книги / Переработка нефтяных и природных газов

этого абсорбента на схеме не показана). В нижнюю часть абсор­ бера 7 подводят тепло за счет циркуляции насыщенного абсор­ бента через теплообменник 8, где в качестве теплоносителя исполь­ зуют горячий регенерированный абсорбент. В результате этого уменьшается содержание легких (балластных) углеводородов

всырьевом потоке абсорбционно-отпарной колонны 12.

Сверха абсорбера 7 выходит сухой газ. Его смешивают с газом, полученным в сепараторе 6, и вместе с легким регенерированным абсорбентом подают в пропановый испаритель 4, где в результате взаимодействия и охлаждения потоков абсорбент предварительно насыщается легкими углеводородами. Из испарителя 4 смесь су­ хого газа и абсорбента поступает для разделения в сепаратор 5. Сухой газ из сепаратора направляют потребителям после реку­ перации холода в теплообменниках 1 и 2, а регенерированный насыщенный легкими углеводородами абсорбент подают на верх­ нюю тарелку секции А абсорбера 7.

Сниза абсорбера получают насыщенный легкий абсорбент. Этот поток смешивают с конденсатом, полученным в сепараторе 6, и направляют в питательную секцию абсорбционно-отпарной ко­ лонны 12 (давление в аппарате 3 МПа). Для обеспечения необхо­ димого режима работы АОК на верхнюю тарелку колонны подают легкий регенерированный абсорбент с температурой —37 °С (по­ ступает в АОК после узла предварительного насыщения), а в ниж­

нюю часть абсорбционно-отпарной колонны 12 подводят тепло на разных температурных уровнях с помощью трех циркуля­ ционных орошений. С этой целью циркуляционные потоки на­ гревают в рекуперативных теплообменниках 13, 14 и 15.

С верха АОК отводят сухой газ, с низа — деэтанизированный насыщенный абсорбент. Сухой газ после узла предварительного насыщения регенерированного абсорбента (пропанового испа­ рителя 10 и сепаратора 11) и рекуперации холода направляют потребителям, а деэтанизированный абсорбент подают в пита­ тельную секцию десорбера 18 (давление в аппарате 2 МПа). С верха десорбера получают широкую фракцию углеводородов (ШФУ) Сз+выошпо. которая после конденсации и охлаждения в воздуш­ ном холодильнике 16 поступает в рефлюксную емкость 17. Часть ШФУ используют для орошения десорбера, а избыток откачивают в товарный парк.

Регенерированный легкий абсорбент выводят с низа десорбера 18, часть этого абсорбента нагревают в печи 19 и возвращают в низ десорбера, а соответствующее балансовое количество напра­ вляют после рекуперативных теплообменников 15, 14, 13, 2 и 8 в узел предварительного насыщения абсорбента легкими угле­ водородами. При этом для АОК абсорбент насыщают в одну сте­ пень в результате контакта с сухим газом абсорбционно-отпарной колонны, а для абсорбера з две ступени — в первой за счет кон­ такта регенерированного абсорбента с сухим газом АОК (при да­ влении 3 МПа) и во второй ступени за счет контакта абсорбента

241

VIII w

г

ь

т

ш

Рис. I I I .79,

Технологическая схема установки НТА газоперерабатывающего завода, предназначен­

первой ступени с сухим газом абсорбера (при давлении 5,9 МПа). Такая схема позволяет обеспечить оптимальные условия для про­ ведения процессов, протекающих в абсорбере и абсорбционноотпарной колонне.

На рис. III.79 приведена технологическая схема установки НТА газоперерабатывающего завода, предназначенного для из­ влечения этана и более тяжелых углеводородов из природного газа (г. Эльвин, США) [83]. В качестве абсорбента используется бен­ зиновая фракция с молекулярной массой 100.

Природный газ (давление 3,2 МПа) охлаждают в рекуператив­ ном теплообменнике 1 и пропановых испарителях 2 и 4 до —37 °С. Для предотвращения гидратообразования при охлаждении газа

всырьевой поток перед пропановым испарителем 2 вводят раствор этиленгликоля, который после насыщения влагой отделяют от газа

всепараторе 3 и направляют на регенерацию (на схеме не пока­ зана система регенерации этиленгликоля). В поток сырого газа перед пропановым испарителем 4 подают часть насыщенного аб­ сорбента для предварительного извлечения из газа тяжелых

углеводородов (С4+|!Ь|СШПС.).

