32 Переработка газа методом низкотемпературной ректификации. Схема ректификационно – отпарной колонны. Схема – конденсационно – отпарной колонны.
Переработка газа методом низкотемпературной ректификации
Процесс ректификации термодинамически более выгоден, чем процесс абсорбции. 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 квалифицированное разделение сырого газа на сухой газ (уходит с верха колонны) и ШФУ (уходит с низа колонны).
В зависимости от принципиальной схемы процесса НТР основные аппараты – ректификационные колонны предлагается разделить на ректификационно-отпарные и конденсационно-отпарные.
Ректификационно-отпарной колонной (рисунок 1) называется колонна, в среднюю часть которой подается предварительно охлажденный поток сырого газа. Практически она работает как полная ректификационная колонна. Энергетически схемы с ректификационно-отпарными колоннами целесообразнее схем НТК.
Конденсационно-отпарная колонна отличается от ректификационно-отпарной колонны тем, что разделяемая смесь подается (в нее на верхнюю тарелку. Верхней укрепляющей частью в ней служит конденсатор-холодильник орошения внешнего холодильного цикла. На рисунке 2 изображен наиболее распространенный вариант конденсационно-отпарной колонны. В этой схеме дистиллят, выходящий из колонны, смешивается перед холодильником 1 с потоком сырого газа, идущего на разделение.
Рисунок 1 – Схема ректификационно-отпарной колонны:
1 — рекуперативный теплообменник; 2 — ректификационно-отпарная колонна; 3 — внешний холодильный цикл; 4 — сепаратор.
I – сырой газ; II – отбензиненный газ; III – теплоноситель; IV – ШФУ; V – верхнее орошение.
Рисунок 2 – Схема конденсационно-отпарной колонны:
1 — внешний холодильный цикл; 2 — сепаратор; 3 — ректификационная колонна.
I — сырой газ; II — ШФУ; III — теплоноситель; IV — верхний продукт колон V — орошение; VI — отбензиненный газ.
Схема установки оказалась вполне работоспособной и можно сделать следующие выводы.
С увеличением давления общий расход холода на разделение газа уменьшается незначительно. Однако при этом существенно снижаются энергетические затраты, так как процесс можно проводить в этих условиях при более высокой температуре.
Существует энерготехнологический оптимум степени предварительного охлаждения. Для исследованного газа он составляет около - 20°С при Р = 2,5-3,0 МПа. При этом извлекалось компонентов: С2 - 50%, С3 - 92-93%; С4+высшие - 100%.
Отношение действительного расхода холодильного орошения к его минимальному значению 1,55…1,78.
33 Схема нтр с двумя вводами. Схема нтр с турбодетандером
Обычно в промышленных колоннах устанавливают 13 – 17 теоретических тарелок, при одном вводе сырья в колонну газ подают в среднюю или верхнюю часть колонны. При наличии пропанового холодильного цикла и получении в качестве товарного продукта пропана и более тяжелых углеводородов параметры процесса примерно следующие: температура верха колонны -23 ÷ -30°С, давление в колонне 2,5 – 3,5 МПа. Возможен вариант схемы с двумя вводами сырья в колонну (рисунок 3). Термодинамически такая схема является более выгодной. Указанную 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.
Рисунок 3 - Схема НТР с двумя вводами:
1 – теплообменник; 2 – пропановый испаритель; 3 – трехфазный сепаратор: 4 – насос; 5 – ректификационная колонна; 6 – испаритель-подогреватель.
I – сырой газ; II – сухой газ; III – широкая фракция углеводородов; IV – диэтиленгликоль 75%-ный; V – диэтиленгликоль 98-99%-ный; VI — теплоноситель.
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 вначале в рекуперативном теплообменнике 1 потоком отбензиненного газа, выходящего с верха колонны 5, а затем после смешения с верхним продуктом, выходящим из колонны, в пропановом испарителе 2 до -26°С, и частично конденсируется. Двухфазный поток из испарителя 2 подается в трехфазный сепаратор 3, где газ отделяется от конденсата.
Газ, отдав свой холод в теплообменнике 1, уходит к потребителю (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, смешивается с охлажденным потоком сырого газа после теплообменника 1. В низ колонны 5 подводится тепло через рибойлер 5. Температура низа колонны 5 поддерживается на уровне 100°С. С низа колонны 5 уходит широкая фракция углеводородов.
Схема НТР с турбодетандером (рисунок 4), предназначена для извлечения пропана + высшие; для получения 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. рисунок 4).
Рисунок 4 – Схема НТР с турбодетандером:
1, 3 — сепараторы; 2 — компрессор; 4 — многоходовой теплообменник; 5 — турбодетандер; 6 — ректификационная колонна.
I – сырой газ; II – сухой газ; III – широкая фракция углеводородов; IV – пропан
Сырой газ, поступающий на установку, охлаждается обратными потоками сухого газа и пропаном в многоходовом теплообменнике 4 и подаётся в низ ректификационной колонны 6. Верхний продукт из колонны 6 направляется в детандер 5 и после детандирования охлаждает верх колонны 6, затем поступает в теплообменник 4 и идёт к потребителю; с низа колонны 6 уходит широкая фракция углеводородов, которая после смешения перед теплообменником 4 с пропаном отдает свой холод сырому газу в теплообменнике 4 и поступает в сепаратор 1. В сепараторе 1 поддерживается такое давление, чтобы с верха его уходил пропан необходимой чистоты. С низа сепаратора 1 уходит товарная ШФУ, с верха — пропан, который направляется на приём пропанового компрессора 2. После компримирования и охлаждения пропан — хладоагент проходит в сепаратор 5, где от него отделяются несконденсировавшиеся легкие компоненты, которые идут на смешение с сырым газом, а жидкий пропан направляется на испарение для охлаждения сырого газа в пропановом испарителе (на схеме он показан для упрощения совмещённым с теплообменником 4).
Для определения эффективности схемы НТР сравнивали технико-экономические показатели схем НТР с одним вводом сырья в колонну и с двумя и схемы НТК.
Состав газа для всех схем был взят таким, как на Белорусском ГПЗ в настоящее время. Параметры процесса для всех схем принимали следующие: давление процесса 3,5 МПа, температура процесса конденсации для процесса НТК и температура в рефлюксной ёмкости в процессе НТР —26°С. Производительность принимали равной 430 млн. м3 в год.