книги / Переработка нефтяных и природных газов
..pdfней кубовой части колонны необходимо повысить со 132 до 145 СС. При этом максимальный поток паров возрастает на 36%, а поток жидкости — на 19%.
В результате |
изучения влияния соотношения числа тарелок |
в абсорбционной |
и отпарной секциях АОК (при а — 0,3% мол.) |
установлено, что сырье целесообразно подавать примерно в сере дину абсорбционно-отпариой колонны. При этом общее число теоретических тарелок не рекомендуется увеличивать более 20 (это соответствует примерно 40 реальным тарелкам). Увеличение числа тарелок с 10 до 20 приводит к снижению Ьшх на 37% и Qmx на 23%.
Эффективность работы АОК можно существенно повысить при подаче сырья в две точки АОК с различной температурой [1071. Изменение показателей работы абсорбционно-отпарной колонны при различном соотношении холодного (Fx) и горячего (Fz) сырье вых потоков показано на рис. II 1.68, из которого следует, что с уменьшением соотношения FX!F2 от 1,7 до 0,5 тепловая нагрузка на испаритель уменьшается примерно на 20% при неизменном расходе регенерированного абсорбента. При этом максимальные потоки жидкости и пара в абсорбционной секции практически остаются постоянными, а в десорбционной секции I max умень шаются на 22% и Ктах— на 83%.
Кроме того, было установлено, что с повышением уровня ввода сырьевых потоков количество газа (пара) и жидкости возрастает в абсорбционной (верхней) секции АОК. Одновременно было
показано, что при Fx/Fo = |
0,5 затраты тепла можно уменьшить |
на 30—40% по сравнению |
со схемой, где все сырье подается |
на одну питательную тарелку. Влияние температуры горячего сырьевого потока (F2) на показатели работы АОК при FxtF« = 0,5 можно проследить по рис. II 1.69. Расчеты были выполнены для следующих условий. Состав сырья (в % мол.): метана 0,04; этапа—
8,46; пропана 5; бутанов 13,9; пентанов 1,75; |
абсорбента 70,8 |
(в качестве абсорбента использовали фракцию |
с молекулярной |
массой 167); температура холодного сырьевого потока (Fx) 35 СС; коэффициент извлечения пропана ф = 96,8; а = 3% мол., число теоретических тарелок — 20 (по 10 тарелок в каждой секции. Поток F%подавался на 10-ю тарелку).
На Коробковском ГПЗ была внедрена двухпоточная схема подачи сырья в АОК [109]. Это позволило уменьшить расход регенерированного абсорбента на 30—35% и затраты холода на 20%, а также сократить потребление воды, электроэнергии и то плива на установке НТА. Опыт показал, что при наличии двой ного питания создаются условия для более гибкого ведения тех нологического режима на блоке деэтанизации.
На рис. III.70 приведены графики, характеризующие измене ние основных показателей работы АОК в зависимости от темпера туры регенерированного абсорбента, поступающего в колонну после узла предварительного насыщения. В основу этих зависн-
231
Влияние температуры горячего сырьевого потока на показатели работы абсорбциоиноотпарнон колонны (соотношение сырьевых потоков F x/ F 2 — 0,5):
1 — количество регенерированного абсорбента; 2 — максимальное количество жидкости; 3 — тепловая нагрузка на испаритель; 4 — максимальное количество пара.
Рис. I I I .70.
Влияние температуры регенерированного предварительно насыщенного абсорбента на показатели работы абсорбционно-отпарной колонны:
Л 2 — максимальное количество паров и жидкостей; 3 — абсолютное количество тепла,
отводимого в теплообменнике предварительного насыщения регенерированного абсор бента; 4 — тепловая нагрузка на испаритель; 5 — количество регенерированного абсор
бента.
мостей положены расчетные данные, полученные для следующих условий. Состав сырья (в % мол.): метана 23; этана 20,28; пропана 19; бутанов 8,89; пентанов 4,15; гексанов 1,38; абсорбента 23,3 (молекулярная масса абсорбента 143); температура сырья на входе
в АОК 30 °С; число теоретических |
тарелок |
принято равным 20 |
(по 10 тарелок в каждой секции); ср = |
85%, а |
= 3%. Из графиков |
следует, что снижение температуры в узле предварительного на сыщения абсорбента с 7 до —20 °С приводит к уменьшению расхода тощего абсорбента (L) на 75%, тепловой нагрузки (Q) на 35%, Т-max и V^max на 20%. При этом температура низа колонны умень шилась на 17 °С (количество сырья принято равным 2000 моль/ч).
