Выделение фракции сжиженных углеводородных (нефтяных) газов

На газоперерабатывающих заводах в основном применяют четыре спо­соба переработки газа:

- масляная абсорбция,

- низкотемпературная абсорбция,

- низкотемпературная конденсация,

- адсорбция.

Выбор той или иной схемы зависит от общих условий работы ГПЗ в составе нефтяного или газового месторождения, от объема и состава посту­пающего на ГПЗ газа и от требований к составу сухого (отбензиненного) га­за. Также он определяется уровнем развития нефтехимического машино­строения и экономическими соображениями.

Масляная абсорбция. Это наиболее распространенный в России аб­сорбционный метод переработки газа. Более 70% жидких углеводородов по­лучают этим методом. Особенно часто его применяют при переработке «богатого» газа, т.е. газа с содержанием углеводородов >Cj более 100 г/м³.

Схема маслоабсорбционной установки сравнительно проста. Тяжелые углеводороды (Сз и выше) извлекаются в колоннах-абсорберах под давлени­ем 0,5-1,2 МПа. В десорбере при давлении 0,3-0,5 МПа и температуре куба 120-150°С выделяются поглощенные в абсорбере углеводороды, которые по­сле конденсации образуют нестабильный бензин. В ряде случаев десорбцию проводят в две ступени: в первом десорбере выделяются метан и этан, во втором нестабильный бензин.

Достаточная степень конденсации тяжелых углеводородов достигается при использовании схемы с применением абсорбционно-отпарной колонны (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Абсорбционная установка с абсорбционно-отпарной колон­ной: 1-холодильники-конденсаторы; 2-сепараторы; 3-абсорбер; 4-аб-сорбционно-отпарная колонна; 5-теплообменники; 6-десорбер 7-насо-сы; 8-трубчатая печь; 9-емкости; I-сырой газ; П-отбензиненный газ; Ш-остаточный газ; IV-несконденсировавшийся газ; V-нестабильный бензин; VI-углеводородный конденсат; VII-насыщенный абсорбент; VIII-тощий абсорбент; IX-деэтанизированный конденсат

Сырой газ проходит холодильник 1, сепаратор 2 и поступает в абсорбер 3, где вступает в контакт с «тощим» абсорбентом. Абсорбер имеет глу­хие тарелки и снабжен выносными промежуточными холодильниками 1. От-бензиненный газ после сепарации поступает на компримирование.

Насыщенный абсорбент направляется в абсорбционно-отпарную ко­лонну 4, которая состоит из трех секций: верхней абсорбционной, средней отпарной и нижней - отгонного куба. Насыщенный абсорбент подается в верхнюю часть отпарной секции и стекает вниз. Выделившиеся из абсорбен­та пары проходят отпарную секцию, способствуя полному извлечению из абсорбента метана, этана и частично пропана, и поступают на абсорбцион­ную секцию, где «тощий» абсорбент поглощает остатки тяжелых углеводо­родов. Метан и этан после сепаратора 2 выводятся с установки. Их исполь­зуют на заводе в качестве топлива.

Деэтанизированный абсорбент с низа отгонного куба поступает в верхнюю ректификационную секцию десорбера 6. В нижней отпарной сек­ции в результате снижения давления и повышения температуры абсорбент освобождается от растворенных в нем высших углеводородов. Нестабиль­ный газовый бензин конденсируется затем в холодильнике-конденсаторе 1 и возвращается в десорбер как орошение. Балансовое количество нестабильно­го газового бензина выводится как товарная продукция или направляется на фракционирование.

В куб десорбера 6 подается дополнительное количество тепла за счет нагрева части «тощего» абсорбента в трубчатой печи 8 (или в паровом по­догревателе). «Тощий» абсорбент проходит теплообменники 5, холодильник 1 и поступает как в абсорбер 3, так и наверх абсорбционной секции абсорб-ционно-отпарной колонны 4.

Низкотемпературная абсорбция. Степень извлечения углеводородов С₃ и выше на установках маслоабсорбционной переработки нефтяного и природного газа достигает 80-85%. В дальнейшем в целях увеличения степе­ни извлечения сжиженных газов масляная абсорбция стала сочетаться со снижением температуры газа и использованием аммиачного или пропаново-го холодильного цикла при температурах до минус 45°С.

Поглотительная способность абсорбентов при снижении температуры повышается, поэтому внедрение низкотемпературной абсорбции позволило увеличить степень извлечения пропана из газа до 90-95% и этана до 50-60%.

Широкому внедрению метода низкотемпературной абсорбции способ­ствовала возможность применения его для переработки газов разного соста­ва. Однако его использование требует глубокой предварительной осушки га­за до охлаждения.

