что такое гфу в нефтепереработке
Инструменты пользователя
Инструменты сайта
Содержание
Газофракционирующие установки
Почти все установки на заводе производят в некотором количестве бутан и более лёгкие углеводородные газы. На современном заводе потоки углеводородных газов со всех установок направляются предварительно на газофракционирование.
Установка фракционирования насыщенного газа
Насыщенный газ, выходящий с установок и поступающий на фракционирование, проходит следующие стандартные операции:
Абсорбция — обратимый процесс, и на этом основано выделение поглощенного газа из жидкости — десорбция. Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно применять поглотитель и выделять из него поглощенный компонент. 2)
Ректификацию сжиженных газов приходится проводить при повышенных давлениях в колоннах, поскольку для создания жидкостного орошения необходимо сконденсировать верхние продукты колонн в обычных воздушных и водяных холодильниках, не прибегая к искусственному холоду.
Конкретный выбор схемы (последовательности) разделения, температуры, давления и числа тарелок в колоннах определяется составом исходной газовой смеси, требуемой чистотой и заданным ассортиментом получаемых продуктов. 3)
а) Дебутанизация (отделение бутана). Обогащенное (жирное) масло поступает в следующую колонну (дебутанизатор). В ней пропан и бутан отделяются от нафты. Поскольку нафта начинает кипеть при температуре около 80 °С, а бутан кипит приблизительно при 0 °С, то они довольно легко разделяются (см. рисунок выше). Жидкая фракция из сепаратора также направляется в дебутанизатор.
б) Депропанизация (отделение пропана). Смесь углеводородов С3
С4 разделяют в высокой колонне, где пропан уходит как верхняя фракция.
в) Деизобутанизация (отделение изобутана). В этой колонне разделяют бутаны. Так как точки кипения н-бутана и изобутана очень близки, то эффективное разделение требует большого количества тарелок. Деизобутанизатор обычно — самая высокая колонна на ГФУ. 4)
Головной погон в этом случае в основном сухой газ, состоящий из углеводородов C1-C2, а остаток в основном тощее масло.
Фракцию C1-С2 обычно не разделяют, а используют на нефтеперерабатывающем заводе как топливо. Однако иногда этан может потребоваться как сырье на химическом заводе, и тогда проводят деэтанизацию смеси С1-С2 в дополнительной колонне.
На рисунке ниже показаны все стадии разделения насыщенного углеводородного газа.
Назначение
Разделение вышеуказанных газов обусловлено тем, что каждый из них имеет свою собственную область применения в нефтеперерабатывающей промышленности.
Изопентан. Служит сырьем для производства изопренового каучука и высокооктановым компонентом автобензинов.
н-Пентан. Применяется как сырье для процессов пиролиза, изомеризации и т. д. Иногда смесь пентанов и более тяжелых углеводородов не разделяют на фракции, а используют как газовый бензин. 5)
Изобутан. Практически полностью применяется как сырьё для алкилирования и изредка как компонент при получении компаундированного автомобильного бензина.
н-Бутан. Почти полностью используется как компонент автомобильного бензина. Благодаря высокой летучести, он полезен для запуска двигателей в холодную погоду, при этом он остаётся в бензине в растворённом виде и почти не испаряется. Некоторое количество н-бутана используется как химическое сырьё или как топливо.
Пропан. Пропан – основной компонент сжиженного нефтяного газа (LPG). Пропан как топливо обладает некоторыми уникальными свойствами, полезными для многих областей применения. Он может быть сжижен при разумных температурах и давлениях, что делает удобной его транспортировку, особенно в автоцистернах. При обычных температурах пропан легко испаряется, поэтому его удобно сжигать в газовых плитах, домашних печах и т. д. Пропан также часто используется как химическое сырьё.
Этан. Единственная область применения этана, ради которой его и отделяют при нефтепереработке – использование в качестве химического сырья. Во многих случаях этан оставляют вместе с метаном.
Установка фракционирования крекинг-газа
Газовые смеси, выходящие с установки каталитического крекинга или других видов крекинга, содержат олефины: этилен, пропилен и бутилены. Этилен обычно не отделяют от общей фракции C1—С2, которую отправляют в топливную систему завода. Его можно отделить, если он требуется как химическое сырье.
