shammazov_ONGD

Количество поглощенных газов при абсорбции увеличивается с повышением давления и понижением температуры. Чем больше молярная масса компонентов газа, тем в большем количестве он поглощается одной и той же жидкостью.

Принципиальная схема абсобционно-десорбционного процесса приведена на рис. 9.2. Исходный (сырьевой) газ I подается в нижнюю часть абсорбера 1. Поднимаясь вверх, газ контактирует с абсорбентом, стекаю­ щим по тарелкам абсорбера вниз, в результате чего (вследствие массообмена) целевые компоненты из газа переходят в жидкость. Очищенный газ II выходит из верхней части абсорбера, а насыщенный абсорбент IV— из нижней части.

Насыщенный абсорбент поступает в гидравлическую турбину 7, где совершает полезную работу, приводя в действие насос 3. В результате его давление снижается от давления абсорбции до давления десорбции. Далее насыщенный абсорбент нагревается в подогревателе 5 и поступает в верхнюю часть десорбера 6. В нижнюю часть десорбера 6 подается горячий десорбирующий агент (острый водяной пар) VI. В результате нагрева насыщенного абсорбента происходит процесс десорбции. Испарившиеся целевые компоненты V выходят через верхнюю часть десорбера, а регенерированный абсорбент—через нижнюю часть. Регенерированный абсорбент после рекуперации теплоты в подогревателе 5 через промежуточную емкость 4 и холодильник 2 насосом 3 возвращается в абсорбер 1.

Применение абсорбционного метода наиболее рационально для отбензинивания газов, содержащих от 200 до 300 г тяжелых углеводородов в 1 м3.

Адсорбционный метод Адсорбцией называется процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси твердым веществом—адсорбентом. Процессы адсорбции

обычно обратимы. На этом основан процесс десорбции—выделение из адсорбента поглощенных им веществ.

В качестве адсорбентов применяются пористые твердые вещества, имеющие большую удельную поверхность—от сотен до десятков сотен квадратных метров на грамм вещества. Другой важнейшей характеристикой адсорбентов является их адсорбционная активность (или адсорбционная емкость), равная количеству целевых компонентов (в мас. %, граммах и т. п.), которое может быть поглощено единицей массы адсорбента.

Адсорбционная активность адсорбентов зависит от состава газа, давления и температуры. Чем выше молярная масса газа и давление, а также чем ниже температура, тем адсорбционная активность выше.

В качестве адсорбентов при разделении газовых смесей используют активированный уголь, силикагель и цеолиты.

Рис. 9.2. Принципиальная схема абсорбционно-десорбционного процесса; 1—абсорбер; 2—холодильник; 3—насос; 4—промежуточная емкость;

5—подогреватель; 6—десорбер; 7—гидравлическая турбина; I—сырьевой газ; II—газ, освобожденный от целевых компонентов;

III—регенерированный абсорбент; IV—насыщенный абсорбент; V—целевые компоненты; VI—десорбирующий агент

Рис. 9.3. Принципиальная схема адсорбционного отбензинивания газовой смеси: 1, 2—адсорберы; 3—подогреватель; 4, 5—холодильники;

6—конденсатосборник;

I—отсепарированный от жидкости сырьевой газ; II—отбензиненный газ; III—регенерационный газ; IV—сконденсированные тяжелые углеводороды

Принципиальная схема отбензинивания газов адсорбционным методом приведена на рис. 9.3.

На отбензинивание подается газ, от которого предварительно отделена капельная влага. Это связано с тем, что попадание капельной жидкости в слой адсорбента вызывает его разрушение и снижение адсорбционной активности. Пройдя слой адсорбента, например, в адсорбере 1, сырьевой газ очищается от целевых компонентов. Для регенерации адсорбента в адсорбере 2 отбирается поток регенерационного газа III в количестве 15…30 % от расхода сырьевого газа. Регенерационный газ нагревается в подогревателе 3 и поступает в адсорбер 2, где адсорбированные компоненты переходят из слоя адсорбента в нагретый газ. По выходе из адсорбера регенерационный газ охлаждается: сначала потоком отбензиненного газа в холодильнике 4, а затем водой в холодильнике 5. Выпадающий при этом конденсат собирается в конденсатосборнике 6, а отбензиненный газ направляется на доочистку в работающий адсорбер 1.

