Увеличение выработки пропан-бутановой фракции на Оренбургском ГПЗ за счет замены клапанных тарелок на перекрестноточную насадку в колоннах 374С02 и 374С03 установки 2у-370 Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 665.632.3

И. Д. Нестеров (к.т.н., в.н.с.), С. К. Чуракова (к.т.н., доц.), К. Ф. Богатых (д.т.н., проф.)

Увеличение выработки пропан-бутановой фракции на Оренбургском ГПЗ за счет замены клапанных тарелок на перекрестноточную насадку в колоннах 374С02 и 374С03 установки 2У-370

Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра нефтехимии и химической технологии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2431175, e-mail: [email protected]

I. D. Nesterov, S. K. Churakova, K. F. Bogatyh

An increase of producing of propane-butane fraction on Orenburg gas processing plant due to replacing valve-tray on cross-flow packed in 374С02 and 374С03 columns of 2U-370 units

Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str.; 450062, Ufa, Russia; ph. (347) 2431175; e-mail: [email protected]

На Оренбургском ГПЗ для повышения отбора пропана из природного газа и сокращения удельных энергозатрат на производство сжиженной пропан-бутановой фракции (ПБФ) в колоннах 374С02 и 374С03 установки 2У-370 проведена замена клапанных тарелок на пере-крестноточную насадку, разработанную сотрудниками УГНТУ. Высокая фракционирующая способность перекрестноточной насадки, установленной в этих колоннах, позволила обеспечить на установке 2У-370 дополнительную переработку 12 т/ч потока широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), в два раза сократить потери пропана с газом деэтанизации и увеличить выработку ПБФ.

Ключевые слова: абсорбент; клапанная тарелка; модернизация; перекрестноточная насадка; пропан-бутановая фракция; ректификационная колонна; сокращение энергозатрат; фракционирующая способность; ШФЛУ. For a rise yield of propane from natural gas and a

В настоящее время единственной реальной возможностью повышения эффективности переработки газа на Оренбургском ГПЗ является модернизация действующих производств с целью повышения степени извлечения пропана, что позволяет увеличить выработку более ценной продукции — сжиженной ПБФ. В данной статье приведены результаты реализации разработок сотрудников УГНТУ на установке 2У-370, которая эксплуатируется в составе третьей очереди Оренбургского ГПЗ. Эта уста-

Дата поступления 09.06.09

reducing specific power inputs to produce liquid propane-butane fraction (PBF) in 374C02 and 374C03 columns of 2U-370 units on Orenburg GPP, the replacing valve-tray on cross-flow packed, developed by employees of the Ufa State Petroleum Technological University, is conducted. High fractionating ability of cross-flow packed, setting in these columns, has allowed to provide extra processing of 12 t/h wide fraction of lights hydrocarbons (WFLH), to reduce losses of propane in a twice with deethanization gas and to increment producing of PBF.

Key words: absorbent; cross-flow packed; fractionating ability; modernization; propane-butane fraction; rectification column; reducing of power inputs; valve-tray; WFLH.

новка, построенная по проекту фирмы ТЕСН№Р предназначена для очистки от сернистых соединений потоков природного газа, поступающих с промыслов Оренбургского газо-конденсатного месторождения, и извлечения из очищенного газа методом низкотемпературной абсорбции углеводородов С2 и выше. Углеводороды С2 и выше, извлеченные циркулирующим абсорбентом на этой установке, разделяются далее в колоннах 374С02 и 374С03 на газ деэтанизации, ПБФ и дебутанизирован-ный абсорбент. По проекту фирмы ТЕСН№Р в этих колоннах были установлены клапанные

ректификационные тарелки: в колонне 374С02 — 45 тарелок, а в колонне 374С03 — 35 тарелок. Для увеличения выработки ПБФ необходимо сократить потери пропана с газом деэтаниза-ции, поскольку этот поток без извлечения пропана используется в качестве топлива.

На установке У-09 Оренбургского ГПЗ при физической стабилизации газового конденсата вырабатывается ШФЛУ, цена реализации которой ниже, чем ПБФ. Содержание суммы пропана и бутанов в ШФЛУ составляет 70% мас., поэтому этот поток целесообразно переработать для увеличения производства ПБФ. Однако проект фирмы ТЕСНШР не предусматривал вовлечение в переработку на установке 2У-370 потока ШФЛУ, поскольку в колонне 374С02 клапанные ректификационные тарелки перегружаются по жидкости, и увеличиваются энергозатраты на выделение ПБФ в колонне 374С03 1. Поэтому было принято решение повысить фракционирующую способность колонн 374С02 и 374С03 за счет замены клапанных тарелок на перекрестноточ-ную насадку, которая по результатам работы в промышленных колоннах показала высокую эффективность массообмена 2' 3. В техническом задании на замену тарелок в колоннах

374С02 и 374С03 определено, что на установке 2У-370 необходимо обеспечить дополнительную переработку 12 т/ч потока ШФЛУ. Потери пропана с газом деэтанизации должны быть сокращены в два раза по сравнению с фактической работой установки 2У-370 без переработки потока ШФЛУ.