На нефтеперерабатывающем заводе пропилен и бутилены обычно подают на установку алкилирования. Для удобства туда же направляются парафины — пропан и бутан, и уже там их отделяют. Возможно также полное разделение компонентов таким же образом, как разделяют компоненты насыщенного газа.
В книге С.А. Ахметова «Технология и оборудование процессов» приводится следующая схема абсорбционно-газофракционирующей установки для крекинг-газа.
Принципиальная схема абсорбционно-газофракционирующей установки (АГФУ): 1 — фракционирующий абсорбер; 2 — стабилизационная колонна; 3 — пропановая колонна; 4 — бутановая колонна; I — очищенный жирный газ; II — нестабильный бензин; III — сухой газ; IV — пропан-пропиленовая фракция; V — бутан-бутиленовая фракция; VI — стабильный бензин
Для деэтанизации газов каталитического крекинга на установках АГФУ используется фракционирующий абсорбер 1. Он представляет собой комбинированную колонну абсорбер–десорбер. В верхней части фракционирующего абсорбера происходит абсорбция, то есть поглощение из газов целевых компонентов (С3 и выше), а в нижней — частичная регенерация абсорбента за счет подводимого тепла. 7)
В верхнюю часть фракционирующего абсорбера поступает холодный абсорбент, а в нижней сообщается тепло. Жирный газ подают в среднюю часть аппарата. Обычно в аппарате имеется 40-50 тарелок, распределенных поровну между абсорбционной и десорбционной секциями. В результате многоступенчатого контакта газовой и жидкой фаз в верхней части аппарата поглощается наиболее тяжелая часть газа; стекая вниз, насыщенный абсорбент встречается со все более горячими парами, десорбированными из жидкости, стекающей в нижнюю часть колонны. 8)
В результате с верха фракционирующего абсорбера 1 выводится сухой газ (С1–С2), а с низа вместе с тощим абсорбентом выводятся углеводороды С3 и выше. 9)
Деэтанизированный бензин, насыщенный углеводородами С3 и выше, после подогрева в теплообменнике подается в стабилизационную колонну 2, нижним продуктом которого является стабильный бензин, а верхним — головка стабилизации. Из нее (иногда после сероочистки) в пропановой колонне 3 выделяют пропан-пропиленовую фракцию. Кубовый продукт пропановой колонны разделяется в бутановой колонне 4 на бутан-бутиленовую фракцию и остаток (С5 и выше), который объединяется со стабильным бензином.
Назначение
На ГФУ непредельных газов из олефинсодержащих потоков выделяются следующие фракции:
На Московском НПЗ начала работу современная газофракционирующая установка
В работе установки задействованы три колонны: пропановая, бутановая и изобутановая, в которых перерабатываются газы, поступающие c установок первичной переработки нефти и каталитического риформинга. Производительность составляет 18 тонн в час. Новый комплекс пришел на смену газофракционирующей установке, построенной заводом еще в 1964 году, а также работавшей с 1966 года установке очистки сырья.
« обеспечивает очистку головной фракции от меркаптановой серы до уровня не более 10 ppm, тем самым воздействие на окружающую среду со стороны конечной продукции значительно снижается, — говорит главный технолог Московского НПЗ Сергей Кузнецов. — Кроме того, за счет четкого разделения фракций и получения газового бензина позволяет расширить ассортимент продукции завода. Раньше наше предприятие отгружало только сжиженный газ для потребления. После пуска нового объекта мы получаем пропан, нормальный бутан и изобутан — ценный компонент бензина и сырье для нефтехимической отрасли».
На реализован максимальный уровень автоматизации технологических процессов с возможностью вывода управления в единую центральную операторную, что значительно повышает уровень безопасности производства. Современная система вибродиагностики позволяет выявлять неисправности на самых ранних стадиях. Запуск современной установки позволяет дополнительно на 100 тонн в год сократить поступление диоксида серы в атмосферный воздух за счет снижения содержаний сернистых соединений в получаемых продуктах.
«Газпром нефть» начала программу комплексной модернизации Московского НПЗ в 2011 году. Завод планомерно избавляется от устаревших производственных объектов, вводятся современные промышленные комплексы. Ключевая цель модернизации — достижение европейских стандартов производства и экологической безопасности, а также увеличение глубины переработки нефти до 98%.
