CC BY
764
УДК 66.071
Л. И. Муллахметова, Е. И. Черкасова, Р. И. Сибгатуллина, Г. К. Бикмухаметова, А. М. Мустафина, И. И. Салахов
ГАЗОФРАКЦИОНИРОВАНИЕ
Ключевые слова: газофракционирование, газоразделение, ректификация, абсорбция, конденсация, адсорбция.
Рассмотрены методы разделения предельных и непредельных углеводородных газов абсорбцией, адсорбцией, ректификацией, конденсацией и способы реконструкции установок газофракционирования. Проведена сравнительная оценка эффективности работы колонн ректификации и чистоты разделения продуктов после их модернизации.
Keywords: Fractionation, gas separation, distillation, adsorption, condensation, adsorption, installation.
The methods of separation of saturated and unsaturated hydrocarbon gases by absorption, adsorption, distillation, condensation and methods of reconstruction of gas-fractionation plants were examined. Comparative evaluation effectiveness of performance rectification columns and of cleanness of products separation after upgrading rectification column was carried out.
Переработка углеводородных газов на газоперерабатывающем заводе (ГПЗ) с целью получения гомологов метана и в дальнейшем производство, на основе низших углеводородов, нефтехимической продукции, такой как каучуки, пластмассы, а из более тяжелых - топливные присадки, сжиженные газы, ароматические углеводороды, а также жидкое топливо является одним из квалифицированных методов их утилизации [1].
Переработка газового сырья проводится в следующей последовательности: очистка газа от примесей, удаление тяжелых углеводородов (УВ), осушка и разделение на фракции или индивидуальные компоненты.
Назначением газофракционирования является получение углеводородных фракции высокой чистоты или индивидуальных легких углеводородов из газов. Его проводят комбинированием различных методов: адсорбцией, абсорбцией, конденсацией и ректификацией.
Сырье и продукты газофракционирующих установок
На газофракционирующих установках (ГФУ) перерабатываемое сырье различается по химическому составу и агрегатному состоянию. Сырье поступает на ГФУ в газообразном и жидком (головка стабилизации) виде и его состав формируется под влиянием физико-химических условий, материнской породы залежи и геологической истории формирования данных [1].
В составе многих углеводородных газов содержатся значительное количество кислых компонентов, паров воды, а в составе газов деструктивных процессов - непредельных углеводородов и углеводородного конденсата.
Содержание влаги в газах отрицательно сказывается на процессах их переработки, ухудшаются основные технико-экономические показатели (ТЭП) работы установки, и транспортировки, где выпадение водяного конденсата в трубах в последствии приведет, к образованию кристаллогидратов. В присутствии кислых компонентов, водяные пары способствуют возникновению активных коррозионных процессов. Обычно тяжелые углеводородные газы при тех же условиях содержат меньше водяных па-
ров, чем легкие. Наличие сероводорода (Н^) и диоксида углерода (С02) в составе газа увеличивают содержание паров воды, присутствие азота (Ы2) -уменьшает [1].
В последние годы все большую долю сырья в нефтехимической промышленности занимают попутные газы нефтяных месторождений и природные газы, в частности в качестве сырья используются газообразные углеводороды газоконденсатных месторождений.
Метан является основным составляющим углеводородных газов, используется в качестве топлива, горючего, сырья синтеза. Этан получил широкое применение в качестве сырья пиролиза и хладагента.
За счет включения в свой состав существенной доли углеводородов С3 и выше, являющихся ценнейшим сырьем, газ играет значительную роль в энергетике и в химической промышленности, но это же служит причиной усложнения технологии его подготовки, транспортировки и переработки [2].
В нефтехимической промышленности растет потребность в непредельных углеводородах газах (НУВ). В особенности важными компонентами являются этилен и пропилен. Особенно в последние годы возрос спрос на пропилен и на самих ГПЗ и НПЗ. Это связано с тем, что на основе пропилена получают высокооктановые добавки к бензинам (алкилаты, оксигенаты и т.п.).
Основным процессом получения легких олефи-нов является пиролиз углеводородного сырья. Пиролизу подвергаются различные виды углеводородов - от газообразных, бензинов и более тяжелых, вплоть до нефти [3].
Для разделения газов применяют методы абсорбции, адсорбции, конденсации, однако они дают грубое разделение, поэтому их, как правило, сочетают с ректификацией [4].
