Основные объекты газоперерабатывающих заводов

На газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) с полным (законченным) технологическим циклом применяют пять основных технологических процессов:

1) прием, замер и подготовка (очистка, осушка и т. д.) газа к пере­
работке;

2) компримирование газа до давления, необходимого для перера­
ботки;

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья

179

3) отбензинивание газа, т. е. извлечение из него нестабильного газо­
вого бензина;

4) разделение нестабильного бензина на газовый бензин и инди­
видуальные технически чистые углеводороды (пропан, бутаны,
пентаны, н-гексан);

5) хранение и отгрузка жидкой продукции завода.
Газоперерабатывающее производство может быть организовано

не только как ГПЗ, но и как газоотбензинивающая установка в соста­ве нефтегазодобывающего управления (НГДУ) или нефтеперераба­тывающего завода (НПЗ). Это делается, когда количество исходного сырья невелико.

Принципиальная технологическая схема ГПЗ приведена на рис. 4.2.1.

Рис. 4.2.1.Принципиальная технологическая схема ГПЗ: 1 — узел замера количества газа; 2 — установка очистки газа; 3 — компрес­сорная станция 1-й ступени; 4 — отбензинивающие установки; 5 — компрессорная станция 2-й ступени; 6 — газофракцио-нирующие установки; 7 — товарный парк; 8 — пункт отгрузки жидкой продукции; I— пункт приема газа; II— сухой газ потребителям; III — жидкая продукция потребителям

Газ поступает на пункт приемапод давлением 0,15. ..0,35 МПа. Здесь сначала производят замер его количества, а затем направляют в при­емные сепараторы, где от газа отделяют механические примеси (пе­сок, пыль, продукты коррозии газопроводов) и капельную влагу. Далее

180 Часть I. Основы нефтегазового дела

газ поступает на установку очистки газа (2), где от него отделяют сероводород и углекислый газ.

Компрессорная станция 1-й ступени(3) предназначена для пере­качки сырьевого («сырого») газа. Сжатие осуществляется в одну, две или три ступени газомоторными компрессорами (10 ГК, 10 ГКМ, 10 ГКН) или центробежными нагнетателями (К-380, К-980).

На отбензинивающих установках(4) сырьевой газ разделяют на нестабильный газовый бензин, отбензиненный газ и сбросной газ. Не­стабильный бензин направляют на газофракционирующие установ­ки (6). Отбензиненный («сухой») газ компрессорной станцией 2-й сту­пени (5) закачивается в магистральный газопровод или реализуется местным потребителям. Сбросной газ используют для топливных нужд котельной и трубчатых печей.

Газофракционирующие установки(6) предназначены для разде­ления нестабильного бензина на газовый (стабильный) бензин и ин­дивидуальные технически чистые углеводороды: этан, пропан, бута-ны, пентаны и н-гексан. Получаемые продукты газоразделения отка­чивают в товарный парк (7), откуда впоследствии производится их отгрузка железнодорожным транспортом или по трубопроводам.

Отбензинивание газов.Для отбензинивания газов используются компрессионный, абсорбционный, адсорбционный и конденсацион­ный методы.

Сущность компрессионного метода заключается в сжатии газа компрессорами и последующем его охлаждении в холодильнике. Уже при сжатии тяжелые компоненты газа частично переходят из газо­вой фазы в жидкую. С понижением температуры выход жидкой фазы из сжатого газа возрастает.

Компрессионный метод применяют для отбензинивания «жирных» газов, в которых содержится более 1000 г/м³ тяжелых углеводородов. Оптимальным для нефтяных газов является давление компримирова-ния 2...4МПа.

При абсорбционном методе поглощение тяжелых углеводородов из газовых смесей осуществляется жидкими поглотителями (абсор­бентами). В качестве таких поглотителей могут быть использованы ке­росин, дизельный дистиллят, масла.

При физической абсорбции поглощаемые углеводороды не обра­зуют химических соединений с абсорбентами. Поэтому обычно фи­зическая абсорбция обратима, т. е. поглощенные компоненты можно выделить из абсорбентов. Этот процесс называется десорбцией. Че­редование процессов абсорбции и десорбции позволяет многократ­но применять один и тот же поглотитель.

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 181

Количество поглощенных газов при абсорбции увеличивается с по­вышением давления и понижением температуры. Чем больше моляр­ная масса компонентов газа, тем в большем количестве он поглоща­ется одной и той же жидкостью.

Применение абсорбционного метода наиболее рационально для от-бензинивания газов, содержащих от 200 до 300 г тяжелых углеводо­родов в 1 куб. м.

Адсорбциейназывается процесс поглощения одного или несколь­ких компонентов из газовой смеси твердым веществом — адсорбен­том. Процессы адсорбции обычно обратимы. На этом основан процесс десорбции— выделение из адсорбента поглощенных им веществ.

