, конденсационных колонн не позволяет существенно снизить капитальные и энергетические затраты, существенно снижая эффективность данного способа.
Известен способ разделения воздуха низкотемпературной ректификацией, включающий охлаждение потока воздуха при теплообмене с продуктами разделения, отбор несбалансированного потока воздуха, часть которого конденсируют при теплообмене с жидким кислородом и подают на ректификацию (см. авт.св. СССР N° 783539 на изобретение «Способ разделения воздуха низкотемпературной ректификацией». Дата приоритета от 30.01.1979.).
Данный способ основан на прямом контактировании в противотоке разделяемого газа с хладагентом, являющимся охлажденным продуктом разделения. При этом способ осуществляют с использования теплообменников и ректификационных колонн, что не позволяет существенно снизить капитальные и энергетические затраты, существенно снижая эффективность данного способа.
Анализ отобранной в процессе поиска информации позволил выявить наиболее близкое техническое решение способа низкотемпературного разделения попутного (природного) газа, в котором хладагент, содержащий соединения, входящие в состав исходного газа, перед сжатием смешивают с исходным газом, сжатую смесь или ее часть многоступенчато охлаждают, после одного из процессов охлаждения из смеси отбирают жидкую фазу, которую или часть которой используют в качестве хладагента или в составе хладагента в одном из процессов охлаждения, при этом хладагент дросселируют, нагревают, частично или полностью испаряют и затем смешивают с исходным газом (см. патент РФ N° 2272972 на изобретение «Способ низкотемпературного разделения попутного (природного) газа» Дата приоритета от 28.01.2004. МПК F25J 1/02. Прототип).
Известный способ предлагает использовать хладагент, содержащий компоненты исходного газа, а также продукт конденсации после охлаждения. Но основное низкотемпературное разделение осуществляют с использованием большого количества теплообменной аппаратуры. Это усложняет как процесс разделения, так и увеличивает капитальные и энергетические затраты на разделение газов, существенно снижая эффективность данного способа. Таким образом, известные способы низкотемпературного разделения газовых смесей не обеспечивают высокую эффективность способов за счет высоких капитальных и энергетических затрат.
Заявляемый в качестве изобретения способ позволяет достичь нового технического результата - повышение экономической эффективности способа низкотемпературного разделения газовых смесей путем сокращения капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат с обеспечением высокой степени разделения газовых смесей любого состава.
Следующая совокупность существенных признаков характеризует сущность предлагаемого в качестве изобретения технического решения и способствует достижению нового технического результата.
Способ низкотемпературного разделения газовой смеси на компоненты, содержащий подачу в исходную газовую смесь хладагента, ступенчатое охлаждение смеси и выделение газовых компонентов, при котором низкотемпературный хладагент является частью жидкой фазы газового компонента после одной из стадии охлаждения, отличающийся тем, что выделение компонентов осуществляют из потока газовой смеси путем прямого введения на каждой стадии охлаждения непосредственно в поток газовой смеси низкотемпературного хладагента, являющегося продуктами разделения газовой смеси, полученными на каждой стадии охлаждения смеси и выделения компонентов, при этом часть каждого полученного продукта разделения доохлаждают с использованием внешнего холода, после которого возвращают напрямую на все стадии охлаждения газовой смеси и выделения газовых компонентов, причем поток газовой смеси, прошедший все стадии охлаждения и выделения компонентов, доохлаждают с использованием внешнего холода и возвращают напрямую на предыдущие стадии охлаждения смеси и выделения компонентов, образуя многократные циклы движения и охлаждения потока газовой смеси.
Для достижения результата в предлагаемом изобретении:
- хладагент может быть однокомпонентным и/или более низкокипящим газом, являющимся смесью выделенных жидких газовых компонентов.
-жидкую фазу газа, извлечённую при более низких температурах, чем температура её кипения, возвращают на более ранние стадии охлаждения в качестве хладагента. Итак, анализ выявленной информации о существующем уровне техники в области низкотемпературного разделения газовых смесей и сущность предложенного изобретения показали, что предлагаемое в качестве изобретения техническое решение способа отвечает критерию патентоспособности «новизна».
Существенные отличительные признаки предлагаемого изобретения:
«выделение компонентов осуществляют из потока газовой смеси путем прямого введения на каждой стадии охлаждения непосредственно в поток газовой смеси низкотемпературного хладагента, являющегося продуктами разделения газовой смеси, полученными на каждой стадии охлаждения смеси и выделения компонентов» позволяют использовать напрямую холод от полученных продуктов разделения, что и делает возможным исключить большое количество холодильного оборудования.