В случае разделения газов пиролиза применяют методы низкотемпературной абсорбции и низкотемпературной ректификации.
Адсорбция
Адсорбция газов и паров зависит от природы поглощаемого вещества и его парциального давления. В зависимости от этих характеристик подбирается
адсорбент, имеющий необходимую удельной поверхность и структуру пор.
Адсорбенты должны обладать:
- высокой поглотительной способностью;
- избирательностью;
- термической и механической прочностью;
- малым гидравлическим сопротивлением;
- легкой отдачей адсорбтива (адсорбированного вещества) при регенерации.
При непрерывном процессе адсорбент характеризуется динамической активностью, при периодическом - статической. Адсорбционные процессы очистки делятся на:
- химические, в результате химического взаимодействия адсорбент покрывается пленкой продуктов реакции. Процесс протекает при повышенных температурах и характеризуется значительной энергией активации - активированная адсорбция.
- физические, адсорбция за счет сил притяжения, поддерживающих поглощаемое вещество на поверхности адсорбента слоями. Физическая адсорбция может протекать на пористых веществах с развитой внутренней поверхностью как активированный уголь, силикагель, активная окись алюминия, алюмосиликаты, цеолиты [5]. Данный метод широко применяется как для газоразделения, так и для очистки, осушки газов.
Чаще всего в качестве твердых адсорбентов используют активированный уголь, силикагель и синтетические цеолиты (молекулярные сита).
Активированный уголь обладает разветвленной системой пор, его получают обжигом древесных пород и удалением из них смолистых веществ. Сорбционные свойства углей могут быть повышены введением в их состав оксидов некоторых металлов: меди, никеля, железа, марганца, кобальта [6].
Силикагель - это двуокись кремния, являющаяся высокопористым телом по своей структуре.
Цеолиты - это синтетические алюмосиликатные кристаллические вещества, обладающие значительной поглотительной способностью и высокой избирательностью.
В промышленности эксплуатируются установки по адсорбционному выделению на активированном угле пропана из природного газа, этилена из метано-водородных фракций и продуктов пиролиза метана.
Стадия десорбции проводится нагреванием адсорбента, вакуумированием, продувкой инертным газом и требует значительных энергозатрат.
Абсорбция
Процесс основывается на селективном поглощении газов из смеси жидкими абсорбентами. Абсорбция осуществляется путем диффузии газа через слой жидкости (абсорбента) в контактных аппаратах -абсорберах. Концентрация извлекаемого компонента в газовой фазе должна быть выше, чем в жидкой.
Абсорбция основана либо на химическом связывании газов - хемосорбции, либо на растворимости компонентов - физической абсорбции, либо их комбинации.
К абсорбенту предъявляются следующие требования:
- высокая поглотительная способностью по отношению к извлекаемому компоненту;
- легкая регенерируемость;
- избирательная поглотительная способность;
- низкое давление насыщенных паров;
- химическая стабильность;
- доступность и невысокая стоимость.
В зависимости от характеристики сырья, концентрации извлекаемых компонентов, и условий абсорбции в каждом конкретном случае выбирается тип абсорбента и метод его десорбции[7].
Наиболее распространенным в России абсорбционным методом переработки газа является масляная абсорбция.
Данным методом получают около 70 % индивидуальных углеводородов. Особенно часто его используют при переработке «богатого» газа, где содержание УВ >С3 более 100 г/м3.
Схема маслоабсорбционной установки сравнительно проста. Под давлением 0,5-1,2 МПа в колоннах-абсорберах извлекаются тяжелые углеводороды (С3 и выше). Поглощенные в абсорбере углеводороды выделяются в десорбере при давлении 0,3-0,5 МПа и температуре куба 120-1500С, и после конденсации формируют нестабильное топливо.
В ряде случаев для достижения высокой чистоты разделения используют комбинированные схемы. На первой ступени разделение производят абсорбционным методом, для удаления большей части абсорбируемого компонента и предотвращения забивки пор адсорбентов, используемых в адсорбционной осушке во второй ступени.
Мембранология
Мембранные технологии разделения (селективные) газовых смесей занимают значимое место среди промышленных процессов переработки углеводородных газов.
Мембрана - это гибкая тонкая пленка, приведенная внешними силами в состояние натяжения и обладающая вследствие этого упругостью.
