EA201790034A1 20170531 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2017\PDF/201790034 Полный текст описания [**] EA201790034 20150727 Регистрационный номер и дата заявки DE102014011226.8 20140729 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок EP2015/001544 Номер международной заявки (PCT) WO2016/015855 20160204 Номер публикации международной заявки (PCT) EAA1 Код вида документа [PDF] eaa21705 Номер бюллетеня [**] ПОЛУЧЕНИЕ КСЕНОНА ИЗ НАСЫЩЕННЫХ ЭТАНОМ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ Название документа [8] C01B 23/00, [8] F25J 3/02, [8] F25J 3/06 Индексы МПК [DE] Шмидт Ханс Сведения об авторах [DE] КСЕНОН ХОЛДИНГ ГМБХ Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea201790034a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

Изобретение касается способа получения ксенонсодержащего потока продукта (Р), в частности сверхчистого ксенонсодержащего потока продукта (Р), из жидкого или газообразного, насыщенного этаном исходного потока (Е'), включая следующие пошаговые процессы: предварительная подготовка, для газообразного, насыщенного этаном исходного потока охлаждение и возможная частичная конденсация исходного потока (Е'), подача исходного потока (Е') в первую колонну (31), откачка головного продукта в виде газообразной фазы с высоким содержанием метана (G) из верхней части первой колонны, откачка нижнего продукта в виде ксенонсодержащей жидкой фазы (F) (с малым содержанием метана) из нижней части первой колонны, подача нижнего продукта во вторую колонну (33) и откачка ксенонсодержащего потока продукта (Р) из верхней части второй колонны (33). Холод, необходимый для работы конденсаторов обеих колонн и возможного охлаждения исходного газа, обеспечивается детандерным холодильным контуром, который снабжается предпочтительно хладагентом из частичного потока нагретого головного продукта первой колонны. Кроме того, изобретение касается соответствующей установки (1) для получения Хе.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Изобретение касается способа получения ксенонсодержащего потока продукта (Р), в частности сверхчистого ксенонсодержащего потока продукта (Р), из жидкого или газообразного, насыщенного этаном исходного потока (Е'), включая следующие пошаговые процессы: предварительная подготовка, для газообразного, насыщенного этаном исходного потока охлаждение и возможная частичная конденсация исходного потока (Е'), подача исходного потока (Е') в первую колонну (31), откачка головного продукта в виде газообразной фазы с высоким содержанием метана (G) из верхней части первой колонны, откачка нижнего продукта в виде ксенонсодержащей жидкой фазы (F) (с малым содержанием метана) из нижней части первой колонны, подача нижнего продукта во вторую колонну (33) и откачка ксенонсодержащего потока продукта (Р) из верхней части второй колонны (33). Холод, необходимый для работы конденсаторов обеих колонн и возможного охлаждения исходного газа, обеспечивается детандерным холодильным контуром, который снабжается предпочтительно хладагентом из частичного потока нагретого головного продукта первой колонны. Кроме того, изобретение касается соответствующей установки (1) для получения Хе.


Евразийское (21) 201790034 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2017.05.31
(22) Дата подачи заявки
2015.07.27
(51) Int. Cl.
C01B 23/00 (2006.01) F25J 3/02 (2006.01) F25J3/06 (2006.01)
(54) ПОЛУЧЕНИЕ КСЕНОНА ИЗ НАСЫЩЕННЫХ ЭТАНОМ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
(31) 102014011226.8
(32) 2014.07.29
(33) DE
(86) PCT/EP2015/001544
(87) WO 2016/015855 2016.02.04
(71) Заявитель:
КСЕНОН ХОЛДИНГ ГМБХ (DE)
(72) Изобретатель: Шмидт Ханс (DE)
(74) Представитель:
Веселицкая И.А., Кузенкова Н.В., Веселицкий М.Б., Белоусов Ю.В., Каксис Р.А., Куликов А.В., Кузнецова Е.В., Соколов Р.А., Кузнецова Т.В. (RU)
(57) Изобретение касается способа получения ксе-нонсодержащего потока продукта (Р), в частности сверхчистого ксенонсодержащего потока продукта (Р), из жидкого или газообразного, насыщенного этаном исходного потока (Е'), включая следующие пошаговые процессы: предварительная подготовка, для газообразного, насыщенного этаном исходного потока охлаждение и возможная частичная конденсация исходного потока (Е'), подача исходного потока (Е') в первую колонну (31), откачка головного продукта в виде газообразной фазы с высоким содержанием метана (G) из верхней части первой колонны, откачка нижнего продукта в виде ксенонсодержащей жидкой фазы (F) (с малым со
держанием метана) из нижней части первой колонны, подача нижнего продукта во вторую колонну (33) и откачка ксенонсодержащего потока продукта (Р) из верхней части второй колонны (33). Холод, необходимый для работы конденсаторов обеих колонн и возможного охлаждения исходного газа, обеспечивается детандерным холодильным контуром, который снабжается предпочтительно хладагентом из частичного потока нагретого головного продукта первой колонны. Кроме того, изобретение касается соответствующей установки (1) для получения Хе.
128193
Заявка № 201790034
Заявитель КСЕНОН ХОЛДИНГ ГМБХ,
ПОЛУЧЕНИЕ КСЕНОНА ИЗ НАСЫЩЕННЫХ ЭТАНОМ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Изобретение касается способа получения Хе согласно пункту 1, а также установки для получения Хе согласно пункту 16.
