Разделение газа пиролиза

Экономика производства этилена в большой степени зависит от схемы разделения газа пиролиза и от производительности агрегатов газоразделения. Так например, при повышении производительности установок газоразделения с 50 до
300 тыс. т/год себестоимость этилена снижается на 20 %; одновременно снижаются капитальные затраты. В настоящее время имеются установки производительностью по этилену 450-600 тыс. т/год.

Для разделения газа пиролиза применяются следующие методы [3, 4]:

1) конденсационно-ректификационный метод (низкотемпературная ректификация), когда разделение газовой смеси – деметанизация, выделение и разделение этан-этиленовой фракции достигается конденсацией с последующей ректификацией под давлением с применением аммиачного, метанового, этиленового (или пропанового) холодильных циклов;

2) абсорбционно-ректификационный метод, при котором все компоненты, более тяжелые, чем метан, извлекают из газа абсорбцией при низких температурах и затем разделяют низкотемпературной ректификацией. Однако этот метод разделения газа пиролиза менее экономичен, чем конденсационно-ректификационный.

Оба метода требуют затрат холода и применения специальных хладагентов, поскольку критическая температура этилена равна +9,7 °С, и сжижение его водой невозможно. При разделении газа пиролиза основные затраты приходятся на создание низких температур. В связи с этим большое значение имеют эффективность и экономичность применяемых холодильных циклов.

При конденсационно-ректификационном методе разделение газа пиролиза может осуществляться при низком или при высоком давлении. При низком давлении (температура ниже минус 120 °С, давление 0,127 - 0,196 МПа) расширяется интервал температур кипения разделяемых углеводородов и увеличивается их относительная летучесть, вследствие чего для разделения требуется меньше тарелок, а четкость разделения может быть очень высокой. С повышением давления увеличивается число тарелок и флегмовое число. Однако для создания низких температур, требуемых для разделения при низком давлении, приходится применять наряду с аммиачным и пропановым, также метановый холодильный цикл. Это требует более сложного оборудования и менее экономично, чем этиленовый цикл, применяемый при высоких давлениях. Кроме того, хотя на установках газоразделения при низком давлении получается очень чистый этилен, они малопроизводительны и очень чувствительны к изменению состава газа, их значительно труднее автоматизировать, чем установки высокого давления. В России применяют, главным образом, метод разделения газа при высоком давлении.

Принципиальная схема разделения газа пиролиза при высоком давлении приведена на рис. 1.12 [4].

Компримированный и осушенный газ поступает в блок охлаждения и выделения водорода 1. Для охлаждения используют отходящие холодные потоки пропилена, этилена и метана. В результате конденсации большей части метана и всех более тяжелых углеводородов удается получить водород чистотой 90-95 %. Конденсат подается в метановую колонну 2, в которой конденсируются углеводороды С₂–С₄, а сверху отбирается метановая фракция с небольшим содержанием водорода. Последняя направляется в блок 1, где охлаждает поступающий на разделение газ пиролиза. Углеводороды С₂-С₄ подаются в этановую колонну для выделения этан-этиленовой фракции, которая направляется на селективное гидрирование для удаления ацетилена. Затем фракция С₂ поступает в колонну 5 для удаления водорода и метана, после чего разделяется на этан и этилен в колонне 6. Остаток колонны 3, представляющий собой смесь углеводородов С₃-С₄, направляется в пропановую колонну 7, сверху которой отбирается пропан-пропиленовая фракция. При необходимости эта фракция направляется на очистку от пропадиена и метилацетилена селективным гидрированием или ректификацией в колонне 8, а затем разделяется на пропан и пропилен в колонне 9.

Охлаждение до низких температур, необходимое для выделения этилена, достигается сочетанием методов дросселирования, расширения газа в детандере и каскадного охлаждения за счет теплообмена с испаряющимся вышекипящим компонентом (например, охлаждение этилена пропаном, метана – этиленом).

В табл. 1.3 приведены режимы работы колонн при разделении газа пиролиза конденсационно-ректификационным методом.

		Рис. 1.12. Принципиальная схема разделения газа пиролиза при высоком давлении: 1 – охлаждение и выделение водорода; 2 – метановая колонна; 3 – этановая колонна; 4 – реактор гидрирования С2Н2; 5 – колонна отдувки Н2 и CН4; 6 – этиленовая колонна; 7 – пропановая колонна; 8 – реактор гидрирования фр. С3; 9 – колонна разделения пропан-пропиленовой фракции

Таблица 1.3.Примерные режимы работы колонн при разделении газа пиролиза

конденсационно-ректификационным методом[3]

Наименование	Значение
Метановая колонна
Давление, МПа Температура сырья, °С Температура верха, °С Температура низа, °С Теплоноситель Число тарелок	4,0 минус 55 минус 95 водяной пар
Этан-этиленовая колонна
Давление, МПа Температура сырья, °С Температура верха, °С Температура низа, °С Теплоноситель	3,0 минус 5 водяной пар низкого давления
Этиленовая колонна
Давление, МПа Температура верха, °С Температура низа, °С Число тарелок Кратность орошения	2,3 минус 21 минус 2 4,5
Пропан-пропиленовая колонна
Давление, МПа Температура верха, °С Температура низа, °С Число тарелок Кратность орошения	2,0 5,5