Существенный отличительный признак:
«часть каждого полученного продукта разделения доохлаждают с использованием внешнего холода, после которого возвращают на все стадии охлаждения газовой смеси и вьщеления газовых компонентов» совместно с выше указанным признаком, обеспечивает в способе необходимую температуру конденсации за счет использования холода выделенных компонентов и повышение концентрации каждого компонента на соответствующей стадии охлаждения и вьщеления. При этом внешний холод (холодильное оборудование) используется только в конце технологического процесса охлаждения и разделения на компоненты, этого достаточно. Поскольку именно прямое введение в поток газовой смеси продуктов разделения (путем распыления) в качестве низкотемпературного хладагента обеспечивает не только необходимую температуру конденсации компонентов, но и повышение их концентрации (доизвлечение).
Существенный отличительный признак:
«причем поток газовой смеси, прошедший все стадии охлаждения и вьщеления компонентов, доохлаждают с использованием внешнего холода и возвращают на предыдущие стадии охлаждения смеси и вьщеления компонентов, образуя многократные циклы движения и охлаждения потока газовой смеси»,- обеспечивает многократное охлаждение потока газовой смеси до необходимых температур конденсации и концентрации газовых компонентов, входящих в смесь. Это позволяет начать процесс (запуск способа) охлаждения, конденсации и вьщеления компонентов из смеси при минимальном использовании внешнего холода, только в конце технологического процесса, что обеспечивает достижение поставленного технического результата.
Существенные отличительные признаки «хладагент может быть однокомпонентным и/или более низкокипящим газом, являющимся смесью вьщеленных жидких газовых компонентов» и «жидкую фазу газа, извлечённую при более низких температурах, чем температура её кипения, возвращают на более ранние стадии охлаждения в качестве хладагента» также способствует получению технического результата.
Это объясняется тем, что подлежащие выделению из газовой смеси компоненты не сразу выделяются при прохождении потока газовой смеси через стадии охлаждения и разделения, а по мере увеличения концентрации каждого компонента при соответствующей его температуре кипения, что достигается многократным охлаждением газовой смеси и поступлением прямо в поток продуктов разделения, являющихся хладагентом.
Поэтому в начале процесса охлаждения и разделения на компоненты получают смеси вьщеленных газовых компонентов, соответственно с разными температурами кипения (высоко и низко кипящие газовые компоненты), с преимущественным преобладанием соответствующего каждой стадии охлаждения (температуре кипения) компонента. А по мере увеличения циклов охлаждения газовой смеси с прямым введением в смесь продуктов разделения происходит увеличение концентрации компонентов на соответствующих стадиях охлаждения и выделения, соответственно начинает максимально преобладать соответствующий каждой стадии охлаждения компонент, который может быть практически без примесей остальных компонентов.
Таким образом, способ разделения газовой смеси основан на прямом введении (впрыск) хладагента в газовую смесь, включая однокомпонентное охлаждение конечным продуктом и/или более низкокипящим газом, являющимся смесью вьщеленных жидких газовых компонентов (веществ). Способ разделения газовой смеси характеризуется тем, что жидкая фаза газа, извлеченная при более низких температурах, чем температура ее кипения, возвращается на более ранние стадии процесса и служит в роли хладагента.
Следовательно, использование в качестве низкотемпературного хладагента самих продуктов разделения газовой смеси и их прямое контактирование с потоком газовой смеси на всех стадиях охлаждения и выделения компонентов позволяет существенным образом минимизировать эксплуатационные и энергетические затраты на охлаждение смеси и разделение ее на компоненты за счет минимального использования внешнего холода (холодильного оборудования).
Следовательно, предлагаемая совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
В ходе проведенного заявителем поиска информации в области низкотемпературного разделения газовых смесей обнаружены отдельные существенные отличительные признаки заявленного изобретения, а именно использование хладагента, жидкой фазы газового компонента, полученного в процессе охлаждения смеси. Однако неизвестна совокупность существенных отличительных признаков.
Именно совокупность существенных отличительных признаков позволяет получить новый технический результат - повышение экономической эффективности способа низкотемпературного разделения газовых смесей путем сокращения капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат с обеспечением высокой степени разделения газовых смесей любого состава.
Следовательно, предлагаемое изобретение обладает таким критерием патентоспособности как «изобретательский уровень».