По мере насыщения адсорбента в адсорбере 1 он выводится на регенерацию, а в работу включается адсорбер 2.

Для регенерации адсорбента применяют также пропаривание адсорберов острым водяным паром с последующим охлаждением выходящего влажного пара и отделением углеводородов.

Адсорбционный способ отбензинивания углеводородных газов применяют при содержании тяжелых компонентов от 50 до 100 г/м3.

Конденсационный метод Сущность конденсационного метода заключается в сжижении тяжелых углеводородных компонентов газа при отрицательных температурах. Применяют две разно-

видности конденсационного метода отбензинивания газов: низкотемпературная конденсация (НТК) и низкотемпературная ректификация (НТР).

Процесс низкотемпературного отбензинивания состоит из 3 стадий:

1)компримирования газа до давления 3…7 МПа;

2)охлаждения сжатого и осушенного газа до температуры –10…–80 °С;

3)разделения образовавшейся газожидкостной смеси углеводородов на нестабильный газовый бензин и «сухой» газ.

Две первые стадии процесса при применении НТК и НТР одинаковы. Отличие между ними заключается в третьей стадии.

В схеме НТК (рис. 9.4) газожидкостная смесь под давлением 3…4 МПа проходит систему холодильников 1—3, после чего разделяется в сепараторе 4. Образовавшийся конденсат после использования в качестве хладагента в холодильниках 1, 2 подается в деэтанизатор 5, а сухой газ—в газопровод.

Рис. 9.4. Принципиальная схема получения деэтанизированного бензина в установке НТК:

1, 2, 3—холодильники; 4—сепаратор; 5—деэтанизатор; 6—кипятильник;

7—пропановый холодильник; 8—рефлюксная емкость; 9—насос; I—сырьевой газ; II—сухой газ; III—нестабильный бензин;

IV—деэтанизированный нестабильный бензин

Вконденсате кроме высококипящих углеводородов (С3Н8 + высшие) присутствуют метан и этан, которые при его хранении, транспортировании и переработке, являются нежелательной примесью. Метан и этан отгоняют от углеводородного конденсата в деэтанизаторе 5 путем нагрева

вкипятильнике 6. Углеводородные пары, отходящие с верха деэтанизатора, частично конденсируются в пропановом холодильнике 7 и направляются в рефлюксную емкость 8. Отсюда несконденсировавшийся газ отводится потребителям, а жидкая фаза насосом 9 закачивается в верхнюю часть деэтанизатора в качестве орошения.

Деэтанизированный нестабильный бензин с низа деэтанизатора направляют на газофракционирующую установку.

Всхеме низкотемпературной ректификации в отличие от схемы НТК

вректификационную колонну (деэтанизатор) поступает вся газожидкостная смесь, образовавшаяся в результате компримирования и охлаждения сырьевого газа. То есть сепаратор 4 из схемы, изображенной на рис. 9.4, исключен.

Процесс НТК по сравнению с процессом НТР имеет следующие преимущества:

•благодаря предварительному отбору газовой фазы в сепараторе 4, деэтанизатор и другие аппараты установки имеют меньшие размеры;

•вследствие относительно небольшого содержания метана и этана в сырье деэтанизатора конденсацию паров в холодильнике 7 можно осуществлять при сравнительно высоких температурах –5…–10 °С.

Недостатками схемы НТК является то, что часть целевых компонентов теряется с газом, отбираемым из сепаратора 4. Этот недостаток устраняется более глубоким охлаждением сырьевого газа перед сепаратором, что требует больших затрат энергии.

Считается, что схема НТР наиболее рациональна при извлечении пропана в пределах 50 % от потенциала, а схема НТР экономичнее при извлечении свыше 70 % пропана, содержащегося в исходном газе.