Ксенон (Хе) имеет немного более низкую по сравнению с этаном температуру кипения и поэтому при подготовке природного газа содержится в повышенной концентрации предпочтительно в насыщенном этаном нижнем продукте метаноотгонной колонны ("деметанизатора"). Данный насыщенный этаном нижний продукт метаноотгонной колонны содержит небольшую долю метана (обычно от 0,5 % до 10 % по объему) и, как правило, разделяется в процессе фракционирования на насыщенный этаном поток и дополнительные фракции. Насыщенный этаном поток или насыщенный этаном нижний продукт служат исходным сырьем при производстве этилена. В зависимости от расстояния между установкой подготовки природного газа и этиленовой установкой насыщенный этаном поток находится в жидком состоянии или при температуре,
примерно равной температуре окружающей среды, поступает в этиленовую установку в виде газообразного потока. Кроме того, высокие концентрации этана также присутствуют в находящихся под высоким давлением жидких фазах природных газов или нефтяных попутных газов. 5 Ксенон ранее еще не добывался из насыщенных этаном исходных потоков.
С учетом вышеизложенных фактов в основу настоящего изобретения была положена задача разработать соответствующий способ получения ксенона из насыщенных этаном рабочих сред.
Данная проблема решается при помощи способа, имеющего признаки пункта 1. Предпочтительные варианты осуществления способа согласно изобретению изложены в соответствующих дополнительных пунктах или пояснены далее.
15 Способ получения ксенонсодержащего потока продукта согласно изобретению, в частности сверхчистого ксенонсодержащего потока продукта из жидкого или газообразного, насыщенного этаном исходного потока предусматривает при этом следующие операции (предпочтительно начало процесса с газообразным исходным потоком):
20 - Охлаждение и возможная начальная конденсация (также называемая частичной конденсацией) исходного потока,
- Подача исходного потока в первую колонну,
- Откачка головного продукта в виде газообразной фазы с высоким содержанием метана из верха первой колонны,
25 - Откачка нижнего продукта в виде ксенонсодержащей жидкой фазы с малым содержанием метана из низа первой колонны,
- Подача нижнего продукта или ксенонсодержащей жидкой фазы во вторую колонну (33), и
- Откачка ксенонсодержащего потока продукта из верха второй колонны (33).
Насыщенный этаном нижний продукт метаноотгонной колонны предпочтительно содержит 0 % -10 % по объему СН4, 50 % - 99 % по объему СгНб, 0 % - 30 % по объему Сз+ (Сз+ здесь обозначает углеводороды с 3 и более
атомами углерода), а также объемную долю Хе и Кг, составляющую менее 0,5 % по объему.
В качестве исходного потока также может использоваться насыщенный этаном 5 продукт фракционирования природного газа. Такой исходный поток
предпочтительно содержит 0 % -10 % по объему СН4, 80 % - 99 % по объему СгНб, 1 % - 20 % по объему Сз+, а также объемную долю Хе и Кг, составляющую менее 1 % по объему (Сз+ обозначает углеводороды, имеющие три и более атомов углерода).
Если в качестве исходного потока используется находящаяся под высоким давлением жидкая фаза природного газа или нефтяного попутного газа, данный поток предпочтительно содержит 0 % - 30 по объему % СН4, 20 % - 60 % по объему С2Н6, 20 % - 70 % по объему С3+ (С3+ здесь обозначает углеводороды с 15 3 и более атомами углерода), а также объемную долю Хе и Кг, составляющую менее 1,0% по объему.
Насыщенный этаном применительно к изобретению обозначает в частности, что этан в соответствующем потоке присутствует в концентрации более 20 % по объему, в частности более 50 % по объему.
Кроме того, согласно изобретению под сверхчистым ксенонсодержащим потоком продукта следует понимать поток продукта Хе, который помимо Хе содержит только примеси (другие компоненты), доля которых не превышает 10 ppmV (миллионных долей объема).
Применительно к головному продукту первой колонны высокое содержание метана означает, что головной продукт помимо СН4 содержит только примеси, доля которых составляет менее 1 % по объему, в зависимости от содержания N2, Аг и Кг в исходном потоке.
Применительно к нижнему продукту первой колонны малое содержание метана означает, что нижний продукт содержит метан в пределах диапазона от 0 ppmV до 10 ppmV (миллионных долей объема).
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа согласно изобретению в частности предусмотрены откачка из верхней части первой колонны газообразной фазы с высоким содержанием метана, по крайней мере ее частичная конденсация в первом конденсаторе при 5 взаимодействии с первым потоком хладагента и откачка образовавшейся жидкости в виде возвратного продукта назад в первую колонну, чтобы минимизировать концентрацию Хе в головном продукте и за счет этого максимизировать выход Хе в конце процесса. В качестве альтернативы существует возможность подачи частично конденсированного или жидкого
10 исходного потока на самую верхнюю тарелку первой колонны. Далее предпочтительный вариант осуществления предусматривает откачку ксенонсодержащей жидкой фазы из низа первой колонны, которая частично испаряется в первом рибойлере (например, циркуляционном испарителе) при взаимодействии с горячими потоками технологической среды (например,
15 исходный газ или поток, поток хладагента, в частности, хладагент высокого
давления) и возвращается в первую колонну, чтобы максимизировать выход Хе и получить необходимую концентрацию метана в нижней части колонны. В качестве альтернативы откачка ксенонсодержащей жидкой фазы также может осуществляться с самой нижней тарелки колонны, если за счет этого
20 становится возможным более эффективное использование холода при частичном испарении данного потока.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа согласно изобретению также предусмотрены откачка из верхней части второй
25 колонны ксенонсодержащей газообразной фазы, по крайней мере ее частичная конденсация во втором конденсаторе при взаимодействии со вторым потоком хладагента и возврат во вторую колонну, чтобы получить сверхчистый головной продукт Хе. Кроме того, предпочтительный вариант осуществления способа предусматривает откачку из низа второй колонны насыщенной С2+ жидкой
30 фазы, ее частичное испарение во втором рибойлере (например, циркуляционном испарителе) и возврат во вторую колонну, чтобы минимизировать остаточную концентрацию Хе в нижнем продукте второй колонны и тем самым максимизировать выход Хе в конце процесса. В качестве альтернативы откачка содержащей углеводороды жидкой фазы также может
осуществляться с самой нижней тарелки колонны, если за счет этого становится возможным более эффективное использование холода при частичном испарении данного потока.
