RU2576428C1 - Method for complex processing of natural hydrocarbon gas with high nitrogen content - Google Patents

Method for complex processing of natural hydrocarbon gas with high nitrogen content Download PDF

Info

Publication number
RU2576428C1
RU2576428C1 RU2015100040/05A RU2015100040A RU2576428C1 RU 2576428 C1 RU2576428 C1 RU 2576428C1 RU 2015100040/05 A RU2015100040/05 A RU 2015100040/05A RU 2015100040 A RU2015100040 A RU 2015100040A RU 2576428 C1 RU2576428 C1 RU 2576428C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
helium
stream
methane
nitrogen
stage
Prior art date
Application number
RU2015100040/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Анатольевич Мнушкин
Евгений Викторович Ерохин
Original Assignee
Игорь Анатольевич Мнушкин
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 Игорь Анатольевич Мнушкин filed Critical Игорь Анатольевич Мнушкин
Priority to RU2015100040/05A priority Critical patent/RU2576428C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2576428C1 publication Critical patent/RU2576428C1/en

Links

Images

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
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0209—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
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0233—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream 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
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0238—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream 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
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0242—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream 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
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0257—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of nitrogen
    • 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
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/028—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of noble gases
    • F25J3/029—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of noble gases of helium
    • 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
    • F25J3/08—Separating gaseous impurities from gases or gaseous mixtures or from liquefied gases or liquefied gaseous mixtures
    • 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
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/04—Recovery of liquid products
    • 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
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/30—Helium
    • 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
    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
    • 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
    • F25J2270/42—Quasi-closed internal or closed external nitrogen refrigeration cycle

Abstract

FIELD: gas processing industry.
SUBSTANCE: invention relates to additional maximum full extraction of valuable components from natural gas and can be used in gas-processing industry. Method for complex processing of natural hydrocarbon gas with high nitrogen content is carried out in three units: in extraction of ethane and NGL from hydrocarbon gas, where purified and dried natural gas is separated into methane fraction of high and intermediate pressure, ethane fraction, wide fraction of light hydrocarbons and methane-nitrogen mixture; in removal of nitrogen and separation of helium concentrate from methane-nitrogen mixture, where methane-nitrogen mixture is separated into methane fraction of low pressure, nitrogen low and medium pressure discharged into atmosphere, liquid nitrogen is used in fine purification and liquefaction of helium, and helium concentrate, processed with extraction of helium or discharged as a commercial product; in fine purification and liquefaction of helium, where from helium concentrate is released pure helium, during formation of gaseous vent gases containing, mainly, nitrogen and discharged into atmosphere, liquid nitrogen is used as a commercial product.
EFFECT: technical result is maximum heat recovery, reduced power consumption.
17 cl, 1 dwg, 5 tbl

Description

Изобретение относится к технологии дополнительного максимально полного извлечения ценных компонентов из природного углеводородного газа и может быть использовано на предприятиях газоперерабатывающей промышленности.The invention relates to a technology for additional maximum complete extraction of valuable components from natural hydrocarbon gas and can be used at gas processing enterprises.

Природный углеводородный газ, основным компонентом которого является метан, широко используется в качестве газообразного топлива промышленного и бытового назначения. Однако наряду с метаном в состав природного углеводородного газа входит большое число примесных органических и неорганических компонентов: этан и более тяжелые углеводороды, вода, сероводород, меркаптан, диоксид углерода, гелий, азот. Природный газ различных месторождений существенно отличается как по содержанию примесей, так и по их набору, например, классификация природных газов по содержанию в них гелия включает природные газы богатые (более 0,5% гелия), рядовые (0,1-0,5%) и бедные (менее 0,1%). Например, в природном газе Ковыктинского месторождения содержится до 1% об. азота и гелия, что делает целесообразным выделение гелия; запасы гелия в природных газах Сибири и Дальнего Востока составляют 85% запасов страны (А.Э. Канторович, А.Г. Коржубаев, Л.В. Эдер (Институт геологии нефти и газа СО РАН), статья на http://www.geoinform.ru). Особенностью примесных компонентов является то, что с одной стороны эти компоненты являются веществами, снижающими теплотворную способность природного углеводородного газа как топлива и представляющие собой балласт при транспортировке природного углеводородного газа, удорожая транспортировку, а с другой стороны все перечисленные примеси кроме воды являются достаточно ценным сырьем для химической и нефтехимической промышленности с возможностью дальнейшего производства полимеров, топлива для автомобильного транспорта, серы, метанола, благородного газа, ядерного топлива, аммиака, азотной кислоты и другой продукции. Особенно эта ситуация характерна для новых проектируемых газоперерабатывающих заводов мощностью от 20 до 70 млрд. нм3/год по перерабатываемому газу, которые следует отнести уже к мультитоннажным производствам, которые смогут обслуживать одновременно несколько месторождений природного газа. Так, например, на одном мультитоннажном газоперерабатывающем заводе в Иркутской области предполагается перерабатывать природный газ сразу с нескольких месторождений: Ковыктинского (40 млрд. нм3/год), Чиканского и Ангаро-Ленского (18 млрд. нм3/год). (Коржубаев А.Г., Филимонова И.В. Перспективы комплексного развития нефтяной и газовой промышленности Восточной Сибири и Дальнего Востока. Газовая промышленность, 2011, №6, с. 10-16).Natural hydrocarbon gas, the main component of which is methane, is widely used as a gaseous fuel for industrial and domestic purposes. However, along with methane, the composition of natural hydrocarbon gas includes a large number of impurity organic and inorganic components: ethane and heavier hydrocarbons, water, hydrogen sulfide, mercaptan, carbon dioxide, helium, nitrogen. Natural gas of various deposits differs significantly both in the content of impurities and in their set, for example, the classification of natural gases by the content of helium in them includes natural gases rich (more than 0.5% helium), ordinary (0.1-0.5% ) and poor (less than 0.1%). For example, natural gas from the Kovykta field contains up to 1% vol. nitrogen and helium, which makes it appropriate to release helium; helium reserves in natural gases of Siberia and the Far East make up 85% of the country's reserves (A.E. Kantorovich, A.G. Korzhubaev, L.V. Eder (Institute of Petroleum and Gas Geology SB RAS), article at http: // www. geoinform.ru). A feature of impurity components is that, on the one hand, these components are substances that reduce the calorific value of natural hydrocarbon gas as fuel and are ballast when transporting natural hydrocarbon gas, increasing the cost of transportation, and on the other hand, all of these impurities except water are quite valuable raw materials for chemical and petrochemical industries with the possibility of further production of polymers, fuels for automobile transport, sulfur, methane la, the noble gas nuclear fuel, ammonia, nitric acid and other products. This situation is especially characteristic of the newly designed gas processing plants with a capacity of 20 to 70 billion nm 3 / year for processed gas, which should already be attributed to multi-ton production, which can serve several natural gas fields simultaneously. So, for example, at one multi-tonnage gas processing plant in the Irkutsk region, it is planned to process natural gas from several fields at once: Kovyktinsky (40 billion nm 3 / year), Chikansky and Angaro-Lensky (18 billion nm3 / year). (Korzhubaev A.G., Filimonova I.V. Prospects for the integrated development of the oil and gas industry in Eastern Siberia and the Far East. Gas industry, 2011, No. 6, p. 10-16).

При освоении мощных газовых месторождений становится целесообразным одновременное извлечение широкого спектра примесей из добываемого природного углеводородного газа, вплоть до покомпонентного разделения природного газа, однако анализ технической и патентной литературы свидетельствует о том, что существующие технические решения направлены, в основном, на извлечение из природного углеводородного газа одной характерной примеси или группы однотипных примесей.During the development of powerful gas fields, it becomes expedient to simultaneously extract a wide range of impurities from produced natural hydrocarbon gas, up to component-wise separation of natural gas, however, an analysis of the technical and patent literature indicates that the existing technical solutions are mainly aimed at extracting from natural hydrocarbon gas one characteristic impurity or group of the same type of impurities.

Известен, например, способ удаления азота из природного газа включающий:Known, for example, a method of removing nitrogen from natural gas comprising:

а) абсорбцию углеводородного компонента природного газа прямогонной нафтой, по существу состоящей из C5-C8 парафиновых углеводородов, в устройстве для осуществления абсорбции и выпуск непоглощенного азота;a) absorption of the hydrocarbon component of natural gas by straight-run naphtha, essentially consisting of C 5 -C 8 paraffin hydrocarbons, in a device for absorbing and releasing unabsorbed nitrogen;

б) десорбцию углеводородного компонента из прямогонной нафты в отпарной колонне при температуре низа в интервале 150-200°C;b) desorption of the hydrocarbon component from straight-run naphtha in a stripping column at a bottom temperature in the range of 150-200 ° C;

в) рециркуляцию на стадию (а) прямогонной нафты, регенерированной при десорбции;c) recirculation to stage (a) of straight-run naphtha regenerated during desorption;

г) подачу десорбированного углеводородного компонента в распределительную сеть (Способ удаления азота из природного газа: пат. 2185226 Рос. Федерация. №2000103939/12; заявл. 18.02.2000; опубл. 20.07.2002). Недостатками данного способа являются:g) supply of the desorbed hydrocarbon component to the distribution network (Method for the removal of nitrogen from natural gas: Pat. 2185226 Russian Federation. No.2000103939 / 12; claimed. 02/18/2000; publ. 07/20/2002). The disadvantages of this method are:

- сброс удаленного азота в атмосферу и потеря этого потенциального для дальнейшей переработки исходного сырья;- discharge of the removed nitrogen into the atmosphere and the loss of this potential for further processing of the feedstock;

- абсорбция всей углеводородной части природного газа нафтой с последующей его десорбцией приводит к экономически неэффективным большим энергозатратам на проведение процесса десорбции и циркуляцию большого количества нафты в системе;- the absorption of the entire hydrocarbon portion of natural gas by naphtha with its subsequent desorption leads to economically inefficient large energy costs for the desorption process and the circulation of a large amount of naphtha in the system;

- предусмотрена только предварительная обработка природного газа для удаления примеси диоксида углерода мембранным методом, однако остальные примеси, например, сероводород не удаляются, что приводит в конечном итоге к загрязнению окружающей среды.- only pre-treatment of natural gas is provided to remove the impurities of carbon dioxide by the membrane method, but other impurities, for example, hydrogen sulfide, are not removed, which ultimately leads to environmental pollution.

Известен способ выделения этановой фракции путем низкотемпературной ректификации, который включает подачу углеводородного газа в ректификационную колонну на деэтанизацию, низкотемпературную конденсацию полученных паров в теплообменнике и подачу их в рефлюксную емкость, отвод части сконденсированной жидкости в ректификационную колонну на орошение и вывод товарных продуктов (Способ выделения этановой фракции: пат. 2459160 Рос. Федерация. №2010136352/06; заявл. 30.08.2010; опубл. 20.08.2012). Недостатками данного способа являются:A known method for the separation of ethane fraction by low-temperature distillation, which includes the supply of hydrocarbon gas to the distillation column for deethanization, low-temperature condensation of the vapors obtained in the heat exchanger and their supply to the reflux tank, the withdrawal of part of the condensed liquid into the distillation column for irrigation and the output of commercial products (Method for the separation of ethane fractions: Pat. 2459160 of the Russian Federation. No. 2010136352/06; declared. 08.30.2010; published. 08.20.2012). The disadvantages of this method are:

- необходимость предварительного извлечения фракции С2 и выше из исходного природного газа;- the need for preliminary extraction of fractions With 2 and above from the source of natural gas;

- проведение процесса деэтанизации сырья при низком давлении (1,01 МПа вместо 2,63 МПа) приводит к необходимости поддерживания отрицательной температуры (минус 27,6°C), обеспечиваемой за счет дорогостоящего пропанового охлаждения вместо положительной температуры (6,8°C), обеспечиваемой дешевой захоложенной водой, что приведет к фактическому увеличению энергозатрат в денежном выражении, несмотря на их некоторое снижение в калорийном выражении;- the process of deethanization of raw materials at low pressure (1.01 MPa instead of 2.63 MPa) leads to the need to maintain a negative temperature (minus 27.6 ° C) provided by expensive propane cooling instead of a positive temperature (6.8 ° C) provided by cheap chilled water, which will lead to an actual increase in energy costs in monetary terms, despite their slight decrease in calorific value;

- после предварительного извлечения фракции С2 и выше из исходного природного газа образуется метановая фракция, загрязненная азотом, сероводородом, диоксидом углерода и другими примесями, снижающими калорийность метановой фракции как топлива.- after preliminary extraction of the fraction of C 2 and higher from the source of natural gas, a methane fraction is formed, contaminated with nitrogen, hydrogen sulfide, carbon dioxide and other impurities that reduce the calorific value of the methane fraction as fuel.

Известен также способ получения гелия, при котором гелий выделяют из гелий-, азот- и метансодержащей газовой фракции таким образом, что гелийсодержащую фракцию, по меньшей мере, частично конденсируют и разделяют на обогащенную гелием газовую фракцию (а) и обедненную гелием жидкую фракцию (б). Затем обогащенную гелием газовую фракцию (а) конденсируют до тех пор, пока концентрация гелия в результирующей газовой фракции не составит, по меньшей мере, 90%, предпочтительно, по меньшей мере, 95%, а в частности, по меньшей мере, 98%. Далее обедненную гелием жидкую фракцию (б) расширяют, испаряют до тех пор, пока по меньшей мере 70%, предпочтительно, по меньшей мере, 85%, содержащегося в ней гелия, не окажется в газообразном состоянии, и разделяют на богатую гелием газовую фракцию и бедную гелием жидкую фракцию. После чего богатую гелием газовую фракцию подогревают и добавляют в исходную гелийсодержащую фракцию (Способ получения гелия: пат. 2486131 Рос. Федерация. №2009104099/05; заявл. 06.02.2009; опубл. 27.06.2013). Недостатками данного способа являются:There is also known a method for producing helium, in which helium is separated from a helium, nitrogen and methane-containing gas fraction in such a way that the helium-containing fraction is at least partially condensed and separated into a helium-rich gas fraction (a) and a helium-depleted liquid fraction (b) ) Then the helium-enriched gas fraction (a) is condensed until the helium concentration in the resulting gas fraction is at least 90%, preferably at least 95%, and in particular at least 98%. Next, the helium-depleted liquid fraction (b) is expanded, evaporated until at least 70%, preferably at least 85% of the helium contained therein is in a gaseous state and separated into a helium-rich gas fraction and helium-poor liquid fraction. After that, the helium-rich gas fraction is heated and added to the initial helium-containing fraction (Method for the production of helium: Pat. 2486131 Russian Federation. No. 2009104099/05; decl. 06.02.2009; publ. 06.27.2013). The disadvantages of this method are:

- необходимость предварительного получения концентрированной исходной гелийсодержащей фракции, которая содержит до 10% гелия;- the need for preliminary obtaining a concentrated initial helium-containing fraction, which contains up to 10% helium;

- возврат богатой гелием газовой фракции в исходную гелийсодержащую фракцию нерационален, поскольку эта фракция, полученная из фракции (б) уже подвергалась ранее конденсации и рациональнее направлять ее в газовую фракцию (а).- the return of the helium-rich gas fraction to the initial helium-containing fraction is irrational, since this fraction obtained from fraction (b) has already been condensed before and it is more rational to send it to the gas fraction (a).

Известен способ переработки природного газа, который предусматривает многостадийное низкотемпературное охлаждение газа с конденсацией за счет рекуперации тепла в холодильниках, одноступенчатого сепарирования, сброса давления на потоках газа путем его расширения при дросселировании и расширении в турбодетандере, подачу всех холодных потоков в ректификационную колонну, с получением метановой газовой фракции и фракции, содержащей в основном этан, пропан и тяжелые углеводороды (Переработка углеводородного газа: пат. 4889545 US. №07/275102; заявл. 21.11.88; опубл. 26.12.89). Недостатками данного способа являются:A known method of processing natural gas, which provides for multi-stage low-temperature cooling of gas with condensation due to heat recovery in refrigerators, single-stage separation, depressurization of gas flows by expanding it during throttling and expansion in a turboexpander, supplying all cold streams to a distillation column, to produce methane gas fraction and fraction containing mainly ethane, propane and heavy hydrocarbons (Processing of hydrocarbon gas: US Pat. 4889545 US. No. 07/275102; application . 11.21.88; published 12.26.89).. The disadvantages of this method are:

- однократная сепарация, при которой жидкий конденсат смешивается с третьей паровой фазой, что резко снижает качество сепарирования в целом;- a single separation, in which the liquid condensate is mixed with the third vapor phase, which dramatically reduces the quality of the separation as a whole;

- в ректификационной колонне в данном процессе всего два продукта: газовый поток сверху колонны и жидкий продукт снизу колонны;- in the distillation column in this process there are only two products: a gas stream at the top of the column and a liquid product at the bottom of the column;

- при наличии в природном газе примесей СО2, N2, H2S (что как правило неизбежно), а также гелия (Не). Эти компоненты переходят в газовый поток, разбавляя метан и снижая его теплотворную способность, как топлива, и увеличивая расходы на транспортировку потребителю;- in the presence of CO 2 , N 2 , H 2 S impurities in natural gas (which is usually inevitable), as well as helium (He). These components pass into the gas stream, diluting methane and reducing its calorific value as fuel, and increasing the cost of transportation to the consumer;

- в результате фракционирования всего исходного сырья в одной ректификационной колонне, часть этана неизбежно переходит в газовый поток, отводимый сверху колонны, что с одной стороны снижает теплотворную способность метановой фракции, а с другой - приводит к потере ценного сырья для нефтехимии.- as a result of fractionation of all the feedstock in one distillation column, part of the ethane inevitably passes into the gas stream discharged from the top of the column, which on the one hand reduces the calorific value of the methane fraction, and on the other hand leads to the loss of valuable raw materials for petrochemicals.