После пропанового испарителя 4 смесь газа и насыщенного абсорбента направляют под нижнюю тарелку абсорбера 5. На верх-

242

шою тарелку этого аппарата подают предварительно насыщенный легкими углеводородами и охлажденный в пропановом испарителе 6 регенерированный абсорбент с температурой —37 °С. С верха абсорбера 5 выходит сухой газ, который после узла предвари­ тельного насыщения (пропанового испарителя 6 и сепаратора 7) и рекуперации холода в теплообменнике 1 направляют потреби­ телям.

С низа абсорбера 5 отводят насыщенный абсорбент: один поток смешивают перед пропановым испарителем 4 с сырым газом (с целью предварительного отбензинивания газа), другой — после рекуперации холода в теплообменнике 8 поступает в испаритель-

и насыщенный абсорбент направляют в абсорбционно-отпарную колонну 11. Все другие элементы рассматриваемой схемы не от­ личаются от элементов предыдущего газоперерабатывающего за­ вода.

На рис. III.80 представлена схема установки НТА газопере­ рабатывающего завода, предназначенного для извлечения пропана и более тяжелых углеводородов из нефтяного газа (г. Нижне-

Рис. 111.80.

Технологическая схема установки НТА газоперерабатывающего завода» предназначен­ ного для извлечения из нефтяного газа углеводородов Сд+пысШ|1е (г. Нижневартовск, СССР):

печь.

/ — сырой газ; I I — сухой газ абсорбера и АОК после узлов предварительного насы­ щения регенерированного абсорбента легкими углеводородами; 7/7 — раствор этилен­

243

вартовск, СССР). Мощность установки по газу 1 млрд. м3/год. Извлечение углеводородов С3+Пысшпе составляет 90% от потен­ циального содержания в исходном сырье. В качестве абсорбента используют фракцию 105—205 °С с молекулярной массой 140. Абсорбцию осуществляют при давлении 4 МПа и температуре исходных потоков —23 °С.

Нефтяной газ компримируют на ГПЗ от 0,1 до 4 МПа, охла­ ждают на установке НТА в рекуперативных теплообменниках /, 2, 3 и пропановом испарителе 4 от 37 до —23 °С, в результате этого часть газа конденсируется. Для предотвращения гидратообразования при охлаждении газа в сырьевой поток перед тепло­ обменниками 2 и 3 и пропановым испарителем 4 вводят раствор этиленгликоля. Из испарителя 4 смесь газа, обводненного этилен­ гликоля и сконденсировавшихся углеводородов (конденсата) по­ ступает для разделения в сепаратор 5. После сепаратора обвод­ ненный этиленгликоль направляют на блок регенерации (на схеме не показан), конденсат — в абсорбционно-отпарную колонну 12 (после рекуперации холода в теплообменниках 3 и 16), а газ — в нижнюю часть абсорбера 8. На верхнюю тарелку абсорбера по­ ступает регенерированный, предварительно насыщенный легкими углеводородами абсорбент, охлажденный до —23 °С. С верха абсорбера 8 получают сухой газ, который после узла предвари­ тельного насыщения (пропанового испарителя 7 и сепаратора 6) и рекуперации холода в теплообменнике 2 используют в качестве топлива.

Сниза абсорбера 8 отводят насыщенный абсорбент. Этот поток дросселируют (снижают давление с 4 до 3,5 МПа) и после реку­ перации холода в теплообменнике 9 направляют в питательную секцию абсорбционно-отпарной колонны 12 (давление в колонне 3,4 МПа). Для обеспечения необходимого режима работы АОК на верхнюю тарелку колонны подают насыщенный легкими угле­ водородами и охлажденный до —23 °С регенерированный абсор­ бент, а в нижнюю часть АОК подводят тепло на различных тем­ пературных уровнях с помощью двух циркуляционных орошений.

Сэтой целью циркуляционные потоки нагревают в рекуператив­ ных теплообменниках 13 и 14.