5 В результате возврата по крайней мере частично конденсированной
газообразной фазы в верх соответствующей колонны, а также обратной закачки частично испаренной жидкой фазы в низ/нижнюю часть соответствующей колонны гарантируется, что газообразная и жидкая фазы пройдут через соответствующую колонну в режиме противотока, что обеспечит эффективную 10 ректификацию в колоннах.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа согласно изобретению также предусматривается реализация охлаждения и возможной частичной конденсации исходного потока в теплообменном модуле 15 при взаимодействии с холодным / холодными потоком / потоками продукта и/или с холодными потоками хладагента.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа согласно изобретению также предусматривается встраивание первого и/или 20 второго конденсатора в состав теплообменного модуля или его исполнение
отдельно от данного модуля. Кроме того, первый и/или второй рибойлер также может быть встроен в теплообменный модуль или выполнен отдельно от него.
В соответствии со следующим предпочтительным вариантом осуществления 25 способа согласно изобретению предусматривается частичный нагрев головного продукта из первой колонны в теплообменном модуле при взаимодействии с охлаждаемым исходным газом (исходным потоком) и/или охлаждаемыми потоками хладагента, его сжатие и по крайней мере частичный возврат в трубопровод или газопровод, из которого исходный поток был ранее взят для 30 установки подготовки природного газа в месте отбора (которое в частности находится выше по потоку от указанного места охлаждения или частичной конденсации исходного потока).
В качестве альтернативы или в дополнение к указанному варианту часть головного продукта (или весь головной продукт) из первой колонны после установления концентрации инертных газов (например, N2, Аг) на уровне менее 1 % - 2 % по объему может быть сжижена, преобразована в сжиженный 5 природный газ (LNG) и помещена на хранение.
В соответствии с наиболее предпочтительным вариантом осуществления способа согласно изобретению предусмотрено, что по крайней мере часть головного продукта с высоким содержанием метана из первой колонны станет
10 частью первого и/или второго потока хладагента, и, следовательно, будет подаваться в соответствующий холодильный контур. Подобный частичный поток головного продукта первой колонны (возвратный газ) может, к примеру, через клапан подаваться в замкнутый циркуляционный контур хладагента. В соответствии со следующим вариантом осуществления способа согласно
15 изобретению по крайней мере часть нагретого головного продукта
метаноотгонной колонны ("деметанизатора") становится составной частью первого и/или второго потока хладагента, если это позволяет содержание С02 в головном продукте метаноотгонной колонны.
20 В указанном циркуляционном контуре хладагента предпочтительно
осуществляется сжатие потока хладагента (например, одно-, двух- или многоступенчатое предварительное сжатие потока хладагента, за которым следует дальнейшее сжатие, например, при помощи бустера) и охлаждение примерно до температуры окружающего воздуха посредством водяного или
25 воздушного охлаждения. Затем поток хладагента предпочтительно
направляется в теплообменный модуль, в котором он охлаждается. После этого поток хладагента предпочтительно делится на первый и второй частичный поток хладагента, причем первый частичный поток хладагента предпочтительно подается в детандер, где он расширяется, производя работу
30 (данную работу можно использовать для приведения в действие указанного бустера), а второй частичный поток хладагента предпочтительно подвергается переохлаждению в теплообменном модуле, после чего он снова делится на первый и второй поток хладагента. Каждый из двух потоков хладагента предпочтительно расширяется, причем первый из указанных потоков
хладагента подается в первый конденсатор, а второй из данных потоков хладагента поступает во второй конденсатор, где они по крайней мере частично конденсируют откачанную из верхней части или верха первой или второй колонны газообразную фазу. После этого оба потока хладагента, которые при 5 этом по крайней мере частично испарились, а также расширенный первый частичный поток хладагента (поток на выходе из детандера) предпочтительно объединяются и смешиваются друг с другом. Полученный таким образом снова объединенный поток хладагента предпочтительно пропускается через теплообменный модуль и затем снова поступает для описанного ранее сжатия 10 (см. выше), за счет чего получается замкнутый холодильный контур.
Кроме того, существует возможность насыщения циркуляционного контура хладагента закачанным извне азотом N2, чтобы усилить эффект Джоуля-Томсона в холодильном контуре при расширении или детандировании.
Кроме того, в зависимости от состава исходного потока возможно проведение предварительной подготовки исходного газа или потока, чтобы в частности удалить СОг и Н20 и возможные другие вымораживаемые компоненты, которые могут негативно повлиять на последующий процесс низкотемпературного
20 разделения (см. также ниже). В данном случае указанная предварительная подготовка предпочтительно проводится после описанного отбора исходного газа из подведенного газопровода/трубопровода, а также выше по потоку от места охлаждения и возможной частичной конденсации. Если исходным потоком является насыщенная этаном жидкость, по-прежнему содержащая
25 СО2, который был бы выморожен при последующем низкотемпературном разделении, концентрация данного СО2 в этиленовой установке или в предварительно включенном устройстве для удаления СОг доводится до значений, позволяющих достоверно исключить возможность вымораживания (предпочтительно < прибл. 100 миллионных долей объема).
Кроме того, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа согласно изобретению предусматриваются расширение нижнего продукта первой колонны после откачки из первой колонны до давления от 1 бар до 30 бар и его последующая подача во вторую колонну.
Образующийся во второй колонне нижний продукт (не содержащий метан или с малым содержанием метана) представляет собой практически свободный от метана (т.е. содержание метана предпочтительно составляет менее 10 5 миллионных долей объема), насыщенный этаном (т.е. содержание этана предпочтительно выше 50 % по объему) продукт и после возможного повышения давления может быть направлен для последующего применения, например, в качестве сырья в этиленовой установке.