Известен способ переработки сжиженного природного и углеводородного газа, который предусматривает низкотемпературное охлаждение газа с конденсацией за счет рекуперации тепла в холодильнике, двухступенчатое сепарирование, получившегося двухфазного потока, сброса давления на потоках газов путем их расширения в двух турбодетандерах, дросселирования жидкой фазы и подачу жидкой и газовой фазы в ректификационную колонну, с получением метановой газовой фракции и фракции, содержащей в основном этан, пропан и тяжелые углеводороды (Переработка сжиженного природного и углеводородного газа: пат. 8794030 US. №13/790873; заявл. 08.03.2013; опубл. 05.08.2014). Недостатками данного способа являются:A known method of processing liquefied natural and hydrocarbon gas, which provides for low-temperature cooling of gas with condensation due to heat recovery in the refrigerator, two-stage separation of the resulting two-phase stream, depressurizing the gas flows by expanding them in two turbine expanders, throttling the liquid phase and supplying liquid and gas phase to a distillation column to obtain a methane gas fraction and a fraction containing mainly ethane, propane and heavy hydrocarbons (Pererabo Single liquefied natural gas and a hydrocarbon: Patent 8794030 US №13 / 790,873; appl 03.08.2013, published 05.08.2014)..... The disadvantages of this method are:

- переработка исходного сжиженного углеводородного газа при условии его предварительного нагрева и испарения приводит к дополнительным энергетическим затратам на стадии подготовки исходного сырья, так как природный газ необходимо сначала сжижать, а потом испарять;- processing of the initial liquefied hydrocarbon gas subject to its preliminary heating and evaporation leads to additional energy costs at the stage of preparation of the feedstock, since natural gas must first be liquefied and then evaporated;

- в ректификационной колонне в данном процессе всего два продукта: газовый поток сверху колонны и жидкий продукт снизу колонны;- in the distillation column in this process there are only two products: a gas stream at the top of the column and a liquid product at the bottom of the column;

- при наличии в природном газе примесей СО2, N2, H2S (что как правило неизбежно), а также гелия (Не). Эти компоненты переходят в газовый поток, разбавляя метан и снижая его теплотворную способность, как топлива, и увеличивая расходы на транспортировку потребителю;- in the presence of CO 2 , N 2 , H 2 S impurities in natural gas (which is usually inevitable), as well as helium (He). These components pass into the gas stream, diluting methane and reducing its calorific value as fuel, and increasing the cost of transportation to the consumer;

- в результате фракционирования всего исходного сырья в одной ректификационной колонне, часть этана неизбежно переходит в газовый поток, отводимый сверху колонны, что с одной стороны снижает теплотворную способность метановой фракции, а с другой - приводит к потере ценного сырья для нефтехимии.- as a result of fractionation of all the feedstock in one distillation column, part of the ethane inevitably passes into the gas stream discharged from the top of the column, which on the one hand reduces the calorific value of the methane fraction, and on the other hand leads to the loss of valuable raw materials for petrochemicals.

Известен способ переработки природного газа и устройство для его осуществления, заключающийся в том, что поток природного газа разделяют на две части, меньшую часть охлаждают и частично конденсируют, большую часть потока природного газа последовательно охлаждают, затем охлажденные потоки газа объединяют, сепарируют и отделяют сжиженные углеводороды, которые после дросселирования подают в деметанизатор, отсепарированный газ разделяют на два потока, один из которых охлаждают, а другой поток обогащают азотом, после чего полученные потоки объединяют и передают на сепарирование, полученные после сепарации жидкость дросселируют, а газ расширяют и подают в колонну обогащения азота для получения метан-азотного газа и потока деазотированного сжиженного метана с этаном и более тяжелыми углеводородами, который дросселируют и частично испаряют, затем путем сепарации отделяют жидкую фракцию, которую после дросселирования и частичного испарения передают в деметанизатор для получения метана и жидкой фракции этана и более тяжелых углеводородов, отсепарированный метан-азотный газ последовательно охлаждают и после последующего сепарирования большую часть его и всю жидкость направляют в колонну разделения азота и метана, а меньшую часть отсепарированного газа после охлаждения в гелиевой колонне также направляют в колонну разделения азота и метана, из которой осуществляют отбор азотногелиевого газа для последующей подачи в гелиевую колонну для выработки гелиевого концентрата и получения товарного гелия и отбора жидкого азота, который охлаждают, дросселируют и делят на две части, меньшую из которых после испарения в качестве питания, а большую в качестве орошения подают в колонну разделения азота и метана, азотометановую жидкость, полученную из колонны разделения азота и метана, охлаждают, дросселируют и вновь подают в колонну разделения азота и метана, из которой отбирают жидкий метан, который сжимают и после испарения и нагрева эжектируют в поток метана, полученный объединенный поток метана смешивают с циркуляционным метаном, полученным после охлаждения метан-азотного газа, последовательно охлаждают и сжимают для вывода товарного газа, часть которого отводят для получения упомянутого циркуляционного метана путем ее дополнительного сжатия, охлаждения и конденсирования, дросселирования и испарения (Способ переработки природного газа и устройство для его осуществления: пат. 2502545 Рос. Федерация. №2012134078/05; заявл. 08.08.2012; опубл. 27.12.2013). Недостатками данного способа, реализованного в пяти ректификационных колонах и пяти сепараторах, являются:A known method of processing natural gas and a device for its implementation, which consists in the fact that the natural gas stream is divided into two parts, the smaller part is cooled and partially condensed, the most part of the natural gas stream is sequentially cooled, then the cooled gas flows are combined, separated and the liquefied hydrocarbons are separated which, after throttling, are fed to a demethanizer, the separated gas is divided into two streams, one of which is cooled, and the other stream is enriched with nitrogen, after which the resulting stream they are combined and transferred to separation, the liquid obtained after separation is throttled, and the gas is expanded and fed to a nitrogen enrichment column to obtain methane-nitrogen gas and a stream of de-nitrated liquefied methane with ethane and heavier hydrocarbons, which are throttled and partially evaporated, then the liquid is separated by separation fraction, which after throttling and partial evaporation is transferred to a demethanizer to obtain methane and a liquid fraction of ethane and heavier hydrocarbons, separated methane-nitrogen g h sequentially cooled and after subsequent separation most of it and all the liquid is sent to the nitrogen and methane separation column, and the smaller part of the separated gas after cooling in the helium column is also sent to the nitrogen and methane separation column, from which nitrogen-helium gas is selected for subsequent supply to helium column for the production of helium concentrate and the production of commercial helium and the selection of liquid nitrogen, which is cooled, throttled and divided into two parts, the smaller of which after evaporation Nitrogen is used as a feed, and a large one as irrigation is fed to a nitrogen and methane separation column, a nitrogen-methane liquid obtained from a nitrogen and methane separation column is cooled, throttled and again fed to a nitrogen and methane separation column, from which liquid methane is collected, which is compressed and after evaporation and heating, they are ejected into the methane stream, the combined methane stream obtained is mixed with the circulation methane obtained after cooling the methane-nitrogen gas, it is successively cooled and compressed to withdraw commercial gas, often which is removed to obtain said circulating methane by its additional compression, cooling and condensing, throttling and evaporation (Method for processing of natural gas and a device for its implementation: Pat. 2502545 Dew. Federation. No. 2012134078/05; declared 08/08/2012; publ. 12/27/2013). The disadvantages of this method, implemented in five distillation columns and five separators, are:

- получение только концентрата гелия, содержащего 70% целевого продукта и 30% азота. Гелиевый концентрат получают в газовой фазе, что требует установки дополнительной аппаратуры для его концентрирования и последующего сжижения;- obtaining only a helium concentrate containing 70% of the target product and 30% nitrogen. Helium concentrate is obtained in the gas phase, which requires the installation of additional equipment for its concentration and subsequent liquefaction;

- получаемая в колонне 5, представленная на рисунке 1 в приведенном патенте, широкая жидкая фракция, содержащая этан, пропан и более тяжелые углеводороды с некоторой примесью метана, требует установки дополнительной аппаратуры для ее разделения на ценные компоненты и не может использоваться самостоятельно;- obtained in column 5, presented in Figure 1 in the cited patent, the wide liquid fraction containing ethane, propane and heavier hydrocarbons with some admixture of methane requires the installation of additional equipment for its separation into valuable components and cannot be used independently;

- наличие в товарном метане 2,1% азота снижает на 2% теплотворную способность товарного газа при его использовании в качестве топлива;- the presence of 2.1% nitrogen in marketable methane reduces by 2% the calorific value of marketable gas when used as fuel;

- имеются разночтения в приведенной технологической схеме и описании изобретения, что не позволяет реализовать данное изобретение в полной мере, так например на рисунке 1 в приведенном патенте указывается, что газ, выходящий из сепаратора 14, расширяется в турбодетандере и подается в качестве орошения в колонну, тогда как газовая фаза не может служить орошением ректификационной колонны, что приведет к неэффективной работе аппарата; по тексту патента, жидкую фазу из сепаратора 14 дросселируют и подают на верхнюю тарелку 5-ой колонны, представленной на рисунке 1 в приведенном патенте, а по схеме - в среднюю часть.- there are discrepancies in the flow diagram and description of the invention, which does not allow the invention to be fully implemented, for example, in Figure 1, the cited patent indicates that the gas exiting the separator 14 expands in a turboexpander and is supplied as an irrigation to the column, whereas the gas phase cannot serve as an irrigation of a distillation column, which will lead to inefficient operation of the apparatus; according to the text of the patent, the liquid phase from the separator 14 is throttled and fed to the upper plate of the 5th column, shown in Figure 1 in the patent, and according to the scheme to the middle part.

Известен способ низкотемпературного разделения углеводородного газа, реализуемый в установке, состоящей из блока предварительного охлаждения газа, включающего последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник и сепаратор первой ступени, блока конденсации и переохлаждения газа, включающего теплообменники, сепараторы второй и третьей ступени, отпарные колонны и турбодетандерный агрегат, блока выделения этана и широкой фракции легких углеводородов, включающего теплообменники, деметанизатор с трубопроводом отвода кубовой жидкости в деэтанизатор со встроенным дефлегматором, на трубопроводе отвода кубовой жидкости из которого установлен воздушный холодильник, блока получения гелиевого концентрата, отличающаяся тем, что установка содержит пропановый испаритель с трубопроводом подачи пропана в него, установленный последовательно после воздушного холодильника, соединенного с трубопроводом отвода кубовой жидкости из деметанизатора, а трубопровод подачи пропана в пропановый испаритель соединен с трубопроводом подачи пропана в дефлегматор деэтанизатора (Установка низкотемпературного разделения углеводородного газа: пат. 44801 Рос. Федерация. №2004126522/22; заявл. 02.09.2004; опубл. 27.03.2005). Недостатками данного изобретения, реализуемого в системе из шести ректификационных колонн и четырех сепараторов, являются:A known method of low-temperature separation of hydrocarbon gas, implemented in an installation consisting of a gas pre-cooling unit comprising a heat exchanger, a propane cooler and a first stage separator, a gas condensation and supercooling unit, including heat exchangers, second and third stage separators, stripping columns and a turbine expansion unit , ethane separation unit and a wide fraction of light hydrocarbons, including heat exchangers, a demethanizer with a discharge pipe of liquid in a deethanizer with a built-in reflux condenser, an air cooler, a helium concentrate production unit, installed on the drainage pipe from which bottoms liquid is installed, characterized in that the installation contains a propane evaporator with a propane supply pipe into it, installed in series after the air cooler connected to the bottoms removal pipe liquid from the demethanizer, and the propane supply line to the propane evaporator is connected to the propane supply line to the deethane dephlegmator mash (Setting low-temperature separation of hydrocarbon gas: Pat. 44801 ROS. Federation. No. 2004126522/22; declared 09/02/2004; publ. 03/27/2005). The disadvantages of this invention, implemented in a system of six distillation columns and four separators, are:

- получение газообразного гелиевого концентрата, что требует установки дополнительной аппаратуры для его концентрирования и последующего сжижения;- obtaining gaseous helium concentrate, which requires the installation of additional equipment for its concentration and subsequent liquefaction;

- получение широкой фракции легких углеводородов не предусматривает вариантов ее дальнейшего использования, при этом, при остановке продуктопровода, установка переводится на режим с выработкой этановой фракции и широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), при котором усложняется хранение и транспортировка газообразной этановой фракции;- obtaining a wide fraction of light hydrocarbons does not provide options for its further use, while, when the product pipeline is stopped, the installation is switched to a mode with the production of ethane fraction and a wide fraction of light hydrocarbons (BFLH), which complicates the storage and transportation of the gaseous ethane fraction;

- для функционирования процесса необходима пропановая холодильная установка и криогенная установка получения жидкого азота;- for the functioning of the process requires a propane refrigeration unit and a cryogenic unit for the production of liquid nitrogen;

- технология не предусматривает рекуперацию тепла, что существенно увеличивает затраты и стоимость переработки природного газа;- the technology does not provide for heat recovery, which significantly increases the costs and costs of processing natural gas;

- пропановое охлаждение не позволяет отделить азот от метана, что приведет к загрязнению товарной метановой фракции азотом и снижению теплотворной способности метановой фракции.- propane cooling does not allow to separate nitrogen from methane, which will lead to contamination of the commodity methane fraction with nitrogen and a decrease in the calorific value of the methane fraction.

Известен также способ обработки потока природного газа, включающий стадии:Also known is a method of processing a natural gas stream, comprising the steps of:

(а) подачи частично сконденсированного сырьевого потока в первый аппарат для разделения газа и жидкости при давлении выше 20 бар и ниже 40 бар;(a) supplying a partially condensed feed stream to a first gas and liquid separation apparatus at pressures above 20 bar and below 40 bar;

(б) разделения сырьевого потока в первом аппарате для разделения газа и жидкости на газообразный поток и жидкостный поток;(b) separating the feed stream in a first apparatus for separating gas and liquid into a gaseous stream and a liquid stream;

(в) расширения жидкостного потока, полученного на стадии (б), и подачи его во второй аппарат для разделения газа и жидкости;(c) expanding the liquid stream obtained in stage (b) and supplying it to a second apparatus for separating gas and liquid;

(г) разделения указанного газообразного потока, по меньшей мере, на два подпотока, причем сразу после разделения подпотоки имеют одинаковый состав и фазовое состояние;(d) dividing said gaseous stream into at least two substreams, wherein immediately after the separation, the substreams have the same composition and phase state;

(д) расширения первого подпотока, полученного на стадии (в), с получением в результате, по меньшей мере, частично сконденсированного первого подпотока, и подачи после этого указанного частично сконденсированного первого подпотока во второй аппарат для разделения газа и жидкости;(e) expanding the first substream obtained in step (c), resulting in at least partially condensed first substream, and then supplying said specified partially condensed first substream to a second gas and liquid separation apparatus;

(е) охлаждения второго подпотока, полученного на стадии (в), холодным потоком, с получением в результате, по меньшей мере, частично сконденсированного второго подпотока, и подачи после этого, по меньшей мере, частично сконденсированного второго подпотока во второй аппарат для разделения газа и жидкости;(e) cooling the second substream obtained in step (c) with a cold stream, resulting in at least partially condensed second substream, and then supplying at least partially condensed second substream to the second gas separation apparatus and fluids;

(ж) отвода газообразного потока из второго аппарата для разделения газа и жидкости;(g) removing a gaseous stream from a second apparatus for separating gas and liquid;

(з) отвода жидкостного потока из второго аппарата для разделения газа и жидкости (Способ и устройство для обработки потока углеводородов: пат. 2460022 Рос. Федерация. №2009116469/06; заявл. 23.10.2007; опубл. 27.08.2012). Недостатками данного способа являются:(h) draining the liquid stream from the second apparatus for separating gas and liquid (Method and device for processing a stream of hydrocarbons: Pat. 2460022 Russian Federation. No. 2009116469/06; claimed. 23.10.2007; publ. 08.27.2012). The disadvantages of this method are:

- низкая технологичность процесса, поскольку достаточно сложная схема совместной работы первого и второго аппарата сводится к тому, что исходное сырье разделяется после первого аппарата на четыре потока, три из которых возвращаются в качестве сырья во второй аппарат;- low processability of the process, since a rather complex scheme of the joint operation of the first and second apparatus is reduced to the fact that the feedstock is divided after the first apparatus into four streams, three of which are returned as raw materials to the second apparatus;

- из приведенного примера остается совершенно непонятно, как должен функционировать второй аппарат, поскольку поток 100, выходящий снизу второго аппарата не может находиться в парожидкостном состоянии, а поток 110 - в паровой фазе (таблица 1);- from the above example, it remains completely incomprehensible how the second apparatus should function, since the stream 100 leaving the bottom of the second apparatus cannot be in the vapor-liquid state, and the stream 110 in the vapor phase (table 1);

- приведенные расчеты не убеждают в возможности практической реализации заявляемого изобретения, поскольку приведенные показатели, характеризующие результативность процесса не соответствуют приведенным технологическим параметрам.- the above calculations do not convince of the possibility of practical implementation of the claimed invention, since the indicators characterizing the effectiveness of the process do not correspond to the given technological parameters.