Сущность технического решения, предлагаемого в качестве изобретения, поясняется с помощью ниже приведенного примера и ниже указанного чертежа, где:
на фигуре схематично изображен способ разделения газовой смеси в поточном движении
Способ низкотемпературного разделения газовой смеси осуществляют при поточном движении газовой смеси 1 и можно пояснить на следующей схематично изображенной системе 2.
Исходная газовая смесь 1 может быть как двухкомпонентная, так и многокомпонентная. На фигуре 1 показано низкотемпературное разделение газовой смеси 1, состоящей, например, из трех компонентов А,В,С с разыми температурами кипения (условный газ). В системе 2, предназначенной для охлаждения, конденсации и разделения газовой смеси 1 на компоненты при их температуре кипения, установлены устройства 3 для разделения, например, сепараторы. Сепараторы- обычное стандартное промышленное оборудование.
Необходимое количество устройств 3 для разделения определяется количеством выделяемых компонентов. Устройства 3 делят пространство системы 2 на раздельные секции, соответствующие стадиям 4, 5, 6 охлаждения и конденсации газовых компонентов. На фиг. -показаны три стадии 4, 5, 6, соответствующие трем условным компонентам А, В, С исходной смеси 1 .
Для извлечения компонентов из смеси 1 используют, например, пропускные мембраны (стандартное промышленное оборудование).
В конце системы 2 устанавливают внешнее холодильное оборудование 7, стандартное промышленно выпускаемое. Выход 8 системы 2 служит для удаления отработавшей смеси 1, то есть после максимального извлечения из нее компонентов А, В, С.
Для регулирования скорости потока газовой смеси 1 используют промышленно выпускаемые проточные двигатели (на фиг. не показаны). Принцип их действия основан на увеличении или уменьшении скорости потока смеси 1 при изменении состава смеси 1 (концентрации компонентов).
Управление процессом разделения газовой смеси 1 в системе 2 автоматизировано и осуществляют с помощью промышленного компьютера (не показан). В него вводят необходимые для выделения каждого компонента данные, а именно: температуры кипения газовых компонентов А, В, С, входящих в состав смеси 1, которые необходимы на каждой стадии охлаждения и выделения соответствующего компонента.
Способ осуществляют следующим образом.
Исходную газовую смесь 1 с заданной скоростью подают потоком в систему 2 охлаждения и выделения газовых компонентов А, В, С.
Поток газовой смеси 1 проходит последовательно все стадии 4, 5, 6 охлаждения , включая устройства 3 для выделения компонентов. Затем поток 1 поступает во внешнее холодильное оборудование 7, где его охлаждают и возвращают напрямую в поток смеси 1 на предыдущие стадии 4, 5, 6 охлаждения и выделения компонентов А.В.С, образуя многократные циклы движения и охлаждения потока газовой смеси 1 (запуск способа). Это необходимо для запуска системы 2 с целью охлаждения смеси и выделения газовых компонентов путем достижения их температур кипения.
И так смесь 1 циклично двигается, пока не охладится до необходимых температур кипения каждого компонента А,В,С. В результате многократного движения и охлаждения потока смеси 1 на соответствующих стадиях 4, 5, 6 охлаждения начинают конденсироваться соответствующие компоненты А, В, С. Это позволяет собирать постепенно выделяющийся продукт разделения, газовый компонент, на каждой стадии.
Так на стадии 4- это максимальное преобладание компонента С с растворенными в нем другими компонентами В и А ,так как на этой стадии охлаждения поддерживают температуру кипения самого высоко кипящего компонента С.
На стадии 5 - это максимальное преобладание компонента В с растворенными в нем другими компонентами, остатками С, и компонентом А, так как здесь более низкая температура кипения и соответствует температуре кипения компонента В.
Соответственно на стадии 6 - это максимальное преобладание компонента А с растворенными в нем остатками компонентов В, С , так как здесь самая низкая температура кипения и соответствует температуре кипения компонента А.
Итак, извлеченные таким образом газы будут иметь состав:
С - чистый компонент с растворёнными в нем газами А и В
В - с примесями компонента С и с растворенным в нём газом А.
А - с примесями компонентов В и С.