10 Альтернативный вариант предусматривает переработку жидкого нижнего
продукта в одном или нескольких дополнительных технологических модулях в соответствующие спецификации жидкие продукты (например, этан, сжиженный нефтяной газ, газолин).
15 Наконец, (сверхчистый) содержащий Хе головной продукт второй колонны в
соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа согласно изобретению после нагрева при взаимодействии с охлаждаемым исходным газом (исходным потоком) и/или охлаждаемым потоком хладагента или охлаждаемыми потоками хладагента в теплообменном модуле может быть
20 сжат предпочтительно до 50 бар - 200 бар и наполнен в баллоны.
В принципе для способа согласно изобретению или в соответствующей технологической установке можно использовать теплообменный модуль, выполненный в виде одиночного теплообменника (например, пластинчатый 25 теплообменник), в котором все технологические потоки обмениваются теплом, или включающий несколько отдельных теплообменников, соединенных друг с другом трубопроводами. В случае использования отдельных теплообменников потоки хладагента проходят предпочтительно изолировано от исходных потоков.
Кроме того, рассмотренная в изобретении проблема решается при помощи установки, имеющей признаки согласно пункту 16. Предпочтительные варианты реализации установки согласно изобретению изложены в соответствующих дополнительных пунктах или пояснены далее.
Согласно пункту 16 установка для получения ксенонсодержащего потока продукта, в частности сверхчистого ксенонсодержащего потока продукта из жидкого или газообразного, насыщенного этаном исходного потока имеет 5 следующие признаки:
- первая колонна для разделения исходного потока на головной продукт в виде газообразной фазы с высоким содержанием метана и нижний продукт в виде ксенонсодержащей жидкой фазы с малым содержанием метана,
- вторая колонна для разделения нижнего продукта первой колонны на 10 головной продукт в виде ксенонсодержащего потока продукта и нижний
продукт в виде насыщенной этаном жидкой фазы, причем первая колонна имеет поточное соединение со второй колонной, за счет чего нижний продукт из первой колонны может попасть во вторую колонну, и
- если насыщенный этаном исходный поток имеет газообразное состояние, 15 предпочтительно теплообменный модуль для охлаждения и возможной
частичной конденсации исходного потока, причем теплообменный модуль имеет поточное соединение с первой колонной, благодаря чему частично конденсированный исходный поток из теплообменного модуля может попасть в первую колонну.
В соответствии с предпочтительным вариантом исполнения установки согласно изобретению предусматривается возможность поточного соединения верхней части или верха первой колонны, в частности через теплообменный модуль, с холодильным контуром установки, чтобы головной продукт первой колонны в 25 виде потока хладагента можно было направить в холодильный контур и там использовать.
В соответствии со следующим вариантом исполнения установки согласно изобретению верхняя часть или верх метаноотгонной колонны ("деметанизатора") может иметь поточное соединение с холодильным контуром 30 установки, чтобы головной продукт метаноотгонной колонны в виде потока
хладагента можно было направить в холодильный контур и там использовать, если это позволяет содержание СОг в головном продукте метаноотгонной колонны.
Кроме того, в соответствии с предпочтительным вариантом исполнения установки согласно изобретению предусматривается поточное соединение верхней части или верха первой колонны с первым конденсатором, который в свою очередь имеет поточное соединение с холодильным контуром, чтобы 5 газообразную фазу с высоким содержанием метана, откачанную из верхней части или верха первой колонны, можно было по крайней мере частично конденсировать в первом конденсаторе при взаимодействии с первым потоком хладагента в холодильном контуре и затем вернуть в первую колонну, и/или поточное соединение верхней части или верха второй колонны со вторым 10 конденсатором, который имеет поточное соединение с холодильным контуром, чтобы ксенонсодержащую газообразную фазу, откачиваемую из верхней части или верха второй колонны, можно было по крайней мере частично конденсировать во втором конденсаторе при взаимодействии со вторым потоком хладагента в холодильном контуре и затем вернуть во вторую колонну.
Остальные признаки или предпочтительные варианты исполнения установки согласно изобретению также определяются признаками, описанными в связи с предложенным в изобретении способом, и всеми целесообразными комбинациями признаков предложенной в изобретении установки, описанных в 20 приведенном ниже описании рисунков.
Для низкотемпературного разделения исходного потока (наряду с холодильным контуром, а также с теплообменниками, компрессорами и детандером) в предложенном в изобретении способе или установке предпочтительно 25 используются только две колонны.
В целом изобретение позволяет получать сверхчистый ксенонсодержащий продукт с долей примесей в одноразрядном диапазоне ppmV (миллионных долей объема). Такая спецификация при этом достигается с применением 30 всего двух колонн (см. выше), без дополнительной тонкой очистки (процесс может протекать таким образом, что несмотря на высокую долю Кг в смеси Хе+Кг в исходном газе в ксенонсодержащем продукте будут содержаться всего несколько миллионных долей объема Кг). Кроме того, благодаря предложенному в изобретении способу становится возможным выход Хе на
уровне 90% - 95% без существенного увеличения энергопотребления; лишь при концентрации на выходе более 95 % наблюдается существенное возрастание энергопотребления.
5 Дополнительные преимущества и признаки изобретения более подробно
поясняются на рисунке в следующих описаниях рисунка примеров реализации изобретения. На рисунке показана:
фиг. 1 схема предложенного в изобретении способа или предложенной в
10 изобретении установки.
На фиг. 1 показан вариант осуществления способа согласно изобретению или вариант реализации предложенной в изобретении установки 1 для получения ксенона (Хе) из насыщенного этаном (а также содержащего Хе) исходного газа или исходного потока Е'.