Газофракционирующие установки
Введение
В зависимости от происхождения нефтяные газы делятся на природные, попутные и искусственные.
Природные газы добываются из самостоятельных месторождений, попутные — совместно с нефтью.
Искусственные газы образуются при переработке нефти каталитическими и термическими методами. Составы газов, получаемых при различных процессах, очень заметно отличаются. Газы термических процессов и каталитического крекинга в значительном количестве содержат непредельные углеводороды, а в газах каталитического риформинга, гидроочистки, гидрокрекинга их вообще нет.
На многих современных технологических установках имеются блоки первичной обработки газа. На этих блоках проводится очистка газа от сероводорода, а также выделение из газа углеводородов С3 и С4 в виде жидкой углеводородной фракции.
Однако разделение газа на отдельные индивидуальные углеводороды и узкие углеводородные фракции осуществляется на специально сооружаемых газофракционирующих установках (ГФУ). На нефтеперерабатывающем заводе обычно имеется не менее двух ГФУ, одна из которых предназначена для переработки предельных углеводородов, другая — непредельных.
При переработке предельных углеводородов получаются следующие продукты, которые используются для различных целей:
1) этановая фракция — сырье пиролиза, хладагент на установках депарафинизации масел и др.;
2) пропановая фракция — сырье пиролиза, хладагент для многих технологических установок, бытовой сжиженный газ;
3) изобутановая фракция — сырье для производства синтетического каучука (изопренового и бутилкаучука), используется на установках алкилирования;.
4) бутановая фракция — сырье для получения бутадиена в производстве синтетического каучука, сырье пиролиза и компонент сжиженного бытового газа, добавка к автомобильному бензину для придания ему требуемого давления паров;’
5) изопентановая фракция — сырье для производства изопренового каучука, компонент в высокооктановых сортах бензинов;
6) пентановая фракция — сырье для процессов изомеризации и пиролиза, в производстве амилового спирта.
На ГФУ непредельных углеводородов из олефинсодержащих потоков выделяются следующие фракции:
1) пропан-пропиленовая — сырье для производства полимер-бензина, фенола и ацетона, синтетических моющих средств, бутиловых спиртов, может быть использована как сырье установок алкилирования;
2) бутан-бутиленовая — сырье установок алкилирования и полимеризации, присадки к маслам, в производстве синтетических каучуков.
Очистка и осушка газов предшествуют их фракционированию и дальнейшей переработке.
Очистка газов. Нефтезаводские газы, полученные при переработке сернистых нефтей, всегда содержат сероводород и некоторые другие сернистые соединения. Особенно много сероводорода в газах установок, перерабатывающих тяжелое сырье: мазут, вакуумные дистилляты, гудрон.
Сероводород ухудшает работу катализаторов тех каталитических процессов, которые используют в качестве сырья сжиженные газы, его присутствие совершенно недопустимо в бытовом сжиженном газе. Наличие активных сернистых соединений вредно влияет на оборудование газоперерабатывающих установок, вызывает активную коррозию аппаратов и трубопроводов.
Поэтому углеводородные газы, содержащие сероводород и такие активные сернистые соединения, как низшие меркаптаны, перед подачей на ГФУ подвергают очистке. В некоторых случаях газы нефтепереработки очищают также от окиси и двуокиси углерода.
При очистке газа от сероводорода чаще всего используется процесс абсорбции. Абсорбентами для избирательного извлечения сероводорода из газов служат растворы трикалийфосфата, фенолята натрия, этаноламинов.
Наиболее распространена на НПЗ очистка при помощи раствора моноэтаноламина (МЭА).
Осушка газа. Осушка необходима в тех случаях, когда газ направляется для каталитической переработки с использованием чувствительного к воде катализатора или когда фракционирование и дальнейшая переработка газа проводятся при низких температурах. Если неосушенный газ охлаждать до температур ниже 0°С, это может привести к забиванию льдом аппаратуры и трубопроводов.
При осушке газа применяют твердые и жидкие поглотители воды, которые должны отвечать следующим требованиям: высокая влагоемкость, хорошая регенерируемость, большой срок службы, невысокая стоимость и простота получения. Наилучшим сочетанием этих качеств из числа твердых поглотителей обладают активированная окись алюминия, силикагель, синтетические цеолиты (молекулярные сита), а из жидких — ди- и триэтиленгликоли.
