2. Разработка и обоснование структурной схемы процесса.

Для всех типов заводов и установок по получению углеводородных газов является общим то, что в качестве сырья используются многокомпонентные смеси, а конечными продуктами являются индивидуальные углеводороды или фракции заданного состава. Поэтому структурные схемы всех установок получения углеводородных газов состоят из одних и тех же стадий. Все стадии связаны между собой материальными потоками. При конструировании новых газоперерабатывающих предприятий важным является правильность выбора продуктов, которые можно получить на проектируемом предприятии. Исходя из этих соображений, и проектируется структурная схема.

Стадии процесса:

1. Охлаждение

2. Компримирование

3. Предварительное охлаждение

4. Деметанизация

5. Деэтанизация

6. Депропанизация

7. Выделение пропилена

8. Дебутанизация

1. Охлаждение.

Охлаждение сырья необходимо для того, чтобы снизить нагрузку на компрессор. На эту стадию поступает поток(1) с Р=2,4 ати и Т=15^оС, охлаждается жидки пропиленом с параметром холода (-18)^оС до Т=(-8)^оС. Выходит со стадии поток(2) с Т=(-8)^оС и Р=2,2 ати (потеря давления в теплообменнике), который направляется на стадию компримирования.

2. Компримирование.

Чтобы выделить МВФ необходимо повысить давление до 40 ати, чтобы была возможность отделить МВФ от этана, обеспечивая минимальное содержание этилена в МВФ. Так как метан – трудно конденсируемый газ (критическая температура метана (-82,1)^оС, критическое давление 45,8 ати), то для его охлаждения будем использовать этиленовый параметр холода с температурой (-99)^оС. После такого охлаждения температура МВФ составит (-89)^оС, что немного ниже критической, следовательно, и давление, при котором будем конденсировать метан, будет немного меньше критического – это, так называемые, условия конденсации метана t=(-89)^оС Р=44 атм. Поэтому наша задача на стадии компримирования сжать смесь до 41 ати. С увеличением степени сжатия в одной ступени происходит сильное нагревание газа и возрастает расход энергии на его сжатие. Для того чтобы избежать чрезмерного повышения температуры газа и повысить эффективность работы компрессора, применяют многоступенчатое сжатие, охлаждая газ в промежуточных холодильниках между ступенями до температуры, возможно близкой к температуре газа, всасываемого в компрессор. [5]

Для сжатия исходной смеси углеводородов выбираем четырехступенчатое компримирование, в результате которого имеем:

Исходная смесь с параметрами Р=2,2 ати и Т=(-8)^оС потоком (2) поступает на стадию компримирования. С этой стадии выходят четыре материальных потока: (3), (4),(5) и (6), со следующими параметрами:

Поток (3) - представляет собой жидкие углеводороды С₄₊ с Т=12^оС и Р=6,9 ати (вместе с вычетом потерь давления в теплообменнике и сепараторе), сконденсировавшуюся после первой ступени компримирования, который поступает на стадию депропанизации.

Поток (4) – это жидкая фракция С₃+, содержащая ППФ и БИФ с Т=12^оС и

Р=15,4 ати, сконденсировавшаяся после второй ступени компримирования, которая далее идет на стадию депропанизации, где происходит выделение ППФ.

Поток (5) – это жидкая фракция С₂+, содержащая этан и ППФ с Т=12^оС и Р=27,4 ати, сконденсировавшаяся после третьей ступени компримирования, которая пойдет далее на стадию деэтанизации, с целью выделения этана.

Поток (6) представляет собой газовую углеводородную смесь с Т=12^оС и Р=41 ати. С этими параметрами она идет на следующую стадию – предварительное охлаждение. [2,5]

3. Предварительное охлаждение.