В настоящее время существует большое количество мембран, полученных искусственным путем.
Структура синтезированных мембран разнообразна - от грубых(сито) до очень тонких полимерных волокон (пленок). В качестве материала, применяемого для изготовления мембран, используются пористые и непористые органические (полимерные пленки, трубки, капилляры, полые волокна, плоские тонкие листы) и неорганические (цеолиты, углеродные, стеклянные, керамические, металлические).
Для изготовления полунепроницаемых мембран применяют:
- полимерные пленки (полиэтиленовые, полипропиленовые, поликарбонатные, фторопластовые и т.п.);
- металлическую фольгу (сплав платины, палладия, серебра, молибдена и др.);
- пористые стекла (натрий боросиликатные);
- другие материалы.
На сегодняшний день синтетические полимерные мембраны являются основой технологических процессов, использующих процессы мембранного разделения.
Сущность процесса мембранного разделения заключается в том, что разделяемая исходная газовая смесь веществ соприкасается с полупроницаемой мембраной (или пленкой) с одной стороны, прошедший через нее фильтрат из-за особенностей мембраны обогащается одним из компонентов исходной смеси.
Основными параметрами мембранного разделения являются проницаемость, селективность и стабильность во времени. Проницаемость - это удельная производительность мембран, равная количеству фильтрата, кг/ч, проходящая через единицу поверхности мембраны, м2, или скорость процесса мембранного разделения, кг/м2*ч. Фактор разделения - селективность мембраны, характеризует полноту (эффективность) мембранного разделения по отношению к целевому компоненту [8].
При хорошей проницаемости мембранного материала и больших размерах пор, по которым происходит перемещение разделяемой среды, разделение газовых смесей практически не будет происходить. При применении материала с порами, размеры которого сопоставимы с размерами молекул, то происходит процесс разделения, аналогичный действию молекулярных сит. Отличие состоит в том, что молекулярные сита используют разделительное действие пористых кристаллов (применяются в виде порошков, зерен или таблеток).
Довольно часто встречаются газовые смеси, компоненты которых характеризуются очень большой разницей по проникающей способности через полимерные мембраны, например, такие смеси, как СН 4 - Не, СН 4 - N2- SO2, воздух - Н2О и другие. Однако концентрация легкопроникающего компонента обычно очень мала. Для значительного удаления легкопроникающих компонентов из таких смесей требуются очень большие площади поверхности газоразделительных мембран.
Конденсация
При переработке газового сырья, углеводородные компоненты которого имеют различную способность к конденсации возможно использовать метод парциальной конденсации.
Из многокомпонентной смеси в первую очередь, из-за своей низкой температуры кипения, конденсируются высококипящие углеводороды. Для конденсации многокомпонентной смеси необходимо подобрать соответствующие давления и температуру [9].
При небольшом содержании высококипящих углеводородов смесь разделяют методом низкотемпературной конденсации при давлении 4,0-4,5 МПа и температуре -700С и ниже. Если же газ обогащен компонентами С5 и выше, его конденсацию проводят при невысоком давлении и умеренных температурах.
Низкотемпературная конденсация широко применяется при достаточно больших масштабах переработки газов или когда необходимо получить значительное количество этана или выделить гелий из природного газа, как в схемах переработки нефтяных, попутных и природных газов на нефтеперерабатывающих заводах.
Ректификация
Одним из широко известных процессов для разделения газовых смесей на индивидуальные компоненты или углеводородные фракции в промышленности является ректификация.
Ректификация - диффузионный процесс разделения компонентов, различающихся по температурам кипения. Процесс осуществляется путем проти-воточного многоступенчатого или непрерывного контактирования паров жидкости. Необходимым условием процесса является присутствие жидкой фазы в системе.
Выделяют ректификацию низкотемпературную, азеотропную, экстрактивную.
Под низкотемпературной ректификацией понимают разделение газовой смеси путем охлаждения ее до определенной температуры при постоянном давлении. В результате охлаждения конденсируется более тяжелая часть компонентов, а легкая часть, в силу своей низкой температуры кипения, выводится в газообразном виде.
Преимуществами низкотемпературной ректификации являются:
1) гибкость по глубине извлечения выделяемых фракций;
2) высокое извлечение легких углеводородов из жирных газов.
