Материал: Установки масляной и низкотемпературной абсорбции

Установки масляной и низкотемпературной абсорбции

Реферат

по дисциплине: «Переработка углеводородных газов»

на тему: «Установки масляной и низкотемпературной абсорбции»

1. Общие сведения об абсорбционных процессах

Абсорбция и десорбция - это два основных массообменных процесса, на которых базируется абсорбционный метод разделения нефтяных и природных газов.

Физическая сущность процессов заключается в достижении равновесия между взаимодействующими потоками газа и жидкости за счет диффузии (переноса) вещества из одной фазы в другую. Движущая сила диффузии определяется при прочих равных условиях разностью парциальных давлений извлекаемого компонента в газовой и жидкой фазах.

Если парциальное давление компонента в газовой фазе выше, чем в жидкой, то происходит процесс абсорбции (поглощение газа жидкостью), и наоборот, если парциальное давление извлекаемого компонента в газовой фазе ниже, чем в жидкой, то протекает процесс десорбции (выделение газа из жидкости).

В последние годы в целях повышения степени извлечения тяжелых углеводородов из газа, абсорбцию проводят при пониженных температурах.

На начальных этапах развития процессов низкотемпературной абсорбции этот процесс отличался от традиционных процессов абсорбции только низкими температурами. По мере эксплуатации установок НТА был разработан ряд технических решений по совершенствованию технологического и конструктивного оформления основных узлов схемы НТА, реализация которых позволила значительно повысить технико-экономические показатели процесса НТА.

Технологические схемы НТА состоят из блока предварительного отбензинивания исходного газа, представляющего собой блок НТК, и блока НТА, где происходит доизвлечение углеводородов из газа, прошедшего блок НТК.

Масляная абсорбция была впервые применена в США в 20-х гг. прошлого века для извлечения газового бензина. Маслоабсорбционные установки (МАУ) состояли из двух колонн - абсорбера и десорбера. Процесс осуществлялся при температуре окружающей среды, давление составляло от 1,4 до 4,0 МПа. Абсорбер, как правило содержал 30 тарелок колпачкового типа. В качестве абсорбента применялись тяжелые нефтяные фракции. Доля извлекаемых на этих установках УВ С5+ составляла 60-70% от потенциального содержания в обрабатываемом газе.

По сравнению с процессом масляной абсорбции при температуре окружающего воздуха применение процессов НТА:

приводит к значительному сокращению циркуляции абсорбента и затрат тепловой и электрической энергиина его регенерацию (на нагрев и перекачку абсорбента), уменьшению конструктивных размеров аппаратов и в целом к снижению эксплуатационных расходов.

обеспечивает отбор целевых углеводородов С3+вышена уровне 95% и выше вместо 80...90%, достигаемых на МАУ.

Принципиальное отличие установок НТА от установок масляной абсорбции состоит в аппаратурном оформлении процесса: до абсорбера нужен сепаратор, в котором конденсируется и отделяется большее количество сжиженных углеводородов. Это позволяет снизить нагрузку абсорбера и углубить извлечение остающихся в газе углеводородов С2…С6.

абсорбент масляной низкотемпературный циркуляция

2. Принципиальная схема циркуляции абсорбента на установках масляной и низкотемпературной абсорбции

На рисунке 1 представлена принципиальная схема циркуляции абсорбента на установках масляной и низкотемпературной абсорбции.

- абсорбер; 2 - теплообменник; 3 - нагреватель; 4 - десорбер; 5 - конденсатор-холодильник; 6 - емкость орошения; 7 - рибойлер; 8 - холодильник; I - сырьевой газ; II - отбензиненный газ; III - насыщенный абсорбент; IV- широкая фракция извлеченных углеводородов (ШФЛУ); V - несконденсированные углеводороды; VI - тощий (регенерированный) абсорбент

Простейшая (исторически первая) технологическая схема установки абсорбционного отбензинивания газов приведена на рисунке 1.

Согласно этой схеме сырьевой газ I поступает под нижнюю тарелку абсорбера 1, на верхнюю тарелку которого подают тощий (регенерированный) абсорбент VI. В результате контакта в абсорбере 1 абсорбент поглощает тяжелые углеводороды из газа I, уходит с низа абсорбера, нагревается в теплообменнике 2 и нагревателе 3 и поступает в десорбер 4. С верха десорбера 4 тяжелые углеводороды конденсируются в конденсаторе-холодильнике 5 и поступают в емкость орошения 6. Часть жидких углеводородов из емкости 6 подают на орошение десорбера, а балансовое количество выводят с установки. Тепло в куб десорбера подводят при помощи рибойлера 7. Тощий (регенерированный) абсорбент VI забирают из куба десорбера 4, охлаждают в теплообменнике 2 и холодильнике 8 и вновь подают на верхнюю тарелку абсорбера 1. С верха абсорбера 1 отводят отбензиненный газ II.

По этой схеме значительная часть абсорбированных углеводородов теряется с несконденсированными углеводородами V (метан + этан) из емкости орошения 6. Для устранения этого недостатка предложена схема с абсорбционно- отпарной колонной (АОК), работающей под промежуточным давлением между абсорбером и десорбером (1,0-4,0 МПа) и предназначенной для выделения метана и этана из насыщенного абсорбента до десорбера (рисунок 2).

