СХЕМИ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОЇ КОНДЕНСАЦІЇ З ЗОВНІШНІМ ХОЛОДИЛЬНИМ ЦИКЛОМ

Схема одноступеневої конденсації для одержанняС_3+виші з пропановим холодильним циклом

На мал. 15 подана технологічна схема ГПЗ, який працює за способом НТК. Ця, так звана, класична схема, була вперше застосована для переробки газу і стала в подальшому поширеною. На її основі були розроблені всі існуючі модифікації схем НТК. Схема має одне зовнішнє джерело холоду — пропановий холодильний цикл і один вузол розділення (сепарації) двофазної суміші.

Газ за вказаною схемою переробляють наступним чином. Сирий газ з трубопроводу надходить у вхідний сепаратор 1, де він очищується від механічних домішок та крапельок рідини (нафта, конденсат, вода та ін.).

Після попереднього очищування в сепараторі 1 сирий газ надходить в компресор 2, де в сучасних схемах достискується до тиску 3.0—4.0 МПа і більше. Стиснений газ охолоджується до температури порядку -20 — -35°С послідовно у повітряному холодильнику 3, теплообмінниках 4 і 5 за рахунок холоду потоків сухого газу і конденсату з сепаратора 7. Потім в пропановому випарнику 6 газ частково конденсується і надходить в сепаратор 7, де відділяються сконденсовані вуглеводні. З верху сепаратора 7 виходить сухий газ, який після регенерації його холоду в теплообміннику 4 достискується і подається в магістральний газопровід.

З низу сепаратора 7 виводиться конденсат і після регенерації його холоду в теплообміннику 5, де він нагрівається до 20—30 °С, подається в середину деетанізатора 8. Верхній продукт деетанізатора — суміш метану (20—70 %об.), етану (30—75 %об.) і пропану (не більше 5 %об.) змішують з сухим газом сепаратора 7 і подають в магістральний газопровід. Нижній продукт деетанізатора — широка фракція вуглеводнів (ШФВ), яка є сумішшю пропану і важчих вуглеводнів (С_3+внщ.), використовують для виробництва пропану, бутанів, пентанів і газового бензину або побутового газу і газового бензину (С_5+внщі).

Розділення ШФВ проводиться на спеціальних газофракціонуючих установках, які можуть бути в складі газопереробних, нафтопереробних або нафтохімічних виробництв.

Ефективність роботи деетанізатора залежить від технологічного режиму процесу — найвигідніший режим потрібно вибирати на основі оптимізації процесу за рядом параметрів (тиск, температура живлення, температура верху і низу колони та ін.). Відомо, що чим вищий тиск в деетанізаторі, тим при вищій ізотермі може працювати холодильник 10 (див. мал. 15); отже, підвищенням тиску можна знизити енергетичні затрати на охолодження верхнього продукту деетанізатора. Однак підвищення тиску потребує збільшення температури низу колони, а це буде пов'язано з додатковими затратами тепла.

Деетанізатор — це ректифікаційна колона з 10—12 теор. тар. Останнім часом в якості контактних пристроїв в деетанізаторах застосовують клапанні тарілки, як правило 30 шт.; тиск в колоні, як правило, підтримують 3.0—3.5 МПа. З одного боку, в умовах переробки газу методом НТК під тиском 4.0 МПа і більше підтримання такого тиску не потребує додаткових енергозатрат, з другої — такий тиск в деетанізаторі дозволяє для охолодження верху колони застосовувати пропановий холод. Використання вищого тиску недоцільно, тому що при цьому погіршуються умови розділення. Тиск 3.5 МПа складає приблизно 0.8 від критичного тиску для нижнього продукту деетанізатора. При вказаному тиску температурний режим деетанізатора підтримується приблизно наступний: температура верху колони від 0°С до -30°С, температура низу колони 90-120°С.

Схема одноступеневої НТК з зовнішнім пропановим і етановим холодильними циклами для одержання С_2+вищі

Характерна особливість схеми (мал. 16) — наявність на одному ступені сепарації двох джерел холоду — пропанового і етанового холодильних циклів.