При осуществлении способа в распоряжении имеется исходный поток Е, представляющий собой, к примеру, поток природного газа, проходящий, например, по газопроводу или трубопроводу L.
20 Данный газ разделяется в установке подготовки природного газа 2 на
насыщенную этаном жидкость 300 и насыщенный метаном остаточный газ 200.
В качестве исходного потока или исходного газа Е может, к примеру, использоваться природный газ, например, методом прямого отбора из 25 трубопровода. Подобный исходный газ предпочтительно содержит 0 % - 5 % по объему N2, 90 % - 98 % по объему СН4, 1 % - 5 % по объему С2Н6, 0 % - 3 % по объему Сз+ (Сз+ здесь обозначает углеводороды с 3 и более атомами углерода), а также объемную долю Хе и Кг, составляющую менее 0,1 % по объему.
30 Насыщенная этаном жидкость Е' или поток 300 на рис. 1 предпочтительно
содержит 0 % -10 % по объему СН4, 50 % - 99 % по объему С2Н6, 0 % - 30 % по объему Сз+ (Сз+ здесь обозначает углеводороды с 3 и более атомами углерода), а также объемную долю Хе и Кг, составляющую менее 0,5 % по объему.
Насыщенный метаном остаточный газ (поток 200 на рис. 1) предпочтительно содержит 1 % -10 % по объему N2 и 1 % - 5 % по объему С2, а также С02.
Опционально поступающий насыщенный этаном исходный поток Е', в частности 5 в зависимости от содержания С02, подвергается процессу удаления С02,
устройство для осуществления которого интегрировано в установку подготовки природного газа 2 или в этиленовую установку. Предварительно подготовленный таким образом исходный газ Е' затем подается в секцию низкотемпературного разделения согласно способу или варианту исполнения 10 установки 1 (см. рис. 1), в которой протекает процесс получения Хе из
исходного потока Е' (при необходимости предварительно подготовленного описанным выше способом).
Если содержание С02 в насыщенной этаном жидкости Е' является достаточно 15 низким, чтобы уверенно предотвратить возможность вымораживания С02 в
последующей секции низкотемпературного разделения, поток Е' в двухфазном виде может напрямую подаваться в частности через клапан 301 в первую колонну 31 (ректификационная колонна) (см. рис. 1).
20 Если исходный поток Е' имеет газообразное состояние, он через поточное
соединение (например, трубопровод) 300 поступает в теплообменный модуль 30, в котором исходный поток Е охлаждается примерно до -90°С и частично конденсируется. Полученный при этом исходный поток Е', который находится в виде двухфазной смеси (жидкая/газообразная), подается в частности через
25 клапан 301 в первую колонну 31 (ректификационная колонна), находящуюся под давлением прибл. 9 бар, при этом содержащая ксенон жидкая фаза с малым содержанием метана, скапливающаяся внизу, откачивается из нижней части колонны, по крайней мере частично испаряется в первом рибойлере и с температурой прибл. -10°С снова подается в первую колонну 31. Первый
30 рибойлер согласно рис. 1 может быть при этом интегрирован в теплообменный модуль 30, для чего первая колонна 31 через соответствующие поточные соединения 304 соединена с теплообменным модулем 30, что позволяет подавать содержащую ксенон жидкую фазу из первой колонны 31 в установленный там первый встроенный рибойлер, там ее частично испарять и
затем снова возвращать в виде двухфазного потока назад в первую колонну 31. В качестве альтернативы откачка ксенонсодержащей жидкой фазы также может осуществляться с самой нижней тарелки первой колонны 31, если за счет этого становится возможным более эффективное использование холода при 5 частичном испарении данного потока.
Альтернативной возможностью является использование отдельного теплообменника в качестве первого рибойлера. В обоих случаях указанная ксенонсодержащая жидкая фаза из низа первой колонны 31 нагревается или
10 частично испаряется при взаимодействии с исходным потоком Е' или потоком хладагента К' (см. ниже). Кроме того, со второй сверху тарелки первой колонны 31 откачивается газообразная фаза с высоким содержанием метана G', которая поступает в первый конденсатор 32 , там по крайней мере частично конденсируется при взаимодействии с потоком хладагента S (см. ниже) и
15 возвращается на самую верхнюю тарелку колонны 31 при температуре прибл. -130°С.
Кроме того, из верха первой колонны 31 в виде головного продукта откачивается насыщенная СНЦ газообразная фаза G, именуемая возвратным
20 газом G, и содержащая метан и инертные газы, такие как N2 и Аг, Кг. Данный головной продукт первой колонны 31 нагревается в теплообменном модуле 30 при взаимодействии с охлаждаемым исходным потоком и/или охлаждаемым потоком хладагента прибл. до 20°С, через поточное соединение 307 подается в компрессор 35, там сжимается и возвращается в исходный поток Е или в
25 газопровод/трубопровод L, в частности ниже по потоку от ответвления/места отбора для установки подготовки природного газа 2. В качестве альтернативы существует возможность сжижения указанного головного продукта после частичного удаления инертных газов и дальнейшего его использования в виде сжиженного природного газа (LNG).
Кроме того, для получения Хе происходит расширение содержащей ксенон и имеющей низкое содержание метана жидкой фазы F, откачанной в виде нижнего продукта из нижней части первой колонны 31 (например, через клапан 302), в частности предпочтительно до давления от 1 до 20 бар, с ее
последующей перекачкой через поточное соединение 303 (например, трубопровод) во вторую колонну 33 (так называемую колонну повышения концентрации ксенона), в которой происходит увеличение концентрации Хе в головном продукте. В жидкой фазе F метан практически отсутствует ( < 1 5 миллионной доли объема), однако в ней продолжают оставаться этан и более тяжелые углеводороды (Сз+) из исходного потока Е'.