Сверха АОК получают сухой газ, который после узла предва­ рительного насыщения (пропанового испарителя 10 и сепаратора

11)и рекуперации холода в теплообменнике 1 направляют потре­ бителям. С низа абсорбционно-отпарной колонны 12 отводят деэтанизированный насыщенный абсорбент. Этот поток нагревают в рекуперативном теплообменнике 15 и подают в питательную

секцию десорбера 21 (рабочее давление в аппарате 1,4 МПа). С верха десорбера выходит деэтанизированная широкая фракция углеводородов Сз+иысшие» которая после конденсации и охла­ ждения в воздушном холодильнике 18 поступает в рефлюксную емкость 19. Часть ШФУ используют для орошения десорбера, а избыток охлаждают в воздушном холодильнике 20 и откачивают

244

Рис. I I I . 81.

Поточная балансовая схема установки НТА Нижневартовского газоперерабатывающего завода:

в товарный парк. Для обеспечения необходимого температурного режима работы десорбера 21 абсорбент, стекающий с нижней тарелки этого аппарата, нагревают в печи 22 и возвращают в десорбер.

С низа десорбера 21 получают регенерированный абсорбент. После охлаждения абсорбента в рекуперативных теплообменниках 15, 14, 13 и 16, в воздушном холодильнике 17 и в рекуперативном теплообменнике 9 один поток абсорбента смешивают с сухим газом абсорбера, охлаждают в пропановом испарителе 7 и после сепара­ тора 6 подают в абсорбер 8; другой поток смешивают с сухим

245

газом АОК, охлаждают в пропановом испарителе 10 и после се­ паратора 11 направляют в абсорбционно-отпарную колонну 12.

Ниже приводятся технологический режим и основные размеры абсорбционных и ректификационных колонн установки НТА (см. рис. II 1.80):

На рис. III.81 представлена поточная балансовая схема уста­ новки НТА Нижневартовского газоперерабатывающего завода.

246

Глава 5

ПЕРЕРАБОТКА ГАЗА МЕТОДОМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ

Процесс ректификации термодинамически более выгоден, чем процесс абсорбции [75]. Схема низкотемпературной ректификации (НТР) эффективнее схемы НТА и аппаратурное оформление проще. Принципиальное отличие схемы НТР от схемы НТК — сырье, поступающее на установку после охлаждения (всего или части сырьевого потока), без предварительной сепарации подается в ректификационную колонну, где происходит квалифицирован­ ное разделение сырого газа на сухой газ (уходит с верха колонны) и ШФУ (уходит с низа колонны).. Широкие исследования по про­ цессу низкотемпературной ректификации для переработки нефтяного газа проведены в Институте газа АН УССР.

В зависимости от принципиальной схемы процесса НТР основ­ ные аппараты — ректификационные колонны предлагается раз­ делить на ректификационно-отпарные и конденсационно-отпарные.

Ректификационно-отпарной колонной (рис. III.82) называется колонна, в среднюю часть которой подается предварительно охлажденный поток сырого газа. Практически она работает как полная ректификационная колонна. Энергетически схемы с рек- тификационно-отпарными колоннами целесообразнее схем НТК.

Конденсационно-отпарная колонна отличается от ректифика­ ционно-отпарной колонны тем, что разделяемая смесь подается в нее на верхнюю тарелку. Верхней укрепляющей частью в ней служит конденсатор-холодильник орошения внешнего холодиль­ ного цикла. На рис. 111.83 изображен наиболее распространен­ ный вариант конденсационно-отпарной колонны. В этой схеме дистиллят, выходящий из колонны, смешивается перед холодиль­ ником 1 с потоком сырого газа, идущего на разделение.

В Институте газа АН УССР была испытана опытная установка разделения тощего газа Долинского месторождения методом низкотемпературной ректификации. Схема установки оказалась вполне работоспособной и можно сделать следующие выводы.

1. С увеличением давления общий расход холода на разделение газа уменьшается незначительно. Однако при этом существенно снижаются энергетические затраты, так как процесс можно про­ водить в этих условиях при более высокой температуре.

2. Существует энерго-технологический оптимум степени предварительного охлаждения. Для исследованного газа он со­ ставлял около —20 °С при Р = 2,5—3,0 МПа. При этом извлека­ лось компонентов: Со — 50%, С3 — 92—93%; С4+иысшпе —

100%.