Отрицательным моментом является большие энергозатраты для получения холода. Поэтому для их снижения конденсацию проводят по возможности при более высоких температурах и компенсируют это повышением давления. Однако достижение более высоких давлений связано с трудностями компримирования, так как при критических температурах для данного давления вещество не переходит из газообразного состояния в жидкое.
При использовании азеотропной ректификации добавляется вещество, образующее с одним из разделяемых компонентов азеотроп, который имеет температуру кипения отличную от исходной температуры кипения этого компонента.
На рисунке 1а изображена колонна азеотропной ректификации, где в качестве разделяющего агента используется компонент С, который подается не выше точки подачи исходного потока А+В (чаще всего подаются вместе). Сверху колонны отводят пары смеси А+С, снизу колонны - чистый компонент В. Часть потока А+С возвращается как флегма, а основная часть А+С разделяется в блоке регенерации аген-та С.
а б
Рис. 1 - Схемы установок ректификации: а) азеотропной; б) экстрактивной
В качестве примера может служить разделение бутан-бутиленовой фракции с помощью метанола (при контакте метанола с изобутиленом образуется метилтретбутиловый эфир (МТБЭ)) или разделение бутилен-бутадиеновой фракции - алкилнитритами [10]. Последние позволяют разделить бутадиены, так как температура кипения, например, бутана с метилнитритом -200С, бутилена с метилнитритом -160С, бутадиена с метилнитритом -40С. В данном случае температура кипения азеотропа, сформированного из бутадиена и метилнитрита, ниже, чем бутадиена и это позволяет выделить его простой перегонкой.
При экстрактивной ректификации используется дополнительный компонент - растворяющий агент. Он избирательно поглощает один из компонентов сложной бинарной системы снижением упругости паров, то есть, увеличивая их относительную летучесть, при этом сам экстракт является труднолетучим [11].
Схема экстрактивной ректификации приведена на рисунке 1б. В данной схеме представлено разделение исходной смеси А+В с помощью труднолетучего агента С. Разделяющий компонент подается на одну из верхних тарелок, стекая он насыщается компонентом В, растворяя его в себе. За счет снижения упругости паров происходит разделение компонента А, который с определенной чистотой отбирается сверху колонны. Смесь В+С разделяются во второй колонне, сверху выделяется компонент А, снизу - компонент С. Типичным примером может так же послужить разделение бутан-бутадиеновой смеси.
Преимуществом экстрактивной ректификации, в отличие от азеотропной, является более простая регенерация из-за большей разности летучести компонентов.
Модернизации блока разделения
Развитие нефтехимической промышленности требует значительно большее количество индивидуальных компонентов и узких фракций УВ, так как они служат основным сырьем для нефтехимических производств.
Сэтой целью установки фракционирования, предназначенные для стабилизации бензинов, усовершенствовались для получения
индивидуальных компонентов изомерного и нормального строения и стали намного сложнее.
Все многообразие общих схем современных блоков разделения газофракционирующих установок можно принципиально разделить на два типа:
- схемы последовательного выделения из сырьевой смеси отдельных углеводородов или фракций (однопоточная);
- схемы с предварительным делением сырья на две части с последующим их фракционированием (двухпоточная).
В схемах обоих типов необходимо предусматривать разделение близкокипящих изомеров бутана и пентана в виде бинарных смесей в отдельных ректификационных колоннах. Последовательное
выделение изомеров из смеси углеводородов не обеспечивает высокую степень чистоты продуктов.
Стоимость установок, работающих по двух-поточной схеме, в среднем на 20-22 % ниже одно-поточных схем за счет сокращения оборудования. Одновременно примерно на 15 % снижаются (по срав-нению с однопоточной схемой) эксплуатационные расходы.
По данным анализа фактических показателей ГФУ (табл. 1), работающих по двухпоточной и однопоточной схемам ректификации, получены сравнимые величины отбора фракций, близких по качеству [7].
Таблица 1 - Показатели работ двухпоточной (I) и однопоточной (II) ГФУ [7]
Отбор Концентрация
Углеводороды углеводородов от содержания в сырье, % компонента во фракции, %
I II I II
С3Н8 86,0 85,0 97,0 97,0
ьС^Рю 89,0 88,0 95,0 96,0
П-С3Н8 96,7 95,0 97,0 97,0
ьСзН:2 97,0 96,0 96,0 97,0
П-С5Н12 93,2 95,0 98,0 97,0
Развитие нефтехимической промышленности требует значительно большее количество индивидуальных компонентов и узких фракций УВ, так как они служат основным сырьем многих нефтехимических производств. С этой целью установки фракционирования, предназначенные для стабилизации бензинов, усовершенствовались для получения индивидуальных компонентов изомерного и нормального строения и стали намного сложнее.