Из низа второй колонны 33, которая в нашем примере работает при давлении прибл. 3 бар, прибл. при -45°С в качестве нижнего продукта в виде жидкой
10 фазы F' получают продукт установки Сг+, который при необходимости
посредством насоса доводится до более высокого давления, пропускается через поточное соединение 308 (например, трубопровод), нагревается в теплообменном модуле 30 и отправляется для последующего применения. Данный нижний продукт F', например, после нагрева/испарения при
15 взаимодействии с охлаждаемым исходным потоком и/или охлаждаемым
потоком хладагента может быть закачан в трубопровод или напрямую, т.е. без нагрева, подан в качестве исходной жидкости в этиленовую установку. Альтернативный вариант предусматривает переработку жидкого нижнего продукта в одном или нескольких дополнительных технологических модулях в
20 соответствующие спецификации жидкие продукты (например, этан, сжиженный нефтяной газ, газолин).
Кроме того, скапливающаяся в нижней части второй колонны 33 и содержащая углеводороды жидкая фаза из нижней части второй колонны 33 откачивается,
25 частично испаряется во втором рибойлере и прибл. при -45°С снова возвращается во вторую колонну 33. В качестве альтернативы откачка содержащей углеводороды жидкой фазы также может осуществляться с самой нижней тарелки колонны, если за счет этого становится возможным более эффективное использование холода при частичном испарении данного потока.
30 Второй рибойлер согласно рис. 1 опять-таки может быть при этом интегрирован в теплообменный модуль 30, для чего вторая колонна 33 через соответствующие поточные соединения 305 соединена с теплообменным модулем 30, что позволяет подавать упомянутую содержащую углеводороды жидкую фазу из первой колонны 33 в установленный там второй встроенный
рибойлер, там ее частично испарять и затем снова возвращать в виде двухфазного потока назад во вторую колонну 33. Альтернативной возможностью является использование отдельного теплообменника в качестве второго рибойлера. В обоих случаях указанная содержащая углеводороды 5 жидкая фаза из низа второй колонны 33 нагревается или частично испаряется при взаимодействии с исходным потоком Е' или потоком хладагента К' (см. ниже). Кроме того, со второй сверху тарелки второй колонны 33 откачивается содержащая Хе газообразная фаза G", которая поступает во второй конденсатор 34, там по крайней мере частично конденсируется при 10 взаимодействии с потоком хладагента S' (см. ниже) и возвращается на самую верхнюю тарелку второй колонны 33.
В виде головного продукта или потока продукта Р из второй колонны 33 при температуре прибл. -90°С, наконец, откачивают сверхчистый Хе или
15 сверхчистую смесь Хе-Кг (в зависимости от состава исходного газа Е) с
содержанием примесей метана и этана менее 10 ppmV (миллионных долей объема). Данный поток продукта Р затем предпочтительно через поточное соединение 306 подается в теплообменный модуль 30, там нагревается прибл. до 20°С и после сжатия 37 и последующего охлаждения 36 при давлении,
20 например, от 50 бар до 200 бар может наполняться в баллоны.
Для обеспечения необходимой в секции разделения Z холодо-производительности предусмотрен замкнутый холодильный контур К, причем в качестве хладагента или потока хладагента К', К", К'", S, S' предпочтительно
25 используется по крайней мере часть потока упомянутого возвратного газа G. Для этого ниже по потоку от компрессора 35 можно предусмотреть поточное соединение (например, трубопровод) 400 с холодильным контуром К, с помощью которого возвратный газ G через трубопровод 400, например, посредством клапана 401 может быть закачан в холодильный контур К. В
30 качестве альтернативы головной продукт метаноотгонной колонны в виде потока хладагента может быть закачан в холодильный контур и там использоваться, если это позволяет содержание СОг в головном продукте метаноотгонной колонны.
В холодильном контуре К происходит одно- или многоступенчатое предварительное сжатие в первом циркуляционном компрессоре 40, 41 прибл. до 35 бар с последующим охлаждением (например, при помощи теплообменника 42 или 43) прибл. до 40°С. После этого поток хладагента К' при 5 помощи второго циркуляционного компрессора 44 (бустера) подвергается последующему сжатию прибл. до 50 бар и охлаждению прибл. до 40°С (например, при помощи теплообменника 45). Затем поток хладагента К' через поточное соединение 402 подается в теплообменный модуль 30, в котором поток хладагента К' охлаждается при взаимодействии с охлаждаемым 10 исходным потоком и/или охлаждаемым потоком хладагента прибл. до -50°С.
После выхода из теплообменного модуля 30 поток хладагента К' впоследствии делится на первый и второй частичный поток хладагента К", К'", причем первая часть потока хладагента К", предпочтительно содержащая от 25% до 99%
15 объемного потока хладагента К', поступает в детандер 46, где она расширяется прибл. до 9 бар с производством работы, данная работа при этом может использоваться для приведения в действие бустера 44. Второй частичный поток хладагента К'" подается в теплообменный модуль 30 через отходящее от поточного соединения 402 поточное соединение (например, трубопровод) 403 и
20 там конденсируется при взаимодействии с нагреваемыми потоками продукта и/или нагреваемыми потоками хладагента и переохлаждается прибл. до -130°С. После этого второй частичный поток хладагента К'" снова делится на первый и второй поток хладагента S, S', причем оба данных потока хладагента S, S' через поточное соединение 404, 405 поступают на соответствующее сужающее
25 устройство 410 или 411, там расширяются прибл. до 9 бар и направляются в первый или второй конденсатор 32, 34, чтобы там по крайней мере частично конденсировать газообразную фазу G', G", откачанную из верхней части первой или второй колонны 31, 32. Оба частичных потока хладагента S, S' при этом по крайней мере частично испаряются в соответствующем конденсаторе 32, 34.