Часть каждого продукта разделения отбирают в качестве готового продукта А1,
В1, С1, а другую часть каждого продукта А2, В2, С2 направляют на внешнее холодильное оборудование 7 на дополнительное охлаждение. Затем каждую доохлажденную часть продукта разделения А2, В2, С2 направляют на все стадии охлаждения 4, 5, 6 и разделения прямым введением в поток смеси 1 (распыление) для осуществления прямого контактирования и соответственно охлаждения смеси 1. То есть используют в качестве низкотемпературного хладагента, а также для повышения концентрации выделяющихся компонентов (доизвлечение компонентов).
При этом смесь 1 , из которой максимально извлечены газовые компоненты А, В, С, удаляют из системы 2 на выходе 8.
На каждой стадии охлаждения извлекают только те капли перешедшего в жидкость газа, которые можно извлечь - остальные, которые уходят дальше по системе 2, полезны в дальнейшем, так как их возвращают на охлаждение всех стадий процесса. В промежуточных стадиях перед точками кипения компонентов А и В - происходит доизвлечение предыдущего компонента. Компонент С до извлекается перед точкой кипения компонента В. Компоненты С+В доизвлекаются перед точкой кипени компонента А.
Способ разделения газовой смеси основан на прямом введении (впрыск) низкотемпературного хладагента в газовую смесь, включая однокомпонентное охлаждение конечным продуктом и/или более низкокипящим газом, являющимся смесью выделенных жидких газовых компонентов (веществ). Способ разделения газовой смеси характеризуется тем, что жидкая фаза газа, извлеченная при более низких температурах, чем температура ее кипения, возвращается на более ранние стадии процесса и служит в роли хладагента (в примере- компоненты С, В, извлеченные на следующих стадиях).
В результате соблюдения заданного для каждого компонента режима получают компоненты путем извлечения исключительно при их температурах «кипения».
Основной принцип данного способа разделения - это адаптация под любой «газ» независимо от его состава, что означает возможность низкотемпературного разделения газовой смеси любого состава (природные, нефтяные, производственно-бытовые, воздушные газы и т.п.) исключительно при их температурах «кипения».
Таким образом, в результате применения заявляемого способа достигается новый технический результат - повышение экономической эффективности способа низкотемпературного разделения газовых смесей путем сокращения капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат с обеспечением высокой степени разделения газовых смесей любого состава.
Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Предлагаемое изобретение позволяет существенно сократить эксплуатационные, капитальные и энергетические затраты при сохранении высокой степени разделения газовых смесей любого состава, соответственно найдет применение не только в нефтегазовой промышленности, но и в химической, экологической очистке производственно-бытовых газов.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ низкотемпературного разделения газовой смеси на компоненты, содержащий подачу в исходную газовую смесь хладагента, ступенчатое охлаждение смеси и выделение газовых компонентов, при котором низкотемпературный хладагент является частью жидкой фазы газового компонента после одной из стадии охлаждения, отличающийся тем, что выделение компонентов осуществляют из потока газовой смеси путем прямого введения на каждой стадии охлаждения непосредственно в поток газовой смеси низкотемпературного хладагента, являющегося продуктами разделения газовой смеси, полученными на каждой стадии охлаждения смеси и выделения компонентов, при этом часть каждого полученного продукта разделения доохлаждают с использованием внешнего холода, после которого возвращают напрямую на все стадии охлаждения газовой смеси и вьщеления газовых компонентов, причем поток газовой смеси, прошедший все стадии охлаждения и вьщеления компонентов, доохлаждают с использованием внешнего холода и возвращают напрямую на предыдущие стадии охлаждения смеси и вьщеления компонентов, образуя многократные циклы движения и охлаждения потока газовой смеси.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что хладагент может быть однокомпонентным и/или более низкокипящим газом, являющимся смесью выделенных жидких газовых компонентов.
3. Способ по п.1 или п. 2, отличающийся тем, что жидкую фазу газа, извлечённую при более низких температурах, чем температура её кипения, возвращают на более ранние стадии охлаждения в качестве хладагента.
