Материал: Технология глубокой переработки нефти и газа.

Осушка г о р ю ч и х га­ зов. В газовой промыш­ ленности для осушки при­ родных газов наиболее широко используют аб­ сорбционный процесс с применением преимуще­ ственно в качестве абсор­ бента высококонцентри­ рованных растворов гликолей - диэтиленгликоля (ДЭГ) и триэтиленгликоля (ТЭГ). В последнее вре­ мя применяют также пропиленгликоль (ПГ). По таким показателям, как летучесть, следовательно, и расход абсорбента, осу­ шительная способность, склонность к пенообразованию, устойчивость к

окислению и термическому разложению, коррозионная активность и некоторым другим, ДЭГ и ТЭГ более предпочтительны и потому находят в абсорбционных процессах осушки газов преимуществен­ ное применение по сравнению с моноэтиленгликолем. Процесс осуш­ ки газов включает 2 стадии: абсорбцию и десорбцию влаги и осуще­ ствляется соответственно в двух аппаратах колонного типа с тарел­ ками (или насадками) - абсорбере и десорбере. Абсорбция проводит­ ся при температуре около 20°С и повышенном давлении - 2 - 6 МПа, а десорбция - при пониженном давлении и повышенной температу­ ре 160-190°С. Принципиальная схема установки осушки газов гликолями представлена на рис. 5.4.

Очистка горючих газов от сероводорода и диоксида углерода. Для очистки горючих газов от кислых компонентов или одного из них промышленное применение в настоящее время нашли следующие основные процессы:

- абсорбционные, основанные на использовании жидких погло­ тителей - физических или химических абсорбентов или их смесей (комбинированных абсорбентов);

191

- адсорбционные, с использованием твердых поглотителей (ак­ тивированных углей, природных или синтетических цеолитов и др.); - окислительные, основанные на химическом превращении сер­ нистых соединений (сероводорода и меркаптанов) в элементарную серу (Джиаммарко-Ветрокок, Стретфорд процессы) или комбиниро­ ванном использовании процессов щелочной очистки газов и катали­ тической окислительной регенерации щелочного раствора (типа

Мерокс процесса).

В физических абсорбционных процессах в качестве абсорбентов применяют диметиловый эфир полиэтиленгликоля (селексол-про- цесс), N-метилпирролидон, пропиленкарбонат (флюор-процесс) трибутилфосфат, ацетон, метанол и др. В качестве химических абсор­ бентов (хемосорбентов) широко используют амины, щелочь, амми­ ак, карбонат калия и др. Из комбинированных абсорбционных про­ цессов, использующих в качестве поглотителя смесь физических и химических поглотителей, наиболее широкое практическое распро­ странение получил процесс «Сульфинол» с использованием суль­ фолана и диизопропаноламина. В отечественной газовой промыш­ ленности и нефтепереработке преобладающее применение полу­ чили процессы этаноламиновой очистки горючих газов. Из аминов преобладающее применение нашли в нашей стране моноэтаноламин (МЭА), за рубежом - диэтаноламин (ДЭА). Среди аминов МЭА наиболее дешевый и имеет такие преимущества, как высокая реак­ ционная способность, стабильность, высокая поглотительная ем­ кость, легкость регенерации. Однако ДЭА превосходит МЭА по таким показателям, как избирательность, упругость паров, потери от уноса и химических необратимых взаимодействий, энергоем­ кость стадии регенерации и некоторым другим.

Процесс моноэтаноламиновой очистки газов от H2S и С 0 2осно­ ван на хемосорбционном их взаимодействии с образованием легко разлагаемых при нагревании солей:

2RNH2+H2S Ч (RNHJ)2S; (RNHJ)2S+H2S ^ 2RNH3HS;

2RNH2+C 02+H20 ^ > (RNHJ)2C 0 2; (RNH3)2C 0 J+C 02+H20 ^ » 2RNH3HCO3,

где R - группа O H -CH 2-C H 2-.

192

Согласно принципу Ле-Шателье, понижение температуры и по­ вышение давления способствуют протеканию реакций в прямом на­ правлении, а повышение температуры и понижение давления — в обратном направлении. Это положение является определяющим при выборе режимов очистки газа и регенерации насыщенного абсорбен­ та. Обычно стадию абсорбции кислых газов проводят при давлении около 1,5 МПа и температуре 25 - 40°С, а регенерацию - при темпе­ ратуре =130°С и давлении 0,15 - 0,2 МПа. Концентрация МЭА со­

необходимости) до температуры 80 - 90°С и поступает в верхнюю часть десорбера К-2. Из К-2 сверху уходят H2S и С 0 2, снизу - регенирированный раствор МЭА. Часть этого раствора подогрева­ ется в паровом кипятильнике и возвращ ается в десорбер для под­ вода тепла, а остальное количество охлаждается в теплообменни­ ке и холодильнике и подается на верх абсорбера. Н а верх десор­ бера подается водный конденсат из сепаратора С-2, выводимый с верха К-2 вместе с кислыми газами после конденсации в конден­ саторе-холодильнике.

6.2.Теоретические основы процессов перегонки

,'нефти и газов

С основными закономерностями процессов физической перера­

ботки нефти и газов, в частности, перегонки и ректификации, а также конструкцией и принципами работы их аппаратов студенты ознако­ мились в курсе «Процессы и аппараты нефтепереработки». В этой связи ниже будут изложены лишь обобщающие сведения по теорети­ ческим основам процессов, получивших в нефтепереработке наиме­ нование первичной (прямой) перегонки (переработки), подразумевая, что продукты этих головных на НПЗ процессов будут подвергаться далее вторичной (физической или химической) переработке с полу­ чением товарных нефтепродуктов или их компонентов.