30 После этого оба потока хладагента S, S', а также расширенный первый частичный поток хладагента К" (поток на выходе из детандера 46) объединяются через поточное соединение 406, 407, 408 и смешиваются друг с другом. Полученный таким образом объединенный поток хладагента нагревается в теплообменном модуле 30 при взаимодействии с охлаждаемым
исходным потоком и/или охлаждаемым потоком хладагента до температуры прибл. 20°С и через поточное соединение 409 (например, трубопровод) подается в первый циркуляционный компрессор 40, 41, за счет чего получается замкнутый холодильный контур К.
В зависимости от состава исходной среды также можно отказаться от использования детандера (46) и связанного с ним бустера (45). В принципе применительно ко всем вариантам изобретения существует возможность исполнения теплообменного модуля 30 в виде одиночного 10 теплообменника (например, пластинчатого теплообменника) или объединения нескольких отдельных теплообменников (например, пластинчатых теплообменников). Если используются отдельные теплообменники, потоки хладагента могут подаваться отдельно от исходных потоков (потоков исходного газа).
Кроме того, разумеется, также существует возможность встраивания обоих конденсаторов 32, 34 в теплообменный модуль 30. Можно также отказаться от использования первого конденсатора 32. В целях обеспечения эффективной ректификации в этом случае двухфазный исходный поток Е' (для жидкого 20 насыщенного этаном исходного потока напрямую или для газообразного
исходного потока из теплообменного модуля 30) предпочтительно поступает в верхнюю часть первой колонны, в частности на самую верхнюю тарелку первой колонны.
25 Кроме того, существует возможность добавления азота в поток хладагента, практически полностью состоящего из метана (возвратный газ G), что обеспечит более высокое содержание N2 в потоке хладагента. Преимущество заключается в улучшенном эффекте Джоуля-Томсона при расширении в детандере 46, а также при расширении через сужающие устройства 410 и 411.
Если получение Хе осуществляется в этиленовой установке, в качестве альтернативы также можно использовать холодильные контуры этиленовой установки (предпочтительно циркуляционный контур этилена) для обеспечения холодом установки для получения Хе.
Если требуется сжижение возвратного газа G с высоким содержанием метана, чтобы получить сжиженный природный газ (LNG), циркулирующий газ (поток хладагента) К' также можно заменить смесевым контуром (детандер 46 5 исключается), если это более целесообразно с точки зрения
энергопотребления по сравнению с циркуляционным контуром с детандером.
201-203, 205, 206, 230-232
Клапан
204, 207 - 209
Поточное соединение (например, трубопровод)
300, 303-308
Поточное соединение (например, трубопровод)
301, 302
Клапан
400, 402 - 409
Поточное соединение (например, трубопровод)
401,
Клапан
410, 411
Сужающее устройство
Газообразная фаза с высоким содержанием метана (возвратный газ)
Газообразная фаза с высоким содержанием метана
Ксенонсодержащая газообразная фаза
Ксенонсодержащая жидкая фаза
Жидкая фаза
Холодильный контур
Поток хладагента
Первый частичный поток хладагента
К'"
Второй частичный поток хладагента
Е, Е'
Исходный газ или исходный поток
Продукт или поток продукта
первый поток хладагента
второй поток хладагента
Секция разделения
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения ксенонсодержащего потока продукта (Р), в частности сверхчистого ксенонсодержащего потока продукта (Р), из газообразного или жидкого, насыщенного этаном исходного потока (Е), включающий:
- в частности для газообразных исходных потоков охлаждение и частичную конденсацию исходного потока (Е'),
- подачу исходного потока (Е') в первую колонну (31),
- откачку головного продукта в виде газообразной фазы с высоким содержанием метана (G) из верха первой колонны,
- откачку нижнего продукта в виде ксенонсодержащей жидкой фазы с малым содержанием метана (F) из низа первой колонны (31),
- подачу нижнего продукта во вторую колонну (33), и
- откачку ксенонсодержащего потока продукта (Р) из верха второй колонны (33).
Способ по пункту 1, отличающийся тем, что из верхней части первой колонны (31) откачивают газообразную фазу с высоким содержанием метана (С), которую по крайней мере частично конденсируют в первом конденсаторе (32) при взаимодействии с первым потоком хладагента (S) и возвращают в первую колонну (31), или тем, что частично конденсированный исходный поток (Е') подают на самую верхнюю тарелку первой колонны (31); а также тем, что из нижней части первой колонны (31) откачивают содержащую ксенон жидкую фазу (F), которую частично испаряют в первом рибойлере при взаимодействии с охлаждаемым исходным потоком и/или охлаждаемым потоком хладагента и возвращают в первую колонну (31).
Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что из верхней части второй колонны (33) откачивают ксенонсодержащую газообразную фазу (G"), которую по крайней мере частично конденсируют во втором конденсаторе (34) при взаимодействии со вторым потоком хладагента (S') и возвращают во вторую колонну (33), а также тем, что из нижней части второй колонны (33) откачивают содержащую углеводороды
жидкую фазу, которую частично испаряют во втором рибойлере при взаимодействии с охлаждаемым исходным потоком и/или охлаждаемым потоком хладагента и возвращают во вторую колонну (33).
5 4. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
охлаждение и в частности частичная конденсация исходного потока (Е') протекает в теплообменном модуле (30).
Способ по пункту 4, а также по пункту 2 или 3, отличающийся тем, что первый и/или второй конденсатор (32, 34) встроены в теплообменный модуль (30) или выполнены отдельно от него, и/или тем, что первый и/или второй рибойлер встроены в теплообменный модуль (30) или выполнены отдельно от него.
Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что головной продукт (G) из первой колонны (31) нагревают в теплообменном модуле (30) при взаимодействии с охлаждаемым исходным потоком (Е') и/или охлаждаемым потоком хладагента, сжимают (35) и по крайней мере частично возвращают в трубопровод (L), из которого был взят исходный поток (Е) в месте отбора, и в частности подают в установку подготовки природного газа (2), прежде чем он будет подвергнут упомянутой частичной конденсации, причем головной продукт (G) предпочтительно возвращают в трубопровод (L) ниже по потоку от места отбора.