Известен также способ извлечения гелия из природного газа, включающий получение гелиевого концентрата с последующей его низкотемпературной или мембранной сепарацией и адсорбционной очисткой от примесей, отличающийся тем, что перед получением гелиевого концентрата поток природного газа подвергают конверсии с получением синтез-газа, проводят каталитический синтез продуктов, которые затем конденсируют с выделением гелиевого концентрата (Способ извлечения гелия из природного газа: пат. 2478569 Рос. Федерация. №2011146306/05; заявл. 16.11.2011; опубл. 10.04.2013). Недостатками данного способа являются:There is also known a method for extracting helium from natural gas, which includes producing a helium concentrate followed by low-temperature or membrane separation and adsorption purification of impurities, characterized in that before receiving a helium concentrate, the natural gas stream is converted to produce synthesis gas, the products are catalytically synthesized, which are then condensed with the release of helium concentrate (Method for the extraction of helium from natural gas: US Pat. 2478569 Russian Federation. No. 20111146306/05; declared. 16.11.2011; publ. 10 04.04.2013). The disadvantages of this method are:

- полное превращение исходного природного углеводородного газа в синтез-газ с последующим получением метанола приводит к потере углеводородного газа как топлива;- the complete conversion of the original natural hydrocarbon gas into synthesis gas with the subsequent production of methanol leads to the loss of hydrocarbon gas as a fuel;

- для получения гелиевого концентрата поток сбросного газа после конверсии СО в конверторе подают на абсорбционную очистку от диоксида углерода растворами поташа и моноэтаноламина в абсорбер и/или короткоцикловую адсорбцию в адсорбер и получают газ, обогащенный водородом, а затем окончательно выделяют водород путем короткоцикловой адсорбции на активированном угле или цеолите в адсорбере, однако при адсорбции водорода активность рассматриваемых адсорбентов очень низка - на уровне 100 нсм3/г (0,001 г/г или 0,1% масс.) на цеолитах (Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Изотермы адсорбции водорода на синтетических цеолитах, http://www.ngpedia.ru/cg) и 1-2 кг/м3 (0,002 г/г или 0,2% масс.) на активированных углях (Тарасов Б.П., Гольдшлегер Н.Ф. Сорбция водорода углеродными наноструктурами. International Scientific Joumalfor Alternative Energyand Ecology, №3, 2002, p. 22-38). Это делает экономически нецелесообразным адсорбционное извлечение водорода из гелиевого концентрата (обычно активность адсорбентов в промышленных условиях в процессах очистки технологических потоков составляет 10-15% масс).- to obtain a helium concentrate, the waste gas stream after CO conversion in the converter is fed for absorption cleaning of carbon dioxide with potash and monoethanolamine solutions into the absorber and / or short-cycle adsorption into the adsorber and hydrogen-rich gas is obtained, and then hydrogen is finally released by short-cycle adsorption on activated carbon coal or zeolite in the adsorber, however, when adsorbing hydrogen, the activity of the adsorbents in question is very low - at the level of 100 ncm 3 / g (0.001 g / g or 0.1% wt.) on zeolites (Big Entsik Oil and Gas Lopedia: Isotherms of hydrogen adsorption on synthetic zeolites, http://www.ngpedia.ru/cg) and 1-2 kg / m 3 (0.002 g / g or 0.2% wt.) on activated carbons (Tarasov B.P., Goldschleger, N.F., Hydrogen Sorption by Carbon Nanostructures, International Scientific Joumalfor Alternative Energyand Ecology, No. 3, 2002, p. 22-38). This makes the adsorption extraction of hydrogen from helium concentrate economically inexpedient (usually the activity of adsorbents under industrial conditions in the process of purifying process streams is 10-15% of the mass).

При создании изобретения ставилась задача комплексного извлечения практически покомпонентно из природного углеводородного газа всех примесей, содержащихся в метане и снижающих его теплотворную способность, формирования из выделенных примесей потоков товарных продуктов или сырья ассоциированных газохимических производств, а также оптимального распределения систем нагрева и охлаждения технологических потоков, обеспечивающих максимальную рекуперацию тепла в системе и, как следствие, снижение энергозатрат для создания холодильных циклов криогенного разделения газов вплоть до гелия.When creating the invention, the task was to comprehensively extract almost all components of natural hydrocarbon gas of impurities contained in methane and reduce its calorific value, the formation of flows of commodity products or raw materials associated gas chemical industries from the selected impurities, as well as the optimal distribution of heating and cooling systems for technological flows, which ensure maximum heat recovery in the system and, as a result, reduction of energy consumption to create refrigeration iklov cryogenic gas separation until helium.

Поставленная задача решается за счет того, что способ комплексной переработки природного углеводородного газа с повышенным содержанием азота включает стадии:The problem is solved due to the fact that the method of complex processing of natural hydrocarbon gas with a high nitrogen content includes the steps of:

(а) подачи потока осушенного и очищенного природного газа в отделение захолаживания потока исходного сырья и разделения потока очищенного и осушенного газа на первый и второй газовый потоки, их охлаждения и частичной конденсации за счет теплообмена с набором хладагентов с последующим смешением охлажденных первого и второго газовых потоков в объединенный охлажденный поток;(a) feeding the dried and purified natural gas stream to the cooling compartment of the feed stream and separating the purified and dried gas stream into the first and second gas streams, cooling them and partially condensing by heat exchange with a set of refrigerants, followed by mixing the cooled first and second gas streams into the combined chilled stream;

(б) подачи объединенного охлажденного потока в первый сепаратор с получением отсепарированного третьего газового потока и отсепарированной первой жидкой фазы;(b) supplying the combined cooled stream to a first separator to obtain a separated third gas stream and a separated first liquid phase;

(в) разделения третьего газового потока на четвертый и пятый газовый потоки, которые затем охлаждают, причем четвертый газовый поток подвергают глубокому охлаждению за счет теплообмена с хладагентом, а пятый газовый поток охлаждают за счет его расширения в турбодетандере с получением частично охлажденного пятого газового потока;(c) separating the third gas stream into a fourth and fifth gas stream, which is then cooled, the fourth gas stream being subjected to deep cooling by heat exchange with a refrigerant, and the fifth gas stream is cooled by expanding it in a turboexpander to produce a partially cooled fifth gas stream;

(г) разделения методом ректификации в первой ректификационной колонне глубоко охлажденного четвертого газового потока, частично охлажденного пятого газового потока и отсепарированной первой жидкой фазы в отделении деметанизации жидкого потока углеводородов на деэтанизированный газовый поток с преимущественным содержанием метана, азота и гелия, отводимые с верха первой ректификационной колонны, и первый остаток, преимущественно содержащий этан, пропан и более тяжелые углеводороды, отводимые с низа первой ректификационной колонны;(d) distillation separation in the first distillation column of a deeply cooled fourth gas stream, a partially cooled fifth gas stream and a separated first liquid phase in a demethanization unit of a liquid hydrocarbon stream into a deethanized gas stream with a predominant content of methane, nitrogen and helium discharged from the top of the first distillation columns, and a first residue, predominantly containing ethane, propane and heavier hydrocarbons discharged from the bottom of the first distillation column;

(д) подачи первого остатка в отделение деэтанизации жидкого потока углеводородов и разделения его методом ректификации во второй ректификационной колонне на отводимую с верха второй ректификационной колонны этановую фракцию с содержанием этана не менее 98,5% масс, и отводимый с низа второй ректификационной колонны второй остаток, содержащий пропан и более тяжелые углеводороды, отводимые далее в качестве товарных продуктов или сырья для дальнейшей переработки;(e) feeding the first residue to the deethanization unit of the liquid hydrocarbon stream and separating it by distillation in a second distillation column into an ethane fraction withdrawn from the top of the second distillation column with an ethane content of at least 98.5% by weight, and a second residue withdrawn from the bottom of the second distillation column containing propane and heavier hydrocarbons, further discharged as commercial products or raw materials for further processing;

(е) подачи деэтанизированного газового потока со стадии (г) в отделение конденсации и отпарки метан-азотной смеси из жидкого потока углеводородов, в котором производят его охлаждение и частичную конденсацию набором низкотемпературных технологических потоков с последующим сепарированием охлажденного деэтанизированного газового потока во втором сепараторе с получением отсепарированного шестого газового потока, содержащего преимущественно азот и гелий, и отсепарированной второй жидкой фазы, содержащей преимущественно метан;(e) supplying the deethanized gas stream from step (d) to the condensation and stripping unit of the methane-nitrogen mixture from the liquid hydrocarbon stream, in which it is cooled and partially condensed by a set of low-temperature process streams, followed by separation of the cooled de-ethanized gas stream in the second separator to obtain a separated sixth gas stream containing predominantly nitrogen and helium, and a separated second liquid phase containing predominantly methane;

(ж) охлаждения отсепарированного шестого газового потока со стадии (е) потоками первой и второй метановых фракций среднего, третьей метановой фракции высокого давления и метан-азотной смеси и разделения его методом ректификации в третьей ректификационной колонне на метан-азотную смесь, отводимую в качестве дистиллята с верха третьей ректификационной колонны, и метановую фракцию, отводимую в качестве четвертого остатка с низа третьей ректификационной колонны;(g) cooling the separated sixth gas stream from stage (e) the flows of the first and second methane fractions of the middle, third methane fraction of high pressure and the methane-nitrogen mixture and separating it by distillation in a third distillation column into a methane-nitrogen mixture discharged as a distillate from the top of the third distillation column, and the methane fraction, taken as the fourth residue from the bottom of the third distillation column;

(з) разделения метановой фракции со стадии (ж) на три части и их дросселирования с получением первой и второй метановых фракций высокого давления и первой метановой фракции среднего давления;(h) dividing the methane fraction from step (g) into three parts and throttling them to obtain the first and second high pressure methane fractions and the first medium pressure methane fraction;

(и) подачи метан-азотной смеси со стадии (ж) в отделение захолаживания и деазотирования метан-азотной смеси, где производят ее охлаждение и частичную конденсацию за счет теплообмена с набором хладагентов и последующим сепарированием в третьем сепараторе с получением отсепарированного седьмого газового потока и отсепарированной третьей жидкой фазы, с преимущественным содержанием метана и азота в третьем сепараторе;(i) supplying the methane-nitrogen mixture from step (g) to the cooling and de-nitration unit of the methane-nitrogen mixture, where it is cooled and partially condensed by heat exchange with a set of refrigerants and then separated in a third separator to obtain a separated seventh gas stream and separated a third liquid phase, with a predominant content of methane and nitrogen in the third separator;

(к) разделения методом ректификации отсепарированной третьей жидкой фазы в четвертой ректификационной колонне на метановую фракцию низкого давления, отводимую с низа четвертой ректификационной колонны, и первый поток азота низкого давления, отводимый с верха четвертой ректификационной колонны;(k) separation by distillation of the separated third liquid phase in the fourth distillation column into a low-pressure methane fraction discharged from the bottom of the fourth distillation column and a first low-pressure nitrogen stream discharged from the top of the fourth distillation column;

(л) разделения первого потока азота низкого давления со стадии (к) на второй поток и третий поток азота низкого давления, второй поток азот низкого давления сбрасывают в атмосферу, а третий поток азот низкого давления компримируют, охлаждают и разделяют на первый поток азота среднего давления и второй поток азота среднего давления, первый поток азота среднего давления дросселируют и используют в качестве хладагента на стадии (и), а второй поток азота среднего давления дросселируют с частичной конденсацией и подают в четвертый сепаратор, где разделяют с образованием четвертого потока азота низкого давления, который возвращают на компримирование, и первого потока жидкого азота, который используют в качестве орошения четвертой ректификационной колонны на стадии (к);(k) separating the first low pressure nitrogen stream from step (k) into a second stream and a third low pressure nitrogen stream, a second low pressure nitrogen stream is discharged into the atmosphere, and a third low pressure nitrogen stream is compressed, cooled and separated into a first medium pressure nitrogen stream and a second medium pressure nitrogen stream, the first medium pressure nitrogen stream is throttled and used as a refrigerant in stage (s), and the second medium pressure nitrogen stream is throttled with partial condensation and fed to the fourth separator, where e is separated to form a fourth stream of low pressure nitrogen, which is returned for compression, and a first stream of liquid nitrogen, which is used as an irrigation of the fourth distillation column in step (k);

(м) охлаждения отсепарированного седьмого газового потока со стадии (и) потоком первого гелиевого концентрата и первым потоком азота среднего давления со стадии (л) и разделения методом ректификации в пятой ректификационной колонне на первый гелиевый концентрат, отводимый с верха пятой ректификационной колонны и остаток, который подают в четвертую ректификационную колонну на стадию (к) выше точки ввода третьей жидкой фазы, в качестве орошения на стадии (м) применяют первый поток жидкого азота со стадии (л);(m) cooling the separated seventh gas stream from stage (s) with the first helium concentrate stream and the first medium pressure nitrogen stream from stage (l) and separating by distillation in the fifth distillation column into the first helium concentrate discharged from the top of the fifth distillation column and the residue, which is fed to the fourth distillation column at stage (k) above the point of entry of the third liquid phase, the first stream of liquid nitrogen from stage (l) is used as irrigation in stage (m);

(н) подачи первого гелиевого концентрата со стадии (м) в отделение компримирования и очистки гелиевого концентрата от масла в сепараторе, с получением потока первично очищенного компримированного гелиевого концентрата;(m) supplying a first helium concentrate from step (m) to a compression and purification unit of helium concentrate from oil in a separator, to obtain a stream of initially purified compressed helium concentrate;

(о) подачи первично очищенного компримированного гелиевого концентрата в отделение каталитической и адсорбционной очистки гелиевого концентрата, где присутствующие в первом гелиевом концентрате примеси водорода и метана окисляют кислородом в присутствии катализатора до воды и углекислого газа с последующей их сепарацией в пятом сепараторе и адсорбцией на цеолитном адсорбенте с получением вторично очищенного компримированного гелиевого концентрата;(o) supplying the initially purified compressed helium concentrate to the catalytic and adsorption purification department of the helium concentrate, where the impurities of hydrogen and methane present in the first helium concentrate are oxidized with oxygen in the presence of a catalyst to water and carbon dioxide, followed by their separation in the fifth separator and adsorption on a zeolite adsorbent to obtain a second purified compressed helium concentrate;

(п) регенерации цеолитного адсорбента термическим способом при противоточной продувке адсорбента азотом, при этом сброс гелия из адсорбера, находящегося на стадии регенерации, производят в отделении обработки гелиевых сдувок;(o) thermal regeneration of the zeolite adsorbent during countercurrent purging of the adsorbent with nitrogen, while the helium is discharged from the adsorber at the regeneration stage in the helium purge treatment department;

(р) охлаждения гелиевым хладагентом и частичной конденсации вторично очищенного компримированного гелиевого концентрата с последующей сепарацией в шестом сепараторе с получением первого потока гелия и второго потока жидкого азота;(p) cooling with helium refrigerant and partial condensation of the second refined compressed helium concentrate, followed by separation in a sixth separator to obtain a first helium stream and a second liquid nitrogen stream;

(с) подачи второго потока жидкого азота в отделение хранения жидкого азота, где его хранят и откуда подают потребителям внутри гелиевого производства;(c) supplying a second stream of liquid nitrogen to the liquid nitrogen storage compartment, where it is stored and from where it is supplied to consumers inside the helium production;