3. Технологическая схема маслоабсорбционных установок

В качестве поглотителя тяжелых углеводородов из нефтяного газа применяют обычно легкие масла, и поэтому часто установки такого типа называются маслоабсорбционными. Принципиальная схема маслоабсорбционной установки отбензинивания весьма проста.

На рисунке 2 приведена упрощенная технологическая схема малогабаритной установки.

- линия подачи газа; 2 - холодильник; 3 - абсорбер; 4 - каплеуловитель; 5 - выветриватель; 6,7 - теплообменник; 8 - десорбер; 9, 16 холодильник; 10 - сепаратор; 11, 14, 17 - насос; 12 - емкость; 13 - градирня; 15 - печь

Рисунок 2 - Схема маслоабсорбционной установки

Данная схема работает следующим образом. Нефтяной газ второй и третьей ступени сепарации, а также газы, поступающие с установок подготовки нефти по линии 1через холодильник 2 направляют в абсорбер 3 под давлением 4-7 МПа и при температуре 0-20°С. 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, после чего направляется в магистральный газопровод потребителям.

Насыщенный парами тяжелых углеводородов «жирный» абсорбент отводят через регулятор уровня (не показанный на схеме) 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 работающего под давлением 0,7-1,5 МПа, 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 па верх абсорбера 3 для орошения, и цикл движения «тощего» абсорбента повторяется.

На данной установке охлаждение абсорбента в холодильнике и конденсация в холодильниках паров тяжелых углеводородов, выделившихся из «жирного» абсорбента в десорбере, идет в результате замкнутой циркуляции воды, охлаждаемой в градирне13 и нагнетаемой насосом 14.

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.

4. Технологические параметры процесса масляной абсорбции

В качестве абсорбента используют масла и керосин. Абсорбцию осуществляют при давлении 4-7 МПа и температуре исходных потоков равной температуре окружающей среды. В десорбере температура находится в пределах 200-250 ºС, давление 0,7-1,5 МПа.

5. Технологические схемы установок НТА

5.1 Технологические схемы предварительного насыщения абсорбента

Схема НТА с предварительным насыщением абсорбента является одной из современных абсорбционных технологических схем. Благодаря комбинированию технологических процессов (предварительное отбензинивание исходного газа происходит путем низкотемпературной конденсации, а доизвлечение углеводородов из газа осуществляется абсорбцией) схема НТА становится достаточно гибкой и универсальной при использовании как для извлечения этана, так и более тяжелых углеводородов.

Узел предварительного насыщения регенерированного абсорбента является теперь неотъемлемой составной частью современных процессов НТА нефтяных и природных газов. Применяют в основном две схемы предварительного насыщения.

Рисунок 3 - Принципиальная схема узла абсорбции с предварительным насыщением регенерированного абсорбента сухим газом АОК

Первый вариант, представленный на рисунке 3 - регенерированный абсорбент смешивается с сухим газом абсорбционно-отпарной колонны 4 и вместе с ним поступает в пропановый испаритель 5.

В результате контакта этих потоков регенерированный абсорбент насыщается легкими углеводородами с одновременным съемом тепла абсорбции. После этого насыщенный (балластом) регенерированный абсорбент отделяется в сепараторе 6 от свободного газа и подается на верхнюю тарелку абсорбера и АОК.

Рисунок 4 - Принципиальная технологическая схема узла абсорбции с предварительным насыщением регенерированного абсорбента сухим газом

Второй вариант, изображенный на рисунке 4 -регенерированный абсорбент смешивается с сухим газом АОК 4 и вместе с ним поступает в пропановый испаритель 5. В результате контакта этих потоков абсорбент насыщается легкими углеводородами с одновременным съемом тепла абсорбции. После разделения этой смеси в сепараторе 6 насыщенный абсорбент делится на два потока - один направляется на верхнюю тарелку АОК, другой смешивается с сухим газом абсорбера и поступает в пропановый испаритель 7. В результате этого абсорбент дополнительно насыщается легкими углеводородами.

После испарителя 7 смесь газа и абсорбента поступает в сепаратор 8, откуда насыщенный регенерированный абсорбент подается на верхнюю тарелку абсорбера 3, а сухой газ направляется потребителям.

5.2 Технологическая схема НТА с предварительным насыщением абсорбента

По такой схеме НТА с предварительным насыщением абсорбента запроектирован Нижневартовский газоперерабатывающий завод. На рисунке 5 приводится принципиальная технологическая схема НТА на Нижневартовском ГПЗ.

, 2, 3, 9, 13, 14, 15, 16 - рекуперативные теплообменники; 4, 7, 10 - пропановые испарители; 5, 6, 11 - сепараторы; 8 - абсорбер; 12 - абсорбционно-отпарная колонна; 17, 18, 20 - воздушные холодильники; 19 - рефлюксная емкость; 21 - десорбер; 22 - печь;

I - сырой газ; II - сухой газ абсорбера и АОК после узлов предварительного насыщения регенерированного абсорбента легкими углеводородами; III - раствор этиленгликоля; IV - насыщенный легкими углеводородами регенерированный абсорбент; V, XI - сухой газ; VI - регенерированный абсорбент; VII - насыщенный абсорбент; VIII - газ; IX - сконденсировавшиеся углеводороды (конденсат); X - обводненный этиленгликоль; XII - насыщенный легкими углеводородами регенерированный абсорбент; XIII - деэтанизированный насыщенный абсорбент; XIV - широкая фракция углеводородов C3+высшие

Рисунок 5 - Принципиальная технологическая схема НТА на Нижневартовском ГПЗ