Жидкостная осушка на НПЗ проводится, как правило, диэтиленгликолем (ДЭГ).
Способы разделения газовых смесей. Для разделения смеси газов на индивидуальные компоненты или пригодные для дальнейшей переработки технические фракции применяются следующие процессы: конденсация, компрессия, абсорбция, ректификация, адсорбция. На ГФУ эти процессы комбинируются в различных сочетаниях.
Конденсация — первая стадия разделения газов. С помощью конденсации газ превращается в двухфазную систему жидкость — газ, которую затем механически разделяют на газ и жидкость. В качестве хладагента при конденсации прежде всего используют воду или воздух. В этом случае температура конденсации составляет 35-40°С. Чтобы увеличить число конденсирующихся компонентов, необходимо понизить температуру конденсации, используя в качестве хладагента испаряющийся аммиак, фреон или углеводородные газы — пропан и этан.
Компрессия применяется в схемах разделения газов совместно с конденсацией. При повышении давления газов создаются наиболее благоприятные условия конденсации углеводородов.
Абсорбция — это процесс поглощения отдельных компонентов газа жидкостью (абсорбентом), вступающей с ним в контакт.
При повышении температуры растворимость газа в жидкости уменьшается, абсорбция замедляется и может совсем прекратиться. На технологических установках при извлечении из газа пропана и бутана, поддерживается температура не выше 35 °С. Выбор абсорбента зависит от свойств абсорбируемого газа. Углеводородные газы наилучшим образом извлекаются близкими им по строению и молекулярной массе жидкими углеводородами легкого бензина.
Обычно на абсорбционных установках применяют двухступенчатую абсорбцию: основным абсорбентом служит бензиновая фракция, а затем выходящий из абсорбера газ промывается жидкостью тяжелого фракционного состава, например керосиногазойлевой фракцией, для извлечения из газа унесенного бензина.
Поглощение газа жидкостью сопровождается выделением тепла. Чтобы при этом не ухудшались условия абсорбции, на технологических установках применяют ряд специальных приемов. Одним из эффективных способов повышения степени извлечения целевых компонентов является охлаждение абсорбента и газа перед подачей их в абсорбер до температуры ниже рабочей. Съем тепла абсорбции осуществляется в промежуточных выносных холодильниках. Насыщенный абсорбент, взятый с вышележащей тарелки, пропускается самотеком или прокачивается насосом через холодильники, а затем возвращается на нижележащую тарелку. Для охлаждения сырья и циркулирующего абсорбента применяют не только воду, но и искусственные хладагенты: пропан, аммиак.
Поглощенный при абсорбции газ отделяется от абсорбента в отпарной колонне-десорбере. Для десорбции необходимы условия, противоположные тем, при которых следует проводить абсорбцию, т. е. повышенная температура и низкое давление.
Ректификация является завершающей стадией разделения газовых смесей. Она применяется для получения индивидуальных углеводородов высокой чистоты. Поскольку разделение на компоненты смеси газов проводить затруднительно, при существующих схемах газоразделения на ректификацию подают жидкость, выделенную из газа конденсационно-компрессионным или абсорбционным методом. Особенность ректификации сжиженных газов по сравнению с ректификацией нефтяных фракций — необходимость разделения очень близких по температуре кипения продуктов и получения товарных продуктов высокой степени чистоты. Ректификация сжиженных газов отличается также повышенным давлением в колоннах, поскольку для создания орошения необходимо сконденсировать верхние продукты ректификационных колонн в обычных воздушных и водяных холодильниках, не прибегая к искусственному холоду.
Схема ректификационной установки и последовательность выделения отдельных компонентов зависят от состава исходной смеси, требуемой чистоты продуктов и количества получаемых фракций.
Установки АГФУ
Абсорбция и десорбция — массообменные процессы, составляющие основу абсорбционного разделения нефтяных и природных газов. Абсорбционный метод разделения углеводородных газов применяется в промышленности для извлечения газового бензина и жидких газов (пролан-бутановая смесь).