Низкотемпературная конденсация. Она широко распространена в схемах переработки нефтяных газов на НПЗ, попутных и природных газов, как правило, в тех случаях, когда масштабы переработки газа достаточно ве­лики, либо когда требуется выделить значительные количества этана или по­лучить из природного газа гелий

На практике осуществлены две схемы низкотемпературной конденса­ции. По первой схеме весь поток газа после охлаждения поступает в ректи­фикационную колонну, с верха которой выделяется отбензиненный газ, а в кубе получается деэтанизированный бензин. По второй схеме охлажденный газ проходит сепаратор для отделения газовой и жидкой фаз. Выделившаяся в сепараторе жидкая фаза подвергается ректификации в колонне. В качестве хладагента для охлаждения газа используют аммиачный или пропановыи хо­лодильный цикл. Полученный в кубе ректификационной колонны деэтанизи­рованный бензин передается на ГФУ для фракционирования.

На рис. 5.6 приведена принципиальная схема промышленной установ­ки низкотемпературной конденсации.

Рис. 5.6. Промышленная установка низкотемпературной конденсации: 1-блок сушки газа; 2, 5, 6-тешюобменники; 3, 15-пропановые испарите­ли; 4, 8-сепараторы; 7, 10-этиленовые испарители; 9-колонна-демета-низатор; И, 16-емкости; 12,17-насосы; 13,18-кипятильники; 14-колон-на-деэтанизатор; I-сырой газ; П-сухой газ; Ш-этан; IV-деэтанизирован-ный бензин

Поступающий на завод газ проходит осушку в блоке 1, включая до-осушку на цеолитах до точки росы минус 84°С. Затем газ охлаждается в теп­лообменнике 2 за счет использования холода сухого газа и доохлаждается в пропановом испарителе 3 до температуры минус 37°С. Сконденсировавшиеся углеводороды отделяются в сепараторе 4 и направляются в колонну-деметанизатор 9. Газовая фаза из сепаратора 4 доохлаждается до температу­ры минус 93 С в теплообменниках 5 и 6 и этиленовом испарителе 7. Жид­кость отделяется в сепараторе 8 и после теплообменника 5 направляется в колонну - деметанизатор 9. Сухой газ после теплообмена в теплообменниках 6 и 2 подается к потребителям.

Несконденсировавшийся в колонне 9 газ подается также в поток сухого газа. Температура верха колонны 9 за счет подачи этилена в испаритель I' поддерживается на уровне минус 95°С.Кубовый продукт колонны 9 поступает в колонну-деэтанизатор 14. Верхним продуктом этой колонны является этан, нижним - деэтанизирован-ный бензин, направляемый затем на ГФУ.

На данной установке из газа извлекается 87% этана и около 99% про­пана. Преимуществом метода низкотемпературной конденсации является увеличение степени отбора углеводородов С₂ и выше, а также эффективное использование затраченной энергии при минимальном падении давления. Развитием этого метода является применение для охлаждения газа турбоде-тандеров. На установках с применением этанового холода и турбодетандеров степень извлечения этана достигает 87%, пропана 96%, и бутанов до 100%.

На установках низкотемпературной абсорбции и конденсации газа из­влекается 40-50% этана. Для повышения степени его извлечения из газа ис­пользуют схему с внешним охлаждением пропановым и этановым холодиль­ными циклами или схему с применением турбодетандера и пропановым хо­лодильным циклом. При низких температурах, используемых для извлечения этана, даже небольшие следы растворенного диоксида углерода создают серьезные затруднения. Для достижения высокой полноты извлечения этана из газа следует предварительно удалить СО₂.

Адсорбционные установки. Газы, содержащие до 50 г/м³ углеводоро­дов >С₃ (так называемые «тощие» газы) подвергают отбензиниванию мето­дом адсорбции. Этот же метод используют и при небольших объемах пере­работки попутного нефтяного или природного газа. Адсорбентом, погло­щающим пары тяжелых углеводородов, служат активированный уголь, сили-кагель или активированный уголь и силикагель совместно с цеолитами. Ад­сорбционная установка, как правило, состоит из трех аппаратов, два из кото­рых работают в режиме адсорбции, а третий - в режиме десорбции. Для де­сорбции адсорбент обрабатывают водяным паром, водяные пары и пары уг­леводородов охлаждаются и конденсируются. Сконденсировавшиеся углево­дороды >С₃ в результате отстоя легко отделяются от воды. Адсорбер с реге­нерированным адсорбентом охлаждают, продувают азотом и включают в цикл II ступени адсорбции. Выделившиеся углеводороды >С₃ направляются на переработку.