(т) очистки первого потока гелия от микропримесей углеводородов на активированном угольном адсорбенте и последующей его фильтрации от захваченных частиц активированного угля с получением первого очищенного потока гелия;(r) purification of the first helium stream from trace hydrocarbons on an activated carbon adsorbent and its subsequent filtration from trapped particles of activated carbon to obtain a first purified helium stream;

(у) регенерация угольного адсорбента производится методом «качелей давления» с направлением газов, выделяющихся при регенерации адсорбента в отделении обработки гелиевых сдувок;(y) the regeneration of coal adsorbent is carried out using the “pressure swing” method with the direction of the gases released during the regeneration of the adsorbent in the helium purge treatment department;

(ф) подачи газов регенерации со стадии (у) и сбросного гелия со стадии (п) в отделение обработки гелиевых сдувок, где происходит их накопление и подача их на стадию (н) для увеличения степени извлечения гелия из природного газа;(f) supplying regeneration gases from stage (y) and waste helium from stage (p) to the helium purge treatment department, where they accumulate and feed them to stage (n) to increase the degree of extraction of helium from natural gas;

(х) подачи первого очищенного потока гелия со стадии (т) в отделение сжижения и доочистки гелия, где производят его охлаждение гелиевым хладагентом до температуры 80 К и очистку на активированном угле от азота с получением второго очищенного потока гелия;(x) supplying the first purified helium stream from step (t) to the helium liquefaction and purification unit, where it is cooled with helium refrigerant to a temperature of 80 K and nitrogen is purified on activated carbon to obtain a second purified helium stream;

(ц) охлаждения гелиевым хладагентом второго очищенного потока гелия со стадии (х) до температуры 20 К и его последующей адсорбционной очистки на активированном угле от неона, с получением третьего очищенного потока гелия;(c) cooling with helium refrigerant the second purified helium stream from step (x) to a temperature of 20 K and its subsequent adsorption purification on activated carbon from neon, to obtain a third purified helium stream;

(ч) охлаждения и частичной конденсации второго очищенного потока гелия за счет его расширения в турбодетандере и последующая полная конденсация за счет теплообмена с гелиевым хладагентом с получением жидкого гелия;(h) cooling and partial condensation of the second purified helium stream due to its expansion in a turboexpander and subsequent complete condensation due to heat exchange with helium refrigerant to produce liquid helium;

(ш) дополнительного охлаждения части первого очищенного потока гелия со стадии (х) после охлаждения и части второго очищенного потока гелия со стадии (ч) за счет расширения в турбодетандерах с получением из первого очищенного потока гелия хладагента высокого давления, а из второго очищенного потока гелия - хладагента низкого давления и использование этих потоков в качестве хладагента на стадиях (х), (ц) и (ч);(iii) additional cooling of part of the first purified helium stream from stage (x) after cooling and part of the second purified helium stream from stage (h) by expansion in turbo expanders to produce high pressure refrigerant from the first purified helium stream, and from the second purified helium stream - low pressure refrigerant and the use of these flows as refrigerant in stages (x), (c) and (h);

(щ) подачи гелия низкого и высокого давления со стадии (ш) в отделение компримирования гелия низкого и высокого давления, где эти потоки компримируют и отправляют на смешение с первым очищенным потоком гелия на стадии (х);(ii) supplying low and high pressure helium from step (w) to the low and high pressure helium compression unit, where these streams are compressed and sent to be mixed with the first purified helium stream in step (x);

(э) подачи жидкого гелия, получаемого на стадии (ч), в отделение хранения жидкого гелия, где его хранят и отгружают в качестве товарной продукции.(e) supplying liquid helium obtained in step (h) to the liquid helium storage compartment, where it is stored and shipped as a commercial product.

Предлагаемая схема комплексного извлечения из природного углеводородного газа практически покомпонентно всех примесей, содержащихся в метане, позволяет повысить за счет этого теплотворную способность вырабатываемого топливного газа до уровня теплотворной способности чистого метана, сформировать из выделенных примесей потоки товарных продуктов или потоки сырья ассоциированных газохимических производств, обеспечить максимальную рекуперацию тепла в системе и, как следствие, снизить энергозатраты на создание холодильных циклов криогенного разделения газов вплоть до гелия посредством поэтапного оптимального распределения систем нагрева и охлаждения технологических потоков на стадиях (а)-(ш), обеспечивающих, в частности, минимизацию энергозатрат на получение гелия высокой степени чистоты за счет наиболее энергоемкого адсорбционного извлечения из него следов азота и неона. Использование метода «качелей давления» позволяет избежать крайне энергозатратной регенерации адсорбента при повышенной температуре около 500-550 К, поскольку последующее снижение температуры для реализации стадии адсорбции азота из первого очищенного потока гелия и стадии адсорбции неона из второго очищенного потока гелия, реализация которых практически невозможна при температурах выше 80 К и 20 К соответственно в силу действия законов фазового равновесия в системе адсорбент-адсорбат, приводит к нарушению стационарности работы всей системы криогенного разделения газов. Использование метода регенерации адсорбента «качели давления» на стадии (у), когда температура адсорбции и регенерации одинакова, процесс адсорбции интенсифицируется за счет того, что он реализуется при максимально высоком для конкретного процесса парофазной адсорбции давлении, а регенерация адсорбента обеспечивается за счет резкого сброса давления до минимальной величины давления для конкретного процесса парофазной адсорбции. Таким образом, изотермичность процессов адсорбции и регенерации адсорбента способствует обеспечению температурной стационарности предлагаемого комплексного способа в целом, кроме того, на стадии (ш) формируются наиболее низкотемпературные потоки хладагента высокого давления и хладагента низкого давления из части первого очищенного потока гелия и части второго очищенного потока гелия.The proposed scheme for complex extraction from natural hydrocarbon gas of practically all components of methane impurities allows to increase the calorific value of the produced gas to the calorific value of pure methane, to form product flows or raw material flows of associated gas chemical industries from the extracted impurities, to ensure maximum heat recovery in the system and, as a result, reduce energy consumption for the creation of refrigeration cycles gene gas separation up to helium through a phased optimal distribution of heating and cooling systems for process flows at stages (a) - (w), providing, in particular, minimizing the energy consumption for obtaining helium of high purity due to the most energy-intensive adsorption extraction of traces of nitrogen from it and not she. Using the “pressure swing” method avoids extremely energy-intensive regeneration of the adsorbent at an elevated temperature of about 500-550 K, since a subsequent decrease in temperature to implement the stage of nitrogen adsorption from the first purified helium stream and the stage of neon adsorption from the second purified helium stream, the implementation of which is practically impossible at temperatures above 80 K and 20 K, respectively, due to the action of the laws of phase equilibrium in the adsorbent-adsorbate system, leads to a violation of the stationary operation of the entire system cryogenic gas separation systems. Using the “pressure swing” adsorbent regeneration method at the stage (y), when the adsorption and regeneration temperatures are the same, the adsorption process is intensified due to the fact that it is realized at the highest vapor-pressure adsorption process for a particular process, and the adsorbent regeneration is ensured by a sharp pressure drop to the minimum pressure for a specific vapor-phase adsorption process. Thus, the isothermal processes of adsorption and regeneration of the adsorbent helps to ensure the temperature stability of the proposed complex method as a whole, in addition, at the stage (w), the most low-temperature flows of high-pressure refrigerant and low-pressure refrigerant are formed from part of the first purified helium stream and part of the second purified helium stream .

При этом целесообразно, чтобы на стадии (а) при охлаждении потока осушенного и очищенного природного газа в качестве набора хладагентов использовались метан-азотная смесь со стадии (ж), первая и вторая метановые фракции высокого давления и первая метановая фракция среднего давления со стадии (з), кроме того на стадии (а) охлаждение потока осушенного и очищенного природного газа проводится в рекуперативных теплообменниках боковых погонов первой ректификационной колонны на стадии (д). Такая система рекуперативного теплоообмена позволяет максимально использовать потенциал холода технологических потоков практически без дополнительных затрат на съем тепла от исходного сырья.In this case, it is advisable that, at stage (a), when the dried and purified natural gas stream is cooled, the methane-nitrogen mixture from stage (g), the first and second high pressure methane fractions and the first medium pressure methane fraction from stage (h) are used as a set of refrigerants ), in addition, at stage (a), the cooling stream of the dried and purified natural gas is carried out in recuperative heat exchangers of the side straps of the first distillation column in stage (e). Such a system of recuperative heat transfer allows you to maximize the potential of the cold process flows with virtually no additional costs for heat removal from the feedstock.

Целесообразно также на стадии (в) в качестве хладагента для глубокого охлаждения четвертого газового потока использовать деэтанизированный газовый поток со стадии (г), на стадии (е) при охлаждении деэтанизированного газового потока в качестве набора низкотемпературных технологических потоков использовать метан-азотную смесь со стадии (ж), первую и вторую метановые фракции высокого давления и первую метановую фракцию среднего давления со стадии (з), на стадии (и) в качестве набора хладагентов при охлаждении метан-азотной смеси использовать отсепарированную третью жидкую фазу со стадии (и), метановую фракцию низкого давления и первый поток азота низкого давления со стадии (к) и поток первого гелиевого концентрата со стадии (м). Подобное разнообразие потоков низкотемпературных хладагентов с различной массой потока, температурой и холодильным потенциалом позволяет использовать их в технологической схеме в различных сочетаниях, используя для охлаждения одного потока оптимальный набор хладагентов или охлаждая одним хладагентом ряд относительно теплых потоков. Целесообразно также на стадии (и) охлаждение потока метан-азотной смеси производить в ребойлере четвертой ректификационной колонны стадии (к), что обеспечивает необходимый теплоподвод в эту колонну для создания парового орошения и исключает подвод для этой цели внешнего теплоносителя, например, водяного пара.It is also advisable at stage (c) to use the deethanized gas stream from stage (d) as a coolant for deep cooling of the fourth gas stream; at stage (e), when cooling the deethanized gas stream, use a methane-nitrogen mixture from stage ( g), the first and second methane fractions of high pressure and the first methane fraction of medium pressure from stage (h), stage (s) as a set of refrigerants when cooling the methane-nitrogen mixture using s third the separated liquid phase from step (i), methane fraction and a first low pressure low pressure nitrogen stream from step (k) and the first stream of helium concentrate of step (m). Such a variety of flows of low-temperature refrigerants with different mass flow, temperature and refrigeration potential allows them to be used in the technological scheme in various combinations, using an optimal set of refrigerants for cooling a single stream or cooling a series of relatively warm flows with one refrigerant. It is also advisable at the stage (s) to cool the methane-nitrogen mixture flow in the reboiler of the fourth distillation column of stage (k), which provides the necessary heat supply to this column to create steam irrigation and excludes the supply of an external heat carrier, for example, water vapor for this purpose.

Целесообразно на стадии (д) отделение деэтанизации жидкого потока углеводородов дополнить процессом пиролиза этановой фракции с фракционированием продуктов пиролиза с извлечением из последних этилена и процессом полимеризации этилена с получением полиэтилена, кроме того на этой же стадии (д) отделение деэтанизации жидкого потока углеводородов можно дополнить процессом пиролиза второго остатка, содержащего пропан и более тяжелые углеводороды, с фракционированием продуктов пиролиза с извлечением из последних этилена и пропилена и процессом полимеризации пропилена с получением полипропилена, что позволяет из углеводородов C2 и выше как исходного сырья вырабатывать соответствующие полимеры. При этом полезно, чтобы поток этилена, полученный в процессе пиролиза второго остатка объединялся с потоком этилена, полученном в процессе пиролиза этановой фракции, что увеличивает сырьевой ресурс производства полиэтилена.It is advisable at the stage (e) the separation of the deethanization of the liquid hydrocarbon stream to be supplemented by the process of pyrolysis of the ethane fraction with the fractionation of the pyrolysis products to extract ethylene from the latter and the polymerization of ethylene to produce polyethylene, in addition at the same stage (e) the separation of the deethanization of the liquid hydrocarbon stream can be supplemented by pyrolysis of the second residue containing propane and heavier hydrocarbons, with fractionation of the products of pyrolysis with the extraction of ethylene and propylene from the latter, etc. cession polymerization of propylene to afford a polypropylene, which allows hydrocarbons from the C 2 or higher as a raw material to produce the corresponding polymers. In this case, it is useful that the ethylene stream obtained during the pyrolysis of the second residue is combined with the ethylene stream obtained during the pyrolysis of the ethane fraction, which increases the raw material resource for the production of polyethylene.

Имеется также возможность на стадии (д) второй остаток, содержащий пропан и более тяжелые углеводороды, использовать в качестве топлива для автомобильных двигателей, а также второй остаток на стадии (д) можно дополнительно подвергать фракционированию с получением пропана, бутана и пентан-гексановой фракции, что обеспечивает альтернативное решение дальнейшего использования второго остатка со стадии (д).There is also the possibility in stage (e) the second residue containing propane and heavier hydrocarbons to be used as fuel for automobile engines, and the second residue in stage (e) can be further fractionated to obtain propane, butane and pentane-hexane fraction, which provides an alternative solution for the further use of the second residue from stage (e).

Целесообразно на стадии (о) каталитическую очистку первично очищенного компримированного гелиевого концентрата от примесей водорода и метана проводить на алюмоплатиновом, железохромовом оксидном или меднохромовом оксидном катализаторах при температуре 250-300°С при дозированной подаче кислорода в соответствии с материальным балансом процесса. При этом поддерживается объемное соотношение кислорода к водороду 1:2, что обеспечивает 100% очистку гелия от водорода окислением последнего до воды. Для ускорения реакции окисления и уменьшения габаритов реактора можно дать незначительный избыток кислорода сверх стехиометрии на уровне 0,010-0,005, чтобы концентрация кислорода в гелии после каталитической очистки не превышало 1 ppm.It is advisable at stage (o) to catalytically purify the initially purified compressed helium concentrate from impurities of hydrogen and methane on aluminum-platinum, iron-chromium oxide or copper-chromium oxide catalysts at a temperature of 250-300 ° C with a dosed oxygen supply in accordance with the material balance of the process. At the same time, the volume ratio of oxygen to hydrogen is 1: 2, which provides 100% purification of helium from hydrogen by oxidizing the latter to water. To accelerate the oxidation reaction and reduce the dimensions of the reactor, a slight excess of oxygen in excess of stoichiometry at the level of 0.010-0.005 can be given so that the oxygen concentration in helium after catalytic purification does not exceed 1 ppm.

Целесообразно, чтобы на стадии (о) адсорбционная осушка гелия осуществлялась на синтетических цеолитах KA, NaA или СаА, обеспечивающих наиболее глубокую осушку газовых потоков по сравнению с другими адсорбентами при прочих равных условиях.It is advisable that at stage (o) the adsorption drying of helium was carried out on synthetic zeolites KA, NaA or CaA, which provide the deepest drying of gas flows compared to other adsorbents, ceteris paribus.

Целесообразно в первой, второй, третьей, четвертой и пятой ректификационных колоннах в качестве контактных устройств использовать перекрестноточные регулярные насадки, которые позволяют поддерживать оптимальные проходные сечения для потоков газовой и жидкой фаз независимо от расходов этих потоков и обеспечивать за счет этого высокий коэффициент полезного действия контактного устройства.It is advisable in the first, second, third, fourth and fifth distillation columns to use cross-flow regular nozzles as contact devices, which make it possible to maintain optimal flow cross sections for gas and liquid phase flows, regardless of the flow rates of these flows, and to ensure a high efficiency of the contact device .

Полезно стадию (ч) дополнить процессом выделения из очищенного гелия изотопов гелий-3 и гелий-4 методом мембранной сепарации с дальнейшей отгрузкой изотопов гелий-3 и гелий-4 в качестве товарных продуктов, при этом гелий-3 может использоваться в качестве термоядерного топлива в соответствующих реакторах и в приборах на основе изотопной техники.It is useful to supplement stage (h) with the process of separating helium-3 and helium-4 isotopes from purified helium by membrane separation with the subsequent shipment of helium-3 and helium-4 isotopes as commercial products, while helium-3 can be used as a thermonuclear fuel in appropriate reactors and in devices based on isotope technology.

Целесообразно также в системах рекуперативного теплообмена между соответствующими горячими и холодными потоками использовать пластинчатые теплообменные аппараты, которые за счет высокой скорости теплообменивающихся потоков имеют высокий коэффициент теплопередачи, что особенно важно при работе рекуперативных теплообменников, для которых характерен небольшой температурный напор.It is also advisable to use plate heat exchangers in systems of recuperative heat exchange between the corresponding hot and cold flows, which due to the high speed of heat exchanging flows have a high heat transfer coefficient, which is especially important during the operation of recuperative heat exchangers, which are characterized by a small temperature head.