При десорбции многокомпонентных смесей жидкость и газ в аппарате (по крайней мере на теоретической тарелке) находятся в состоянии фазового равновесия — в том смысле, что жидкость кипит, а пар является насыщенным. При этом температура жидкости на каждой тарелке или в каждой точке аппарата определяется давлением и составом.
При абсорбции этого нет: температура от давления не зависит и может быть выбрана в некоторых пределах.
На газоперерабатывающих заводах абсорбцию и десорбцию проводят в аппаратах тарельчатого и насадочного типов. При наличии технологического контура «абсорбер — десорбер» поглощение из газа соответствующих компонентов происходит в абсорбере, а выделение их — в десорбере. Извлеченные из насыщенного абсорбента углеводороды получают из верхней части десорбера, а регенерированный абсорбент отводят из его нижней части и подают в абсорбер для повторного использования.
Процесс абсорбции углеводородных газов сопровождается выделением тепла, поэтому температура в нижней части абсорбера несколько выше, чем в верхней. При абсорбции природного газа (с содержанием метана 85-95%) разница между температурами верха и низа абсорбера составляет 5-8 °С. При абсорбции заводских газов эта разница увеличивается в несколько раз.
Регенерация абсорбента в десорбере сопровождается подводом тепла в аппарат, поэтому разница между температурой верха и низа десорбера составляет несколько десятков градусов.
Список литературы
· Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа. Изд. 2-е, пер. Л., «Химия», 1977
Введение
В зависимости от происхождения нефтяные газы делятся на природные, попутные и искусственные.
Природные газы добываются из самостоятельных месторождений, попутные — совместно с нефтью.
Искусственные газы образуются при переработке нефти каталитическими и термическими методами. Составы газов, получаемых при различных процессах, очень заметно отличаются. Газы термических процессов и каталитического крекинга в значительном количестве содержат непредельные углеводороды, а в газах каталитического риформинга, гидроочистки, гидрокрекинга их вообще нет.
На многих современных технологических установках имеются блоки первичной обработки газа. На этих блоках проводится очистка газа от сероводорода, а также выделение из газа углеводородов С3 и С4 в виде жидкой углеводородной фракции.
Однако разделение газа на отдельные индивидуальные углеводороды и узкие углеводородные фракции осуществляется на специально сооружаемых газофракционирующих установках (ГФУ). На нефтеперерабатывающем заводе обычно имеется не менее двух ГФУ, одна из которых предназначена для переработки предельных углеводородов, другая — непредельных.
При переработке предельных углеводородов получаются следующие продукты, которые используются для различных целей:
1) этановая фракция — сырье пиролиза, хладагент на установках депарафинизации масел и др.;
2) пропановая фракция — сырье пиролиза, хладагент для многих технологических установок, бытовой сжиженный газ;
3) изобутановая фракция — сырье для производства синтетического каучука (изопренового и бутилкаучука), используется на установках алкилирования;.
4) бутановая фракция — сырье для получения бутадиена в производстве синтетического каучука, сырье пиролиза и компонент сжиженного бытового газа, добавка к автомобильному бензину для придания ему требуемого давления паров;’
5) изопентановая фракция — сырье для производства изопренового каучука, компонент в высокооктановых сортах бензинов;
6) пентановая фракция — сырье для процессов изомеризации и пиролиза, в производстве амилового спирта.
На ГФУ непредельных углеводородов из олефинсодержащих потоков выделяются следующие фракции:
1) пропан-пропиленовая — сырье для производства полимер-бензина, фенола и ацетона, синтетических моющих средств, бутиловых спиртов, может быть использована как сырье установок алкилирования;
2) бутан-бутиленовая — сырье установок алкилирования и полимеризации, присадки к маслам, в производстве синтетических каучуков.
Очистка и осушка газов предшествуют их фракционированию и дальнейшей переработке.
Очистка газов. Нефтезаводские газы, полученные при переработке сернистых нефтей, всегда содержат сероводород и некоторые другие сернистые соединения. Особенно много сероводорода в газах установок, перерабатывающих тяжелое сырье: мазут, вакуумные дистилляты, гудрон.
Сероводород ухудшает работу катализаторов тех каталитических процессов, которые используют в качестве сырья сжиженные газы, его присутствие совершенно недопустимо в бытовом сжиженном газе. Наличие активных сернистых соединений вредно влияет на оборудование газоперерабатывающих установок, вызывает активную коррозию аппаратов и трубопроводов.
