!HU000005139T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 005 139
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 05 850537 (22) A bejelentés napja: 2005. 12. 19. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20050850537 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1828697 A1 2006. 07. 06. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1828697 B1 2008. 12. 03.
(51) Int. Cl.: F25J 3/00 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 06070097 PCT/FR 05/003186
(30) Elsõbbségi adatok: 0413751 2004. 12. 22.
(73) Jogosult: Technip France SA, 92400 Courbevoie (FR)
FR
(72) Feltaláló: PARADOWSKI, Henri, 95800 Cergy (FR)
(54)
(74) Képviselõ: Sipos József, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Eljárás és berendezés kezelt földgáz, C3+ szénhidrogénekben gazdag frakció és etánban gazdag áram elõállítására
(57) Kivonat
HU 005 139 T2
A találmány tárgya eljárás kezelt földgáz (15), egy C3+ szénhidrogénekben gazdag frakció (17), valamint legalábbis bizonyos gyártási feltételek mellett egy etánban gazdag áram (19) egyidejû elõállítására metánt, etánt
és C3+ szénhidrogéneket tartalmazó kiindulási földgázból (13), amely eljárás a következõ lépésekbõl áll: – a kiindulási földgázt (13) lehûtjük, és részben kondenzáljuk;
1. ábra A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 1 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 005 139 T2
2
– a lehûtött földgázt (113) egy folyékony áramra (117) és egy gázállapotú áramra (115) választjuk szét; – a folyékony áramot (117) expandáljuk, és egy elsõ közbensõ szinten (N1) egy C2+ szénhidrogének kinyerésére szolgáló oszlopba (35) vezetjük; – a gázállapotú áramot (115) egy, az oszlopot tápláló áramra (121) és egy reflux áramra (123) választjuk szét; – a tápáramot (121) egy turbinában (29) expandáljuk, majd egy második közbensõ szinten (N2) az oszlopba (35) vezetjük; – a reflux áramot (123) lehûtjük, és legalább részben kondenzáljuk, és az expandálást követõen egy harmadik közbensõ szinten (N3) az oszlopba (35) vezetjük; – kinyerjük az oszlop (35) fejáramát (131), hogy kezelt földgázt (15) kapjunk, és kinyerjük az oszlop (35) fenékáramát (171), hogy egy C2+ szénhidrogénekben gazdag folyékony áramot hozzunk létre; – a fenékáramot (171) bevezetjük egy folyékony frakciót (187) létrehozó szeparátort tartalmazó fejkondenzátorral (63) ellátott frakcionáló oszlop
(61) betáplálási szintjén (P1) a fenékáramot (171), amely frakcionáló oszlop (61) felül egy etánban gazdag áramot (19), alul pedig egy C3+ szénhidrogén frakciót (17) hoz létre; és – a fejkondenzátorban (63) létrehozott elsõdleges reflux áramot (189) refluxként visszavezetjük a frakcionáló oszlopba (61). A találmány szerinti eljárás lényege az, hogy egy elõre meghatározott küszöbérték alatti etán extrakciós arányokhoz legalább egy másodlagos reflux áramot (191) állítunk elõ a fejkondenzátorból (63) kiindulva úgy, hogy a folyékony frakciót (187) szétválasztjuk egy elsõdleges reflux áramra (189) és egy másodlagos reflux áramra (191), az etánban gazdag áramot (19) a frakcionáló oszlop (61) közbensõ szintjérõl (P2) vonjuk el, amely az oszlop (61) betáplálási szintje (P1) fölött helyezkedik el, emellett pedig a visszanyerõ oszlop (35) fejében a folyékony frakció szétválasztásával létrehozott másodlagos reflux áramot (191) visszafolyatjuk. A találmány tárgyát képezi egy berendezés (11) is, amely olyan eszközöket tartalmaz, amelyek segítségével a találmány szerinti eljárás megvalósítható.
