8.3. Ректификационное разделение широкой фракции легких углеводородов
Для разделения газовых смесей на индивидуальные компоненты или углеводородные фракции широкое распространение в промышленной практике получил метод ректификации [21 - 23].
Ректификация – это диффузионный процесс разделения компонентов, различающихся по температурам кипения. Процесс осуществляется путем противоточного многоступенчатого (колонны тарельчатого типа) или непрерывного (насадочные колонны) контактирования восходящих по колонне паров и нисходящей жидкости.
В практике нефтегазопереработки используют, кроме обычной, четкую ректификацию, а также азеотропную и экстрактивную ректификацию.
Четкая ректификация предназначена для разделения близкокипящих углеводородов с целью получения индивидуальных компонентов со степенью чистоты 95 % и выше (до 99,99 %).
Ректификация в присутствии третьего компонента (азеотропная и экстрактивная) применяется в случае разделения углеводородов с близкими или одинаковыми температурами кипения или азеотропных смесей, у которых коэффициент относительной летучести близок или равен единице. Третий компонент необходим для увеличения коэффициента относительной летучести разделяемых компонентов. При азеотропной ректификации третий компонент уходит из колонны с ректификатом, при экстрактивной – вместе с остатком. Смесь третьего компонента и извлеченного углеводорода разделяют затем обычной ректификацией или другим технологическим процессом (например, отстаиванием), после чего третий компонент вновь возвращают на азеотропную или экстрактивную ректификацию.
8.3.1. Классификация и принципы построения технологических схем газофракционирующих установок
Технологические схемы газофракционирующих установок (ГФУ) зависят от состава и давления исходного сырья и качества и ассортимента получаемых продуктов. При выборе оптимальной схемы разделения сырья на ГФУ придерживаются следующих правил:
1. Исходное сырье делят на такие фракции, для ректификационного выделения которых при заданном хладоагенте и исходных термодинамических параметрах состояния, требуются минимальные затраты на сжатие этого сырья до давления конденсации ректификата.
2. Для высокой четкости разделения ректификата и остатка колонны предпочтительно, чтобы они были примерно равны по их мольному расходу (правило деления сырья пополам).
3. Близкокипящие компоненты при требуемой высокой чистоте получаемых продуктов в технологической схеме разделяют последними.
С учетом этих правил применяются следующие технологические схемы ГФУ (рис. 8.3): с нисходящим (а), восходящим (б) и смешанным (в) давлением. В качестве сырья этих установок исследована деметанизированная ШФЛУ. По схеме а давление снижается в ряду колонн 1-2-3; по схеме б – повышается в ряду колонн 1-2-3; по схеме в – давление в колонне 2 выше, чем в колоннах 1 и 3.
Для упрощения технологических схем, приведенных на рис. 8.3, на них не показаны системы создания жидкостного и парового орошений, нагрева и охлаждения продуктов и др.
В целом на ГФУ применяется от 3 до 10 ректификационных колонн, соединенных между собой по разным технологическим схемам. Суммарное число тарелок во всех колоннах колеблется от 390 до 720 штук, а число тарелок в изобутановой и изопентановой колоннах (колонны имеют то же название, что и их ректификат) – от 97 до 180 штук. Оптимальная схема соединения колонны между собой в каждом конкретном случае определяется по минимальной себестоимости готовой продукции.
Распределение затрат на выделение отдельных фракций на ГФУ приведено в табл. 8.1, из которой видно, что максимальные затраты приходятся на разделение близкокипящих компонентов.
Рис. 8.3. Варианты построения технологических схем ГФУ
Таблица 8.1