На фигуре 1 представлена блок-схема установки, на которой может быть реализован заявляемый способ и которая включает в себя следующие блоки, отделения и трубопроводы, объединяющие отделения:The figure 1 presents a block diagram of the installation on which the inventive method can be implemented and which includes the following blocks, compartments and pipelines, combining the offices:

201 - блок выделения этана и ШФЛУ из углеводородного газа, в состав которого входят:201 - unit for the separation of ethane and NGL from hydrocarbon gas, which includes:

101 - отделение захолаживания потока исходного сырья;101 - cooling branch of the feed stream;

102 - отделение деметанизации жидкого потока углеводородов;102 - Department of demethanization of a liquid stream of hydrocarbons;

103 - отделение конденсации и отпарки метан-азотной смеси из жидкого потока углеводородов;103 - separation of the condensation and stripping of the methane-nitrogen mixture from the liquid hydrocarbon stream;

104 - отделение деэтанизации жидкого потока углеводородов;104 - Department of deethanization of a liquid stream of hydrocarbons;

202 - блок удаления азота и выделения гелиевого концентрата из метан-азотной смеси, в состав которого входят:202 - block removal of nitrogen and the allocation of helium concentrate from methane-nitrogen mixture, which includes:

105 - отделение захолаживания и деазотирования метан-азотной смеси;105 - Department of cooling and de-nitriding of methane-nitrogen mixture;

106 - отделение отпарки гелиевого концентрата от азота;106 - separation of stripping helium concentrate from nitrogen;

107 - отделение низкотемпературного азотного холодильного цикла;107 — separation of a low temperature nitrogen refrigeration cycle;

203 - блок тонкой очистки и сжижения гелия, в состав которого входят:203 - block of thin purification and liquefaction of helium, which includes:

108 - отделение компримирования и очистки гелиевого концентрата от масла;108 - separation of compression and purification of helium concentrate from oil;

109 - отделение обработки гелиевых сдувок;109 - helium purge treatment department;

110 - отделение каталитической и адсорбционной очистки гелиевого концентрата;110 - Department of catalytic and adsorption purification of helium concentrate;

111 - отделение хранения жидкого азота;111 - liquid nitrogen storage compartment;

112 - отделение сжижения и доочистки гелия;112 - Department of liquefaction and purification of helium;

113 - отделение компримирования гелия низкого и высокого давления;113 - Department of compression of helium low and high pressure;

114 - отделение хранения жидкого гелия;114 - Department of storage of liquid helium;

1-46 - трубопроводы.1-46 - pipelines.

Предварительно очищенный от сероводорода и диоксида углерода природный газ по трубопроводу 1 подается на блок выделения этана и ШФЛУ из углеводородного газа (блок 201) в отделение захолаживания потока исходного сырья 101, где разделяется на первый и второй газовые потоки.Natural gas preliminarily purified from hydrogen sulfide and carbon dioxide is fed through pipeline 1 to the ethane and BFLH separation unit from hydrocarbon gas (block 201) to the cooling compartment of the feedstock stream 101, where it is separated into the first and second gas streams.

Первый газовый поток, составляющий около 25% от исходного сырья, при температуре 303 К поступает по трубопроводу 2 в отделение деметанизации жидкого потока углеводородов 102, где используется в качестве теплоносителя в ребойлерах боковых погонов колонны-деметанизатора (первой ректификационной колонны), после чего по трубопроводу 3 возвращается в отделение захолаживания потока исходного сырья 101. Второй газовый поток, составляющий около 75% от исходного сырья, поступает в многопоточный охладитель на захолаживание обратными потоками первой метановой фракции среднего давления и смешанным потоком первой и второй метановой фракции высокого давления, подаваемых по трубопроводам 4 и 5 из куба отпарной колонны (третьей ректификационной колонны) отделения конденсации и отпарки метан-азотной смеси из жидкого потока углеводородов 103 с температурой 194 К, и потоком метан-азотной смеси с температурой 194 К, подаваемого по трубопроводу 6 с верха отпарной колонны (третьей ректификационной колонны) отделения конденсации и отпарки метан-азотной смеси из жидкого потока углеводородов 103. При отсутствии предварительной очистки природного газа от сероводорода и диоксида углерода и их наличия в этом газе необходимо предусмотреть дополнительное включение в схему установки блока абсорбционной очистки исходного природного газа от сероводорода и диоксида углерода аминовыми растворителями, например, диэтаноламином, моноэтаноламином или их смесью с последующей регенерацией аминового растворителя.The first gas stream, comprising about 25% of the feedstock, at a temperature of 303 K flows through line 2 to the demethanization unit of the liquid hydrocarbon stream 102, where it is used as a coolant in the reboilers of the side straps of the demethanizer column (first distillation column), and then through the pipeline 3 returns to the cooling unit of the feed stream 101. A second gas stream, comprising about 75% of the feed, enters a multi-threaded cooler for cooling by reverse flows of the first of the middle-pressure canine fraction and the mixed stream of the first and second high-pressure methane fractions supplied through pipelines 4 and 5 from the bottom of the stripping column (third distillation column) of the condensation and stripping unit of the methane-nitrogen mixture from the liquid hydrocarbon stream 103 with a temperature of 194 K, and the stream a methane-nitrogen mixture with a temperature of 194 K supplied through line 6 from the top of the stripping column (third distillation column) of the condensation and stripping unit of the methane-nitrogen mixture from the liquid hydrocarbon stream 103. Due to the preliminary purification of natural gas from hydrogen sulfide and carbon dioxide and their presence in this gas, it is necessary to provide for an additional inclusion in the installation scheme of the unit for the absorption treatment of the source natural gas of hydrogen sulfide and carbon dioxide with amine solvents, for example, diethanolamine, monoethanolamine or a mixture thereof followed by regeneration of the amine solvent .

После захолаживания первый и второй газовые потоки объединяются и объединенный охлажденный поток с давлением 6,41 МПа направляется в первый сепаратор при температуре 213 К, поддерживаемой за счет байпасирования части второго газового потока многопоточного охладителя. Полученный в первом сепараторе третий газовый поток разделяется на четвертый и пятый газовые потоки. Четвертый газовый поток, составляющий примерно 35% от третьего газового потока, при давлении 6,41 МПа и температуре 213 К по трубопроводу 7 направляется в отделение деметанизации жидкого потока углеводородов 102 на глубокое охлаждение в конденсатор, где охлаждается до температуры 177 К и далее конденсируется деэтанизированным газовым потоком, получаемым в первой ректификационной колонне - колонне-деметанизаторе и имеющим температуру 172 К, а затем дросселируется до давления 2,5 МПа и поступает в верхнюю часть колонны-деметанизатора (первой ректификационной колонны) в качестве орошения. Пятый газовый поток, составляющий примерно 65% от третьего газового потока, направляется на расширение в турбодетандер, а затем с давлением 2,52 МПа и температурой 179 К направляется по трубопроводу 8 в отделение деметанизации жидкого потока углеводородов 102 в колонну-деметанизатор (первая ректификационная колонна).After cooling, the first and second gas streams are combined and the combined cooled stream with a pressure of 6.41 MPa is sent to the first separator at a temperature of 213 K, maintained by bypassing part of the second gas stream of the multi-flow cooler. The third gas stream obtained in the first separator is divided into fourth and fifth gas streams. The fourth gas stream, which is approximately 35% of the third gas stream, at a pressure of 6.41 MPa and a temperature of 213 K is sent through line 7 to the demethanization unit of the liquid hydrocarbon stream 102 for deep cooling into a condenser, where it is cooled to a temperature of 177 K and then condensed with deethanized the gas stream obtained in the first distillation column — the demethanizer column and having a temperature of 172 K, and then throttled to a pressure of 2.5 MPa and enters the upper part of the demethanizer column (first rectification ication columns) as irrigation. The fifth gas stream, representing approximately 65% of the third gas stream, is directed to expand into a turboexpander, and then with a pressure of 2.52 MPa and a temperature of 179 K is sent via line 8 to the demethanization unit of the liquid hydrocarbon stream 102 to a demethanizer column (first distillation column )

Отсепарированная первая жидкая фаза из первого сепаратора подается в отделение деметанизации жидкого потока углеводородов 102 по трубопроводу 9, где дросселируется до давления 2,51 МПа и подается в качестве холодного питания в колонну-деметанизатор (первую ректификационную колонну).The separated first liquid phase from the first separator is fed to the demethanization unit of the liquid hydrocarbon stream 102 via pipeline 9, where it is throttled to a pressure of 2.51 MPa and fed as a cold feed to the demethanizer column (first distillation column).

Первый остаток, являющийся кубовой жидкостью колонны-деметанизатора (первой ректификационой колонны), направляется в отделение деэтанизации жидкого потока углеводородов 104 по трубопроводу 10, где дросселируется до давления 2,3 МПа и подается в качестве холодного питания во вторую ректификационную колонну - колонну-деэтанизатор.The first residue, which is still bottom liquid of the demethanizer column (first distillation column), is sent to the deethanization unit of the liquid hydrocarbon stream 104 via pipeline 10, where it is throttled to a pressure of 2.3 MPa and fed as cold feed to the second distillation column, the deethanizer column.

Газовая фаза с верха колонны-деэтанизатора (второй ректификационной колонны) подается на охлаждение в дефлегматор колонны, а затем в сепаратор рефлюкса. Жидкая фаза из сепаратора рефлюкса в качестве орошения насосом рефлюкса возвращается в колонну.The gas phase from the top of the deethanizer column (second distillation column) is supplied for cooling to the column reflux condenser and then to the reflux separator. The liquid phase from the reflux separator is returned to the column as an irrigation pump.

Этановая фракция, содержащая не менее 98,5% масс. этана, с давлением 2,17 МПа и температурой 268 К из сепаратора рефлюкса выводится за пределы установки по трубопроводу 11 в качестве товарного продукта или сырья для дальнейшей переработки, например, на установку пиролиза этановой фракции.Ethane fraction containing not less than 98.5% of the mass. ethane, with a pressure of 2.17 MPa and a temperature of 268 K, from the reflux separator is discharged outside the unit via line 11 as a commercial product or raw material for further processing, for example, to install an ethane fraction pyrolysis unit.

Второй остаток, отводимый из куба колонны-деэтанизатора (второй ректификационной колоны), выводится за пределы установки по трубопроводу 12 в качестве широкой фракции легких углеводородов.The second residue discharged from the bottom of the deethanizer column (second distillation column) is discharged outside the installation via line 12 as a wide fraction of light hydrocarbons.

Отпаренный в колонне-деметанизаторе (первой ректификационной колонны) деэтанизированный газовый поток проходит конденсатор, где нагревается до температуры 205 К потоком сырьевого газа, и направляется по трубопроводу 13 в отделение конденсации и отпарки метан-азотной смеси из жидкого потока углеводородов 103 в многопоточный переохладитель.The deethanized gas stream evaporated in a demethanizer column (first distillation column) passes through a condenser, where it is heated to a temperature of 205 K by a feed gas stream, and is directed through a pipe 13 to the condensation and stripping unit of the methane-nitrogen mixture from the liquid hydrocarbon stream 103 to a multi-stream supercooler.

Деэтанизированный газовый поток конденсируется в переохладителе. Часть потока, составляющая примерно 55% от исходного потока, после захолаживания подается в ребойлер отпарной колонны (третьей ректификационной колонны).The deethanized gas stream condenses in the subcooler. A portion of the stream, comprising approximately 55% of the initial stream, after cooling is fed to the reboiler of the stripping column (third distillation column).

Хладагентами в переохладителе являются метан-азотная смесь, отпаренная в третьей ректификационной колонне, и метановые фракции высокого и среднего давления.The refrigerants in the subcooler are the methane-nitrogen mixture, steamed in the third distillation column, and methane fractions of high and medium pressure.

Деэтанизированный газовый поток после переохладителя и из ребойлера отпарной колонны (третьей ректификационной колонны) поступает во второй сепаратор с температурой 266 К. Полученный в сепараторе шестой отсепарированный газовый поток проходит переохладитель, где охлаждается до температуры 149 К, дросселируется до давления 1,9 МПа и подается на верхнюю тарелку третьей ректификационной колонны. Отсепарированная вторая жидкая фаза из второго сепаратора дросселируется до давления 1,33 МПа и подается в трубопровод метановой фракции высокого давления.The deethanized gas stream after the supercooler and from the reboiler of the stripping column (third distillation column) enters the second separator with a temperature of 266 K. The sixth separated gas stream obtained in the separator passes the supercooler, where it is cooled to a temperature of 149 K, throttled to a pressure of 1.9 MPa and supplied on the upper plate of the third distillation column. The separated second liquid phase from the second separator is throttled to a pressure of 1.33 MPa and fed into the pipeline of the methane fraction of high pressure.

Четвертый остаток, отводимый из куба третьей ректификационной колонны и представляющий собой метановую фракцию, разделяется на три потока, два из которых дросселируется до давления 1,33 МПа с получением первой (примерно 60% от исходной метановой фракции) и второй (примерно 10% от исходной метановой фракции) метановых фракций высокого давления, а третий дросселируется до давления 0,7 МПа с получением первой метановой фракции среднего давления (примерно 30% от исходной метановой фракции). Первая метановая фракция высокого давления смешивается с дросселированной жидкой фазой из второго сепаратора. Полученные две метановые фракции высокого давления и первая метановая фракция среднего давления отдают холод в переохладителе, после чего метановые фракции высокого давления смешиваются и по трубопроводу 5 поступают в отделение захолаживания потока исходного сырья 101. Первая метановая фракция среднего давления также поступает в отделение захолаживания 101 по трубопроводу 4. Метановые фракции среднего и высокого давления, с содержанием метана не менее 96% масс., дополнительно отдают свой холод в охладителе отделения захолаживания потока исходного сырья 101 и выводятся по трубопроводам 14 и 15, соответственно, с блока выделения этана и ШФЛУ из углеводородного газа (блок 201) в качестве товарных продуктов.The fourth residue, withdrawn from the cube of the third distillation column and representing a methane fraction, is divided into three streams, two of which are throttled to a pressure of 1.33 MPa to obtain the first (approximately 60% of the initial methane fraction) and the second (approximately 10% of the initial methane fraction) of methane fractions of high pressure, and the third is throttled to a pressure of 0.7 MPa to obtain the first methane fraction of medium pressure (approximately 30% of the initial methane fraction). The first high-pressure methane fraction is mixed with the throttled liquid phase from the second separator. The resulting two high-pressure methane fractions and the first medium-pressure methane fraction give off cold in the supercooler, after which the high-pressure methane fractions are mixed and piped 5 to the cooling unit of the feed stream 101. The first medium-pressure methane fraction also goes to the cooling unit 101 through the pipeline 4. Methane fractions of medium and high pressure, with a methane content of at least 96 wt%, additionally give their cold in the cooler of the cooling unit similar raw materials 101 and are discharged through pipelines 14 and 15, respectively, from the block for the separation of ethane and BFLH from hydrocarbon gas (block 201) as commercial products.

Отпаренная в третьей ректификационной колонне метан-азотная смесь с температурой 152 К проходит многопоточный переохладитель в отделении 103 и поступает по трубопроводу 6 в отделение захолаживания потока исходного сырья 101 в многопоточный охладитель, после которого выводится с блока выделения этана и ШФЛУ из углеводородного газа (блок 201) по трубопроводу 16 в блок удаления азота и выделения гелиевого концентрата (блок 202) в отделение захолаживания и деазотирования метан-азотной смеси 105.The methane-nitrogen mixture evaporated in the third distillation column with a temperature of 152 K passes through a multi-threaded supercooler in the compartment 103 and enters through the pipeline 6 to the cooling section of the feed stream 101 into a multi-threaded cooler, after which it is discharged from the ethane recovery unit and NGL from hydrocarbon gas (block 201 ) through pipeline 16 to the nitrogen removal unit and the separation of helium concentrate (block 202) to the cooling and de-nitration unit of the methane-nitrogen mixture 105.

Метан-азотная смесь, поступающая по трубопроводу 16 в отделение захолаживания и деазотирования метан-азотной смеси 105, охлаждается и конденсируется последовательно в многопоточном охладителе, ребойлере колонны деазотирования (четвертой ректификационной колонны), а затем дросселируется до давления 0,39 МПа и с температурой 91 К поступает в третий сепаратор с получением в сепараторе седьмого газового потока и отсепарированной третьей жидкой фазы.The methane-nitrogen mixture flowing through line 16 to the cooling and de-nitration compartment of the methane-nitrogen mixture 105 is cooled and condensed sequentially in a multi-flow cooler, a reboiler of the de-nitration column (fourth distillation column), and then throttled to a pressure of 0.39 MPa and a temperature of 91 K enters the third separator to obtain a seventh gas stream and a separated third liquid phase in the separator.

Отсепарированная третья жидкая фаза после третьего сепаратора далее нагревается в многопоточном охладителе до температуры 111 К потоком метановой фракции низкого давления и поступает в качестве питания в четвертую ректификационную колонну - колонну деазотирования.The separated third liquid phase after the third separator is then heated in a multi-threaded cooler to a temperature of 111 K with a stream of low-pressure methane fraction and enters the fourth distillation column — a de-nitration column — as feed.

