3.5 Переробка вуглеводневих газів. Хімічна переробка нафтової і газової сировини

3.5.1 Способи переробки вуглеводневих газів

Переробка нафтового газу зводиться до отримання з нього бензину, зрідженого газу та індивідуальних вуглеводнів. Схематично це можна зобразити так: нафтовий газ → нестабільний газовий бензин → стабілізація → фракціонування → зріджений газ → індивідуальні вуглеводні.

За цією схемою на газопереробному заводі здійсню-ють:

- стиснення газу до тиску, необхідного для переробки сирого газу і для транспортування відбензиненого газу магістральними газопроводами до споживачів;

- видобування з сирого газу нестабільного бензину;

- розділення нестабільного бензину, отриманого на заводі і ззовні (наприклад, з нафтостабілізаційних установок) на стабільний бензин, і індивідуальні вуглеводні: пропан, ізобутан і н-бутан.

Сирий газ надходить на завод під відносно невеликим тиском (0,3...0,4 МПа). Всі газопроводи, прокладені до заводу, сполучені в один вузол – пункт прийому газу, в якому заміряють кількість газу, що надходить кожним трубопроводом. Потім газ одним потоком направляється на очищування і осушку.

Для очищування газу від механічних домішок встановлюють сепаратори різних конструкцій, робота яких заснована на тому, що при зменшенні швидкості руху газу, зміні напряму потоку, або виникненні відцентрової сили з газу випадають пісок, пил, краплі вологи, оливи і конденсату.

Сірководень і вуглекислий газ є кислими корозійно-агресивними компонентами горючих газів, які у вологому середовищі сприяють корозії трубопроводів і устаткування та призводять до погіршення паливних якостей газу. Тому ці домішки видаляють перед транспортуванням і переробкою газів.

Очищування газів від кислих компонентів (або одного з них) проводять на спеціальних установках з застосуванням різних поглиначів (абсорбентів), наприклад, ацетон, метанол та ін.; твердих поглиначів (активоване вугілля, природні або синтетичні цеоліти); комбінованих процесів (застосування моноетаноламінів). Стадію абсорбції кислих газів розчинами амінів проводять за тиску 2…7 МПа та температури 25…40 °С.

Осушення вуглеводневих газів здійснюють абсорбцією або адсорбцією. Переваги рідких поглиначів у порівнянні з твердими сорбентами полягають в наступному: низькі перепади тиску в системі; можливість осушення газів, що містять речовини, які отруюють тверді сорбенти; менші капітальні та експлуатаційні витрати. Однак ступінь осушення і депресія точки роси при застосуванні рідких поглиначів менші, ніж під час використання твердих сорбентів. Як абсорбент найчастіше використовують діетилен-гліколь (ДЕГ) і триетиленгліколь (ТЕГ). Процес осушення газів передбачає дві стадії: абсорбцію та десорбцію вологи - і здійснюється відповідно у двох апаратах колонного типу з тарілками (або насадками) - абсорбері та десорбері.

Очищений і осушений газ направляється на наступну стадію переробки – відбензинування. Промислове значення мають чотири способи відбензинування газу:

- компресійні;

- сорбційні (абсорбційні та адсорбційні);

- низькотемпературної конденсації і сепарації (НТК і НТС); - низькотемпературної ректифікації.

1. Компресійний спосіб – стиснення газу в компресорах і дальше його охолоджування. У результаті цього значна частина важких вуглеводнів, що входять до складу газу, переходить у рідкий стан і відділяється в сепараторах від незконденсованого газу. Компресійний спосіб застосовують для відбензинування газів з високим вмістом пропану, бутану і важчих вуглеводнів. Цей спосіб, зазвичай, є допоміжним і поєднується з іншими способами відбензинування.

2. Спосіб абсорбції. Суть його полягає в розчиненні рідким нафтопродуктом (наприклад, гасом або дизельним паливом) важких вуглеводнів, які містяться в газі. У спеціальному масообмінному апараті, що називається абсорбером, контактують абсорбент і газ, що переробляється. При цьому поглинаючу рідину (абсорбент) подають у верхню частину колони. Стікаючи по насадках, або тарілках вниз, абсорбент стикається з потоком газу, який піднімається від низу вгору.

Збагачений вуглеводнями абсорбент відводиться з низу колони на десорбцію, в результаті видобуті вуглеводні, які утворюються після конденсації нестабільного бензину, відпарюються з нього. Регенерований абсорбент охолоджується і використовується знову.

Застосування способу абсорбції раціонально для відбензинування газів, які містять в 1 м³ від 200 до 300 г пропану, бутану і важких вуглеводнів.

3. Адсорбційний спосіб заснований на властивості твердих пористих матеріалів (адсорбентів) поглинати (адсорбувати) пари і гази. Газ пропускають крізь циліндричні апарати – адсорбери, наповнені адсорбентом, наприклад, активованим вугіллям. Адсорбент поглинає з газу переважно важкі вуглеводні і з часом насичується ними. Регенерація адсорбента здійснюється шляхом його оброблення водяною парою. Суміш водяної і вуглеводневої пари охолоджується і конденсується. Отриманий нестабільний бензин легко відділяється від води у сепараторах. Для забезпечення безперервного відбензинування газу ставлять декілька періодично працюючих адсорберів, які почергово відключаються на десорбцію. Така система роботи є напівбезперервною.

