ИТС 30-2017 Переработка нефти

     2.16 Установки фракционирования газов

Разделение газов. Для разделения смесей газов на индивидуальные компоненты или пригодные для дальнейшей переработки технические фракции применяют следующие физические, сепарационные процессы: конденсацию, компрессию, адсорбцию, абсорбцию и ректификацию. На газофракционирующих установках (ГФУ) эти процессы комбинируют в различных сочетаниях.

Конденсация - первая стадия разделения газов, с помощью которой газ превращают в двухфазную систему жидкость-газ, а затем механически разделяют на газ и жидкость. В качестве хладагента при конденсации, прежде всего, используют воду или воздух (снижение температуры до 35-40°С), для создания более низких температур используют в качестве хладагентов испаряющийся аммиак, фреон, пропан и этан. Используя пропан и аммиак, можно снизить температуру конденсации до минус 40°С, а используя этан - до минус 80°С.

Компрессия - сжатие газа, при этом конденсируют наиболее тяжелые компоненты газа.

Абсорбция - обратимый (десорбция) процесс разделения углеводородных газов, основанный на избирательном поглощении отдельных компонентов (жирного газа) абсорбентом (бензиновая или керосиновая фракция).

Адсорбция мало распространена в процессах разделения газов. Она основана на способности некоторых твердых веществ с развитой поверхностью (активированного угля, силикагеля и др.) избирательно поглощать различные компоненты газа. Адсорбцию, как правило, применяют для извлечения компонентов из смесей, в которых содержание извлекаемых углеводородов не превышает 50 мг/м.

Ректификация является заключительным этапом разделения газовых смесей. Разделение смеси газов на компоненты проводят ректификацией сжиженных газов.

Ректификация газов по сравнению с ректификацией нефтяных фракций проходит при повышенном давлении. Сочетание и последовательность вышеуказанных методов фракционирования технологических углеводородных газов зависит от состава последних и от требуемого ассортимента продукции.

Газофракционирующие установки разделяются по типу сырья - на ГФУ предельных и ГФУ непредельных газов. Материальные балансы установок газофракционирования приведены в таблице 2.48. Надо отметить, что по количественному составу газовое сырье на установке ГФУ нестабильно, поэтому материальный баланс, представленный ниже, показан для конкретного состава сырья.

Таблица 2.48 - Материальный баланс установок газофракционирования при переработке предельных (I) и непредельных (II) газов, % мас.

_______________

* Под головкой стабилизации понимают смеси газов и газового бензина.

На рисунке 2.67 приведена технологическая схема ГФУ предельных газов, на которой применяют процессы конденсации, компрессии и ректификации. Сырьем служат газ с установок первичной перегонки, головки стабилизации с установок риформинга и гидропроцессов.

Газ с установок первичной переработки нефти через сепаратор 1 подают на сжатие компрессором 5. При сжатии газ нагревают до 120°С. Сжатый газ затем конденсируют в водяном конденсаторе-холодильнике 34 и в конденсаторе-холодильнике 35, охлаждаемом испаряющимся аммиаком. В аппарате 34 охлаждение и конденсация заканчиваются при 40°С, а в аппарате 35 - при 4°С. После каждой ступени конденсации газожидкостную смесь разделяют на газ и жидкость в сепараторах 2 и 3. Газовые конденсаты из сепараторов 2, 3 совместно с головками стабилизации установок первичной перегонки риформинга и гидропроцессов подают на блок ректификации (колонна 15).

     
Рисунок 2.67 - Технологическая схема ГФУ конденсационно-компрессорно-ректификационного типа

     
1, 2, 3 - сепараторы; 4, 22, 23, 24, 25, 26, 27 - емкости; 5 - компрессор; 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 19 - насосы; 15, 16, 17, 18, 20, 21 - колонны; 28, 34, 35 - холодильники;

I - Газ установок первичной переработки нефти; II - Головка стабилизации установок первичной переработки нефти и гидропроцессов; III - Головка стабилизации каталитического риформинга; IV - Пропановая фракция, V - Изобутановая фракция; VI - Бутановая фракция; VII - Изопентановая фракция; VIII - Пентановая фракция; IX - Газовый бензин; X - Сухой газ; XI - Аммиак

В блоке ректификации из углеводородного сырья сначала удаляют метан и этан. Удаление происходит в ректификационной колонне 15, которая называется деэтанизатором. Верхний продукт этой колонны - метан и этан, нижний - деэтанизированная фракция. Верхний продукт деэтанизатора охлаждают аммиаком. Деэтанизированная фракция из колонны 15 поступает в депропанизатор 16, верхним продуктом которого является пропановая фракция, а нижним - депропанизированная фракция. Верхний продукт после конденсации в воздушном конденсаторе-холодильнике 29 и охлаждения в концевом холодильнике выводят с установки, предварительно проведя его щелочную очистку. Нижний продукт из депропанизатора 16 подают в дебутанизатор 17. Ректификатом колонны 17 является смесь бутана и изобутана, а остатком - дебутанизированный легкий бензин. Ректификат конденсируют в конденсаторе-холодильнике 30, а затем подают на разделение в деизобутанизатор 18. Остаток из колонны 17 переходит в депентанизатор 20. Бутановая колонна служит для разделения смеси бутанов на нормальный бутан и изобутан, а колонна 20 (депентанизатор) - для отделения от газового бензина пентанов, которые подают на ректификацию в деизопентанизатор 21. Нижний продукт депентанизатора - газовый бензин (фракция и выше) выводят с установки.

Последующее использование компонентов газа требует достаточно четкого их разделения и высокого отбора от потенциала, поэтому колонны ГФУ содержат большое количество тарелок.

Газофракционирование непредельных газов. Необходимо отметить, что при разделении непредельных газов на ГФУ в сырье может содержаться большое количество сухого газа, который целесообразно отделить методом абсорбции с дальнейшим разделением остальной смеси ректификацией.

Применение одной только абсорбции для отделения сухого газа малоэффективно. Это связано с тем, что 100% выделение из технологических газов сухой части методом абсорбции приведет к уносу некоторого количества более тяжелых компонентов (). Достижение же 100% чистоты сухого газа (т.е. отсутствие фракции ) неизбежно приведет к его потере и попаданию во фракцию . Решить эту проблему позволяет использование фракционирующего абсорбера, сочетающего процессы абсорбции фракции и десорбции сухого газа (рисунок 2.68).

Фракционирующий абсорбер - это комбинированная колонна в верхнюю часть которой подают холодный абсорбент, в нижнюю - теплоноситель (водяной пар или горячая струя), а в среднюю - технологический углеводородный газ.