Кроме того, в колонну деазотирования (четвертую ректификационную колонну) в качестве питания поступает остаток, поступающий по трубопроводу 17 из отделения отпарки гелиевого концентрата от азота 106 из пятой ректификационной колонны.In addition, the residue enters into the decontamination column (fourth distillation column) as a feed, coming through line 17 from the separation of the helium concentrate stripping from nitrogen 106 from the fifth distillation column.

В качестве орошения на верх колонны деазотирования (четвертой ректификационной колонны) подается жидкий азот, поступающий по трубопроводу 18 из отделения низкотемпературного азотного холодильного цикла 107 из четвертого сепаратора.As an irrigation, liquid nitrogen is supplied to the top of the de-nitration column (fourth distillation column), coming through line 18 from the low-temperature nitrogen refrigeration cycle compartment 107 from the fourth separator.

Подвод тепла в куб колонны деазотирования (четвертой ректификационной колонны) выполняется за счет нагрева кубовой жидкости потоком метан-азотной смеси, поступающей в качестве сырья на блок удаления азота и выделения гелиевого концентрата (блок 202).Heat is supplied to the cube of the de-nitriding column (fourth distillation column) by heating the bottom liquid with a stream of methane-nitrogen mixture supplied as a raw material to the nitrogen removal unit and the separation of helium concentrate (block 202).

Метановая фракция низкого давления, содержащая не менее 97% масс. метана и отводимая из куба колонны деазотирования (четвертой ректификационной колонны), представляющая собой метановую фракцию низкого давления, нагревается в многопоточном охладителе до температуры 225 К и в качестве товарного продукта выводится по трубопроводу 19 с блока удаления азота и выделения гелиевого концентрата (блок 202).The methane fraction of low pressure containing at least 97% of the mass. methane and discharged from the cube of the de-nitriding column (fourth distillation column), which is a low-pressure methane fraction, is heated in a multi-flow cooler to a temperature of 225 K and is discharged as a commercial product through line 19 from the nitrogen removal unit and the separation of helium concentrate (block 202).

Отпаренный в колонне деазотирования (четвертой ректификационной колонне) первый поток азота низкого давления смешивается с четвертым потоком азота низкого давления, поступающим по трубопроводу 20 из отделения низкотемпературного азотного холодильного цикла 107 из четвертого сепаратора циркуляционного азота, нагревается в многопоточном охладителе до температуры 225 К и делится на второй, составляющий примерно 3% от исходного, и третий, составляющий примерно 97% от исходного, потоки азота низкого давления. Второй поток азота низкого давления по трубопроводу 21 отводится с отделения захолаживания и деазотирования метан-азотной смеси 105 и сбрасывается в атмосферу, а третий поток азота низкого давления направляется по трубопроводу 22 в отделение низкотемпературного азотного холодильного цикла 107 на компримирование до давления 3,72 МПа, после сжатия этот поток охлаждается до температуры 102 К и разделяется на первый поток азота среднего давления и второй поток азота среднего давления в соотношении 1:1. Далее первый поток азота среднего давления дросселируют до давления 0,49 МПа и используют в качестве хладагента для охлаждения метан-азотной смеси в отделении захолаживания и деазотирования метан-азотной смеси 105 после чего выводится с блока 202 по трубопроводу 23 и сбрасывается в атмосферу.The first low-pressure nitrogen stream, steamed in a decontamination column (fourth distillation column), is mixed with the fourth low-pressure nitrogen stream, coming through line 20 from the low-temperature nitrogen refrigeration cycle compartment 107 from the fourth circulating nitrogen separator, heated to 225 K in a multi-flow cooler and divided into the second, comprising approximately 3% of the initial, and the third, comprising approximately 97% of the initial, low pressure nitrogen flows. The second low-pressure nitrogen stream through pipeline 21 is discharged from the cooling and de-nitriding compartment of the methane-nitrogen mixture 105 and discharged into the atmosphere, and the third low-pressure nitrogen stream is sent through line 22 to the low-temperature nitrogen refrigeration cycle 107 for compression to 3.72 MPa, after compression, this stream is cooled to a temperature of 102 K and is divided into a first stream of nitrogen of medium pressure and a second stream of nitrogen of medium pressure in a ratio of 1: 1. Next, the first medium-pressure nitrogen stream is throttled to a pressure of 0.49 MPa and used as a refrigerant for cooling the methane-nitrogen mixture in the cooling and de-nitriding section of the methane-nitrogen mixture 105, after which it is discharged from block 202 via pipeline 23 and discharged into the atmosphere.

Второй поток азота среднего давления дросселируется до давления 0,39 МПа и с температурой 91 К отводится к четвертому сепаратору.The second stream of nitrogen of medium pressure is throttled to a pressure of 0.39 MPa and with a temperature of 91 K is diverted to the fourth separator.

Седьмой газовый поток из третьего сепаратора поступает по трубопроводу 24 в отделение отпарки гелиевого концентрата от азота 106, проходит охладитель и с температурой 83 К направляется в нижнюю часть пятой ректификационной колонны.The seventh gas stream from the third separator flows through line 24 to the separation of the helium concentrate stripping from nitrogen 106, a cooler passes, and with a temperature of 83 K is sent to the lower part of the fifth distillation column.

В качестве орошения на верх пятой ректификационной колонны подается жидкий азот, поступающий по трубопроводу 25 из отделения низкотемпературного азотного холодильного цикла 107 из четвертого сепаратора.As an irrigation, liquid nitrogen is supplied to the top of the fifth distillation column, coming through a pipe 25 from the low-temperature nitrogen refrigeration cycle compartment 107 from the fourth separator.

Поток первого гелиевого концентрата, отводимый с верха пятой ректификационной колонны, нагревается в рекуперативном теплообменнике и направляется по трубопроводу 26 в отделение захолаживания и деазотирования метан-азотной смеси 105 в многопоточный охладитель, где нагревается и по трубопроводу 27 с давлением 0,37 МПа и температурой 225 К поступает в блок тонкой очистки и сжижения гелия (блок 203) в отделение компримирования и очистки гелиевого концентрата от масла 108.The flow of the first helium concentrate, diverted from the top of the fifth distillation column, is heated in a recuperative heat exchanger and sent via pipeline 26 to the cooling and de-nitration department of methane-nitrogen mixture 105 to a multi-flow cooler, where it is heated via pipeline 27 with a pressure of 0.37 MPa and a temperature of 225 K enters the block of fine purification and liquefaction of helium (block 203) in the compression and purification department of helium concentrate from oil 108.

Стекающий в куб пятой ректификационной колонны конденсат, представляющий собой метан-азотную смесь, направляется по трубопроводу 17 в отделение захолаживания и деазотирования метан-азотной смеси 105 в качестве питания в колонну деазотирования (четвертую ректификационную колонну).The condensate flowing into the cube of the fifth distillation column, which is a methane-nitrogen mixture, is sent via line 17 to the cooling and de-nitrating section of the methane-nitrogen mixture 105 as a feed to the de-nitration column (fourth distillation column).

Поток первого гелиевого концентрата с содержанием гелия 12%, поступающий по трубопроводу 27 в отделение компримирования и очистки гелиевого концентрата от масла 108, смешивается с потоком гелиевых сдувок, поступающим по трубопроводу 28 из отделения обработки гелиевых сдувок 109. Компримирование гелиевого концентрата до давления 2,7 МПа осуществляется для возможности его дальнейшей эффективной очистки от примесей и криогенного сжижения.The flow of the first helium concentrate with a helium content of 12%, coming through line 27 to the compression and purification section of the helium concentrate from oil 108, is mixed with the flow of helium blowing coming through line 28 from the department for processing helium blowing 109. Compressing the helium concentrate to a pressure of 2.7 MPa is carried out to enable its further effective purification from impurities and cryogenic liquefaction.

После компримирования гелиевый концентрат направляется в масло-влагоотделитель. Последовательная доочистка от сконденсировавшейся влаги и масла происходит в четырех ступенях коагулятора масла, масляном адсорбере и фильтре.After compression, the helium concentrate is sent to the oil-water separator. Subsequent purification of condensed moisture and oil occurs in four stages of the oil coagulator, oil adsorber and filter.

Из отделения компримирования и очистки гелиевого концентрата от масла 108 первично очищенный компримированный гелиевый концентрат с давлением 2,7 МПа и температурой 310 К поступает по трубопроводу 29 в отделение каталитической и адсорбционной очистки гелиевого концентрата 110 к реактору каталитической очистки.From the compartment for compressing and purifying helium concentrate from oil 108, the initially purified compressed helium concentrate with a pressure of 2.7 MPa and a temperature of 310 K flows through line 29 to the catalytic cleaning reactor for catalytic and adsorption purification of helium concentrate 110.

В каталитической части отделения 110 происходит окисление кислородом воздуха, который подается по трубопроводу 30, содержащихся в гелиевом концентрате водорода (около 1,2%) и остатков метана (около 0,4%) на катализаторе алюмоплатинового типа с содержанием платины 0,2-0,6% или более дешевых оксидных катализаторах, например, железохромовом (СТК-1-7) или меднохромовом (ВНИИнефтехим-104) катализаторах.In the catalytic part of compartment 110, oxygen is oxidized by air, which is supplied via line 30 contained in a helium hydrogen concentrate (about 1.2%) and methane residues (about 0.4%) on an alumina-platinum type catalyst with a platinum content of 0.2-0 , 6% or cheaper oxide catalysts, for example, iron-chromium (STK-1-7) or copper-chromium (VNIIneftekhim-104) catalysts.

Поток первично очищенного компримированного гелиевого концентрата поступает в смеситель, где дозировано смешивается с воздухом, обеспечивая стехиометрическое соотношение кислорода и окисляемых примесей и далее поступает в каталитический реактор.The stream of initially purified compressed helium concentrate enters the mixer, where it is dosed mixed with air, providing a stoichiometric ratio of oxygen and oxidized impurities and then enters the catalytic reactor.

Из реактора очищенный от водорода и метана гелиевый концентрат с температурой от 500 до 800 К в зависимости от используемого катализатора проходит последовательно аппарат воздушного охлаждения и водяной холодильник. Охлажденный поток очищенного от водорода и метана гелиевого концентрата с температурой 310 К направляется в пятый сепаратор для отделения капельной влаги, образовавшейся в результате окисления водорода и метана. Отделенная вода из пятого сепаратора по трубопроводу 31 выводится с блока тонкой очистки и сжижения гелия (блок 203).From the reactor, helium concentrate purified from hydrogen and methane with a temperature of from 500 to 800 K, depending on the catalyst used, passes an air-cooling apparatus and a water cooler. A cooled stream of helium concentrate purified from hydrogen and methane with a temperature of 310 K is sent to the fifth separator to separate droplet moisture resulting from the oxidation of hydrogen and methane. The separated water from the fifth separator through the pipeline 31 is discharged from the block of fine purification and liquefaction of helium (block 203).

Далее очищенный от водорода и метана гелиевый концентрат направляется на адсорбционную очистку: вначале на цеолитных адсорбентах типа КА, NaA или СаА от паров воды и СО2 с получением вторично очищенного гелиевого концентрата, затем на активированном угле типа СКТ от микропримесей углеводородов.Then the helium concentrate purified from hydrogen and methane is sent to adsorption purification: first, on zeolite adsorbents such as KA, NaA or CaA, from water vapor and CO 2 to obtain a second-cleaned helium concentrate, then on activated carbon like SKT from hydrocarbon impurities.

Очистка на цеолитах осуществляется в адсорберах в стационарном слое адсорбента. Адсорберы работают попеременно - в то время, когда один из них задействован для очистки гелиевого концентрата, во втором производится регенерация адсорбента.Purification on zeolites is carried out in adsorbers in a stationary adsorbent layer. The adsorbers work alternately - while one of them is used to clean the helium concentrate, the second one regenerates the adsorbent.

Регенерация адсорбента осуществляется термическим способом при противоточной продувке азотом, нагретым в электроподогревателе до температуры 500 К. Азот после регенерации по трубопроводу 32 отводится с блока тонкой очистки и сжижения гелия (блок 203) и сбрасывается в атмосферу. Сброс гелия из адсорбера на этапе продувки адсорбера азотом перед регенерацией выполняется по трубопроводу 33 в отделение обработки гелиевых сдувок 109. По завершению этапа нагрева и регенерации подача горячего азота в аппарат прекращается и подается холодный азот на охлаждение адсорбента. Далее адсорбер продувается очищенным гелием, который после выдержки сбрасывается по трубопроводу 33 в отделение обработки гелиевых сдувок 109.Adsorbent regeneration is carried out thermally during countercurrent nitrogen purging, heated in an electric heater to a temperature of 500 K. After regeneration, nitrogen is removed through line 32 from the fine purification and helium liquefaction unit (block 203) and discharged into the atmosphere. Helium is discharged from the adsorber at the stage of purging the adsorber with nitrogen before regeneration is carried out through line 33 to the helium purge treatment department 109. Upon completion of the heating and regeneration phase, the supply of hot nitrogen to the apparatus stops and cold nitrogen is supplied to cool the adsorbent. Next, the adsorber is purged with purified helium, which, after exposure, is discharged through a pipe 33 to the helium purification treatment department 109.

Перед очисткой вторично очищенного гелиевого концентрата на активированном угле производится захолаживание вторично очищенного гелиевого концентрата в многопоточном теплообменнике жидким азотом до температуры 90 К с сепарацией сконденсировавшегося азота в шестом сепараторе с образованием первого потока гелия и второго потока жидкого азота.Before purification of the secondary purified helium concentrate on activated carbon, the secondary purified helium concentrate is cooled in a multi-threaded heat exchanger with liquid nitrogen to a temperature of 90 K with the condensed nitrogen being separated in a sixth separator with the formation of a first helium stream and a second liquid nitrogen stream.

Первый поток гелия из шестого сепаратора направляется в многопоточный теплообменник. Второй поток жидкого азота из шестого сепаратора направляется по трубопроводу 34 на хранение в отделение хранения жидкого азота 111 в емкость жидкого азота. Из отделения хранения жидкого азота 111 по трубопроводу 35 жидкий азот отводится потребителям.The first helium stream from the sixth separator is directed to a multi-threaded heat exchanger. A second liquid nitrogen stream from the sixth separator is routed through a pipe 34 for storage to a liquid nitrogen storage compartment 111 into a liquid nitrogen tank. From the liquid nitrogen storage compartment 111 through the pipeline 35, liquid nitrogen is discharged to consumers.

Подвод холода в многопоточный теплообменник выполняется за счет кипения жидкого азота, подаваемого по трубопроводу 36 от отделения низкотемпературного азотного холодильного цикла 107 или по трубопроводу 37 от отделения хранения жидкого азота 111.The cold is supplied to the multi-threaded heat exchanger due to the boiling of liquid nitrogen supplied through pipeline 36 from the low-temperature nitrogen refrigeration cycle compartment 107 or through pipeline 37 from the liquid nitrogen storage compartment 111.

Очистка первого потока гелия от возможных микропримесей углеводородов на активированном угле осуществляется в адсорберах со стационарным слоем адсорбента с получением первого очищенного потока гелия.Purification of the first helium stream from possible trace amounts of hydrocarbons on activated carbon is carried out in adsorbers with a stationary adsorbent layer to obtain the first purified helium stream.

Первый очищенный поток гелия проходит фильтр и направляется по трубопроводу 38 в отделение сжижения и доочистки гелия 112.The first purified helium stream passes through the filter and is routed through line 38 to the liquefaction and purification department of helium 112.

Очистка первого очищенного потока гелия в отделении сжижения и доочистки гелия 112 осуществляется конденсацией из него азота при температуре 80 К и адсорбцией на активированном угле оставшихся примесей азота и аргона с получением второго очищенного потока гелия. Регенерация активированного угля выполняется методом «качелей давления», то есть сбросом давления в адсорбере до атмосферного и сдувкой продуктов десорбции на свечу. Для охлаждения используется холод обратных потоков гелиевого хладагента, прошедшего расширение в турбодетандерных агрегатах.The first purified helium stream is cleaned in the helium liquefaction and aftertreatment department 112 by condensing nitrogen therefrom at a temperature of 80 K and adsorbing the remaining nitrogen and argon impurities on activated carbon to obtain a second purified helium stream. Activated carbon is regenerated by the “pressure swing” method, that is, by depressurizing the adsorber to atmospheric pressure and by blowing off the desorption products onto the candle. For cooling, the cold of the return flows of helium refrigerant is used, which has undergone expansion in turboexpander units.