9.4. Газофракционирующие установки

Нестабильный бензин, получаемый на отбензинивающих установках методами компрессии, абсорбции, адсорбции и охлаждения (НТК, НТР) состоит в общем случае из углеводородов от этана до гептана включительно. Это связано с тем, что при фазовых переходах и сорбции тяжелые углеводороды увлекают за собой легкие.

Поскольку нестабильный газовый бензин не находит непосредственного применения в народном хозяйстве, из него получают стабильный газовый бензин и технически чистые индивидуальные углеводороды—про- пан, бутаны, пентаны, гексан.

Процесс разделения нестабильного газового бензина на отдельные компоненты называется фракционированием. В основе фракционирования лежит метод ректификации. Поскольку требуется обеспечить четкое разделение исходного сырья на компоненты, температура кипения которых различается незначительно, фракционирование осуществляют в несколько ступеней, на каждой из которых сырье разделяется на два компонента: высококипящий и низкокипящий.

Процесс разделения двухкомпонентной смеси ректификацией выглядит следующим образом. Сырье, которое надо разделить, подается в среднюю часть колонны на тарелку питания. Введенная в колонну жидкая смесь стекает по контактным устройствам в нижнюю часть колонны, называемую отпарной. Навстречу потоку жидкости поднимаются пары, образовавшиеся в результате кипения жидкости в кубе колонны.

Рис. 9.5. Принципиальные схемы газофракционирования:

а) двухкомпонентная; б) трехкомпонентная; в) четырехкомпонентная

В процессе противоточного движения паровая фаза обогащается низкокипящим компонентом, а жидкая—высококипящим.

Газофракционирующие установки бывают двух типов: одноколонные и многоколонные. Одноколонные установки называют стабилизационными. Они предназначены для разделения нестабильного газового бензина на стабильный газовый бензин и сжиженный газ (рис. 9.5 а). На многоколонных ГФУ из нестабильного бензина выделяют стабильный бензин и фракции индивидуальных углеводородов. Для разделения нестабильного бензина на три компонента требуется две колонны (рис. 9.5 б): в первой колонне выделяется один целевой компонент, а в следующей— второй и третий. Рассуждая аналогично легко показать, что для разделения смеси на n фракций количество ректификационных колонн должно равняться n–1. Таким образом, для получения стабильного газового бензина и всех возможных технически чистых углеводородов (пропан, бутаны, пентаны, гексан) требуется 6 колонн.

10.Химическая переработка углеводородного сырья

10.1.Краткие сведения о нефтехимических производствах

Нефтехимической промышленностью принято называть производство химических продуктов на основе нефти и газа. К нефтехимическим производствам относятся:

1)производство сырья—олефинов, диенов, ароматических и нафтеновых углеводородов;

2)производство полупродуктов—спиртов, альдегидов, кетонов, ангидридов, кислот и др.;

3)производство поверхностно-активных веществ;

4)производство высокомолекулярных соединений—полимеров.

но предварительно получить химически активные углеводороды, к которым относятся в первую очередь непредельные углеводороды (олефи­ ны): этилен С2Н4, пропилен С3Н6, бутилен С4Н8, и др. Основным промышленным методом получения олефинов является пиролиз различного газо­ образного и жидкого нефтяного сырья.

Еще одним видом сырья для нефтехимического производства является ацетилен С2Н2, получаемый при высокой температуре путем электрокрекинга (в условиях вольтовой дуги) метана. Ацетилен является одним из исходных материалов для производства синтетических волокон и пластмасс.

Простейший технологический процесс производства синтетического каучука выглядит следующим образом. Из этилена путем гидратации получают этиловый спирт. Испаряя его в герметически закрытых сосудах и нагревая пары до нескольких сот градусов в реакторе в присутствии специального катализатора, получают бутадиен. После очистки бутадиен подвергают каталитической полимеризации, вырабатывая каучук-сы- рец. Перемешивая его при пониженном давлении, из каучука-сырца удаляют газы. Из полученного продукта получают полотнища каучука, которые в рулонах доставляют на заводы по производству резины для последующего изготовления различных изделий.