PCT/RU2015/000082 2014-02-17 2015-02-09 Самоадаптирующийся способ низкотемпературного разделения газовой смеси Ceased WO2015122802A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014105743/06A RU2548526C2 (ru) 2014-02-17 2014-02-17 Самоадаптирующийся способ низкотемпературного разделения газовой смеси
RU2014105743 2014-02-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015122802A1 true WO2015122802A1 (ru) 2015-08-20

Family

ID=51355043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2015/000082 Ceased WO2015122802A1 (ru) 2014-02-17 2015-02-09 Самоадаптирующийся способ низкотемпературного разделения газовой смеси

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2548526C2 (ru)
WO (1) WO2015122802A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI774761B (zh) * 2017-05-02 2022-08-21 美商科迪華農業科技有限責任公司 用於穀物中的真菌防治之協同性混合物
TWI774760B (zh) * 2017-05-02 2022-08-21 美商科迪華農業科技有限責任公司 用於蔬菜中的真菌防治之協同性混合物
US12114660B2 (en) 2014-12-30 2024-10-15 Corteva Agriscience Llc Picolinamide compounds with fungicidal activity

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3364685A (en) * 1965-03-31 1968-01-23 Cie Francaise D Etudes Et De C Method and apparatus for the cooling and low temperature liquefaction of gaseous mixtures
US3596473A (en) * 1967-12-27 1971-08-03 Messer Griesheim Gmbh Liquefaction process for gas mixtures by means of fractional condensation
US4462813A (en) * 1982-04-19 1984-07-31 Sappsucker, Inc. System and method for converting wellhead gas to liquefied petroleum gases (LPG)
RU2272972C2 (ru) * 2004-01-28 2006-03-27 Салават Зайнетдинович Имаев Способ низкотемпературного разделения попутных нефтяных газов (варианты)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3364685A (en) * 1965-03-31 1968-01-23 Cie Francaise D Etudes Et De C Method and apparatus for the cooling and low temperature liquefaction of gaseous mixtures
US3596473A (en) * 1967-12-27 1971-08-03 Messer Griesheim Gmbh Liquefaction process for gas mixtures by means of fractional condensation
US4462813A (en) * 1982-04-19 1984-07-31 Sappsucker, Inc. System and method for converting wellhead gas to liquefied petroleum gases (LPG)
RU2272972C2 (ru) * 2004-01-28 2006-03-27 Салават Зайнетдинович Имаев Способ низкотемпературного разделения попутных нефтяных газов (варианты)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12114660B2 (en) 2014-12-30 2024-10-15 Corteva Agriscience Llc Picolinamide compounds with fungicidal activity
TWI774761B (zh) * 2017-05-02 2022-08-21 美商科迪華農業科技有限責任公司 用於穀物中的真菌防治之協同性混合物
TWI774760B (zh) * 2017-05-02 2022-08-21 美商科迪華農業科技有限責任公司 用於蔬菜中的真菌防治之協同性混合物

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014105743A (ru) 2014-08-10
RU2548526C2 (ru) 2015-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4246015A (en) Freeze-wash method for separating carbon dioxide and ethane
RU2599582C2 (ru) Удаление тяжелых углеводородов из потока природного газа
RU2015114774A (ru) Встроенное в способ удаление азота при получении сжиженного природного газа с использованием специального контура повторной инжекции
RU2707777C2 (ru) Комбинированное выделение высоко- и низкокипящих соединений из природного газа
FI77222B (fi) Foerfarande och anordning foer aotervinning av de tyngsta kolvaetena fraon en gasblandning.
NO743735L (ru)
RU2671253C2 (ru) Способ удаления кислотных газов из природного газа
RU2019108437A (ru) Переработка углеводородного газа
RU2548526C2 (ru) Самоадаптирующийся способ низкотемпературного разделения газовой смеси
KR20100125228A (ko) 탄화수소 혼합물로부터 저-비점 성분의 분리방법 및 장치
US20180296944A1 (en) Systems and methods for enhanced separation of hydrogen sulfide and ammonia in a hydrogen sulfide stripper
RU2019108438A (ru) Переработка углеводородного газа
RU2616626C2 (ru) Способ извлечения углеводородов из установки для получения полиолефинов и подходящее для этого устройство
US3282060A (en) Separation of natural gases
US4311495A (en) Separating carbon dioxide and ethane by liquid-liquid extraction
RU2019108439A (ru) Переработка углеводородного газа
AU2015388735B2 (en) Process for removing nitrogen from natural gas
AU2015388736B2 (en) Process for removing nitrogen from high-flow natural gas
RU2286377C1 (ru) Способ низкотемпературного разделения углеводородного газа
US3087310A (en) Process for the production of acetylene-free ethylene
RU2272972C2 (ru) Способ низкотемпературного разделения попутных нефтяных газов (варианты)
RU2017102731A (ru) Способ и система для удаления азота из lng
SU767474A1 (ru) Способ переработки углеводородных газов
US20160186549A1 (en) Multi-Stage Separation Using a Single Vessel
KR101853935B1 (ko) 엔지엘 추출 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15748588

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15748588

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1