Поэтому углеводородные газы, содержащие сероводород и такие активные сернистые соединения, как низшие меркаптаны, перед подачей на ГФУ подвергают очистке. В некоторых случаях газы нефтепереработки очищают также от окиси и двуокиси углерода.
При очистке газа от сероводорода чаще всего используется процесс абсорбции. Абсорбентами для избирательного извлечения сероводорода из газов служат растворы трикалийфосфата, фенолята натрия, этаноламинов.
Наиболее распространена на НПЗ очистка при помощи раствора моноэтаноламина (МЭА).
Осушка газа. Осушка необходима в тех случаях, когда газ направляется для каталитической переработки с использованием чувствительного к воде катализатора или когда фракционирование и дальнейшая переработка газа проводятся при низких температурах. Если неосушенный газ охлаждать до температур ниже 0°С, это может привести к забиванию льдом аппаратуры и трубопроводов.
При осушке газа применяют твердые и жидкие поглотители воды, которые должны отвечать следующим требованиям: высокая влагоемкость, хорошая регенерируемость, большой срок службы, невысокая стоимость и простота получения. Наилучшим сочетанием этих качеств из числа твердых поглотителей обладают активированная окись алюминия, силикагель, синтетические цеолиты (молекулярные сита), а из жидких — ди- и триэтиленгликоли.
Жидкостная осушка на НПЗ проводится, как правило, диэтиленгликолем (ДЭГ).
Способы разделения газовых смесей. Для разделения смеси газов на индивидуальные компоненты или пригодные для дальнейшей переработки технические фракции применяются следующие процессы: конденсация, компрессия, абсорбция, ректификация, адсорбция. На ГФУ эти процессы комбинируются в различных сочетаниях.
Конденсация — первая стадия разделения газов. С помощью конденсации газ превращается в двухфазную систему жидкость — газ, которую затем механически разделяют на газ и жидкость. В качестве хладагента при конденсации прежде всего используют воду или воздух. В этом случае температура конденсации составляет 35-40°С. Чтобы увеличить число конденсирующихся компонентов, необходимо понизить температуру конденсации, используя в качестве хладагента испаряющийся аммиак, фреон или углеводородные газы — пропан и этан.
Компрессия применяется в схемах разделения газов совместно с конденсацией. При повышении давления газов создаются наиболее благоприятные условия конденсации углеводородов.
Абсорбция — это процесс поглощения отдельных компонентов газа жидкостью (абсорбентом), вступающей с ним в контакт.
При повышении температуры растворимость газа в жидкости уменьшается, абсорбция замедляется и может совсем прекратиться. На технологических установках при извлечении из газа пропана и бутана, поддерживается температура не выше 35 °С. Выбор абсорбента зависит от свойств абсорбируемого газа. Углеводородные газы наилучшим образом извлекаются близкими им по строению и молекулярной массе жидкими углеводородами легкого бензина.
Обычно на абсорбционных установках применяют двухступенчатую абсорбцию: основным абсорбентом служит бензиновая фракция, а затем выходящий из абсорбера газ промывается жидкостью тяжелого фракционного состава, например керосиногазойлевой фракцией, для извлечения из газа унесенного бензина.
Поглощение газа жидкостью сопровождается выделением тепла. Чтобы при этом не ухудшались условия абсорбции, на технологических установках применяют ряд специальных приемов. Одним из эффективных способов повышения степени извлечения целевых компонентов является охлаждение абсорбента и газа перед подачей их в абсорбер до температуры ниже рабочей. Съем тепла абсорбции осуществляется в промежуточных выносных холодильниках. Насыщенный абсорбент, взятый с вышележащей тарелки, пропускается самотеком или прокачивается насосом через холодильники, а затем возвращается на нижележащую тарелку. Для охлаждения сырья и циркулирующего абсорбента применяют не только воду, но и искусственные хладагенты: пропан, аммиак.
Поглощенный при абсорбции газ отделяется от абсорбента в отпарной колонне-десорбере. Для десорбции необходимы условия, противоположные тем, при которых следует проводить абсорбцию, т. е. повышенная температура и низкое давление.
