Выделение из нефтяного газа пропан-бутанов на абсорбционных установках

Как известно, нефтяные газы, в отличие от природных, содержат большое количество пропан-бутановой фракции (от 30 до 50%). Ее извлекают только на установках абсорбционного (жидкостного) или, в крайнем случае, компрессорного типа. Природные газы, содержащие не свыше 10% пропан-бутановой фракции, обрабатывают, как правило, на адсорбционных установках с твердым поглотителем (силикагель, алюмогель, синтетические цеолиты — молекулярные сита и т. д.).

На адсорбционных установках для природных газов в связи с малым содержанием в них пропан-бутановой фракции хорошо удаляются не только пропан-бутаны, но и пары воды.

В качестве поглотителя тяжелых углеводородов из нефтяного газа применяют обычно легкие масла, и поэтому часто установки такого типа называются маслоабсорбционными.

На рис.9.2 приведена упрощенная технологическая схема малогабаритной маслоабсорбционной установки, которая работает следующим образом.

Нефтяной газ второй и третьей ступени сепарации, а также газы, поступающие с установок подготовки нефти, по линии 1 через холодильник 2 направляют в абсорбер 3.

При движении газа в абсорбере вверх тяжелые углеводороды поглощаются абсорбентом, который с верха колонны стекает по тарелкам вниз. Обезжиренный газ проходит сначала каплеуловительную секцию 4, в которой улавливается уносимый газом абсорбент, затем поступает на установку осушки (рис.9.2), после чего направляется в магистральный газопровод потребителям.

Насыщенный парами тяжелых углеводородов «жирный» абсорбент отводят через регулятор уровня (не показанный на схеме)

Рис. 9.2. Малогабаритная маслоабсорбционная установка (ГПЗ):

1 — газовый коллектор от компрессорной станции; 2 — холодильник; 3 — абсорбер; 4 — жалюзийный каплеуловитель; 5 — выветриватель (деэтанизатор); 6, 7 — теплообменники; 8 — десорбер (отпарная колонна); 9, 16 — холодильники; 10 — сепаратор; 11, 14, 17 — насосы; 12 — емкость для хранения нестабильного конденсата; 13 — градирня; 15 — печь

из низа абсорбера и направляют в выветриватель 5. Так как в нем давление несколько ниже, чем в абсорбере, то из «жирного» абсорбента выделяется большая часть метана и этана, растворенных в абсорбенте.

Из выветривателя «жирный» абсорбент сначала направляют в теплообменник 6, где он предварительно нагревается «тощим» абсорбентом, поступающим из нижней части десорбционной колонны 8, а затем в печь 15. В печи «жирный» абсорбент нагревается до температуры примерно 250 °С, после чего поступает в среднюю часть десорбера, где происходит интенсивное выделение углеводородов из насыщенного абсорбента вследствие высокой температуры и значительного снижения давления в десорбере. Для интенсификации процесса десорбции в нижнюю часть десорбера подают из выветривателя газ, предварительно подогретый в теплообменнике 7 за счет тепла горячего абсорбента, выходящего через низ десорбера. Пары тяжелых углеводородов с верха десорбера вместе с газами выветривания направляются в холодильник 9, где происходит их конденсация. Конденсат вместе с газом выветривания поступает в сепаратор 10, откуда часть конденсата насосом 11 направляется на орошение в десорбер, а другая часть попадает в емкость нестабильного конденсата 12. Горячий абсорбент из нижней части десорбера проходит последовательно теплообменники 6 и 7 и затем попадает в холодильник 16, где температура его снижается примерно до 20° С. Охлажденный абсорбент насосом 17 нагнетается на верх абсорбера 3 для орошения, и цикл движения «тощего» абсорбента повторяется.

На данной установке охлаждение абсорбента в холодильнике 16 и конденсация в холодильниках 2,9 паров тяжелых углеводородов, выделившихся из «жирного» (насыщенного) абсорбента в десорбере, идет в результате замкнутой циркуляции воды, охлаждаемой в градирне 13 и нагнетаемой насосом 14.

Описанная малогабаритная абсорбционная установка имеет производительность по газу около 150 000 м³/сут, а по нестабильному бензину около 9 т/сут. Объем циркулирующего масла — около 69 л/мин.

В основе процесса абсорбции лежит массообмен, т.е. переход вещества из газообразной фазы в жидкую фазу (в абсорбент или поглотитель). Растворение газа в абсорбенте зависит от давления и температуры в абсорбере, а также молекулярной массы абсорбента (об этом сказано ниже).

В качестве абсорбента (поглотителя углеводородов из газа) обычно применяют легкие масла и керосин с молекулярными массами 100—140. Эти абсорбенты под высоким давлением (около 9,81 МПа) с поглощенными в абсорбере пропан-бутановыми фракциями и тяжелыми углеводородами и направляют на регенерацию в отпарную (десорбционную) колонну, где они восстанавливаются, охлаждаются, и их снова подают в абсорбер. Таким образом, абсорбент совершает замкнутый цикл. При нагреве в отпарной колонне абсорбент частично выносится уходящими в холодильник газами. Потери абсорбента в отпарной колонне будут тем больше, чем выше температура его нагрева и меньше молекулярная масса. Однако опытным путем было установлено, что чем легче абсорбент, т. е. меньше его молекулярная масса, а, следовательно, и плотность, тем эффективнее он поглощает тяжелые углеводороды из газа. Например, применение абсорбента с молекулярной массой 100 вместо 140 снижает количество необходимого абсорбента («кратность» его) приблизительно в два раза — от 0,95 до 0,5 л на 1 м³ газа. В среднем расход абсорбента на каждый кубометр перерабатываемого газа в зависимости от состава газа, степени извлечения углеводородов, давления и температуры в десорбере составляет от 0,5 до 2,5 л. Вот почему в последнее время при разделении газов с высоким конденсатным фактором стали широко применять в качестве абсорбента охлажденный стабильный конденсат, позволяющий вести процесс без рециркуляции и значительно упростить схему установки, а, следовательно, и резко уменьшить энергетические затраты на разделение.

Эффективность поглощения абсорбентом тяжелых углеводородов из газа резко повышается, если температура его существенно снижается, а давление в абсорбере увеличивается:

Большое распространение получили маслоабсорбционные заводы, работающие в системе обратной закачки (сайклинг) отбензиненного газа в пласт для поддержания в нем давления и предотвращения таким образом выпадения конденсата в самом пласте.

Производительность работавших маслоабсорбционных заводов в СССР была около 19 млрд. м³ нефтяного газа в год. В настоящее время у нас действуют маслоабсорбционные заводы большой мощности (до 8 млрд. м³ перерабатываемого газа в год) в Тюменской области.

В США на долю масляной абсорбции приходится около 95 %, а в Канаде 80% общего количества перерабатываемого газа.