A találmány tárgya eljárás kezelt földgáz, egy C3+ szénhidrogénekben gazdag frakció, valamint – legalább is bizonyos elõállítási feltételek mellett – egy etánban gazdag áram egyidejû elõállítására, egy metánt, etánt és C3+ szénhidrogéneket (vagyis háromnál több szénatomú szénhidrogéneket) tartalmazó kiindulási földgázból, az 1. igénypont tárgyi köre szerint. Ilyen eljárást ismertet például az US 2003/0029190 vagy a WO 03/100334 számú irat. A találmány szerinti eljárás olyan berendezéseknél alkalmazható, melyekkel a föld mélyébõl kitermelt földgázból kiindulva változtatható áramlási sebességgel – opcionálisan cseppfolyósításra kerülõ – kezelt földgázt, C3+ szénhidrogén-frakciót és etánban gazdag áramot lehet elõállítani. Wilkinson et al. „Next Generation Processes for NGL/LPG Recovery” (Következõ generációs eljárások NGL (földgáz kondenzátum) / LPG (propán-bután-gáz) kinyerésére) c. cikkébõl, melyet a Gázfeldolgozók Szövetsége (GPA) 1998. március 16¹i dallasi (USA) 77. Konferenciáján, valamint a GPA Europe 2002. szeptember 25¹i római (Olaszország) éves konferenciáján adtak elõ, ismeretes egy fentebb említett típusú eljárás, melyre az angol „Gas Subcooled Process” (GSP) (gáztúlhûtéses folyamat) kifejezést használják. A fenti típusú eljárás arra van optimalizálva, hogy a kiindulási földgázból egyidejûleg kinyerésre kerüljön szinte minden C3+ szénhidrogén, illetve nagy arányban etán. Így amikor az etán extrakciós aránya legalább 70%, akkor a propán extrakciós aránya megközelíti a 99%¹ot. Mint ismeretes, az „extrakciós arány” (kinyerési arány) kifejezés egy, a kiindulási földgázban levõ
összetevõ moláris áramlási sebessége és az elõállított kezelt földgázban levõ ezen összetevõ moláris áramlási sebessége közötti különbségnek a kiindulási földgázban levõ összetevõ moláris áramlási sebességéhez viszonyított arányát jelenti. Ez az eljárás nem teljesen kielégítõ. Valójában a piac etán iránti kereslete jelentõsen ingadozik, a C3+ szénhidrogén-frakciók iránti kereslet ezzel szemben viszonylag állandó és jól ki van használva. Következésképpen idõnként szükség van az etán-elõállítás csökkentésére az eljáráson belül, ami úgy történik, hogy csökkentik ezen összetevõ extrakciós arányát a visszanyerõ oszlopban. Ebben az esetben viszont a C3+ szénhidrogének extrakciós aránya is csökken, ami csökkenti a berendezés nyereségességét. A probléma leküzdése céljából a fent említett cikk (lásd a 15. és 16. ábrát) egy másodlagos egység telepítését javasolja a meglévõ berendezésben, amely másodlagos egység a C3+ szénhidrogének elõállítására van optimalizálva, amikor az etánkinyerés csekély vagy nulla. A berendezés üzemeltetõje ebben az esetben tehát szelektív módon, az igényelt etánmennyiség függvényében küldi a kiindulási földgázt vagy a magas etán extrakciós arányok elérésére optimalizált egységbe, vagy az alacsony vagy nulla etán extrakciós arányok elérésére optimalizált egységbe. Az eljárás megvalósítása éppen ezért bonyolult és költséges is, különösen a kivitelezésére szolgáló berendezés karbantartási költségeibõl adódóan. A találmány célja egy olyan, a fenti típusba tartozó eljárás biztosítása, amelynek segítségével egyszerû és olcsó eszközökkel lehet kinyerni egy kiindulási földgáz-
30
35
40
45
50
55
60 2
1
HU 005 139 T2
áramból lényegében az összes C3+ szénhidrogént, függetlenül attól, hogy milyen mennyiségû etán keletkezik az eljárás során. A találmány tárgya ezért egy, az 1. igénypont szerinti eljárás. A találmány szerinti eljárás tartalmazhat egyet vagy többet a 2–8. igénypontok tárgyát képezõ jellemzõk közül. A találmány tárgyát képezi továbbá a 9. igénypont szerinti berendezés. A találmány szerinti berendezés tartalmazhat egyet vagy többet a 10–15. igénypontok tárgyát képezõ jellemzõk közül. A továbbiakban a találmány megvalósításának néhány példáját ismertetjük, az egyetlen mellékelt ábra alapján, amely egy találmány szerinti berendezés áttekintõ mûködési vázlatát ábrázolja. Az ábrán látható 11 berendezés úgy van