К группе пластмасс относятся винипласт, пенопласт, полиэтилен, тефлон и другие материалы. Винипласт получают в результате химичес­ кой переработки поливинилхлоридной смолы, образуемой при реакции этилена с хлором. Винипласт используется для производства электроизоляционных материалов, изготовления труб и арматуры для химичес­ кой промышленности и т. д.

Кроме того, добавляя к винипласту специальное вещество, выделяющее большое количество газов при нагревании (порофор), получают пенопласт. Промышленный пенопласт в 7…10 раз легче воды.

Широкое распространение получил полиэтилен—высокомолекуляр- ный продукт полимеризации этилена. Различают полиэтилен высокого давления и полиэтилен низкого давления. Первый получают при давлении 100…300 МПа и температуре 100…300 °С в присутствии кислорода. Для этого процесса требуется этилен высокой частоты. Полиэтилен низкого давления получают путем полимеризации этилена при давлении до 1 МПа и температуре 60…80 °С в присутствии специального катализатора.

Тефлон (полифторэтилен) получают путем полимеризации мономе- ра—тетрафторэтилена. Такие мономеры обычно получают из этилена, заменяя в его молекулах атомы водорода атомами фтора.

Из синтетических волокон в настоящее время наиболее широкое распространение получили капрон, лавсан, нитрон и др.

Исходным материалом для выработки капрона является капролактам. Его получают в результате сложной химической переработки фенола или бензола. Подвергая капролактам полимеризации при температуре 250 °С в присутствии азота, получают капроновую смолу, из которой впоследствии вырабатывают капроновое волокно.

Лавсан вырабатывают из пара-ксилола, который, в свою очередь, получают путем каталитической переработки бензиновых фракций на установках каталитического риформинга.

10.2. Основные продукты нефтехимии

Поверхностно-активные ПАВ широко применяются в различных вещества (ПАВ) отраслях промышленности, сельском хозяйстве и быту.

В нефтедобыче ПАВ применяют для разрушения водонефтяных эмульсий, образующихся в ходе извлечения нефти на поверхность земли и ее движения по промысловым трубопроводам. ПАВ добавляют в воду при мойке резервуаров и отсеков танкеров, чтобы ускорить процесс. Одним из способов перекачки высоковязких нефтей является их совместный транспорт с водой, обработанной раствором ПАВ: в этом случае вода хорошо смачивает металл и нефть движется как бы внутри водяного кольца.

Кроме того, ПАВ используют при изготовлении синтетических моющих веществ, косметических препаратов, лосьонов, зубных паст, туалетного мыла, при дублении кожи, крашении меха, при хлебопечении, получении противопожарных пен, изготовлении кондитерских изделий и мороженого, в качестве пенообразователя при производстве бродящих напитков (квас, пиво) и др.

Несмотря на большое многообразие ПАВ, все они могут быть разделены на две группы: ионогенные ПАВ, которые при растворении в воде диссоциируют на ионы, и неионогенные ПАВ, которые на ионы не диссоциируют.

В зависимости от того, какими ионами обусловлена поверхностная активность ионогенных веществ—анионами или катионами, ионогенные вещества подразделяются на анионоактивные, катионоактивные и амфолитные. Последние отличаются тем, что в кислом растворе ведут себя как катионоактивные ПАВ, а в щелочном растворе—как анионоактивные.

По растворимости в тех или иных средах ПАВ бывают водорастворимые, водомаслорастворимые и маслорастворимые.

Синтетические каучуки Термин «каучук» происходит от слова «каучу», которым жители Бразилии обозначали продукт, получаемый из млечного сока (латекса) гевеи, растущей на берегах

р. Амазонки. Натуральный каучук выделяли из латекса коагуляцией с помощью муравьиной, щавелевой или уксусной кислоты. Образующийся рыхлый сгусток промывали водой и прокатывали на вальцах для получения листов. Затем их сушили и коптили в камерах, наполненных дымом, с целью придания натуральному каучуку устойчивости против окисления и микроорганизмов.