247

Рис. II 1.83.

подают в среднюю или верхнюю часть колонны. При наличии пропанового холодильного цикла и получении в качестве товар­ ного продукта пропана и более тяжелых углеводородов параметры процесса примерно следующие: температура верха колонны —23 ч- ч— 30 °С, давление в колонне 2,5—3,5 МПа. Возможен вариант схемы с двумя вводами сырья в колонну (рис. III.84). Термо­ динамически такая схема является более выгодной [112]. Ука­ занную схему используют на Белорусском ГПЗ. По расчетам схема с двумя вводами сырья в колонну позволяет сэкономить примерно 10% энергозатрат, а также применять в процессе более высокие температуры.

По схеме Белорусского ГПЗ сырой газ делится на два потока. Одна часть без охлаждения подается в среднюю часть колонны, а вторая после охлаждения — в верхнюю ее часть (в заводской схеме первый поток составляет 60, а второй 40% общего потока). Поток, подаваемый в верхнюю часть колонны, охлаждается вна­ чале в рекуперативном теплообменнике .1 потоком отбензиненного газа, выходящего с верха колонны 5, а затем после смешения с верхним продуктом, выходящим из колонны, в пропановом испа­ рителе 2 до —26 °С, и частично конденсируется. Двухфазный

248

поток из испарителя 2 подается в трехфазный сепаратор 3, где газ отделяется от конденсата.

Газ, отдав свой холод в теплообменнике /, уходит к потреби­ телю (если нужно, то он дожимается). Жидкая фаза насосом 4 подается в ректификационную колонну 5 в качестве орошения верха колонны. Температура в сепараторе 3 поддерживается на уровне —26 °С. Верхний продукт, выходящий из колонны 5, сме­ шивается с охлажденным потоком сырого газа после теплообмен­ ника 1. В низ колонны 5 подводится тепло через рибойлер 6. Температура низа колонны 5 поддерживается на уровне 100 °С.

Сниза колонны 5 уходит широкая фракция углеводородов.

Внастоящее время значительно изменились состав газа и про­ изводительность завода, несколько изменились параметры про­ цесса. Для повышения эффективности работы Белорусского ГПЗ была рассмотрена целесообразность подачи конденсата, выпада­ ющего после каждой ступени компримирования, в поток газа перед теплообменником /, а не в середину колонны, как это пока­ зано на рис. III.84.

При расчетных исследованиях использовали фактический со­ став газа и фактические параметры работы завода. Состав нефтя­ ного газа, поступающего на Белорусский ГПЗ, был следующим (в % масс.):

Фактические параметры работы завода: давление газа после компримирования 3,8 МПа; температура газа после воздушных

300 млн. м3 в год. Балансовая схема представлена на рис. III.85. Результаты расчетных исследований показали, что при подаче

Рис. I I I .84.

Схема НТР с двумя вводами:

1 — теплообменник; 2 — пропано­ вый испаритель; 3 — трехфазный сепаратор; 4 — насос; 5 — ректифи­

Рис. 111.85.

Поточная балансовая схема установки НТР с двумя вводами сырья в колонну:

Дополнительный выход ШФУ можно объяснить двумя факто­ рами: с одной стороны компрессат, смешиваясь с газом, играет роль абсорбента; с другой — при подаче компрессата на верх колонны увеличивается ее орошение, что способствует улучшению гидродинамики колонны. Так, орошение, подаваемое в колонну 5 (см. рис. III.84), составляет 14,7 т/ч по проектной схеме при фактических параметрах работы завода и 22,9 т/ч по предлагаемой схеме.

Описана [113] схема НТР с турбодетандером (рис. II 1.86), предназначенным для извлечения пропана + высшие; для получе­ ния умеренно низкой температуры газа применяют пропановый холод, а для получения более низкой температуры — процесс детандирования газа. Особенность схемы — получение пропана для холодильного цикла из широкой фракции углеводородов путем ее дросселирования (см. рис. III.86).

Сырой газ, поступающий на установку, охлаждается обрат­ ными потоками сухого газа и пропаном в многоходовом тепло­ обменнике 4 и подается в низ рек­ тификационной колонны 6. Верх­ ний продукт из колонны 6 на­ правляется в детандер 5 и после

250