Адсорбционная очистка второго очищенного потока гелия от неона проводится при температуре ниже температуры замерзания данной примеси (в чистом виде) - при температуре 20 К. Для получения этой температуры используется холод части потока товарного чистого гелия, выходящего из турбодетандерного агрегата.The adsorption purification of the second purified helium stream from neon is carried out at a temperature below the freezing point of this impurity (in pure form) - at a temperature of 20 K. To obtain this temperature, the cold part of the marketable pure helium stream leaving the turbine expander is used.

Часть потока очищенного гелия от адсорбера очистки гелия от неона направляется в турбодетандер, затем охлаждает основной поток гелия в многопоточном охладителе-ожижителе, после которого объединяется с потоком испарившегося гелия от емкостей сбора и хранения жидкого гелия отделения хранения жидкого гелия 114. Далее поток направляется по трубопроводу 39 в отделение компримирования гелия низкого и высокого давления 113 на всас компрессора гелия низкого давления.A part of the purified helium stream from the neon helium purification adsorber is directed to a turboexpander, then it cools the main helium stream in a multi-threaded liquefier cooler, after which it is combined with the evaporated helium stream from the liquid helium collection and storage containers of the liquid helium storage compartment 114. Next, the flow is routed through a pipeline 39 to the low and high pressure helium compression unit 113 to the inlet of the low pressure helium compressor.

Вторая часть очищенного гелия захолаживается после расширения в турбодетандере. Гелий в парожидкостной фазе направляется в многопоточный охладитель-ожижитель, где происходит его полное ожижение. Далее поток следует по трубопроводу 40 в отделение хранения жидкого гелия 114 в емкости сбора и хранения жидкого гелия. Жидкий гелий, с содержанием гелия не менее 99,9999% масс., накапливается в емкостях сбора и хранения жидкого гелия, откуда по трубопроводу 41 подается на заполнение транспортных сосудов Дьюара для отправки потребителю. Для поддержания температуры в емкостях хранения гелия применяется жидкий азот, циркулирующий по трубопроводам 42 и 43.The second part of the purified helium is cooled after expansion in a turboexpander. Helium in the vapor-liquid phase is sent to a multi-threaded cooler-fluidizer, where it is completely liquefied. The flow then follows through a pipeline 40 to a liquid helium storage compartment 114 in a liquid helium collection and storage tank. Liquid helium, with a helium content of at least 99.9999% by mass, is accumulated in containers for collecting and storing liquid helium, from where it is fed through pipeline 41 to fill the Dewar transport vessels for shipment to the consumer. To maintain the temperature in helium storage tanks, liquid nitrogen is used circulating through pipelines 42 and 43.

Гелий низкого давления по трубопроводу 39 от отделения сжижения и доочистки гелия 112 поступает в компрессор низкого давления, проходя через фильтр. После компримирования гелий направляется в маслоотделитель. Охлаждение сжатого потока осуществляется циркуляцией оборотной воды в теплообменнике. Последовательная доочистка гелия от масла происходит в четырех коагуляторах масла, масляном адсорбере и фильтре.The low pressure helium through the pipe 39 from the liquefaction and purification department of helium 112 enters the low pressure compressor, passing through the filter. After compression, helium is sent to an oil separator. The compressed stream is cooled by circulating recycled water in a heat exchanger. Sequential purification of helium from oil occurs in four oil coagulators, an oil adsorber and a filter.

Компримированный поток гелия поступает в компрессор высокого давления, проходя через фильтр. После компримирования гелиевый поток направляется в маслоотделитель. Охлаждение сжимаемого потока осуществляется циркуляцией оборотной воды в теплообменнике. Последовательная доочистка от сконденсировавшейся влаги и масла происходит в четырех коагуляторах масла, масляном адсорбере и фильтре.The compressed helium stream enters the high-pressure compressor, passing through the filter. After compression, the helium stream is sent to an oil separator. Compressible flow is cooled by circulating recycled water in a heat exchanger. Subsequent purification of condensed moisture and oil occurs in four oil coagulators, an oil adsorber and a filter.

Компримированный гелий высокого давления направляется по трубопроводу 44 в отделение сжижения и доочистки гелия 112, где объединяется с потоком чистого гелия, поступающего по трубопроводу 38 из отделения каталитической и адсорбционной очистки гелиевого концентрата 110.Compressed high-pressure helium is sent through line 44 to the liquefaction and post-treatment section of helium 112, where it is combined with a stream of pure helium coming through line 38 from the catalytic and adsorption purification section of helium concentrate 110.

Сдувки гелиевого концентрата из адсорбера отделения каталитической и адсорбционной очистки гелиевого концентрата 110 и прочие сдувки из оборудования блока тонкой очистки и сжижения гелия (блок 203) собираются в емкостях сбора гелиевых сдувок, также в отделение обработки гелиевых сдувок 109 поступают сдувки гелиевого концентрата из отделения компримирования гелия низкого и высокого давления 113 по трубопроводу 45 и из отделения сжижения и доочистки гелия 112 по трубопроводу 46.Helium concentrate purges from the adsorber of the catalytic and adsorption purification unit of helium concentrate 110 and other purges from the equipment of the fine purification and helium liquefaction unit (block 203) are collected in helium purge collection tanks, and helium concentrate purges from the helium compression compartment are also supplied to the helium purification processing section 109. low and high pressure 113 through the pipeline 45 and from the Department of liquefaction and post-treatment of helium 112 through the pipeline 46.

По мере накопления гелиевые сдувки сжимаются поршневым компрессором и направляются по трубопроводу 28 в отделение компримирования и очистки гелиевого концентрата от масла 108 в компрессор. Охлаждение компримированных гелиевых сдувок осуществляется потоком оборотной воды в теплообменнике.As they accumulate, helium blow-offs are compressed by a piston compressor and sent via line 28 to the compression and purification section of helium concentrate from oil 108 to the compressor. Compressed helium blowdowns are cooled by a stream of recycled water in a heat exchanger.

По предлагаемому способу переработки очищенного и осушенного природного газа с повышенным содержанием азота проведено математическое моделирование процесса. В таблицах 1-4 приведены материальные балансы с указанием основных технологических параметров потоков и их компонентного состава для блока выделения этана и ШФЛУ из углеводородного газа (блок 201), блока удаления азота и выделения гелиевого концентрата из метан-азотной смеси (блок 202) и блока тонкой очистки и сжижения гелия (блок 203) и итоговый материальный баланс по всем блокам при переработке природного газа согласно блок-схеме, приведенной на фигуре 1. В таблице 5 указаны технологические режимы ректификационных колонн, используемых в процессе.According to the proposed method of processing purified and dried natural gas with a high nitrogen content, mathematical modeling of the process is carried out. Tables 1-4 show material balances indicating the main technological parameters of the flows and their component composition for the unit for the separation of ethane and NGL from hydrocarbon gas (block 201), the block for nitrogen removal, and the separation of helium concentrate from the methane-nitrogen mixture (block 202) and the block fine purification and liquefaction of helium (block 203) and the final material balance for all blocks in the processing of natural gas according to the flow chart shown in figure 1. Table 5 shows the technological modes of distillation columns used in the process ce.

Из приведенных в таблицах 1-4 материальных балансов видно, что при технологических режимах колонн, указанных в таблице 5, качество получаемых продуктов соответствует указанному в описании. Кроме того, достигаются следующие технологические показатели:From the material balances shown in tables 1-4, it can be seen that under the technological conditions of the columns indicated in table 5, the quality of the products obtained corresponds to that specified in the description. In addition, the following technological indicators are achieved:

- отбор метана -- methane selection - 99,9%;99.9%; - отбор этана - ethane selection 91,8%;91.8%; - отбор пропана -- selection of propane - 98,8%;98.8%; - отбор гелия -- helium selection - 95,19%.95.19%.

Таким образом, заявляемое изобретение решает задачу комплексного извлечения практически покомпонентно из природного углеводородного газа всех примесей, содержащихся в метане и снижающих его теплотворную способность, формирования из выделенных примесей потоков товарных продуктов или сырья ассоциированных газохимических производств, а также оптимального распределения систем нагрева и охлаждения технологических потоков, обеспечивающих максимальную рекуперацию тепла в системе и, как следствие, снижение энергозатрат для создания холодильных циклов криогенного разделения газов вплоть до гелия.Thus, the claimed invention solves the problem of complex extraction practically componentwise from natural hydrocarbon gas of all impurities contained in methane and reducing its calorific value, the formation of the flows of commodity products or raw materials from associated impurities associated gas chemical industries, as well as the optimal distribution of heating and cooling of process flows providing maximum heat recovery in the system and, as a result, reducing energy consumption to create a cold of cryogenic gas separation cycles up to helium.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Claims (17)