Ректификация является завершающей стадией разделения газовых смесей. Она применяется для получения индивидуальных углеводородов высокой чистоты. Поскольку разделение на компоненты смеси газов проводить затруднительно, при существующих схемах газоразделения на ректификацию подают жидкость, выделенную из газа конденсационно-компрессионным или абсорбционным методом. Особенность ректификации сжиженных газов по сравнению с ректификацией нефтяных фракций — необходимость разделения очень близких по температуре кипения продуктов и получения товарных продуктов высокой степени чистоты. Ректификация сжиженных газов отличается также повышенным давлением в колоннах, поскольку для создания орошения необходимо сконденсировать верхние продукты ректификационных колонн в обычных воздушных и водяных холодильниках, не прибегая к искусственному холоду.
Схема ректификационной установки и последовательность выделения отдельных компонентов зависят от состава исходной смеси, требуемой чистоты продуктов и количества получаемых фракций.
Газофракционирующие установки
В качестве примера приводится описание технологической схемы установки конденсационно-компрессионного типа для переработки предельных углеводородов (рис. 1) и установки абсорбционного типа для переработки газов каталитического крекинга (рис. 2).
Современные установки разделения газов работают по разным технологическим схемам: с нисходящим и восходящим режимом давления.
По схеме с нисходящим режимом давления первой по пути сырья является этановая колонна, с верха которой отбираются углеводороды С1-С2. Кубовый продукт этой колонны поступает в следующую колонну, с верха которой отбирается пропан, и так далее. Наивысшее давление поддерживается в первой колонне (3,0 МПа), затем оно постепенно снижается в последующих колоннах. Схема с нисходящим режимом давления требует меньшего числа насосов, так как кубовый продукт самотеком проходит из колонны в колонну. Если в поступающем на ГФУ сырье немного пропана и бутана, то экономические преимущества оказываются на стороне схемы с восходящим режимом давления. На рис. 1 приведена принципиальная технологическая схема газоразделения с нисходящим режимом давления.
Прямогонный газ через сепаратор С-1 подается на сжатие компрессором ЦК-1. При сжатии газ нагревается до 120 °С. Сжатый газ затем конденсируется в водяном конденсаторе-холодильнике ХК-1 и в конденсаторе-холодильнике ХК-2, охлаждаемом испаряющимся аммиаком. В ХК-1 охлаждение и конденсация заканчивается при 50 °С, а в ХК-2 — при 4 °С. После каждой ступени конденсации газожидкостная смесь разделяется на газ и жидкость в сепараторах С-2 и С-3. Газовые конденсаты из сепараторов С-1, С-2 и С-3 совместно с головками стабилизации установок первичной перегонки и риформинга подаются на блок ректификации.
Деэтанизированная фракция из колонны К-1 поступает в депропанизатор К-2, верхним продуктом которого является пропановая фракция, а нижним — депропанизированная фракция. Верхний продукт после конденсации в воздушном конденсаторе-холодильнике ХК-4 и охлаждения в концевом холодильнике выводится с установки, предварительно пройдя щелочную очистку. Нижний продукт из депропанизатора К-2 подается в дебутанизатор К-3.
Ректификатом колонны К-3 является смесь бутана и изобутана, а остатком — дебутанизированный легкий бензин. Ректификат конденсируется в конденсаторе-холодильнике ХК-5, а затем подается на разделение в бутановую колонну К-4. Остаток из колонны К-3 переходит в депентанизатор К-5.
Бутановая колонна служит для разделения смеси бутанов на нормальный бутан и изобутан, а колонна К-5 (депентанизатор) — для отделения от газового бензина пентанов, которые подаются на ректификацию в колонну К-6. Нижний продукт депентанизатора— фракция С6 и выше выводится с установки.
Технологический режим:
| Ректификационные колонны: | Температура низа, °С | Температура верха, °С | Давление, кг/см2 |
| К-1 | 110-115 | 25-30 | 26-28 |
| К-2 | 145-155 | 62-68 | 12-14 |
| К-3 | 110-115 | 58-65 | 20-22 |
| К-4 | 80-85 | 65-70 | 10-12 |
| К-5 | 120-125 | 75-80 | 3,0-4,0 |
| К-6 | 95-100 | 78-85 | 3,5-4,5 |
| Нагнетательная линия | — | — |
Установка, схема которой приведена на рис. 2, предназначена для стабилизации бензина каталитического крекинга, очистки газа каталитического крекинга от сероводорода, извлечения из газа углеводородов С3—С4, разделения смеси этих углеводородов на пропан-пропиленовую и бутан-бутиленовую фракции.
