Извлечение тяжелых углеводородов методом низкотемпературной конденсации

Принципиальное отличие процесса НТК от процесса НТС - это использование более низких температур за счет дополнительного охлаждения потока сырьевого газа.

Принципиальная схема процесса НТК приведена на рис. 6.2. В целом технологические схемы процесса могут различаться по числу ступеней сепарации (одно-, двух- и трехступенчатые), по виду источников холода (с внешним холодильным циклом, с внутренним холодильным циклом и с комбинированным холодильным циклом) и по виду получаемого целевого продукта (С₂₊ и С₃₊). В свою очередь внешний холодильный цикл (использование холодильных машин и затраты энергии извне) может быть с однокомпонентным хладоагентом и многокомпонентным (смешанным) хладоагентом. Внутренний холодильный цикл (использование энергии самого перерабатываемого газа) может быть с дросселированием технологических потоков и с узлом детандирования газа.

Установки с внешними холодильными циклами рекомендуется использовать при переработке газов с большим содержанием компонентов С₃₊, а с внутренними - при малом содержании углеводородов С₃₊, но при высоком начальном давлении газа.

Для подвода холода в холодильнике 2 (рис. 6.2) используются холодильные машины (компрессоры), подключенные для перекачки хладоагента по следующему замкнутому контуру: холодильник 2 ® холодильная машина ® холодильник для охлаждения сжатого хладоагента ® дроссель ® холодильник 2. В качестве хладоагентов могут использоваться этан, этилен, пропан, аммиак и др. (однокомпонентный хладоагент) или смеси углеводородов (многокомпонентный хладоагент).

Использование внешних холодильных циклов позволило достичь степени извлечения этана 87%, пропана - 99%, бутана и высших - 100%.

Использование для выработки холода турбодетандеров нового типа, позволяющих конденсировать внутри себя до 20% жидкости, и создание новых высокоэффективных теплообменников и теплоизоляционных материалов, исключающих потери низкотемпературного холода, позволили сделать процесс НТК наиболее экономичным по сравнению с другими способами даже при низком давлении исходного газа и широком изменении его состава.

Современные турбодетандерные заводы работают в широком диапазоне изменения рабочих параметров:

- сырьевой газ - нефтяной и природный;

- давление сырьевого газа - 0,7-11 МПа;

- температура на выходе из турбодетандера - до -120⁰С;

- степень извлечения этана - до 87%, пропана - до 96%, бутана и внешних - до 100%;

- пропускная способность по сырьевому газу - от 100 млн.м³/год до 15 млрд.м³/год .

Принципиальная схема НТК с применением детандера представлена на рис. 6.3. Товарный газ, уходящий с установки, для повышения давления компримируется в турбодетандере 9, привод которого осуществляется за счет энергии газа из сепаратора 5. Образовавшаяся в турбодетандере двухфазная смесь с содержанием жидкости до 20% масс. направляется в сепарационную часть ректификационной колонны 8. Жидкость, стекая вниз по колонне, создает поток орошения.

На эффективность процесса НТК оказывают влияние давление и температура. Повышение давления увеличивает степень конденсации углеводородов, но уменьшает селективность. Снижение температуры при постоянном давлении наряду с увеличением степени конденсации приводит к увеличению селективности: тяжелые углеводороды переходят в жидкую фазу быстрее.

В условиях эксплуатации месторождения при облегчении состава исходного газа эффективность охлаждения в детандере увеличивается при постоянном давлении на его входе, то есть снижение степени извлечения целевых компонентов из облегчающегося состава газа будет компенсироваться автоматическим снижением температуры в детандере.

Назначение в циклах НТК ректификационной колонны - деэтанизатора - это удаление из жидкой фазы (газового бензина или конденсата) всего метана и всего этана. Допустимое содержание пропана в ректификате деэтанизатора составляет не более 2% от массы этана в ректификате, а содержание этана в остатке деэтанизатора - не более 2% от массы пропана в остатке.

Вместо деэтанизатора может использоваться деметанизатор, назначение которого - полное удаление из жидкой фазы (газового бензина или конденсата) метана. В этом случае в ректификате должно содержаться этана не более 5% масс. от общего количества этана в сырье колонны, а метана в остатке колонны - не более 2% масс. от этана, содержащегося в этом же остатке.

Разновидностью схемы НТК является процесс низкотемпературной ректификации (НТР), особенность которого заключается в отсутствии предварительной сепарации сконденсировавшихся углеводородов и в подаче двухфазного охлажденного потока в середину ректификационной колонны. Таким образом, весь поток сырьевого газа подвергается деметанизации в ректификационной колонне, при этом температура ее верха должна быть ниже, чем в деметанизаторе по схеме НТК, для заданной степени извлечения этана.

В зависимости от принципиальной схемы ректификационные колонны установок НТР делятся на ректификационно-отпарные (рис. 6.4а) и конденсационно-отпарные (рис. 6.4б).