6.4. Технология абсорбционного отбензинивания газов

Абсорбционное отбензинивание газов является одним из массовых процессов извлечения из газов тяжелых углеводородов. В то время, когда основной задачей переработки газа было извлечение из него пропана и бутанов, абсорбция считалась ведущим процессом газопереработки. Лишь с возрастанием потребности в этане – пиролизном сырье – процесс НТК с различными холодильными циклами, в том числе и с турбодетандерными агрегатами, потеснил абсорбционные процессы на второй план. Тем не менее в ряде случаев абсорбционные процессы являются высокоэффективными при переработке природных и нефтяных газов: например, при необходимости иметь плюсовые температуры процесса во избежание отложения парафинов, имеющихся в газе; при сайклинг-процессах (поддержание пластового давления за счет закачки в пласт сухого газа), когда процесс абсорбции ведут под давлением 10-12 МПа и др.

Сущность процесса абсорбции заключается в поглощении (растворении) тяжелых углеводородов газа в абсорбенте с последующей их десорбцией

Рис. 6.4. Принципиальные схемы установок НТР

(а – с ректификационно-отпарной колонной; б – с конденсационно-отпарной колонной):

1 – теплообменник; 2 – ректификационно-отпарная колонна;

3 – конденсатор-холодильник; 4, 8 – сепараторы;

5, 9 – рибойлеры; 6 – конденсационно-отпарная колонна;

7– холодильник с внешним холодильным циклом;

I – охлажденный сырьевой газ; II – отбензиненный газ;

III – широкая фракция углеводородов (ШФЛУ)

(отпаркой) из абсорбента. Движущей силой абсорбции является разность парциальных давлений извлекаемого компонента в газовой и жидкой фазах.

Абсорбированные на поверхности жидкости молекулы определяют значение поверхностного натяжения жидкости. С ростом молекулярной массы углеводородов снижается значение их поверхностного натяжения. Таким образом, из газа в первую очередь абсорбируются те компоненты, которые сильнее снижают поверхностное натяжение жидкости, то есть компоненты с большой молекулярной массой.

Для эффективного протекания процесса абсорбции необходимы противоток газа и абсорбента и образование большой поверхности соприкосновения фаз.

Абсорбция сопровождается выделением тепла, в результате чего газ и абсорбент нагреваются, причем температура нагрева абсорбента выше температуры газа, так как тепло непосредственно сообщается абсорбенту, а газ нагревается только за счет теплообмена между ним и абсорбентом.

Температуру насыщенного абсорбента t_н (⁰С) на выходе из абсорбера можно определить по формуле [6]:

t_н = t_в + , (6.1)

где t_в - температура абсорбента на входе в колонну, ⁰С;

С_г, С_а - соответственно теплоемкости газа и абсорбента,

кДж/кгград;

G_а - количество абсорбента на входе в абсорбер, кг/ч;

G_г - количество газа на выходе из абсорбера, кг/ч;

g_i - количество поглощаемых компонентов, кг/ч;

q_i - теплота сорбции поглощаемых компонентов, кДж/кг;

t₂, t₁ - соответственно температура газа на выходе и входе

абсорбера, ⁰С.

Произведение [G_гС_г(t₂ - t₁)] характеризует количество тепла, сообщаемое газу в абсорбере.

Отношение количества поглощенного компонента газа (моль) к количеству этого компонента в исходном газе (моль) называется коэффициентом извлечения компонента .

Для определения коэффициента извлечения компонента  в зависимости от числа теоретических тарелок в абсорбере, расходов газа и абсорбента и термодинамических условий процесса абсорбции Кремсером получено уравнение:

 = , (6.2)

где n - число теоретических тарелок в абсорбере;

А - фактор абсорбции компонента.

Фактор абсорбции компонента А определяется по уравнению:

А = , (6.3)

где L и V - количество абсорбента и газа в верхнем сечении абсорбера,

моли;

К - константа фазового равновесия компонента.

Из уравнения (6.3) следует, что чем легче компонент (тем больше К), тем хуже он поглощается абсорбентом.

На основании уравнения (6.2) составлена диаграмма Кремсера (рис.6.5), из которой видно, что при постоянном числе тарелок при большем значении А наблюдается больший коэффициент извлечения компонента .