На основании данных, полученных в ходе обследования, и расчетного анализа фактической работы колонн 374С02 и 374С03 установки 2У-370 сотрудники УГНТУ разработали технологию эффективной переработки потока ШФЛУ при сокращении удельных энергозатрат на выделение ПБФ. Затем был разработан комплект проектно-конструкторской документации на изготовление деталей и монтаж в колоннах 374С02 и 374С03 модулей перекрестно-точной насадки. В период планового ремонта установки 2У-370 в этих колоннах были демонтированы клапанные тарелки. В колонне 374С02 были смонтированы 40 модулей пере-крестноточной насадки, а в колонне 374С03 — 33 модуля 4' 6. Монтаж насадочных модулей общей массой 38 т был выполнен за 15 сут.

Принципиальная технологическая схема разделения насыщенного абсорбента и потока ШФЛУ в перекрестноточных насадочных ко-

Регенерированный абсорбент ^

Газ деэтанизации

374А02

ШФЛУ

Насыщенный абсорбент

X

374Е1

374С

С02

Ж

Водяной

пар 374Е11/19

С

374Е09

-Ф-

374В06

5>

Пропан-бутановая фракция

Дебутанизированный абсорбент в колонну 374С04 на регенерацию

Рис. Технологическая схема блока выработки ПБФ в перекрестноточных насадочных колоннах на установке 2У-370 Оренбургского ГПЗ.

лоннах на установке 2У-370 приведена на рис. Колонна 374С02 выполняет функцию фракционирующего абсорбера, и для проведения процесса абсорбции углеводородов С3 — С5 из потока газа регенерированный абсорбент подается на верх колонны.

Характеристика перекрестноточных наса-дочных колонн 374С02 и 374С03 приведена в табл. 1. В верхней секции колонны 374С02 установлены 22 модуля перекрестноточной насадки и 18 насадочных модулей установлены в отгонной секции этой колонны. Теплоподвод в низ колонны осуществляется в испарителях: термосифонного типа (374Е08) и с паровым пространством (374Е11/19). Поток остатка с низа колонны 374С02 подогревается в теплообменнике 374Е09 и поступает в зону питания колонны 374С03, в которой дистиллятом выделяется ПБФ. В секции укрепления ПБФ установлены 14 модулей перекрестноточной насадки. В отгонной секции колонны 374С03 расположены 19 модулей перекрестноточной насадки. В низ колонны 374С03 тепло подводится за счет подогрева жидкости, которая выводится с низа колонны и циркулирует через трубчатые змеевики печи 374Б02. Остаток с низа колонны 374С03 направляется в колонну 374С04, где происходит окончательная регенерация абсорбента. Таким образом, газоразделение, которое осуществляется в колон-

нах 374С02 и 374С03, одновременно можно рассматривать, как первую и вторую стадии регенерации насыщенного абсорбента на установке 2У-370.

После замены клапанных тарелок, проведены промышленные испытания колонн 374С02 и 374С03 установки 2У-370 при вовлечении в сырьевой поток колонны 374С02 потока ШФЛУ в количестве 12 т/ч 5. На базе данных, полученных в ходе обследования установки 2У-370, нами был выполнен расчетный анализ работы перекрестноточных насадочных колонн 374С02 и 374С03.

Результаты расчетного анализа работы этих колонн приведены в табл. 2, 3.

В перекрестноточной насадочной колонне 374С02 было обеспечено четкое разделение как за счет более высокой тепломассообменной эффективностью модулей перекрестноточной насадки по сравнению с работой в этих условиях клапанных тарелок, так и увеличением расхода абсорбента, который подается на верх этой колонны (в секцию абсорбции). По сравнению с работой колонны 374С02 с клапанными тарелками ее фракционирующая способность повысилась на 35%, что обеспечило извлечение пропана на уровне 89 % от его содержания в сырьевых потоках колонны 374С02 (до замены тарелок степень извлечения составляла только 75%) 5. Потери пропана с газом

Таблица 1

Характеристика насадочных колонн установки 2У-370

Назначение Наименование Диаметр, Количество модулей насадки, шт. Тип конст-

колонны секции колонны мм рукции

374С02 - для деэтанизации на- Абсорбции пропана 1476 22 Полоса

сыщенного абсорбента и ШФЛУ Отгонная 2656 18 Полоса

374С03 - для выработки ПБФ Укрепления ПБФ 2654 14 Две полосы

Отгонная 2654 19 Две полосы

Таблица 2

Показатели работы колонны 374С02 по результатам обследования

Показатели Клапанные тарелки Перекрестноточная насадка

Избыточное давление на верху колонны, МПа 1.3 1,3

Температура, оС:

насыщенного абсорбента на входе в колонну 34 42

верха колонны 13 4

низа колонны 128 115

Расход, т/ч:

насыщенного абсорбента 127.4 98.5

ШФЛУ — 12.0

абсорбента на верх колонны 17.0 22.0

Отбор, т/ч

газ с верха колонны 15.9 7.5

абсорбента с низа колонны 128,5 125.0

Содержание в газе, % масс.:

пропана 19.04 17.86

Е бутанов 2.19 1.11

Е пентанов 0.41 0.09

Таблица 3

Показатели работы колонны 374С03 по результатам обследования

Показатели Клапанные тарелки Перекрестноточная насадка

Избыточное давление на верху колонны, МПа 1.15 1.17

Температура, оС:

сырья на входе в колонну 141 132

верха колонны 56 63

низа колонны 221 244

орошения 43 48

Отбор, т/ч

ПБФ 18.1 24.0

дебутанизированного абсорбента 110.4 101.0

Расход, т/ч

сырьевого потока 128.5 125.0

острого орошения 43.4 26.4

Кратность острого орошения 2.4:1 1.1:1

Содержание в ПБФ, % мас.:

пропана 50.60 43.49

£бутанов 46.18 53.14

£ пентанов 0.05 0.20

деэтанизации сокращены более, чем в два раза — с 3.0 т/ч до 1.30 т/ч, что позволило увеличить выработку ПБФ с содержанием пропана не менее 40 % мас.

В колонне 374С03 модули перекрестно-точной насадки обеспечили увеличение фракционирующей способности до 18 теоретических тарелок, что на 30% больше, чем было у этой колонны с клапанными тарелками. В колонне 374С03 обеспечивается дополнительная выработка 5.9 т/ч ПБФ требуемого углеводородного состава при снижении удельных энергозатрат, поскольку кратность острого орошения была сокращена до 1.1:1 кг/кг (при работе колонны с клапанными тарелками кратность острого орошения составляла 2.4:1 кг/кг).

Руководство Оренбургского ГПЗ положительно оценивает результаты модернизации установки 2У-370 6. Замена в колоннах 374С02 и 374С03 клапанных тарелок на пере-крестноточную насадку разборной конструкции, разработанную сотрудниками УГНТУ, позволила достичь следующих результатов:

• обеспечена заложенная в проект массо-обменная эффективность перекрестноточной насадки при работе колонн в заданном диапазоне производительности по сырью и с вовлечением в переработку 12 т/ч потока ШФЛУ;

• за счет увеличения фракционирующей способности колонны 374С02 увеличена степень извлечения пропана из природного газа, потери пропана с газом деэтанизации сокращены более чем в два раза;

• разделительная способность колонны 374С03 увеличена на 30%, что позволило повысить выработку ПБФ при снижении удельных энергозатрат;

• улучшить качество ПБФ с обеспечением

компонентного состава в соответствии с ГОСТ 20448-90 (содержание пропана не менее 40% мас.)

Литература

1. Нестеров И. Д., Чуракова С. К., Богатых К. Ф. Разработка предложений по увеличению выработки пропан-бутановой фракции на установке АГФУ // Нефтепереработка—2008: Материалы Междунар. научно-практ. конф.— Уфа: Изд-во ГУП ИНХП РБ, 2008.- С. 117.

2. Чуракова С. К., Богатых К. Ф., Нестеров И. Д., Чураков А. В. Промышленная реализация гибкой технологии газофракционирования в новой перекрестноточной насадочной колонне // Теория и практика массообменных процессов химической технологии (Марушкинские чтения): Тезисы докл. III Всероссийской науч. конф.-Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006.- С. 49.

3. Костюченко В. П. Результаты реконструкции колонны стабилизации гидроочищенного бензина на установке каталитического риформинга//Совре-менное состояние процессов переработки нефти: Материалы Междунар. научно-практ. конф.-Уфа: Изд-во ГУП ИНХП РБ, 2004.- С. 148.

4. Нестеров И. Д., Чуракова С. К., Ильясов Д. Д., Богатых К. Ф. Газофракционирование в перекре-стноточных насадочных колоннах на установке 2У-370 ОГПЗ // Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук: Материалы Междунар. научно-технич. конф.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008.- Вып. 3.- С. 70.

5. Богатых К. Ф., Нестеров И. Д., Чуракова С. К. Результаты промышленных испытаний пере-крестноточных насадочных колонн на установке газоразделения Оренбургского ГПЗ // Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук: Материалы Междунар. научно-технич. конф.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009.- Вып. 4.- С. 74.

6. Трынов А. М. // Газовая промышленность.-2008.- №7.- С. 44.