Жирный газ с установки каталитического крекинга поступает на очистку моноэтаноламином в абсорбер К-1. Очищенный газ сжимается компрессором ПК-1 до 1,4 МПа, охлаждается и подается во фракционирующий абсорбер К-2, под 22-ю тарелку. На эту же тарелку, но выше ввода газа подается конденсат компрессии.
Во фракционирующий абсорбер вводится также нестабильный бензин, являющийся основным абсорбентом.
Фракционирующий абсорбер, иначе называемый абсорбер-десорбером, отличается от обычного абсорбера тем, что представляет собой комбинированную колонну. В верхней части фракционирующего абсорбера происходит абсорбция, т. е. извлечение из газа целевых компонентов, а в нижней — регенерация абсорбента за счет подводимого тепла. Стекая сверху вниз по тарелкам фракционирующего абсорбера, насыщенный тяжелыми компонентами абсорбент встречается со все более горячими парами, десорбированными из жидкости, которая стекает в нижнюю часть колонны. С верха фракционирующего абсорбера уходит сухой газ, содержащий углеводороды C1—С2, а с низа вместе с тощим абсорбентом выводятся углеводороды С3—С4. В отличие от обычных абсорберов, куда питание подается только в газовой фазе, во фракционирующие абсорберы оно вводится и в виде жидкости, и в виде газа.
Для доабсорбции унесенных с сухим газом бензиновых фракций в верхнюю часть К-2 подается стабильный бензин. Температура в абсорбционной части поддерживается промежуточным охлаждением абсорбента. Насыщенный и деэтанизированный абсорбент из К-2 подается в стабилизатор К-3, верхним продуктом которого является головка стабилизации, а нижним — стабильный бензин. Головка стабилизации поступает на блок очистки, где очищается от сернистых соединений раствором МЭА и щелочью. Затем из очищенной головки в пропановой колонне К-4 выделяется пропан-пропиленовая фракция. Остаток пропановой колонны в бутановой колонне К-5 разделяется на бутан-бутиленовую фракцию и остаток, который объединяется со стабильным бензином.
Технологический режим АГФУ проектной мощности 417 тыс. т/год и характеристика аппаратов:
Аппаратурное оформление
Установки АГФУ
Абсорбция и десорбция — массообменные процессы, составляющие основу абсорбционного разделения нефтяных и природных газов. Абсорбционный метод разделения углеводородных газов применяется в промышленности для извлечения газового бензина и жидких газов (пролан-бутановая смесь).
При десорбции многокомпонентных смесей жидкость и газ в аппарате (по крайней мере на теоретической тарелке) находятся в состоянии фазового равновесия — в том смысле, что жидкость кипит, а пар является насыщенным. При этом температура жидкости на каждой тарелке или в каждой точке аппарата определяется давлением и составом.
При абсорбции этого нет: температура от давления не зависит и может быть выбрана в некоторых пределах.
На газоперерабатывающих заводах абсорбцию и десорбцию проводят в аппаратах тарельчатого и насадочного типов. При наличии технологического контура «абсорбер — десорбер» поглощение из газа соответствующих компонентов происходит в абсорбере, а выделение их — в десорбере. Извлеченные из насыщенного абсорбента углеводороды получают из верхней части десорбера, а регенерированный абсорбент отводят из его нижней части и подают в абсорбер для повторного использования.
Процесс абсорбции углеводородных газов сопровождается выделением тепла, поэтому температура в нижней части абсорбера несколько выше, чем в верхней. При абсорбции природного газа (с содержанием метана 85-95%) разница между температурами верха и низа абсорбера составляет 5-8 °С. При абсорбции заводских газов эта разница увеличивается в несколько раз.
Регенерация абсорбента в десорбере сопровождается подводом тепла в аппарат, поэтому разница между температурой верха и низа десорбера составляет несколько десятков градусов.