Блок разделения состоит из ректификационных колонн. Их количество зависит от чистоты разделения, требуемого качества нефтепродукта и разделительной способности, а последние в свою очередь от состава исходной углеводородной смеси.
Для разделения сырьевой смеси, состоящей из углеводородов С3 и выше, изначально устанавливали по одной колонне. Продукты, например, изопен-тановая фракция, получались невысокого качества с концентрацией около 85 % с примесью до 12-13 % бутанов, что не позволяло использовать ее в качестве сырья для синтеза в нефтехимии [7].
При модернизации установка дополнилась еще одной колонной на каждом этапе разделения, и стало возможным получать фракцию с содержанием изопентана до 98%, при этом циркулирующий поток не превысил 15 %.
На рисунке 2а представлена двухколонная система с внутренней циркуляцией, которая используется для выделения из смеси газа концентрированных углеводородов, на рисунке 2б - схема ректификационной колонны, с реконструкцией, с двойной отгонной частью.
Количеством циркулирующего потока регулируют глубину отбора легкого компонента. Он поступает в эвапорационное пространство колонны.
Эта схема исключает из концентрационной части второй колонны конденсатор, насосы, обвязывающие трубопроводы и арматуру, но при этом качество сохраняется на заданном уровне.
Лэр 4
а б
Рис. 2 - Схема ректификационной колонны: а) с внутренней циркуляцией (двухколонная система); б) с двойной отгонной частью
Технико-экономические расчеты показывают, что применение двухколонной системы с двумя отгонными частями уменьшает расходы до 27 %.
Однако имеется недостаток двухколонных систем, обусловленный конденсацией верхнего продукта второй колонны. Технология требует установку дополнительного аппарата для конденсации и испарения потока циркулята.
Также важным моментом в блоке разделения является число тарелок в ректификационных колоннах.
Для выделения, например, изобутана или изо-пентана чистоты 97-98 % и выше, их количество достигает 160-180 штук и их невозможно разместить в одну колонну. Поэтому применяют разрезные колонны, представляющие собой две работающие последовательно ректификационные колонны. Первая - отгонная часть колонны, а вторая -концентрацион-ная.
Технологическая схема ГФУ с применением разрезных колонн довольно усложняется. Для устранения проблемы предложено два варианта решений:
1) использовать адсорбционный метод выделения индивидуальных углеводородов с помощью цеолитов;
2) заменить ректификационные тарелки на высокоэффективные насадки.
Адсорбционные методы разделения и очистки от Н^ и СО2 углеводородных газов получили развитие в связи с производством высокоактивных адсорбентов - цеолитов, обладающих большой адсорбционной емкостью и селективностью, наиболее эффективные из них СаА [12]. Адсорбция протекает под давлением 1,7-5 МПа. Наряду с тонкой очисткой газа от сероводорода и других сернистых соединений на цеолитах происходит также его глубокая осушка.
Цеолиты обладают способностью адсорбировать вещества, у которых поперечный размер молекул меньше диаметра входных отверстий в кристаллической структуре цеолита. Это позволяет разделить н- парафины, с наименьшим поперечным размером,
от всех предельных углеводородов. Поэтому при контактировании смесей углеводородов с цеолитами СаА и MgA, с размером пор до 0,5 нм, нормальные парафины селективно адсорбируются. Данный метод используется в процессах Молекс, Изосив, Ин-сорб, Парекс [13].
Цеолиты изготавливают в виде гранул, таблеток, шариков и т.п., в которых кристаллы, размером порядка 1 мкм, соединены связующим звеном. Промежутки между кристаллами и поры связующих веществ образуют вторичную пористую структуру. Однако в процессе адсорбции цеолитами главную роль играет первичная структура.
Даже синтетические цеолиты, изготовленные с заданными размерами пор, не позволяют преодолеть предпочтительность адсорбции полярных молекул. Поэтому при наличии паров воды не происходит поглощения тех молекул, размеры которых соответствуют их пористой структуре [14].