kialakítva, hogy egy 13 kiindulási földgázáram-forrásból, ahol a kiindulási földgáz kénmentesített, szárított és legalább részben dekarbonizált, egyidejûleg 15 kezelt földgázt, mint fõ terméket, egy 17 C3+ szénhidrogén-frakciót és egy 19 etánban gazdag áramot állítson elõ, állítható áramlási sebesség mellett. A „legalább részben dekarbonizált” kifejezés azt jelenti, hogy a 13 kiindulási földgáz szén-dioxid-tartalma elõnyösen kisebb, mint 50 ppm ill. azzal egyenlõ, amikor a 15 kezelt földgáz cseppfolyósítására kerül sor. Ez a tartalom elõnyösen kevesebb mint 3%, ha a 15 kezelt földgázt egyenesen egy gázelosztó hálózatba továbbítjuk. A 11 berendezés tartalmaz egy 21 egységet a C2+ szénhidrogének kinyerésére, és egy 23 egységet a C2+ szénhidrogének frakcionálására. Az alábbiakban azonos hivatkozási számot használunk a folyadékáram és az azt szállító vezeték jelölésére; az említett nyomásértékek abszolút nyomásértékek, és a százalékok mólszázalékokat jelentenek. A 21 C2+ szénhidrogén-kinyerõ egység a 13 forrástól lefelé tartalmaz egymás után egy 25 elsõ hõcserélõt, egy 27 elsõ szeparátort, egy 29 turbinát egy 31 elsõ kompresszorhoz csatlakoztatva, egy 33 elsõ fejhõcserélõt, valamint egy 35 visszanyerõ oszlopot, amely egy felsõ 37 oldalsó visszaforralóval, egy alsó 39 oldalsó visszaforralóval és egy 41 alsó visszaforralóval felszerelve. A 21 egység tartalmaz továbbá egy külsõ energiaforrással mûködõ 43 második kompresszort és egy 45 elsõ hûtõt. A 21 egység tartalmaz továbbá egy 47 fenékszivattyút az oszlop fenekén. A 23 frakcionáló egység tartalmaz egy 61 frakcionáló oszlopot. A 61 oszlop tetején van egy 63 fejkondenzátor és a fenekén egy 65 visszaforraló. A 63 fejkondenzátor tartalmaz egy 67 második hûtõt és egy 69 második szeparátort, egy 71 reflux szivattyúhoz és a 35 oszlop egy 73 második fejhõcserélõjéhez csatlakoztatva. A továbbiakban a találmány szerinti eljárás egy mûködési példáját ismertetjük.
2
Az alábbi 1. táblázat a kénmentesített, szárított és legalább részben dekarbonizált földgázt biztosító 13 kiindulási földgázáramforrás kezdeti mólösszetételét mutatja. 5
1. táblázat Mól-hányad, %¹ban
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 3
Hélium
0,0713
CO2
0,0050
Nitrogén
1,2022
Metán
85,7828
Etán
10,3815
Propán
2,1904
i-bután
0,1426
n-bután
0,1936
i-pentán
0,0204
n-pentán
0,0102
Hexán
0,0000
Összesen
100,0000
A 13 kiindulási földgázt szétválasztjuk 101 fõáramra és 103 másodlagos áramra. A 103 másodlagos áram áramlási sebességének a 13 kiindulási gáz áramlási sebességéhez viszonyított aránya például 20% és 40% között van. A 101 fõ áramot lehûtjük a 25 elsõ hõcserélõben, miáltal egy 105 hûtött gázáram keletkezik. A 103 másodlagos áramot egymást követõen hûtjük az alsó 39 és a felsõ 37 oldalsó visszaforraló 107, illetve 109 hõcserélõjében, miáltal egy 111 hûtött másodlagos áramot hozunk létre, amelyet hozzákeverünk a 105 hûtött fõáramhoz. A kapott 113 keveréket bevezetjük a 27 szeparátorba, ahol különválik a 115 gázfázis és a 117 folyadékfázis. A 117 folyadékfázisból, miután áthaladt egy 119 nyomáscsökkentõ szelepen, 120 expandált folyadékfázis lesz, amelyet bevezetünk a 35 visszanyerõ oszlop egy N1 elsõ közbensõ szintjén, amely az oszlop felsõ részében található, a 37 és 39 oldalsó visszaforralók fölött. A „közbensõ szint” az e szint fölött és alatt elhelyezkedõ lepárló eszközök helyét jelenti. A 115 gázfázist vagy gázfrakciót szétválasztjuk 121 tápáramra és 123 reflux áramra. A 121 tápáramot a 29 turbinában expandáljuk, miáltal egy 125 expandált tápáram keletkezik, melyet a 35 visszanyerõ oszlopba egy N2 második közbensõ szinten vezetünk be, amely az N1 elsõ közbensõ szint fölött helyezkedik el. A 123 reflux áramot részben kondenzáljuk a 33 elsõ fejhõcserélõben, majd expandáljuk a 127 nyomáscsökkentõ szelepben, miáltal létrejön egy 128 expandált reflux áram. Ezt a 128 áramot a 35 visszanyerõ oszlopba egy N3 harmadik közbensõ szinten vezetjük be, amely az N2 közbensõ szint fölött helyezkedik el.