За схемою газ послідовно охолоджується і частково конденсується в повітряному холодильнику 3, регенеративному теплообміннику 6, пропановому випарнику 7, регенеративному теплообміннику 8 і етановому випарнику 9 без сепарації рідкої фази. Це дозволяє суттєво покращити умови, необхідні для вилучення етану, за рахунок його розчинення в рідких, важчих вуглеводнях, що збільшує загальне вилучення етану. Друга характерна особливість схеми — включення в неї вузла деметанізації і етанової колони у зв'язку з тим, що схема призначена для одержання в якості цільових продуктів С_2+виші Призначення деметанізатора — вилучення з ШФВ всього метану, запобігаючи при цьому втратам етану. Як правило, деметанізатори працюють при тиску 3.5—4.0 МПа, температурі в рефлюксній ємності від -60 до -90 °С. Ця температура в значній мірі визначається ступенем вилучення етану: чим вищий заданий ступінь його вилучення, тим нижча повинна бути температура в рефлюксній ємності. Температуру низу деметанізатора підтримують, звичайно, рівною 20—60 °С. Необхідна чіткість розділення продуктів в деметанізаторі досягається наявністю 20 — 25 клапанних тарілок.

При роботі деметанізатора повинні забезпечуватись наступні вимоги до чистоти продуктів:

— вміст етану у верхньому продукті не більше 5 %мас. від загального вмісту етану в сировині колони;

— вміст метану в нижньому продукті не більше 2 %мас. від вмісту етану в нижньому продукті колони.

Етанова колона звичайно працює при такому ж тиску і температурі низу, як і деетанізатор, але при цьому температура верху колони набагато вища — порядку 0—10 °С. Це пояснюється незначним вмістом метану в сировині, а отже, і у верхньому продукті етанової колони (не більше 2 %мас.). Етанова колона звичайно працює з відводом верхнього продукту в паровій фазі, однак в деяких схемах його зріджують.

Етанова колона повинна забезпечити наступну чистоту продуктів:

— вміст пропану у верхньому продукті не більше 2 % мас. від вмісту етану у верхньому продукті;

— вміст етану в нижньому продукті не більше 2 % мас. від вмісту пропану в нижньому продукті.

Схема триступеневої НТК для одержання С_3+вищ| з пропановим холодильним циклом

В практиці газопереробки застосовують багатоступеневі схеми НТК з застосуванням різних комбінацій холодильних циклів.

В даному розділі розглядається робота багатоступеневої схеми на прикладі триступеневої НТК з зовнішнім пропановим холодильним циклом, в якому пропан випаровується на кожному ступені сепарації на різних ізотермах (принципова схема установки наведена на мал. 17). На першому ступені конденсації газ, що надходить, охолоджується до якоїсь проміжної температури, вищої, ніж температура наступного ступеня конденсації, після чого двофазна суміш, що утворилась, розділяється на парову і рідку фази. Парова фаза надходить на 2 ступінь низькотемпературної конденсації, де охолоджується до нижчої температури, яка, однак, вища кінцевої. Потім утворені парова і рідка фази знову розділяються. Парова фаза йде на 3 ступінь, де вона охолоджується до заданої температури і розділяється на парову і рідку фази.

Рідку фазу з кожного ступеня виводять і скеровують в деетанізатор.

Одно- і багатоступеневі схеми мають свої переваги і недоліки. Як відомо з теорії процесів випаровування та конденсації, в результаті одноступеневого процесу утворюється більше рідкої фази, ніж при багатоступеневій конденсації сировини (при одних і тих же технологічних параметрах). Однак, в першому випадку в рідкій фазі буде більше легких небажаних компонентів (метану і ін.), ніж в другому, тобто при одноступеневому процесі селективність розділення на блоці НТК нижча. Це призводить до збільшення експлуатаційних затрат на блоці деметанізації (деетанізації) ШФВ.

При порівнянні ефективності одноступеневої (мал.15) та триступеневої схеми НТК (мал.17) було показано, що при переході від одноступеневої до триступеневої схеми вилучення метану зменшується в 1.7 рази, етану — в 1.26 рази при загальному зниженні вилучення цільових вуглеводнів (С_3+вищі) на 1.6%. При цьому на 12 % знижується витрата холоду і на блок деетанізації поступає менше метану і етану, ніж при одноступеневій конденсації вихідного газу.

Необхідно мати на увазі, що для реалізації процесу багатоступеневої конденсації потрібні більші капіталовкладення. Порівняння приведених затрат вказаних процесів (цей критерій враховує величину експлуатаційних і капітальних затрат) показує, що техніко-економічні показники процесів одно-і триступеневої конденсації практично однакові. Тому в схемах НТК для вилучення С_3+вищі з зовнішнім пропановим холодильним циклом більше одного ступеня конденсації, як правило, не застосовують.

Дво- і триступеневі схеми НТК служать для глибокого вилучення С_3+вищі або С_2+вищі. В цих схемах використовують або каскадні, або внутрішні, або комбіновані холодильні цикли.