Применение цеолитов и оксидов металлов позволяет проводить адсорбцию при высоких температурах и получать при оптимальных условиях регенерации сорбентов газы с концентрацией диоксида серы до 25 %. Диоксид серы затем может быть переработан в жидкий продукт - диоксид серы или серную кислоту.
Эффективное использование адсорбционных процессов в промышленности неразрывно связано с созданием новых методов интенсификации процессов массообмена и разработкой технологической аппаратуры.
Для увеличения производительности и эффективности разделения рекомендуется заменить тарелки в верхней части колонны. Модернизация заключается в замене тарелок на новые высокоэффективные насадки.
Данный подход использовался для модернизации колонного аппарата одной из технологических линий установки стабилизации конденсата (УСК-2) Сургутского завода стабилизации конденсата (ЗСК) с целью снижения содержания изопентана в стабильном конденсате.
В результате 15 тарелок из верхней части колонны были замещены на насадки из нержавеющей стали IRG ИВЦ «Инжехим». Реконструкция позволила повысить содержание изопентана в составе ШФЛУ с 9-10 % мас. до 11,7%-мас. [15].
Также одним из эффективных методов получения изопентана, который представляет интерес как и высокооктановый компонент бензинов, так и нефтехимическое сырье, является использование низкотемпературных режимов в колонне разделения.
На Сургутском заводе стабилизации конденсата на установке получения изопентана, как высокооктанового компонента, Была рассмотрена возможность получения изопентановых фракций марки А и марки Б [16].
Исследования показали, что чистота и отбор изопентановой фракции от его потенциального содержания в ШФЛУ в основном зависят от температурного режима низа колонны. При выделении индивидуальных компонентов
температура низа колонны может изменятся в очень узких пределах, что обусловлено относительно близкой летучестью и близкой температурой кипения компонентов.
Задачей исследования являлось найти рациональный температурный режим низа колонн. Необходимая чистота изопентана, соответствующая марки А, достигается уже при температуре низа дебутанизатора 138,5 0С и температуре низа изопентановой колонны равной 87 0С. Но при этих условия отбор изопентана от его потенциального содержания в ШФЛУ составляет всего лишь 41%. Оптимальный отбор изопентановой фракции, соответсвующей марки А, возможен при температуре низа дебутанизатора и изопентановой колонны 136,50С и 90 0С. При этом чистота изопентановой фракции составляет 98,13% и отбор от отенциала 93%. Кроме этого, уменьшение температуры низа снижается тепловую нагрузку на испарители и холодильники колонн, а так же позволяет сократить флегмовое число в изопентановой колонне с 14,43 до 13,0 [17-18].
В конечном итоге реконструкция приводит к получению продукта более высокого качества, уменьшению энергозатрат и, как следствие, улучшению ТЭП.
Еще одним важнейшим источником сырья в нефтехимической промышленности, занимающим по объему одно из первых мест, является этилен.
В нефтехимии для получения этилена используют процессы пиролиза, крекинга, окислительной димеризации метана под действием кислорода и катализаторов, дегидратация этанола и т.д.
Для извлечения этилена из продуктов образования требуется их дополнительная ректификация в двух или трех колоннах и химическая очистка (промывка органическим растворителем, например, ацетоном или диметилформамидом; селективное гидрирование).
Очистка этилена осуществляется по схеме:
1) удаление сернистых соединений промывкой этиленовой фракции горячим и холодным щелочным раствором, для удаления сероокиси углерода и сероводорода с двуокисью углерода соответственно;
2) удаление ацетилена и кислорода гидрированием на катализаторе на основе никеля или палладия;
3) удаление влаги пропусканием потока через активированную окись углерода;
4) выделение этилена на последовательно работающих колоннах ректификации: в первой осуществляется удаление легколетучих компонентов (метана, водорода, окиси углерода), во второй - удаление этана и получение этилена-концентрата [19].
Одной из важнейших задач является получе-ние этилена требуемой степени чистоты, с учетом того, что требования к качеству товарного этилена очень высокие, не менее 99,95 %.
Компания Nova Chemical (Канада) после увеличения мощностей установки получения этилена в Корунна Онтарио обнаружила, что слабым звеном в технологической схеме остается колонна отгона этилена. На этой колонне получают три продукта:
этилен полимерного сорта, разбавленный этилен и рециркулирующий этан.