1
HU 005 139 T2
A 35 visszanyerõ oszlop nyomása például 15 és 40 bar között van. A 35 visszanyerõ oszlop elõállít egy 131 fejáramot, amelyet szétválasztunk 133 többségi frakcióra és 135 kisebbségi frakcióra. A 133 többségi frakciót a 33 elsõ fejhõcserélõben felmelegítjük a 123 reflux árammal való hõcsere révén, miáltal egy 137 melegített többségi frakció jön létre. A 135 kisebbségi frakció áramlási sebességének aránya a 133 többségi frakcióéhoz képest például 20% alatt van. A 135 kisebbségi frakciót felmelegítjük a 73 második fejhõcserélõben, miáltal egy 136 melegített frakció jön létre. Ezt a 136 frakciót összekeverjük a 137 melegített többségi frakcióval, miáltal egy 139 melegített kezelt gázáram jön létre. Ezt a 139 áramot ismét melegítjük a 25 elsõ hõcserélõben, az elõkezelt földgáz 101 fõ áramával való hõcsere révén. A 139 melegített kezelt földgázt ezután sûrítjük a 31 elsõ kompresszorban, majd a 43 második kompresszorban, és lehûtjük a 45 elsõ hûtõben, miáltal létrejön a 15 kezelt földgáz. A 15 kezelt gáz 0,0755 mol% hidrogént, 0,0049 mol% szén-dioxidot, 1,2735 mol% nitrogént, 90,8511 mol% metánt, 7,7717 mol% C2 szénhidrogént, 0,0232 mol% C3 szénhidrogént és 1 ppm alatti C4 szénhidrogént tartalmaz. A kezelt gáz C6+ szénhidrogén-tartalma 1 ppm alatti, a nedvességtartalma 1 ppm alatt van, elõnyösen kisebb, mint 0,1 ppm, a kén-dioxid-tartalma kevesebb mint 4 ppm és a szén-dioxidtartalma 50 ppm alatti. A 15 kezelt gáz tehát egyenesen elküldhetõ a cseppfolyósító sorra, ahol elõállítjuk a cseppfolyósított földgázt. 163, 161 visszaforraló áramokat nyerünk ki a 35 oszlopból, majd miután felmelegítettük ezeket a felsõ 37 és az alsó 39 oldalsó visszaforraló 109, illetve 107 hõcserélõjében a belépõ földgáz 111 kisebbségi áramával történt hõcsere révén, ezeket visszavezetjük a 35 oszlopba. A 35 oszlop fenekének közelében egy 165 visszaforraló fenékáramot nyerünk ki. Ez a 165 áram áthalad egy 167 fenékhõcserélõn, amelyben felmelegítjük egy szabályozható hõmérsékletû 169 melegítõ árammal való hõcsere révén. A felmelegített visszaforraló fenékáramot ezt követõen ismét bevezetjük a 35 oszlopba. A 35 visszanyerõ oszlop aljából egy C2+ szénhidrogénekben gazdag 171 fenékáramot nyerünk ki, hogy egy C2+ szénhidrogén-frakciót hozzunk létre. A 171 fenékáramot az oszlop 47 fenékszivattyúja átszivattyúzza a 61 frakcionáló oszlop P1 közbensõ szintjére. A bemutatott példán a 61 frakcionáló oszlop 20 és 40 bar közötti nyomáson mûködik. Ebben a példában a 61 frakcionáló oszlop nyomása legalább 1 bar-ral magasabb, mint a 35 visszanyerõ oszlop nyomása. Egy 181 fenékáramot nyerünk ki a 61 frakcionáló oszlopból, hogy egy 17 C3+ szénhidrogén frakciót hozzunk létre.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