В качестве адсорбентов применяются пористые твердые вещест­ва, имеющие большую удельную поверхность — от сотен до десятков сотен квадратных метров на грамм вещества. Другой важнейшей ха­рактеристикой адсорбентов является их адсорбционная активность (или адсорбционная емкость), равная количеству целевых компонен­тов (в масс.%, граммах и т. п.), которое может быть поглощено едини­цей массы адсорбента.

Адсорбционная активность адсорбентов зависит от состава газа, давления и температуры. Чем выше молярная масса газа и давление, а также чем ниже температура, тем адсорбционная активность выше.

В качестве адсорбентов при разделении газовых смесей использу­ют активированный уголь, силикагель и цеолиты.

Адсорбционный способ отбензинивания углеводородных газов применяют при содержании тяжелых компонентов от 50 до 100 г/м³.

Сущность конденсационного метода заключается в сжижении тя­желых углеводородных компонентов газа при отрицательных темпе­ратурах. Применяют две разновидности конденсационного метода от­бензинивания газов: низкотемпературная конденсация (НТК) и низко­температурная ректификация (НТР).

Процесс низкотемпературного отбензинивания состоит из 3-х ста­дий:

а) компримирования газа до давления 3...7 МПа;

б) охлаждения сжатого и осушенного газа до температуры
-10...-80°С;

в) разделения образовавшейся газожидкостной смеси углеводоро­
дов на нестабильный газовый бензин и «сухой» газ.

Две первые стадии процесса при применении НТК и НТР одинако­вы. Отличие между ними заключается в третьей стадии. В схеме НТК газожидкостная смесь перед подачей на ректификационную колонну сначала разделяется на сухой газ и конденсат (за счет сжатия до давле-

182 Часть I. Основы нефтегазового дела

ния 3...4 МПа и глубокого охлаждения), а затем нестабильный бензин подвергают деэтанизации.

А в схеме низкотемпературной ректификации в отличие от схемы НТК в ректификационную колонну (деэтанизатор) поступает вся газо­жидкостная смесь, образовавшаяся в результате компримирования и охлаждения сырьевого газа.

Процесс НТК по сравнению с процессом НТР имеет следующие преимущества:

1) благодаря предварительному отбору газовой фазы в сепарато­
ре, деэтанизатор и другие аппараты установки имеют меньшие
размеры;

2) вследствие относительно небольшого содержания метана и эта­
на в сырье деэтанизатора конденсацию паров в холодильнике
можно осуществлять при сравнительно высоких температурах
-5...-10 "С.

Недостатками схемы НТК является то, что часть целевых компо­нентов теряется с газом, отбираемым из сепаратора. Этот недостаток устраняется более глубоким охлаждением сырьевого газа перед се­паратором, что требует больших затрат энергии.

Считается, что схема НТР наиболее рациональна при извлечении пропана в пределах 50% от потенциала, а схема НТР экономичнее при извлечении свыше 70% пропана, содержащегося в исходном газе.

Газофракционирующие установки.Нестабильный бензин, полу­чаемый на отбензинивающих установках методами компрессии, аб­сорбции, адсорбции и охлаждения (НТК, НТР), состоит в общем слу­чае из углеводородов от этана до гептана включительно. Это связано с тем, что при фазовых переходах и сорбции тяжелые углеводороды увлекают за собой легкие.

Поскольку нестабильный газовый бензин не находит непосредст­венного применения в народном хозяйстве, из него получают стабиль­ный газовый бензин и технически чистые индивидуальные углеводо­роды — пропан, бутаны, пентаны, гексан.

Процесс разделения нестабильного газового бензина на отдельные компоненты называется фракционированием.В основе фракциони­рования лежит метод ректификации. Поскольку требуется обеспечить четкое разделение исходного сырья на компоненты, температура ки­пения которых различается незначительно, фракционирование осу­ществляют в несколько этапов, на каждом из которых сырье разделя­ется на два компонента: высококипящий и низкокипящий.

Процесс разделения двухкомпонентной смеси ректификацией выглядит следующим образом. Сырье, которое надо разделить, по-

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 183

дается в среднюю часть колонны на тарелку питания. Введенная в ко­лонну жидкая смесь стекает по контактным устройствам в нижнюю часть колонны, называемую отпарной. Навстречу потоку жидкости поднимаются пары, образовавшиеся в результате кипения жидко­сти в кубе колонны. В процессе противоточного движения паровая фаза обогащается низкокипящим компонентом, а жидкая — высоко-кипящим.

Газофракционирующие установки бывают двух типов: одноколон­ные и многоколонные. Одноколонные установки называют стабили­зационными. Они предназначены для разделения нестабильного га­зового бензина на стабильный газовый бензин и сжиженный газ. На многоколонных ГФУ из нестабильного бензина выделяют стабильный бензин и фракции индивидуальных углеводородов. Для разделения нестабильного бензина на три компонента требуется две колонны: в первой колонне выделяется один целевой компонент, а в следую­щей — второй и третий. Легко показать, что для разделения смеси на n-фракций требуется (п-1) ректификационная колонна. Таким обра­зом, для получения стабильного газового бензина и всех возможных технически чистых углеводородов (пропан, бутаны, пентаны, гексан) требуется 6 колонн.