Технологическим решением проблемы стала реконструкция тарелок. Для увеличения эффективности и производительности колонны были применены неподвижные и толкающие клапаны. Неподвижные открывающиеся клапаны за счет меньшего просвета обеспечивают более спокойную пену на днищах тарелок и высокую паропроизводи-тельность. Толкающие клапаны обеспечивают интенсивное течение жидкости вблизи стенок сосуда, что обуславливает отсутствие от застойных зон, следовательно, и увеличение эффективности тарелок [21].
Существуют технологии производства этилена, основанные на процессе разделения газов пиролиза методом ступенчатой низкотемпературной ректификации. Следует отметить, что ректификационные колонны данного производства характеризуются наличием больших нагрузок по паровой фазе. Для того, чтобы сохранить высокую разделяющую способность, снизить гидравлическое сопротивление колонн и уменьшить их габариты (высоту и диаметр) контактное устройство колонны ректификации узла деметанизации этан-этиленовой фракции возможно заменить на более эффективное - насадку «Инжехим» [21].
Это позволяет обеспечить производство следующими преимуществами:
- повышение качества продукции;
- повышение производительности аппаратов;
- снижение удельного гидравлического сопротивления колонн;
- снижение энергетических затрат на проведение процесса ректификации.
Установки газофракционирования по типу перерабатываемого сырья подразделяются на ГФУ предельных и ГФУ непредельных газов. На ГФУ предельных газов подаются газы с установок первичной перегонки, каталитического риформинга, гидрокрекинга. На ГФУ непредельных углеводородных (НУВ) газов- с установок термического и каталитического крекинга, коксования.
В отечественной практике в большинстве случаев встречается их последовательное размещение. Это в свою очередь делает процесс металлоемким и энергозатратным.
Фирма Linde и дочерняя компания «Газпром» в совместном проекте НГХК предлагают разделять сырье и продукты одним общим потоком. На комбинированной установке получения этилена для обеспечения высокой гибкости, т.е. для возможности использования установки как для разделения этансодержащего газа, так и для получения этилена, пирогаз и этансодержащий газ охлаждаются раздельно, каждый по своей отдельной цепочке охлаждения и поступают в деметанизатор в соответствии с их составом и температурой в соответствующие тарелки. Продуктами являются метановая фракция в качестве головного продукта и фракция С2+, которая идет на дальнейшее разделение [21].
Заключение
Разделение газов из предельных составляющих дает выход следующих фракций: метано-этановой (сухой газ), пропановой, бутановой и изобутановой, пентановой и изопентановой, гексановой.
Если же сырье состоит из предельных и непредельных УВ компонентов, то разделение сырья, расширит ассортимент углеводородных фракций, в результате получаются: метановая, этан-этиленовая, пропан-пропиленовая, бутан-бутиленовая, пентан-амиленовая фракции и тяжелые углеводороды С6 и выше.
Также газообразные УВ являются основным компонентом для выработки высокооктановых добавок к бензинам таких как алкилаты, изооктан, полимер дистиллятов.
Получение мономеров с целью нефтехимического синтеза основано на газовом сырье, в составе которого 93-96 % основного компонента. Для производства высокомолекулярных синтетических соединений концентрация мономеров не превышает 99,5%.
Ассортимент получаемых продуктов и установок ГФУ зависит от направленности нефтехимического комплекса и может меняться в зависимости от его потребностей.
Литература
1. Муллахметова Л.И., Черкасова Е.И. Попутный нефтяной газ: подготовка, транспортировка и переработка/ Л.И. Муллахметова // Вестник Казанского технологического университета. - 2015. Т18. №19.- С. 83-90.
2. Семенова Т.А. Очистка технологических газов / Т.А. Семенова и др - M.: Химия, 1997. - 314 с.
3. Абдуллин А.И., Солодова Н.Л., Пиролиз углеводородного сырья. Учебное пособие / Солодова Н.Л., Абдуллин А.И.// КГТУ. - Казань, 2008,- 240 с.
4. Аджиев А.Ю., Пуртов П.А. Подготовка и переработка попутного нефтяного газа в России: в 2 ч. Ч. 2 / А.Ю.Аджиев, П.А.Пуртов. - Краснодар: ЭДВИ, 2014. -с. 504.