На стадию предварительного охлаждения подается смесь с параметрами: Т=12^оС и Р=41 ати. Охлаждение до 50^оС проводится последовательно в три ступени, с использованием хладагентов с различными параметрами холода. На первой ступени охлаждения используем жидкий пропилен с параметром холода (-18)^оС, в результате чего выходит смесь с Т=(-11)^оС и Р=40,7 ати. На второй ступени используем жидкий пропилен с параметром холода (-37)^оС и получаем смесь с Т=(-30)^оС и Р=40,4 ати. А на третьей ступени охлаждения используем жидкий этилен с параметром холода (-56)^оС, в результате чего получаем смесь с Т=(-50)^оС и Р=40,1 ати. Таким образом, на следующую стадию процесса (стадию деметанизации) поступает углеводородная смесь со следующими параметрами: Т=(-50)^оС и Р=40,1 ати.

4. Деметанизация.

Деметанизация – процесс выделения МВФ из смеси углеводородов, осуществляемый в ректификационной колонне, которая называется деметанизатором. Ее назначение – отделить МВФ от более тяжелых фракций, собирающихся в кубе колонны. Метан – трудно сжимаемый газ, кроме того, он разбавлен водородом, что еще сильнее понижает температуру его конденсации. Поэтому для создания флегмы в деметанизаторе требуется наиболее глубокий холод, вследствие чего охлаждение в дефлегматоре проводят главным образом при помощи этиленового параметра холода (-99)^оС. Итак, на стадию деметанизации идет поток (7), а со стадии деметанизации выходят два материальных потока:

Поток (8) представляет собой отделенную МВФ с параметрами: Т=(-89)^оС и Р=39 ати. Далее поток (7) проходит через дросселирующий вентиль, при этом давление снизится до 8 ати, а температура до (-110)^оС (эффект Джоуля-Томпсона). После этого МВФ может использоваться как хладагент, а затем направляется на конверсию водяным паром, для получения водорода (поток 9). [5]

Поток (10) – это оставшаяся углеводородная смесь после отделения МВФ с параметрами: Р=38 ати и Т=(-18)^оС. Поток (10) идет на дальнейшее разделение, а именно на стадию деэтанизации. [1]

5. Деэтанизация.

Деэтанизация – процесс выделения этана, осуществляемый в ректификационной колонне, называемой деэтанизатором. Для создания флегмы в деэтанизаторе используем жидкий пропилен с параметром холода (-18)^оС, так как критическая температура этана 32,45^оС. Со стадии деэтанизации выходят два потока:

Поток (11) – это этан с параметрами Р=31,4 ати и Т=(-4)^оС. Здесь потери давления в дефлегматоре и теплообменнике, а температура объясняется тем, что этан обогревается жидким пропиленом с Т=6^оС. Далее этан отправляем на пиролиз.

Поток (12) – это смесь углеводородов, вышедшая со стадии деэтанизации и направляющаяся на стадию депропанизации с Т=60ºС и Р=25 ати, где она смешивается с потоком (4) (см. выше). [5]

6. Депропанизация.

Депропанизация – процесс выделения ППФ из углеводородной смеси. С этой стадии выходит два материальных потока:

Поток (13) представляет собой пропан-пропиленовую фракцию с Т=35ºС и Р=24,4 ати, которая далее идет на стадию выделение пропилена

Поток (16) – это смесь углеводородов со стадии депропанизации, представляющая собой ББФ, которая идет на дебутанизацию с Т=60ºС и Р=16 ати. [1,5].

7. Выделение пропилена.

На этой стадии происходит разделение пропан-пропиленовой фракции на индивидуальные углеводороды. Со стадии выделения пропилена выходит два пока:

Поток (14) – пропан, направляющийся на производство пропилена с Т=35ºС и Р=16 ати.

Поток (15) – пропилен, который идет на производство полипропилена с Т=15ºС и Р=18 ати.

8. Дебутанизация

Дебутанизация – процесс выделения ББФ из углеводородной смеси. С этой стадии выходит два материальных потока:

Поток (17) - бутан-изобутановая фракция, которая идет на производство бытового газа.

Поток (18) – бензиновая фракция (пентан и аром. у/в) на компаундирование для производства товарного бензина.