Узел десорбции. Основным элементом этого модуля является десорбер — колонный тарельчатый аппарат, предназначенный для извлечения целевых углеводородов из насыщенного абсорбента и восстановления его поглотительной способности с целью повтор ного использования в системе (при наличии замкнутого контура «абсорбер — десорбер»). Из уравнения (III. 17) следует, что при заданных технологических параметрах самая высокая эффектив ность процесса абсорбции достигается при Х п = 0, т. е. при пол ном отсутствии в регенерированном абсорбенте извлекаемых из газа компонентов. Степень влияния их зависит от ряда факторов. Однако, не рассматривая детально этот вопрос, можно отметить, что от. качества работы десорбера существенно зависит эффектив ность абсорбционного процесса разделения газов. При увеличении
232
степени извлечения компонентов из газа и снижении константы фазового их равновесия влияние Х п возрастает.
Отрицательное воздействие остаточных компонентов (Х0) можно умень шить за счет более глубокого охлаждения регенерированного абсорбента перед подачей его в абсорбер и в абсорбционно-отпарную колонну. Такая схема исполь зуется на маслоабсорбционной установке Краснодарского нефте- и газоперера батывающего завода, где в качестве абсорбента применяют разгазированный на промыслах газовый конденсат с высоким содержанием пропана и бутанов (на этом предприятии нет замкнутого контура «абсорбер—десорбер»). Однако этот вариант является исключением в практике переработки газа.
Во ВНИИгаз были выполнены исследования по изучению схем и условий работы узлов десорбции, которые свидетельствуют о возможности улучшения качества регенерации абсорбента и по вышения термодинамической эффективности процесса десорбции. Ниже изложены результаты этих исследований [110].
На отечественных ГПЗ используют два метода регенерации абсорбента: I метод — извлечение легких углеводородов из на сыщенного абсорбента осуществляется за счет снижения давле ния в системе и ввода в нижнюю кубовую часть десорбера водя ного пара, который снижает парциальное давление углеводородов и тем самым способствует переходу легких компонентов из жидкого состояния в газообразное без повышения температуры в нижней части колонны (в этом случае тепло «вносится» в десорбер только с сырьевым потоком); II метод — извлечение легких углеводоро дов из насыщенного абсорбента обеспечивается за счет снижения давления в системе и подвода тепла в нижнюю кубовую часть десорбера.
Первый метод обеспечивает высокую степень регенерации абсорбента. Однако он не получил широкого распространения, так как наличие в системе водяного пара приводит к необходи мости осушки сжиженных швов, а также создает трудности в ра боте завода в зимнее время года. Технологический режим десорб ции при вводе водяного пара: давление 0,2—0,3 МПа, температура
сырьевого |
потока 12о |
Ы0 СС. верха десорбера 90—115 °С, низа |
десорбера |
125"--145‘'С; расход водяного пара 2,4—2,8% масс, |
|
от общего |
количества |
абсорбента. |
ВНИИгаз на ряде ГПЗ провел обследование работы узлов де сорбции без ввода подиного пара, которое показало, что в этом случае эффективность процесса существенно зависит от конструк ции нижней части десорбера. На рис. III.71 приведены варианты конструктивного о(]юрмлеиия нижней части десорбера газопере рабатывающих заводов. Отличительная особенность схемы 3 состоит в том, что при наличии в ннжней части десорбера глухой тарелки абсорбент, стекающий с нижней барботажной тарелки десорбера, не смешивается с абсорбентом, циркулирующим через печь. Это создает благоприятные условия для регенерации абсор бента. В нижней части десорбера вместо глухой тарелки можно устанавливать вертикальную перегородку, которая разделяет
233
Рис. 111.71.
Схема конструктивного оформления нижней части дссорбсров ГПЗ:
I |
— десорбер; 2 — печь; 3 — насос. |
/ |
— регенерированный абсорбент. |
аккумулятор десорбера на две секции. В этом случае в одну сек цию поступает абсорбент с нижней рабочей (барботажиой) та релки — из этой части аккумулятора абсорбент направляют в печь, а в другую секцию поступает регенерированный абсорбент после отделения от него паровой фазы, образовавшейся в резуль тате нагревания абсорбента в печи.
В табл. III. 12 приведены технологические параметры и основ ные качественные показатели работы узла десорбции при раз личном конструктивном оформлении нижней части десорбера. ГПЗ № 1 работает по схеме 1 (без глухой тарелки), ГПЗ № 2 — по схеме 3 (с глухой тарелкой), ГПЗ № 3—5 работают по схеме 2 (без глухой тарелки). На ГПЗ № 4 тепло в десорбер подводится
восновном за счет температуры сырьевого потока (флегмовое число
вдесорберах поддерживалось на всех заводах около 2).