Az eljárás C3+ szénhidrogén extrakciós aránya meghaladja a 99%¹ot. A propán extrakciós aránya minden esetben nagyobb, mint 99%, míg a C4+ szénhidrogén extrakciós aránya 99,8% fölötti. A 17 frakcióban az etán mólaránya a propánhoz képest 2% alatti, és fõként körülbelül 0,5%. A 19 etánban gazdag áramot közvetlenül egy P2 közbensõ szinten vesszük el, amely a 61 frakcionáló oszlop felsõ tartományában található. Ez a 19 áram 0,57% metánt, 97,4% etánt, 2% propánt és 108 ppm szén-dioxidot tartalmaz. A 61 oszlop feje és a P2 felsõ szint között elhelyezkedõ elméleti tányérok száma például 1 és 7 között lehet. A P2 szint magasabban helyezkedik el, mint a P1 betáplálási szint. A 171 fenékáram, és következésképpen a 19 áram metán- és propántartalmát elsõsorban a fenék-visszaforralóból érkezõ 169 melegítõ áram hõmérsékletével szabályozzuk. E tartalmak elõnyösen 1%, illetve 2% alatt vannak. A 61 oszlop fejébõl 183 fejáramot nyerünk ki, amelyet azután egy 67 második hûtõben lehûtünk, miáltal egy lehûtött és legalább részben kondenzált 185 fejáram keletkezik. Ezt a 185 áramot bevezetjük a 69 második szeparátorba, hogy egy 187 folyékony frakció jön létre. A 187 folyékony frakciót ezután egy 189 elsõdleges reflux áramra és egy 191 másodlagos reflux áramra választjuk szét. A 189 elsõdleges reflux áramot szivattyúzással refluxként bevezetjük a 35 frakcionáló oszlopba egy P3 felsõ szintre, amely a P2 szint fölött helyezkedik el. A 191 másodlagos reflux áramot a 73 második fejhõcserélõbe vezetjük be, ahol a 135 árammal való hõcsere révén lehûtjük, majd egy 193 szelepben expandáljuk, és visszafolyatjuk a 35 visszanyerõ oszlop N4 felsõ szintjére. A 191 áram 1,64% metánt, 97,75% etánt, 0,59% propánt és 216 ppm szén-dioxidot tartalmaz. Az etán extrakciós arányának, és következésképpen a 11 berendezésben létrehozott etán áramlási sebességének a szabályozása egyrészt a 193 nyomáscsökkentõ szelepen átfolyó 191 másodlagos reflux áram áramlási sebességének a beállításával történik, másrészt a 35 visszanyerõ oszlopban uralkodó nyomás szabályozásával a 43 és 31 kompresszor segítségével, melyek a változtatható sebességû típusba tartoznak. Amint az alábbi 2. táblázatban látható, az etánban gazdag áram áramlási sebessége gyakorlatilag anélkül szabályozható, hogy az befolyásolná a C3+ szénhidrogének extrakciós arányát. A találmány szerinti eljárás tehát alkalmas arra, hogy egyszerû és olcsó eszközökkel változtatható és könnyen szabályozható áramlási sebességû 19 etánban gazdag áramot állítsunk elõ a 13 kiindulási gázból úgy, hogy a propán extrakciós aránya eközben 99% fölött maradjon. Ezt az eredményt az eljárás megvalósítására szolgáló berendezés komolyabb módosítása nélkül lehet elemi.