5.2.1. Общие сведения о перегонке и ректификации нефти и газов

Перегонка (дистилляция^ - это процесс физического разделения нефти и газов на фракции (компоненты), различающиеся друг от дру­ га и от исходной смеси по температурным пределам (или температу­ ре) кипения. По способу проведения процесса различают простую и сложную перегонку.

Простая перегонка осуществляется постепенным, однократным или многократным испарением.

Перегонка с постепенным испарением состоит в постепенном нагревании нефти от начальной до конечной температуры с непре­ рывным отводом и конденсацией образующихся паров. Этот способ перегонки нефти и нефтепродуктов в основном применяют в лабо­ раторной практике при определении их фракционного состава.

При однократной перегонке жидкость (нефть) нагревается до заданной температуры, образовавшиеся и достигшие равновесия пары однократно отделяются от жидкой фазы — остатка. Этот спо­ соб, по сравнению с перегонкой с постепенным испарением, обеспе­ чивает при одинаковых температуре и давлении большую долю от­ гона. Это важное его достоинство используют в практике нефтеперегонки для достижения максимального отбора паров при ограни­ ченной температуре нагрева во избежание крекинга нефти.

Перегонка с многократным испарением заключается в последо­ вательном повторении процесса однократной перегонки при более

194

высоких температурах или низких давлениях по отношению к ос­ татку предыдущего процесса. и*

Из процессов сложной перегонки различают перегонку с деф­ легмацией и перегонку с ректификацией.

При перегонке с дефлегмацией образующиеся пары конденси­ руют и часть конденсата в виде флегмы подают навстречу потоку пара. В результате однократного контактирования парового и жид­ кого потоков уходящие из системы пары дополнительно обогащают­ ся низкокипящими компонентами, тем самым несколько повышает­ ся четкость разделения смесей.

Перегонка с ректификацией - наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах - ректификационных колоннах - пу­ тем многократного противоточного контактирования паров и жид­ кости. Контактирование потоков пара и жидкости может произво­ диться либо непрерывно (в насадочных колоннах) или ступенчато (в тарельчатых ректификационных колоннах). При взаимодействии встречных потоков пара и жидкости на каждой ступени контактиро­ вания (тарелке или слое насадки) между ними происходит тепло- и массообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию рав­ новесия. В результате каждого контакта компоненты перераспреде­ ляются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящими, а жидкость - высококипящими компонентами. При достаточно дли­ тельном контакте и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут дос­ тичь состояния равновесия, то есть температуры потоков станут оди­ наковыми, и при этом их составы будут связаны уравнениями рав­ новесия. Такой контакт жидкости и пара, завершающийся достиже­ нием фазового равновесия, принято называть равновесной ступенью, или теоретической тарелкой. Подбирая число контактных ступеней и параметры процесса (температурный режим, давление, соотноше­ ние потоков, флегмовое число и др.), можно обеспечить любую тре­ буемую четкость фракционирования нефтяных смесей. (

Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняе­ мого сырья называют питательной секцией (зоной), где осуществля­ ется однократное испарение. Часть колонны, расположенная выше питательной секции, служит для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей), а другая - нижняя

часть, в которой осуществляется ректификация жидкого потока - отгонной, или исчерпывающей секцией.

Различают простые и сложные колонны.

Простые колонны обеспечивают разделение исходной смеси (сы­ рья) на два продукта: ректификат (дистиллят) - выводимый с верха колонны в парообразном состоянии, и остаток - нижний жидкий про­ дукт ректификации.

Сложные ректификационные колонны разделяют исходную смесь более чем на два продукта. Различают сложные колонны с от­ бором дополнительных фракций непосредственно из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых дополнительные продукты отбирают из специальных отпарных колонн, именуемых стриппингами. Последний тип колонн нашел широкое применение на уста­ новках первичной перегонки нефти.

Для разделения бинарных или многокомпонентных смесей на 2 компонента достаточно одной простой колонны (если не предъяв­ ляются сверхвысокие требования к чистоте продукта). Для разделе­ ния же многокомпонентных непрерывных или дискретных смесей на более чем 2 компонента (фракции) может применяться одна слож­ ная колонна либо система простых или сложных колонн, соединен­ ных между собой в определенной последовательности прямыми или обратными паровыми или (и) жидкими потоками. Выбор конкрет­ ной схемы и рабочих параметров процессов перегонки определяется технико-экономическими и технологическими расчетами с учетом заданных требований по ассортименту и четкости разделения, тер­ мостабильности сырья и продуктов, возможности использования до­ ступных и дешевых хладоагентов, теплоносителей и т.п.

Четкость погоноразделения - основной показатель эффективнос­ ти работы ректификационных колонн, характеризует их разделитель­ ную способность. Она может быть выражена в случае бинарных сме­ сей концентрацией целевого компонента в продукте. Применительно к ректификации нефтяных смесей она обычно характеризуется груп­ повой чистотой отбираемых фракций, то есть долей компонентов, выкипающих по кривой ИТК до заданной температурной границы деления смеси в отобранных фракциях (дистиллятах или в остатке), а также отбором фракций от потенциала. Как косвенный показатель четкости (чистоты) разделения на практике часто используют такую характеристику, как налегание температур кипения соседних фрак­ ций в продукте. В промышленной практике обычно не предъявляют

196