Процес адсорбції може здійснюватися і в безперервно працюючих апаратах. При цьому відбензинування проводять рухомим назустріч газу шаром активованого вугілля. Цей процес носить назву гіперсорбції. У ньому поєднуються одночасно відбензинування і фракціонування, тобто сирий газ розділяється на сухий, індивідуальні вуглеводні і газовий бензин. Вуглеадсорбційний спосіб доцільно застосовувати для відбензинування газів, в яких вміст пропану, бутану і вищих вуглеводнів не перевищує 50 г/м³, а також газів, які містять повітря. Газ, що переробляється, не має містити сірководню, з якого утворюється елементарна сірка, що забиває пори адсорбента, внаслідок чого він стає непридатним для дальшої роботи.

Всі низькотемпературні процеси відбензинування газу поділяються на групи:

- низькотемпературна конденсація;

- низькотемпературна ректифікація;

- низькотемпературна абсорбція;

- низькотемпературна адсорбція.

Низькотемпературна конденсація (НТК) - процес ізобарного охолодження газу до температур, за яких при даному тиску з’являється рідка фаза.

Сучасні схеми установок НТК передбачають такі стадії:

- стиснення газу (до 3…7 МПа);

- осушку газу;

- охолодження газу (до -30…-70°С) для утворення двофазної системи;

сепарація двофазної системи;

- розділення газорідинної суміші вуглеводнів на рідку фазу і паливний газ.

Низькотемпературна ректифікація (НТР) - процес розділення газових сумішей за низьких температур, який базується на охолодженні газової сировини до температури, за якої система переходить у двофазовий стан, і подальшому розділенні утвореної газорідинної суміші в ректифікаційних колонах.

Процес НТР є різновидом і удосконаленням НТК. Особливістю установок НТР є відсутність проміжної сепарації охолодженого газу і подача його разом з конденсатом, що утворився, безпосередньо в колону ректифікації. Процеси НТР дозволяють провести розділення з меншими витратами, ніж при інших способах, й одержувати одночасно стабільний газовий бензин, пропан - бутанову суміш, а також пропан, ізобутан, n-бутан, ізопентан, n-пентан та інші вуглеводні. Процеси НТР проводять в області низьких температур (від -50 °С до -80 °С), їх застосовують для відбензинення жирних газів.

Низькотемпературна абсорбція (НТА) - процес, який базується на відмінності в розчинності компонентів газу в рідкій фазі за низьких температур, і подальшому виділенні видобутих компонентів у десорберах, які працюють за повною схемою ректифікації. Основними факторами, від яких залежить повнота видобування ключових елементів, є температура і тиск процесу, склад початкової сировини і вимоги до якості газової продукції, число теоретичних тарілок в абсорбері і десорбері, фізико-хімічні властивості сорбенту та інші. Застосування схеми НТА дозволяє забезпечити видобування при порівняно помірному холоді етану – до 40…50 %, пропану – до 90…95 %, газового бензину – 100 %.

Технологічна схема установок НТА складається з:

- блока попереднього відбензинування початкового газу, що є блоком низькотемпературної конденсації (НТК);

- блока НТА, де відбувається додаткове видобування вуглеводнів з газу, що пройшов блок НТК.

Низькотемпературна адсорбція (НТ-адсорбція) - процес, який базується на різній здатності компонентів газу поглинатися на твердих поглиначах. НТ - адсорбція здійснюється в апаратах з стаціонарним шаром адсорбенту - активованого гранульованого вугілля, цеоліту, гранульованого силікагелю та інших. Процес низькотемпературної адсорбції газу передбачає, в основному, три стадії: адсорбцію, десорбцію і регенерацію (сушіння та охолодження) адсорбенту.

Головна перевага процесів НТ-адсорбції полягає в можливості видобувати компоненти, частка яких у газовій суміші дуже мала, тобто в здатності видобувати компоненти, що мають низький парціальний тиск. Це важливо в тих випадках, коли вимагається одержання продуктів високого ступеня чистоти. Через значні експлуатаційні витрати процеси НТ-адсорбції використову-ються в процесах переробки газу обмежено.

Видалення з газового бензину метану, етану, пропану і частково бутану називається стабілізацією. Для стабілізації газового бензину застосовують спеціальні стабілізаційні установки.

Отриманий нестабільний бензин направляють на газофракціонуючу установку, туди ж може надходити нестабільна фракція нафти.

Робота газофракціонуючої установки, на якій розділяють нестабільний газовий бензин на фракції (індивідуальні вуглеводні, або їх групи), заснована на різниці температур кипіння цих фракцій.

У результаті фракціонування нестабільного бензину отримують звільнений, в значній мірі від легких вуглеводнів, бензин та індивідуальні вуглеводні (пропан, ізобутан, нормальний бутан). Вони є товарною продукцією заводу.

Готову продукцію на газопереробному заводі зберігають у резервуарах. Для кожного продукту передба-чається своя група резервуарів, конструкція яких залежить від фізичних властивостей продуктів, що зберігаються. Етан на заводі не зберігається, його відразу ж після видобування перекачують трубопроводом споживачам.

У товарному парку може зберігатися нестабільний бензин, отриманий ззовні, або накоплений під час зупинок на ремонт газофракціонуючої установки. Готову продукцію відвантажують за допомогою наливних естакад. Стабільний газовий бензин транспортують у звичайних бензинових автомобільних або залізничних цистернах, а зріджений газ – у спеціальних цистернах, які дозволяють перевозити їх під тиском. Іноді продукцію транспортують трубопроводами.

Технологічна схема газопереробного заводу наведена на рис. 3.45.