1
HU 005 139 T2
2
2. táblázat 35 oszlop nyomása (bar)
Etán extrakciós aránya (%)
C3+ extrakciós aránya (%)
C4+ extrakciós aránya (%)
19 áram áramlási sebessége (kg/h)
Összesített kompressziós teljesítmény (kW)
28,5
0,11
99,0
100,0
0
16 367
27,7
9,87
99,0
100,0
11 961
16 874
26,8
19,60
99,0
100,0
23 888
17 672
25,2
29,33
99,0
100,0
35 830
18 951
24,0
39,05
99,0
100,0
47 759
20 086
22,0
48,77
99,0
100,0
59 697
22 405
20,0
58,47
99,2
100,0
71 626
25 485
Az alábbi 3. táblázatban a 29,33% etán extrakciós arány melletti nyomás¹, hõmérséklet- és teljesítményértékek láthatók. 3. táblázat
20
Áram
Áramlási sebesség (kmol/h)
Nyomás (bar)
13
38 000
50,0
20,0
15
35 872
50,0
40,0
19
1 183
33,5
15,9
111
8 500
49,0
–30,6
113
38 000
49,0
–43,0
115
36 690
49,0
–43,0
120
1 310
25,4
–60,2
125
31 690
25,4
–68,1
128
5 000
25,4
–92,8
131
35 873
24,7
–75,5
136
1 545
25,2
3,9
137
34 328
25,2
–62,5
171
35 873
24,7
–59,8
181
2 856
25,4
18,3
183
944
33,0
91,1
191
3 581
33,0
13,7
728
33,0
Hõmérséklet (°C)
10,9
Ezt az eredményt elsõsorban a 191 másodlagos reflux áram összetétele miatt lehet elérni, amely gazdagabb metánban, mint a 61 frakcionáló oszlopból kinyert 19 etán áram. Továbbá, ha csökkentjük a 19 etánban gazdag áram áramlási sebességét, jelentõsen lecsökken a teljes kompressziós teljesítmény is. Egyébként a 35 visszanyerõ oszlopban található 37, 39 oldalsó visszaforralók 107, 109 hõcserélõiben a hideg kinyerése önszabályozóan történik, anélkül hogy a hõcserélõkön áthaladó folyadékok áramlási sebességét változtatni kellene, és függetlenül az elõállított 19 etánban gazdag áram áramlási sebességétõl.
25
30
35
40
A találmány szerinti 11 berendezés esetében egyébként nem kell feltétlenül többáramú hõcserélõket alkalmazni. Ez lehetõvé teszi, hogy csupán csõköteges hõcserélõket alkalmazzunk, ami növeli a berendezés megbízhatóságát és csökkenti az eltömõdésveszélyt. A 15 kezelt földgáz C5+ szénhidrogén tartalma lényegében nulla, például 1 ppm alatti. Következésképpen, ha a 15 kezelt gázban a szén-dioxid-tartalom 50 ppm alatt van, akkor ez a 15 gáz cseppfolyósítható kiegészítõ kezelés vagy frakcionálás nélkül is. Egy elsõ változat esetében, amelyet az 1. ábrán pontozott vonallal jelöltünk, a frakcionáló oszlopból érkezõ 183 fejáram nincs teljesen kondenzálva a 67 hûtõben. A 69 szeparátorból kilépõ 201 gáz állapotú áramot ezután összekeverjük a 191 második reflux árammal, mielõtt bekerülne a 73 második fejhõcserélõbe. Egy másik változat esetében (ezt nem ábrázoltuk), ha a kiindulási földgáz nyomása nagyon magas, például nagyobb, mint 100 bar, akkor a 35 visszanyerõ oszlopban a nyomás nagyobb, mint a 61 frakcionáló oszlopban. Ebben az esetben a 35 visszanyerõ oszlop 171 fenékárama egy nyomáscsökkentõ szelepen keresztül jut a 61 frakcionáló oszlopba. Továbbá a 191 másodlagos reflux áramot ezt követõen felszivattyúzzuk a 35 visszanyerõ oszlop fejébe.