1. Способ комплексной переработки природного углеводородного газа с повышенным содержанием азота, включающий стадии:
(а) подачи потока осушенного и очищенного природного газа в отделение захолаживания потока исходного сырья и разделения потока очищенного и осушенного газа на первый и второй газовый потоки, их охлаждения и частичной конденсации за счёт теплообмена с набором хладагентов с последующим смешением охлаждённых первого и второго газовых потоков в объединенный охлажденный поток;
(б) подачи объединённого охлаждённого потока в первый сепаратор с получением отсепарированного третьего газового потока и отсепарированной первой жидкой фазы;
(в) разделения третьего газового потока на четвёртый и пятый газовый потоки, которые затем охлаждают, причем четвёртый газовый поток подвергают глубокому охлаждению за счёт теплообмена с хладагентом, а пятый газовый поток охлаждают за счёт его расширения в турбодетандере с получением частично охлаждённого пятого газового потока;
(г) разделения методом ректификации в первой ректификационной колонне глубоко охлаждённого четвёртого газового потока, частично охлаждённого пятого газового потока и отсепарированной первой жидкой фазы в отделении деметанизации жидкого потока углеводородов на деэтанизированный газовый поток с преимущественным содержанием метана, азота и гелия, отводимые с верха первой ректификационной колонны, и первый остаток, преимущественно содержащий этан, пропан и более тяжёлые углеводороды, отводимые с низа первой ректификационной колонны;
(д) подачи первого остатка в отделение деэтанизации жидкого потока углеводородов и разделения его методом ректификации во второй ректификационной колонне на отводимую с верха второй ректификационной колонны этановую фракцию с содержанием этана не менее 98,5 % масс. и отводимый с низа второй ректификационной колонны второй остаток, содержащий пропан и более тяжёлые углеводороды, отводимые далее в качестве товарных продуктов или сырья для дальнейшей переработки;
(е) подачи деэтанизированного газового потока со стадии (г) в отделение конденсации и отпарки метан-азотной смеси из жидкого потока углеводородов, в котором производят его охлаждение и частичную конденсацию набором низкотемпературных технологических потоков с последующим сепарированием охлаждённого деэтанизированного газового потока во втором сепараторе с получением отсепарированного шестого газового потока, содержащего преимущественно азот и гелий, и отсепарированной второй жидкой фазы, содержащей преимущественно метан;
(ж) охлаждения отсепарированного шестого газового потока со стадии (е) потоками первой и второй метановых фракций среднего, третьей метановой фракции высокого давления и метан-азотной смеси и разделения его методом ректификации в третьей ректификационной колонне на метан-азотную смесь, отводимую в качестве дистиллята с верха третьей ректификационной колонны, и метановую фракцию, отводимую в качестве четвертого остатка с низа третьей ректификационной колонны;
(з) разделения метановой фракции со стадии (ж) на три части и их дросселирования с получением первой и второй метановых фракций высокого давления и первой метановой фракции среднего давления;
(и) подачи метан-азотной смеси со стадии (ж) в отделение захолаживания и деазотирования метан-азотной смеси, где производят её охлаждение и частичную конденсацию за счёт теплообмена с набором хладагентов и последующим сепарированием в третьем сепараторе с получением отсепарированного седьмого газового потока и отсепарированной третьей жидкой фазы, с преимущественным содержанием метана и азота в третьем сепараторе;
(к) разделения методом ректификации отсепарированной третьей жидкой фазы в четвертой ректификационной колонне на метановую фракцию низкого давления, отводимую с низа четвертой ректификационной колонны, и первый поток азота низкого давления, отводимый с верха четвертой ректификационной колонны;
(л) разделения первого потока азота низкого давления со стадии (к) на второй поток и третий поток азота низкого давления, второй поток азота низкого давления сбрасывают в атмосферу, а третий поток азота низкого давления компримируют, охлаждают и разделяют на первый поток азота среднего давления и второй поток азота среднего давления, первый поток азота среднего давления дросселируют и используют в качестве хладагента на стадии (и), а второй поток азота среднего давления дросселируют с частичной конденсацией и подают в четвертый сепаратор, где разделяют с образованием четвёртого потока азота низкого давления, который возвращают на компримирование, и первого потока жидкого азота, который используют в качестве орошения четвертой ректификационной колонны на стадии (к);
(м) охлаждения отсепарированного седьмого газового потока со стадии (и) потоком первого гелиевого концентрата и первым потоком азота среднего давления со стадии (л) и разделения методом ректификации в пятой ректификационной колонне на первый гелиевый концентрат, отводимый с верха пятой ректификационной колонны, и остаток, который подают в четвертую ректификационную колонну на стадию (к) выше точки ввода третьей жидкой фазы, в качестве орошения на стадии (м) применяют первый поток жидкого азота со стадии (л);
(н) подачи первого гелиевого концентрата со стадии (м) в отделение компримирования и очистки гелиевого концентрата от масла в сепараторе, с получением потока первично очищенного компримированного гелиевого концентрата;
(о) подачи первично очищенного компримированного гелиевого концентрата в отделение каталитической и адсорбционной очистки гелиевого концентрата, где присутствующие в первом гелиевом концентрате примеси водорода и метана окисляют кислородом в присутствии катализатора до воды и углекислого газа с последующей их сепарацией в пятом сепараторе и адсорбцией на цеолитном адсорбенте с получением вторично очищенного компримированного гелиевого концентрата;
(п) регенерации цеолитного адсорбента термическим способом при противоточной продувке адсорбента азотом, при этом сброс гелия из адсорбера, находящегося на стадии регенерации, производят в отделении обработки гелиевых сдувок;
(р) охлаждения гелиевым хладагентом и частичной конденсации вторично очищенного компримированного гелиевого концентрата с последующей сепарацией в шестом сепараторе с получением первого потока гелия и второго потока жидкого азота;
(с) подачи второго потока жидкого азота в отделение хранения жидкого азота, где его хранят и откуда подают потребителям внутри гелиевого производства;
(т) очистки первого потока гелия от микропримесей углеводородов на активированном угольном адсорбенте и последующей его фильтрации от захваченных частиц активированного угля с получением первого очищенного потока гелия;
(у) регенерация угольного адсорбента производится методом «качелей давления» с направлением газов, выделяющихся при регенерации адсорбента, в отделение обработки гелиевых сдувок;
(ф) подачи газов регенерации со стадии (у) и сбросного гелия со стадии (п) в отделение обработки гелиевых сдувок, где происходит их накопление и подача их на стадию (н) для увеличения степени извлечения гелия из природного газа;
(х) подачи первого очищенного потока гелия со стадии (т) в отделение сжижения и доочистки гелия, где производят его охлаждение гелиевым хладагентом до температуры 80 К и очистку на активированном угле от азота с получением второго очищенного потока гелия;
(ц) охлаждения гелиевым хладагентом второго очищенного потока гелия со стадии (х) до температуры 20 К и его последующей адсорбционной очистки на активированном угле от неона, с получением третьего очищенного потока гелия;
(ч) охлаждения и частичной конденсации второго очищенного потока гелия за счёт его расширения в турбодетандере и последующая полная конденсация за счёт теплообмена с гелиевым хладагентом с получением жидкого гелия;
(ш) дополнительного охлаждения части первого очищенного потока гелия со стадии (х) после охлаждения и части второго очищенного потока гелия со стадии (ч) за счёт расширения в турбодетандерах с получением из первого очищенного потока гелия хладагента высокого давления, а из второго очищенного потока гелия - хладагента низкого давления и использование этих потоков в качестве хладагента на стадиях (х), (ц) и (ч);
(щ) подачи гелия низкого и высокого давления со стадии (ш) в отделение компримирования гелия низкого и высокого давления, где эти потоки компримируют и отправляют на смешение с первым очищенным потоком гелия на стадии (х);
(э) подачи жидкого гелия, получаемого на стадии (ч), в отделение хранения жидкого гелия, где его хранят и отгружают в качестве товарной продукции.1. The method of complex processing of natural hydrocarbon gas with a high nitrogen content, comprising the steps of:
(a) feeding the dried and purified natural gas stream to the cooling compartment of the feedstock stream and separating the purified and dried gas stream into the first and second gas streams, cooling them and partially condensing by heat exchange with a set of refrigerants, followed by mixing the cooled first and second gas streams into the combined chilled stream;
(b) supplying the combined cooled stream to a first separator to obtain a separated third gas stream and a separated first liquid phase;
(c) dividing the third gas stream into the fourth and fifth gas streams, which are then cooled, the fourth gas stream being subjected to deep cooling by heat exchange with refrigerant, and the fifth gas stream is cooled due to its expansion in a turbine expander to obtain a partially cooled fifth gas stream;
(d) distillation separation in a first distillation column of a deeply cooled fourth gas stream, a partially cooled fifth gas stream and a separated first liquid phase in a demethanization unit of a liquid hydrocarbon stream into a deethanized gas stream with a predominant content of methane, nitrogen and helium discharged from the top of the first distillation columns, and the first residue, mainly containing ethane, propane and heavier hydrocarbons, diverted from the bottom of the first distillation column;
(e) feeding the first residue to the deethanization unit of the liquid hydrocarbon stream and separating it by distillation in a second distillation column into an ethane fraction withdrawn from the top of the second distillation column with an ethane content of at least 98.5% by weight. and a second residue withdrawn from the bottom of the second distillation column containing propane and heavier hydrocarbons, which are further discharged as commercial products or raw materials for further processing;
(f) supplying the deethanized gas stream from step (d) to the condensation and stripping unit of the methane-nitrogen mixture from the liquid hydrocarbon stream, in which it is cooled and partially condensed by a set of low-temperature process streams, followed by separation of the cooled de-ethanized gas stream in the second separator to obtain a separated sixth gas stream containing predominantly nitrogen and helium, and a separated second liquid phase containing predominantly methane;
(g) cooling the separated sixth gas stream from stage (e) the flows of the first and second methane fractions of the middle, third methane fraction of high pressure and the methane-nitrogen mixture and separating it by distillation in a third distillation column into a methane-nitrogen mixture discharged as a distillate from the top of the third distillation column, and the methane fraction, taken as the fourth residue from the bottom of the third distillation column;
(h) dividing the methane fraction from step (g) into three parts and throttling them to obtain the first and second high pressure methane fractions and the first medium pressure methane fraction;
(i) supplying the methane-nitrogen mixture from step (g) to the cooling and de-nitration department of the methane-nitrogen mixture, where it is cooled and partially condensed by heat exchange with a set of refrigerants and then separated in a third separator to obtain a separated seventh gas stream and separated a third liquid phase, with a predominant content of methane and nitrogen in the third separator;
(k) separation by distillation of the separated third liquid phase in the fourth distillation column into a low-pressure methane fraction discharged from the bottom of the fourth distillation column and a first low-pressure nitrogen stream discharged from the top of the fourth distillation column;
(k) separating the first low pressure nitrogen stream from step (k) into a second stream and a third low pressure nitrogen stream, a second low pressure nitrogen stream, is discharged into the atmosphere, and a third low pressure nitrogen stream is compressed, cooled and separated into a first medium pressure nitrogen stream and a second medium pressure nitrogen stream, the first medium pressure nitrogen stream is throttled and used as a refrigerant in step (s), and the second medium pressure nitrogen stream is throttled with partial condensation and fed to the fourth separator, where it is separated to form a fourth stream of low-pressure nitrogen, which is returned for compression, and a first stream of liquid nitrogen, which is used as an irrigation of the fourth distillation column in step (k);
(m) cooling the separated seventh gas stream from stage (s) with the first helium concentrate stream and the first medium pressure nitrogen stream from stage (l) and separating by distillation in the fifth distillation column into the first helium concentrate discharged from the top of the fifth distillation column, and the remainder which is fed to the fourth distillation column at stage (k) above the point of entry of the third liquid phase, the first stream of liquid nitrogen from stage (l) is used as irrigation in stage (m);
(m) supplying a first helium concentrate from step (m) to a compression and purification unit of helium concentrate from oil in a separator, to obtain a stream of initially purified compressed helium concentrate;
(o) supplying the initially purified compressed helium concentrate to the catalytic and adsorption purification department of the helium concentrate, where the impurities of hydrogen and methane present in the first helium concentrate are oxidized with oxygen in the presence of a catalyst to water and carbon dioxide, followed by their separation in the fifth separator and adsorption on a zeolite adsorbent to obtain a second purified compressed helium concentrate;
(o) thermal regeneration of the zeolite adsorbent during countercurrent purging of the adsorbent with nitrogen, while the helium is discharged from the adsorber at the regeneration stage in the helium purge treatment department;
(p) cooling with helium refrigerant and partial condensation of the second refined compressed helium concentrate, followed by separation in a sixth separator to obtain a first helium stream and a second liquid nitrogen stream;
(c) supplying a second stream of liquid nitrogen to the liquid nitrogen storage compartment, where it is stored and from where it is supplied to consumers inside the helium production;
(r) purification of the first helium stream from trace hydrocarbons on an activated carbon adsorbent and its subsequent filtration from trapped particles of activated carbon to obtain a first purified helium stream;
(y) the regeneration of coal adsorbent is carried out using the “pressure swing” method with the direction of the gases released during the regeneration of the adsorbent to the helium purge treatment department;
(f) supplying regeneration gases from stage (y) and waste helium from stage (p) to the helium purge treatment department, where they accumulate and feed them to stage (n) to increase the degree of extraction of helium from natural gas;
(x) supplying the first purified helium stream from step (t) to the helium liquefaction and purification unit, where it is cooled with helium refrigerant to a temperature of 80 K and nitrogen is purified on activated carbon to obtain a second purified helium stream;
(c) cooling with helium refrigerant the second purified helium stream from step (x) to a temperature of 20 K and its subsequent adsorption purification on activated carbon from neon, to obtain a third purified helium stream;
(h) cooling and partial condensation of the second purified helium stream due to its expansion in a turboexpander and subsequent complete condensation due to heat exchange with helium refrigerant to produce liquid helium;
(iii) additional cooling of part of the first purified helium stream from stage (x) after cooling and part of the second purified helium stream from stage (h) by expansion in turbo expanders to produce high pressure refrigerant from the first purified helium stream, and from the second purified helium stream - low pressure refrigerant and the use of these flows as refrigerant in stages (x), (c) and (h);
(ii) supplying low and high pressure helium from step (w) to the low and high pressure helium compression unit, where these streams are compressed and sent to be mixed with the first purified helium stream in step (x);
(e) supplying liquid helium obtained in step (h) to the liquid helium storage compartment, where it is stored and shipped as a commercial product. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (а) при охлаждении потока осушенного и очищенного природного газа в качестве набора хладагентов используют метан-азотную смесь со стадии (ж), первую и вторую метановые фракции высокого давления и первую метановую фракцию среднего давления со стадии (з).2. The method according to p. 1, characterized in that in stage (a) when cooling the stream of dried and purified natural gas, a methane-nitrogen mixture from stage (g), the first and second high-pressure methane fractions and the first methane are used as a set of refrigerants medium pressure fraction from step (h). 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (а) охлаждение потока осушенного и очищенного природного газа производят в рекуперативных теплообменниках боковых погонов первой ректификационной колонны на стадии (д).3. The method according to p. 1, characterized in that in stage (a), the cooling stream of the dried and purified natural gas is produced in the regenerative heat exchangers of the side straps of the first distillation column in stage (e). 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (в) в качестве хладагента для глубокого охлаждения четвёртого газового потока используют деэтанизированный газовый поток со стадии (г).4. The method according to p. 1, characterized in that at the stage (C) as a refrigerant for deep cooling of the fourth gas stream using deethanized gas stream from stage (g). 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (е) при охлаждении деэтанизированного газового потока в качестве набора низкотемпературных технологических потоков используют метан-азотную смесь со стадии (ж), первую и вторую метановые фракции высокого давления и первую метановую фракцию среднего давления со стадии (з).5. The method according to p. 1, characterized in that in step (e), when the deethanized gas stream is cooled, the methane-nitrogen mixture from step (g), the first and second high-pressure methane fractions and the first methane fraction are used as a set of low-temperature process streams medium pressure from stage (h). 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (и) в качестве набора хладагентов при охлаждении метан-азотной смеси используют отсепарированную третью жидкую фазу со стадии (и), метановую фракцию низкого давления, первый поток азота низкого давления со стадии (к) и поток первого гелиевого концентрата со стадии (м).6. The method according to p. 1, characterized in that at the stage (s) as a set of refrigerants when cooling the methane-nitrogen mixture, a separated third liquid phase from stage (s), a low-pressure methane fraction, the first low-pressure nitrogen stream from the stage are used (k) and a stream of the first helium concentrate from step (m). 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (и) охлаждение потока метан-азотной смеси производят в ребойлере ректификационной колонны стадии (к).7. The method according to p. 1, characterized in that at the stage (s), the methane-nitrogen mixture stream is cooled in the reboiler of the distillation column of stage (k). 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (д) отделение деэтанизации жидкого потока углеводородов дополняют процессом пиролиза этановой фракции с фракционированием продуктов пиролиза с извлечением из последних этилена и процессом полимеризации этилена с получением полиэтилена.8. The method according to p. 1, characterized in that at the stage (e) the separation of the deethanization of the liquid hydrocarbon stream is supplemented by the pyrolysis of the ethane fraction with fractionation of the pyrolysis products to extract ethylene from the latter and the polymerization of ethylene to produce polyethylene. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (д) отделение деэтанизации жидкого потока углеводородов дополняют процессом пиролиза второго остатка, содержащего пропан и более тяжелые углеводороды, с фракционированием продуктов пиролиза с извлечением из последних этилена и пропилена и процессом полимеризации пропилена с получением полипропилена.9. The method according to p. 1, characterized in that at the stage (e) the separation of the deethanization of the liquid hydrocarbon stream is supplemented by the pyrolysis of the second residue containing propane and heavier hydrocarbons, with fractionation of the pyrolysis products with the extraction of ethylene and propylene from the latter and the polymerization of propylene with polypropylene. 10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что поток этилена, полученный в процессе пиролиза второго остатка, объединяют с потоком этилена, полученном в процессе пиролиза этановой фракции.10. The method according to p. 9, characterized in that the ethylene stream obtained during the pyrolysis of the second residue is combined with the ethylene stream obtained during the pyrolysis of the ethane fraction. 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (д) второй остаток, содержащий пропан и более тяжелые углеводороды, используют в качестве топлива для автомобильных двигателей.11. The method according to p. 1, characterized in that in stage (e) the second residue containing propane and heavier hydrocarbons is used as fuel for automobile engines. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (д) второй остаток, содержащий пропан и более тяжелые углеводороды, дополнительно подвергают фракционированию с получением пропана, бутана и пентан-гексановой фракции.12. The method according to p. 1, characterized in that in stage (e) the second residue containing propane and heavier hydrocarbons is further subjected to fractionation to obtain propane, butane and pentane-hexane fraction. 13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (о) каталитическую очистку первично очищенного компримированного гелиевого концентрата от примесей водорода и метана проводят на алюмоплатиновом, железохромовом оксидном или меднохромовом оксидном катализаторах при температуре 250-300 ºС при дозированной подаче кислорода в соответствии с материальным балансом процесса.13. The method according to p. 1, characterized in that at the stage (o) the catalytic purification of the initially purified compressed helium concentrate from impurities of hydrogen and methane is carried out on alumina-platinum, iron-chromium oxide or copper-chromium oxide catalysts at a temperature of 250-300 ° C with a metered supply of oxygen in accordance with the material balance of the process. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (о) адсорбционную осушку гелия осуществляют на синтетических цеолитах KA, NaA или CaA.14. The method according to claim 1, characterized in that in stage (o) the adsorption drying of helium is carried out on synthetic zeolites KA, NaA or CaA. 15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в первой, второй, третьей, четвертой и пятой ректификационных колоннах в качестве контактных устройств используют перекрестноточные регулярные насадки.15. The method according to p. 1, characterized in that in the first, second, third, fourth and fifth distillation columns, cross-flow regular nozzles are used as contact devices. 16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стадию (ч) дополняют процессом выделения из очищенного гелия изотопов гелий-3 и гелий-4 методом мембранной сепарации с дальнейшей отгрузкой изотопов гелий-3 и гелий-4 в качестве товарных продуктов, при этом гелий-3 может использоваться в качестве термоядерного топлива в соответствующих реакторах и в приборах на основе изотопной техники.16. The method according to p. 1, characterized in that stage (h) is supplemented by the process of separation of helium-3 and helium-4 isotopes from purified helium by membrane separation with the further shipment of helium-3 and helium-4 isotopes as marketable products, this helium-3 can be used as thermonuclear fuel in the respective reactors and in devices based on isotope technology. 17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в системах рекуперативного теплообмена между соответствующими горячими и холодными потоками используют пластинчатые теплообменные аппараты. 17. The method according to p. 1, characterized in that in the systems of recuperative heat transfer between the respective hot and cold streams, plate heat exchangers are used.
RU2015100040/05A 2015-01-12 2015-01-12 Method for complex processing of natural hydrocarbon gas with high nitrogen content RU2576428C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015100040/05A RU2576428C1 (en) 2015-01-12 2015-01-12 Method for complex processing of natural hydrocarbon gas with high nitrogen content

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015100040/05A RU2576428C1 (en) 2015-01-12 2015-01-12 Method for complex processing of natural hydrocarbon gas with high nitrogen content

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2576428C1 true RU2576428C1 (en) 2016-03-10

Family

ID=55653980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015100040/05A RU2576428C1 (en) 2015-01-12 2015-01-12 Method for complex processing of natural hydrocarbon gas with high nitrogen content

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2576428C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2710228C1 (en) * 2019-08-23 2019-12-25 Игорь Анатольевич Мнушкин Gas processing and gas chemical complex

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4331461A (en) * 1978-03-10 1982-05-25 Phillips Petroleum Company Cryogenic separation of lean and rich gas streams
US4889545A (en) * 1988-11-21 1989-12-26 Elcor Corporation Hydrocarbon gas processing
RU77949U1 (en) * 2008-04-09 2008-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Оренбург" (ООО "Газпром добыча Оренбург") INSTALLATION OF LOW-TEMPERATURE SEPARATION OF A HYDROCARBON GAS
RU2486945C1 (en) * 2012-05-05 2013-07-10 Евгений Владимирович Левин Method of processing natural and associated oil gas
RU2502545C1 (en) * 2012-08-08 2013-12-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Method of natural gas processing and device to this end

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4331461A (en) * 1978-03-10 1982-05-25 Phillips Petroleum Company Cryogenic separation of lean and rich gas streams
US4889545A (en) * 1988-11-21 1989-12-26 Elcor Corporation Hydrocarbon gas processing
RU77949U1 (en) * 2008-04-09 2008-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Оренбург" (ООО "Газпром добыча Оренбург") INSTALLATION OF LOW-TEMPERATURE SEPARATION OF A HYDROCARBON GAS
RU2486945C1 (en) * 2012-05-05 2013-07-10 Евгений Владимирович Левин Method of processing natural and associated oil gas
RU2502545C1 (en) * 2012-08-08 2013-12-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Method of natural gas processing and device to this end

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2710228C1 (en) * 2019-08-23 2019-12-25 Игорь Анатольевич Мнушкин Gas processing and gas chemical complex

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2597081C2 (en) Method for complex extraction of valuable admixtures from natural helium-containing hydrocarbon gas with high nitrogen content
CA2804273C (en) Carbon dioxide capture and liquefaction
US6631626B1 (en) Natural gas liquefaction with improved nitrogen removal
US9945608B2 (en) Natural gas processing plant
RU2730344C1 (en) Extraction of helium from natural gas
CN1095496C (en) Process for preparing liquefied natural gas
CA3054907C (en) Helium extraction from natural gas
EP2880134B1 (en) Heavy hydrocarbon removal from a natural gas stream
BG64011B1 (en) Method for the liquefaction of natural gas by cascade cooling
EP4313855A1 (en) Method of recovering a hydrogen-enriched product and co2 in a hydrogen production unit
RU2615092C9 (en) Processing method of main natural gas with low calorific value
RU2576428C1 (en) Method for complex processing of natural hydrocarbon gas with high nitrogen content
CN217661593U (en) Device for purifying and recovering carbon dioxide by low-temperature rectification
US20190264979A1 (en) Split flow integrated lng production (sfi-lng)
CN114440551B (en) Device and method for recycling mixed hydrocarbon of associated gas of oil field rich in nitrogen and liquefying dry gas at low temperature
CN216688027U (en) Oil field associated gas hydrocarbon mixture recovery and dry gas low temperature liquefaction device rich in nitrogen
RU2744415C1 (en) Complex for processing main natural gas into marketable products
CA3224829A1 (en) Integrated refrigeration system of a liquefied natural gas production plant comprising a carbon capture unit
Mulvihill Cost Estimates of Processes for Separating Mixtures of Methane and Hydrogen
UA82940C2 (en) Method of separation of gas mixtures
UA19754U (en) Method for separation of gas mixtures

Legal Events

Date Code Title Description
HE4A Change of address of a patent owner

Effective date: 20190704