25 7. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что по крайней мере часть головного продукта (G) из первой колонны (31), в частности после установления содержания инертных газов, сжижают и в виде сжиженного природного газа передают для его дальнейшего использования.
8. Способ по одному из предыдущих пунктов, если имеется ссылка на пункт 2 или 3, отличающийся тем, что по крайней мере часть головного продукта с высоким содержанием метана (G) из первой колонны (31) используют как часть хладагента (К', К", К'", S, S').
Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что хладагент содержит N2 в качестве дополнительного компонента.
0. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что нагретый в теплообменном модуле (30), в частности имеющий пониженное давление поток хладагента (409), подвергают одно- или многоступенчатому сжатию и обратному охлаждению (40, 42, 41, 43, 44, 45), охлаждают в теплообменном модуле (30) до промежуточной температуры, делят по крайней мере на первый и второй частичный поток хладагента (К", К'"), причем первый частичный поток хладагента (К") подают в соединенный с компрессором (44) турбодетандер (46), там расширяют с производством холода и работы, а второй частичный поток хладагента (К'") проходит до конца холодной секции теплообменного модуля (30) и при этом переохлаждют, делят на первый и второй поток хладагента (S, S'), причем первый поток хладагента (S) после дросселирования доступен в качестве холода для первого конденсатора (32), а второй поток хладагента (S') после дросселирования доступен в качестве холода для второго конденсатора (34), при этом первый и второй потоки хладагента (S, S') впоследствии объединяют с расширенным первым частичным потоком хладагента (К") в один поток хладагента, который снова нагревают (409) в теплообменном модуле (30).
1. Способ по одному из предыдущих пунктов 1 - 9, отличающийся тем, что нагретый в теплообменном модуле (30), в частности имеющий пониженное давление поток хладагента (409), подвергают одно- или многоступенчатому сжатию и обратному охлаждению (40, 42, 41, 43), в теплообменном модуле (30) проходит до конца холодной секции теплообменного модуля (30) и при этом переохлаждают, делят на первый и второй поток хладагента (S, S'), причем первый поток хладагента (S) после дросселирования доступен в качестве холода для первого конденсатора (32), а второй поток хладагента (S') после дросселирования доступен в качестве холода для второго конденсатора (34), при этом первый и второй потоки хладагента (S, S')
впоследствии объединяют и снова нагревают (409) в теплообменном модуле (30).
12. Способ по одному из пунктов 1-11, отличающийся тем, что в качестве
5 хладагента используется этилен.
13. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что откачка жидкой фазы для рибойлера первой и/или второй колонны (31, 33) происходит с самой нижней тарелки первой и/или второй колонны (31, 33).
14. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что нижний продукт (F) из первой колонны (31) расширяют до давления от 1 бар до 30 бар и затем подают во вторую колонну (33).
13.
15 15. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
жидкий нижний продукт (F') второй колонны (33) в одном или нескольких технологических модулях перерабатывают в соответствующие спецификации жидкие продукты, в частности этан, сжиженный нефтяной газ, и/или газолин.
16. Установка для получения ксенонсодержащего потока продукта (Р), в частности сверхчистого ксенонсодержащего потока продукта (Р), из газообразного или жидкого, насыщенного этаном исходного потока (Е), состоящая из:
25 - первой колонны (31) для разделения исходного потока (Е') на головной
продукт (G) в виде газообразной фазы с высоким содержанием метана и нижний продукт в виде ксенонсодержащей жидкой фазы с малым содержанием метана - второй колонны (33) для разделения нижнего продукта первой колонны
30 на головной продукт в виде ксенонсодержащего потока продукта (Р) и
нижний продукт в виде содержащей углеводороды жидкой фазы, причем первая колонна (31) имеет поточное соединение (303) со второй колонной (33), за счет чего нижний продукт из первой колонны (31) может попасть во вторую колонну (33),
- теплообменного модуля (30) для охлаждения и в частности частичной конденсации исходного потока (Е), причем теплообменный модуль (30) имеет поточное соединение (300) с первой колонной (31), благодаря чему охлажденный и в частности частично конденсированный исходный поток (Е') из теплообменного модуля (30) может попасть в первую колонну (31).
17. Установка по пункту 16, отличающаяся тем, что верхняя часть, в частности верх первой колонны (31), в частности через теплообменный модуль (30), может иметь поточное соединение (400, 401) с холодильным контуром (К) установки (1), благодаря чему головной продукт (G) первой колонны в виде потока хладагента (К, К', К", К'", S, S') может поступать в холодильный контур (К).
18. Установка по пункту 16 или 17, отличающаяся тем, что верхняя часть первой колонны (31) имеет поточное соединение с первым конденсатором (32), который в свою очередь имеет поточное соединение (404, 406) с холодильным контуром (К), чтобы газообразную фазу с высоким содержанием метана (G'), откачанную из верхней части первой колонны (31), можно было по крайней мере частично конденсировать в первом конденсаторе (32) при взаимодействии с первым потоком хладагента (S) в холодильном контуре (К) и затем вернуть в первую колонну (31), и/или тем, что верхняя часть второй колонны (33) имеет поточное соединение со вторым конденсатором (34), который имеет поточное соединение (405, 407) с холодильным контуром (К), чтобы ксенонсодержащую газообразную фазу (G"), откачиваемую из верхней части второй колонны (33), можно было по крайней мере частично конденсировать во втором конденсаторе (34) при взаимодействии со вторым потоком хладагента (S') в холодильном контуре (К) и затем вернуть во вторую колонну (33).
17.
(19)
(19)
(19)