5. Адсорбционное выделение на цеолитах. Производство жидких парафинов / Э-Хим / (http://e-him.ru/?page=dynamic§ion)
6. Владимиров А.И. Экология нефтегазового комплекса / А.И. Владимиров. М: Нефть и газ. - 2003. - с.415.
7. Дронин А.П. «Технология разделения углеводородных газов» / А. П. Дронин / М.: Химия. 1975.- с.11.
8. Соколов А.В. Новые методы разделения легких углеводородов / А.В. Соколов, М. Гостоптехиздат. -1961. -с.332.
9. Бусыгин И.Г., Бусыгина Н.В., Николаев В.В. Основные процессы физической и физико-химической переработки газа / И.Г. Бусыгин / М.: Недра. - 1998. - с.134.
10. Патент 2213721 Способ разделения С4-углеводородных фракций. Россия, МПК С07С7/08. ОАО «Нижнекамскнефтехим», Борейко Н.П., Яфизова В.П., Репин В.В., Романов В.Г., Гаврилов Г.С. N2002109490/04: Заявл. 11.04.2002: Опубл. 10.10.2003
11. Патент SU 889024 Колонна экстрактивной ректификации / И. П. Слободяник, П. П. Краев, В. А. Красильни-ков, А. А. Тараканов, В. И. Бутин // Краснодарский политехнический институт и Тольяттинское, производственное объединение «Синтезкаучук», 1981. — С. 1-16.
12. Исмагилов Ф.Р. Экология и новые технологии очистки сероводородсодержащих газов / Ф.Р. Исмагилов / Уфа: Экология. -2000. - с.214.
13. Рудакова Н.Я. Карбамидное комплексообразование нефти / Н.Я. Рудакова/ Л. Химия.-1985. - с.240.
14. Родионов И.А. Техника защиты окружающей среды/ Родионов И.А., Торочешников Н.С. - Учебник для вузов. 2-е изд., М.:Химия, 1989.-с.512.
15. Ясавеев Х.Н., Дияров И.Н. Моделирование процесса выделения изопентана из широкой фракции легких углеводородов // Изв.ВУЗ-ов. Нефь и газ. 1998. №2. С.101-110.
16. Ясавеев Х.Н. Реконструкция установок разделение углеводородных смесей Сургутского ЗСК // Тезисы доклада Всероссийской научной конференции «Тепломас-собмен в химической технологии» - Казань, 2000. -с.163-164.
17. Ясавеев Х.Н., Мальковский П.А., Дияров И.Н. Процесс получения изопентановой фракции марки А по ТУ 38.101494-79 по газофракционирующей установке Сургутского ЗСК //Изв. ВУЗ-ов. Нефть и газ. 1997. №6. -с.165.
18. Ясавеев Х.Н., Мальковский П.А., Дияров И.Н. Проблемы реконструкции изопентановой колонны на Сургутском ЗСК // Химия и технология топлив и масел, 1998. №6. - с. 30-33.
19. Клименко А.П. Получение этилена из нефти и газа / А.П.Клименко - М.: Гостоптехиздат. -1962.- с.235.
20. Bernard A., Williers W., Summers D.R. Повышение эффективности отделения продуктового этилена / A. Bernard / Нефтегазовые технологии. -2009. №8.- с. 74.
21. ОАО ВНИПИнефть, Новоуренгойский ГХК. Общая пояснительная записка // Москва - 2006.
© Л. И. Муллахметова, магистр каф. ХТПНГ КНИТУ, [email protected]; Е. И. Черкасова, канд. техн. наук, доц. той же кафедры, [email protected]; Р. И. Сибгатуллина, магистрант той же кафедры; Г. К. Бикмухаметова, магистрант той же кафедры; А. М. Мустафина, магистрант той же кафедры; И. И. Салахов, канд. техн. наук, доц. той же кафедры.
© L. I. Mullakhmetova, Undergraduate, Department HTPNG, KNRTU, [email protected]; E. I Cherkasova, Ph.D., Associate Professor, HTPNG, KNRTU, [email protected]; R. I Sibgatullina, Undergraduate, Department HTPNG, KNRTU; G. K Bikmuhametova, Undergraduate, Department HTPNG, KNRTU; А. М. Mustaflna, Undergraduate, Department HTPNG, KNRTU; I. I. Salahov, Ph.D., Associate Professor, HTPNG, KNRTU.