Вработе [ПО] отмечается, что на ГПЗ № 1 и № 2 достигается более качественная регенерация абсорбента. Содержание легких
углеводородов в абсорбенте на ГПЗ № 1 и № 2 составляло 0,1 — 0,2% масс., а на ГПЗ № 3 и № 5 — 1,5% масс. На ГПЗ № 2 проектом не была предусмотрена глухая тарелка в десорбере — после ее монтажа и выполнения некоторых других мероприятий содержание легких углеводородов в регенерированном абсорбенте уменьшилось с 2 до 0,1% масс. Эю способствовало значительному увеличению извлечения пропана и более тяжелых углеводородов (содержание С3+пысшие уменьшилось в сухом газе абсорбера с 35 до 3—8 г/м3). Анализ работы узлов десорбции показал, что ректификация насыщенного абсорбента осуществляется в десор берах недостаточно четко — на ГПЗ № 1—5 наблюдается «на легание» фракций верхнего и нижнего продуктов (см. табл. III. 12).
Во ВНИИгаз для разработки рекомендаций по совершенство ванию технологических схем и режимов работы узла десорбции выполнены расчетные исследования, посвященные изучению эф фективности процесса при изменении следующих параметров:
234
состава и температуры сырья (поступающего в колонну), числа теоретических тарелок, места ввода сырья в десорбер. Одновре менно была изучена возможность повышения термодинамической эффективности процесса за счет съема и подвода тепла по высоте аппарата, т. е. была оценена эффективность процесса в условиях неадиабатического режима работы десорбера [ПО]. При выполне нии этого исследования изменяли один из технологических пара метров и сравнивали следующие показатели: количество флегмы на верхней тарелке десорбера L, тепловые нагрузки на холодиль ник (дефлегматор) верхнего продукта десорбера Qn (учитывалась только теплота конденсации флегмы); расход тепла в испаритель Qn; максимальные потоки пара 7тах и жидкости Lmax в колонне. Расчеты выполняли на ЭВМ по методу «от тарелки к тарелке» (в основу положена термодинамическая модель процесса).
Для изучения работы десорбера были приняты следующие исходные данные: давление в десорбере 0,9 МПа; состав сырья,
Таблица II1.12. Технологические параметры и основные качественные показатели работы узла десорбции
|
Показатели |
|
|
|
|
|
гпз |
|
|
||
|
|
|
|
1 |
2 |
3 * |
4 |
5 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Давление, |
МПа |
|
|
|
|
|
0,55 |
0,8 |
0,65 |
0,62 |
1,0 |
Температура, °С |
|
|
|
|
|
245 |
200 |
168 |
205 |
220 |
|
сырья |
колонны |
|
|
|
|
|
|||||
верха |
|
|
|
|
|
80 |
60 |
85 |
75 |
120 |
|
низа |
» |
|
|
|
|
|
252 |
283 |
219 |
180 |
275 |
в сборнике орошения |
|
на |
вы |
35 |
20 |
35 |
30 |
30 |
|||
циркулирующего |
абсорбента |
265 |
290 |
265 |
230 |
320 |
|||||
ходе из печи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход, т/ч |
|
|
|
|
|
120 |
140 |
166 |
112 |
200 |
|
сырья |
|
|
|
|
через |
||||||
абсорбента, циркулирующего |
200 |
420 |
170 |
— |
210 |
||||||
печь |
|
|
абсорбента |
|
|
|
|
|
|||
Разгонка |
регенерированного |
130 |
139 |
71 |
65 |
55 |
|||||
Начало кипения, |
СС |
при |
темпера |
||||||||
Выход фракции, |
% об., |
|
|
|
|
|
|||||
туре, °С |
|
|
|
|
|
10 |
|
2,5 |
1,2 |
1 |
|
150 |
|
|
|
|
|
8 |
|||||
175 |
|
|
|
|
|
30 |
30 |
3,0 |
1,6 |
6,5 |
|
200 |
|
°С |
|
|
|
55 |
53 |
3,5 |
— |
— |
|
Конец кипения, |
|
|
|
309 |
283 |
320 |
— |
— |
|||
Разгонка дебутанизированной широкой фрак |
|
|
|
|
|
||||||
ции (стабильного газового бензина) по |
|
|
|
|
|
||||||
ГОСТ 2177—66 |
|
°С |
|
|
|
47 |
36 |
35 |
27 |
30 |
|
Начало кипения, |
фракций, |
°С, |
|||||||||
Температура |
кипения |
|
|
|
|
|
|||||
при |
выходе, |
“о об. |
|
|
|
57 |
40 |
40 |
— |
36 |
|
10 |
|
|
|
|
|
||||||
50 |
|
|
|
|
|
62 |
52 |
49 |
— |
46 |
|
90 |
|
°С |
|
|
|
126 |
89 |
83 |
— |
124 |
|
Конец кипения, |
|
|
|
165 |
116 |
166 |
203 |
165 |
235