SZABADALMI IGÉNYPONTOK 45 1. Eljárás kezelt földgáz (15), egy C3+ szénhidrogénekben gazdag frakció (17), valamint legalábbis bizonyos gyártási feltételek mellett egy etánban gazdag áram (19) egyidejû elõállítására metánt, etánt és C3+ 50 szénhidrogéneket tartalmazó kiindulási földgázból (13), amely eljárás a következõ lépésekbõl áll: – a kiindulási földgázt (13) lehûtjük, és részben kondenzáljuk; – a lehûtött földgázt (113) egy folyékony áramra 55 (117) és egy gázállapotú áramra (115) választjuk szét; – a folyékony áramot (117) expandáljuk, és egy elsõ közbensõ szinten (N1) egy C2+ szénhidrogének kinyerésére szolgáló oszlopba (35) ve60 zetjük; 5
1
HU 005 139 T2
– a gázállapotú áramot (115) egy, az oszlopot tápláló áramra (121) és egy reflux áramra (123) választjuk szét; – a tápáramot (121) egy turbinában (29) expandáljuk, majd egy második közbensõ szinten (N2) az oszlopba (35) vezetjük; – a reflux áramot (123) lehûtjük, és legalább részben kondenzáljuk, és az expandálást követõen egy harmadik közbensõ szinten (N3) az oszlopba (35) vezetjük; – kinyerjük az oszlop (35) fejáramát (131), hogy kezelt földgázt (15) kapjunk, és kinyerjük az oszlop (35) fenékáramát (171), hogy egy C2+ szénhidrogénekben gazdag folyékony áramot hozzunk létre; – a fenékáramot (171) bevezetjük egy folyékony frakciót (187) létrehozó szeparátort tartalmazó fejkondenzátorral (63) ellátott frakcionáló oszlop (61) betáplálási szintjén (P1) a fenékáramot (171), amely frakcionáló oszlop (61) felül egy etánban gazdag áramot (19), alul pedig egy C3+ szénhidrogén-frakciót (17) hoz létre; és – a fejkondenzátorban (63) létrehozott elsõdleges reflux áramot (189) refluxként visszavezetjük a frakcionáló oszlopba (61); azzal jellemezve, hogy egy elõre meghatározott küszöbérték alatti etán extrakciós arányokhoz legalább egy másodlagos reflux áramot (191) állítunk elõ a fejkondenzátorból (63) kiindulva úgy, hogy a folyékony frakciót (187) szétválasztjuk egy elsõdleges reflux áramra (189) és egy másodlagos reflux áramra (191); és azzal, hogy az etánban gazdag áramot (19) a frakcionáló oszlop (61) közbensõ szintjérõl (P2) vonjuk el, amely az oszlop (61) betáplálási szintje (P1) fölött helyezkedik el; és azzal, hogy a visszanyerõ oszlop (35) fejében a folyékony frakció szétválasztásával létrehozott másodlagos reflux áramot (191) visszafolyatjuk. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az etánban gazdag áram (19) áramlási sebességét a másodlagos reflux áram (191) áramlási sebességének a szabályozásával és a visszanyerõ oszlop (35) nyomásának a szabályozásával vezéreljük. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a frakcionáló oszlop (61) 1 és 7 közötti számú elméleti tányért tartalmaz a közbensõ szint (P2) fölött. 4. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a másodlagos reflux áramot (191) a visszanyerõ oszlop (35) fejáramának (131) legalább egy elsõ részével (135) történõ hõcsere által hûtjük le. 5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a visszanyerõ oszlop (35) reflux áramát (123) a visszanyerõ oszlop (35) fejáramának (131) legalább egy második részével (133) való hõcsere révén hûtjük le. 6. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a másodlagos reflux áramot a fejkondenzátorból (63) érkezõ gázállapotú áram (201) és folyadékáram (191) keverékébõl hozzuk létre. 7. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az etánban gazdag áram (19)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 6
2
maximális metán- és propántartalmát egy, a visszanyerõ oszlopra (35) szerelt fenék-visszaforralóval (41) szabályozzuk. 8. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kezelt gáz (15) C5+ szénhidrogén-tartalma kisebb, mint 1 ppm. 9. Berendezés (11) kezelt földgáz (15), egy C3+ szénhidrogénben gazdag frakció (17), valamint legalábbis bizonyos gyártási feltételek mellett egy etánban gazdag áram (19) egyidejû elõállítására metánt, etánt és C3+ szénhidrogéneket tartalmazó kiindulási földgázból (13), amely berendezés (11) a következõ részeket tartalmazza: – eszközöket (25) a kiindulási földgáz (13) hûtésére és részleges kondenzálására; – eszközöket (27) a lehûtött földgáz (113) szétválasztására egy folyékony áram (117) és egy gázállapotú áram (115) létrehozásához; – egy oszlopot (35) a C2+ szénhidrogének kinyerésére; – eszközöket (119) a folyékony áram (117) expandálására és bevezetésére a visszanyerõ oszlopba (35), amely eszközök az oszlop (35) egy elsõ közbensõ szintjébe (N1) torkollnak; és – eszközöket a gázállapotú áram (115) szétválasztására egy, az oszlop (35) táplálására szolgáló áram (125) és egy reflux áram (123) létrehozásához; – egy turbinát (29) a tápáram (121) expandálására, és eszközöket a turbinából (29) kapott expandált tápáram (125) bevezetésére a visszanyerõ oszlop (35) egy második közbensõ szintjére (N2); – eszközöket (33) a reflux áram (123) hûtésére és legalább részleges kondenzálására, amely eszközök a lehûtött reflux áram expandálására szolgáló eszközökbe (127) torkollnak; – eszközöket a lehûtött reflux áram expandálására szolgáló eszközökbõl (127) érkezõ lehûtött reflux áram (128) bevezetésére a visszanyerõ oszlop (35) harmadik szintjére (N3); – eszközöket (131) az oszlop fejáramának kinyerésére kezelt földgáz (15) elõállítása céljából; – eszközöket (171) az oszlop fenékáramának kinyerésére egy C2+ szénhidrogénekben gazdag folyadékáram elõállítása céljából; – egy frakcionáló oszlopot (61), amely egy fejkondenzátorral (63) van ellátva, ahol a fejkondenzátor egy folyékony frakciót elõállító szeparátort tartalmaz; – eszközöket (47) a fenékáram (171) bevezetésére a frakcionáló oszlop (61) betáplálási szintjére (P1); – etánban gazdag áram (19) kinyerésére szolgáló eszközöket, amelyek a frakcionáló oszlop (61) fején helyezkednek el, valamint eszközöket a C3+ szénhidrogénekben gazdag frakció (17) kinyerésére, amelyek a frakcionáló oszlop (61) fenekén helyezkednek el; és – eszközöket (71) a fejkondenzátorban (63) elõállított elsõdleges reflux áram (189) visszafolyatására a frakcionáló oszlopba (61);
1
HU 005 139 T2
azzal jellemezve, hogy a berendezés – kiindulási földgázból egy adott küszöbérték alatti etánextrakciós arányok esetére – eszközöket tartalmaz a fejkondenzátorból (63) érkezõ másodlagos reflux áram (191) elõállítására a folyékony frakció (187) szétválasztásával az elsõdleges reflux áramra (189) és a másodlagos reflux áramra (191); és azzal jellemezve, hogy az etánban gazdag áram (19) kinyerésére szolgáló eszközök a frakcionáló oszlop (61) egy közbensõ szintjérõl (P2) ágaznak ki, amely az oszlop (61) betáplálási szintje (P1) fölött helyezkedik el; és azzal jellemezve, hogy a berendezés (11) eszközöket (193) tartalmaz a folyékony frakció szétválasztásával elõállított másodlagos reflux áram (191) bevezetésére a visszanyerõ oszlopba (35). 10. A 9. igénypont szerinti berendezés (11), azzal jellemezve, hogy az etánban gazdag áram áramlási sebességét vezérlõ eszközei vannak, amely eszközöket (193) tartalmaz a másodlagos reflux áram (191) áramlási sebességének szabályozására és eszközöket (43, 31) a visszanyerõ oszlop (35) nyomásának szabályozására. 11. A 9. vagy 10. igénypont szerinti berendezés (11), azzal jellemezve, hogy a frakcionáló oszlop (61)
5
10
15
20
25
7
2
1 és 7 közötti számú elméleti tányért tartalmaz a közbensõ szint (P2) fölött. 12. A 9–11. igénypontok bármelyike szerinti berendezés (11), azzal jellemezve, hogy eszközöket (73) tartalmaz a másodlagos reflux áram (191) lehûtésére, amelyek ezt az áramot (191) hõcserélõ viszonyba hozzák a visszanyerõ oszlop (35) fejáramának (131) legalább egy részével (135). 13. A 12. igénypont szerinti berendezés (11), azzal jellemezve, hogy eszközöket (33) tartalmaz a visszanyerõ oszlop (35) reflux áramának (123) hûtésére, amely eszközök a reflux áramot (123) hõcserélõ viszonyba hozzák a visszanyerõ oszlop (35) fejáramának (131) legalább egy részével (133). 14. A 9–13. igénypontok bármelyike szerinti berendezés (11), azzal jellemezve, hogy a másodlagos reflux áram (191) elõállítására szolgáló eszközök eszközöket tartalmaznak a fejkondenzátorból (63) jövõ gázállapotú áram (201) és folyékony áram (191) összekeverésére. 15. A 9–14. igénypontok bármelyike szerinti berendezés (11), azzal jellemezve, hogy eszközöket (167, 169) tartalmaz az etánban gazdag áram (19) maximális metán- és propántartalmának vezérlésére, amelyek egy, a visszanyerõ oszlopra (35) felszerelt fenékvisszaforralót (41) tartalmaznak.
HU 005 139 T2 Int. Cl.: F25J 3/00
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest
