Низкотемпературная кристолизация и ректификация

Рисунок 1.6. Технологическая схема установки низкотемпературной ректификации нефтяного газа с глубоким охлаждением, включая детандирование:

I, П - сырьевой и отбензиненный газ; III - деэтанюированная ШФЛУ.

На рисунке 1.6 приведена технологическая схема установки НТР с глубоким охлаждением газа. Такие установки имеются на Нижневартовском, Белозерном и Сургутском ГПЗ.

Осушенный адсорбционным  способом до точки росы — 100°С газ поступает на установку НТР, где делится на два потока. Первый поток сырьевого газа в теплообменнике 1 охлаждается обратным потоком отбензиненного газа, затем в теплообменнике 2 - испаряющимся пропаном и в теплообменнике 3 - обратным потокам остаточного газа. Пройдя все эти теплообменные аппараты, первый поток сырьевого газа в газожидкостной фазе при давлении 5,3 МПа и температуре - 50 - 54°С поступает в сепаратор 4.

Второй поток последовательно  проходит через теплообменник 10, где охлаждается за счет подогрева сырья деэтанизатора, и теплообменник деметанизатора 11 и при температуре - 50 - 54°С поступает в тот же сепаратор 4 в виде газожидкостной смеси.

Углеводородный  конденсат из сепаратора 4 дросселируется в разделитель жидкости 5, в котором поддерживается давление 2,45 МПа. В результате резкого снижения давления (с 5,3 до 2,45 МПа) часть легких углеводородов (метан и этан), содержащихся в углеводородном конденсате, испаряется, вследствие чего температура в разделителе жидкости понижается до - 70 -75°С.

Далее оставшаяся в разделителе 5 жидкость перетекает в деметанизатор 8 на пятую тарелку (считая снизу).

Несконденсировавшийся газ  из сепаратора 4 под давлением 5,3 МПа  поступает в турбодетандер 6, где  он расширяется - давление газа падает до 2,4 МПа. Работа расширения газа используется для вращения компрессора 7, установленного на общем валу с турбодетандером. В результате расширения

газа температура его  понижается от -50 до -80(-84)°С, при этом часть газа

конденсируется

Двухфазный поток, выходящий  из турбодетандера, направляется в  деметанизатор 8 на верхнюю (шестую) тарелку (считая снизу). Деметанизатор представляет собой ректификационную колонну с шестью тарелками и предназначен для удаления из углеводородного конденсата основной массы метана. Верхняя часть колонны служит сепаратором, в котором выделившаяся из двухфазного потока жидкость стекает вниз в качестве холодного орошения.

Несконденсировавшиеся пары, или иначе остаточный газ уходит с верхней части деметанизатора. Он объединяется с потоком газов из гаэоотделителя 5, и затем этот суммарный поток последовательно проходит по межтрубному пространству теплообменников 3 и 1, в которых он нагревается от - 80 до +34°С, на вход компрессора 7. В компрессоре газ сжимается с 2,2 до 2,5 МПа, далее поступает в дожимной компрессор 18, его давление доводится до 5,3 МПа, а затем через воздушный холодильник 19 выводится в магистральный газопровод.

Жидкость с самой нижней (первой) тарелки деметанизатора сливается  в поддон и оттуда под действием гидростатического давления перетекает через межтрубное пространство теплообменника 12 в кубовую часть деметанизатора. При этом часть жидкости испаряется и образовавшиеся пары создают паровой поток в колонне. Теплоносителем в кипятильнике служит второй поток охлаждаемого сырьевого газа.

Температурный режим  деметанизатора, °С: питания - 70 (-75); верхней  и нижней частей колонны - 80 (- 84) и - 54 (- 58) соответственно.

Нижний продукт  деметанизатора забирается насосом 9, прокачивается через теплообменник 10 на 25 тарелку деэтанизатора 12, который представляет собой ректификационную колонну. Температурный режим деэтанизатора, °С: питания +27; верхней и нижней частей колонны - 2 +2°С и +107°С соответственно. Пары, отходящие из верхней части деэтанизатора, охлаждаются и частично конденсируются в пропановом холодильнике 13 и при температуре -30°С в виде парожидкостной смеси поступают в рефлюксную емкость 14, откуда жидкая фаза насосом 15 подается в качестве орошения, а несконденсирова&шиеся пары отводятся на смешение с остаточным газом, выходящим из межтрубного пространства теплообменника 3.

Температура нижней части деэтанизатора поддерживается изменением расхода теплоносителя, поступающего в кипятильник 16.

Теплоносителем  служит горячее масло (дизельное  топливо), циркулируемое насосом через трубчатую печь (система циркуляции теплоносителя в схеме неприводится). Расход горячего масла в кипятильнике регулируется с помощью индикатора температуры-регулятора, контролирующего температуру на шестой тарелке (считая снизу).

Образовавшиеся  в межтрубном пространстве кипятильника пары возвращаются в кубовую часть колонны: они создают восходящий поток в колонне. Неиспарившийся остаток из кипятильника, а также кубовой части колонны, представляющий собой ШФЛУ, отводится через воздушный холодильник 17 в товарный парк.

Уровень жидкости в рефлюксной ёмкости деэтанизатора и межтрубном пространстве пропановых холодильников регулируется изменением расхода хладагента, поступающего в пропановые холодильники 2 и 13.

Если уровень  в сепараторе 4 становится настолько  высоким, что возникает опасность попадания жидкости во входной патрубок турбодетандера, то системой защиты предусмотрена незамедлительная остановка турбодетандера, с дросселированием газа через байпасный клапан.

Уровень жидкости в разделителе жидкой среды 5 регулируется автоматическим регулятором путем отвода выделившейся газовой фазы с этого аппарата.

На установке  температура регулируется на следующих  потоках и точках:

температура нижней части  деметанизатора;

температура питания и  на шестой тарелке деэтанизатора;

температура ШФЛУ, отводимого в товарный парк.

Температуры питания деэтанизатора  и нижней части деметанизатора регулируются изменением расхода сырьевого газа второго потока, проходящего трубные пространства аппаратов 10 и 11.

Повышение температуры питания  деэтанизатора вызывает увеличение расхода сырьевого газа первого  потока, т. е. по трубным пучкам аппаратов 1-3 и, наоборот, понижение температуры литания вызывает уменьшение расхода сырьевого газа на первом потоке и увеличение - на втором.

При измененном составе газа степень его отбензинивания на установках НТР и НТК зависит от давления и температуры в процессах охлаждения и ректификации и теплового режима деметанизатора. Чем выше давление, тем больше, при прочих равных условиях, будет количество жидкой фазы, поступающей в деметанизатор. Однако повышение давления возможно до определенной величины, соответствующей технической характеристике сырьевых компрессоров.

При понижении  температуры процесса конденсации  выход конденсата повышается. Прежде всего, повышается степень извлечения из газа целевых углеводородов: пропана, изобутана и н-бутана. При понижении температуры в конденсате также увеличиваются концентрации метана и этана.

Необходимо учитывать, что в процессах НТК и НТР газа максимального извлечения пропана можно достигнуть при одновременной конденсации

значительного количества этапа и метана.

Для поддержания заданной температуры конденсации важно  обеспечить нормальную работу теплообменной и холодильной аппаратуры. Прежде всего необходимо, чтобы температура газа, поступающего из предыдущей стадии процесса (в частности, с установок осушки и очистки), не превышала значения, заданного по технологической карте. Кроме того, газ должен быть осушен до определенной точки росы. При недостаточной осушке газа работа установок НТК и НТР может быть нарушена в результате образования гидратов, закупорки труб, забивки аппаратуры, арматуры и т. д.

Для разрушения уже образовавшихся гидратов в систему  НТК вводится метанол, который, вступая в контакт с гидратом, образует спиртоводный раствор с низкой температурой застывания. Должен быть тщательно осушен и пропан, циркулирующий в системе охлаждения.

Нормальная работа установки НТР зависит от устойчивости теплового режима деметанизатора.

Недостаточное выпаривание  метана в деметанизаторе (вследствие чрезвычайно низкой температуры в кубе колонны) и превышение заданной температуры верхней части деэтанизатора могут быть причиной уноса значительного количества пропана с несконденсировавшимися парами, отходящими с верхней части деэтанизатора. К этому может привести и повышение температуры в нижней части деэтанизатора.

При понижении  температуры в нижней части деэтанизатора увеличивается содержание этапа

 

 

1.4 Описание технологической схемы

 

 

Газ разделяется на два потока. Первый поток последовательно охлаждается в теплообменнике Е-108 до температуры минус 11^оС сухим отбензиненным газом из газоотделителя М-115, деметанизатора М-116 и деэтанизатора М-117, в холодильнике Е-109 до температуры минус 30^оС пропаном и далее в теплообменнике Е-111 до температуры минус 60^оС отбензиненным газом из газоотделителя М-115 и деметанизатора М-116. Второй поток последовательно охлаждается до температуры минус 33^оС углеводородным конденсатом,   выходящим   из  деметанизатора  М-116, а  затем  в рибойлере

Е-112 деметанизатора до температуры  минус 60^оС.

 После охлаждения оба  потока поступают в сепаратор  охлажденного газа М-114 для отделения  жидкости. Газ из сепаратора   М-114 подается на прием турбодетандера  Х-101, где охлаждается до температуры  минус 90^оС за счет снижения давления до 25,7 кгс/см² (2,57 МПа). На одном валу с турбодетандером Х-101 смонтирован компрессор СХ-101, на который подается на дожатие сухой отбензиненный газ с аппаратов НТК (М-115, М-116, М-118). Парожидкостная смесь после турбодетандера поступает на шестую тарелку деметанизатора М-116.

Углеводородный конденсат  из сепаратора М-114 через отводится в газоотделитель М-115. Жидкая фаза из газоотделителя   М-115   поступает на  четвертую   тарелку   деметанизатора М-116. 

Деметанизатор М-116 представляет собой ректификационную колонну  с шестью тарелками клапанного типа и предназначен для удаления из углеводородного конденсата основной массы метана. Верхняя часть деметанизатора М-116, куда подается газожидкостная смесь из турбодетандера Х-101, работает как сепаратор, в котором выделившаяся из двухфазного потока жидкость стекает вниз в качестве холодного орошения. Несконденсировавшиеся пары в виде сухого отбензиненного газа с температурой минус 88^оС выходят с верха колонны, соединяются с газом из М-115. Суммарный поток последовательно поступает в межтрубное пространство холодильников Е-111 и Е-108 на охлаждение   сырьевого  газа.  Жидкость  с   нижней  (первой)  тарелки М-116 сливается в поддон и оттуда под действием гидростатического давления перетекает в межтрубное пространство рибойлера Е-112 и возвращается в кубовую часть деметанизатора. При этом часть жидкости испаряется и образовавшиеся пары создают паровой поток в колонне. Теплоносителем в рибойлере служит поток охлаждаемого сырьевого газа. Проектом предусмотрен контроль температуры низа, верха и питания колонны.

Углеводородный конденсат  из кубовой части деметанизатора М-116 с температурой  до минус 60^оС  и      давлением  28 кгс/см²  (2,8 МПа)    насосом Р-107 подается в теплообменник Е-110.

Нагретый в теплообменнике Е-110 до температуры 27^оС углеводородный конденсат поступает в парожидкостной фазе на 26 тарелку деэтанизатора М-117 установки переработки газа № 1. На трубопроводе подачи углеводородного конденсата   с М-116/2 в М-117/1 смонтированы отсекающие задвижки.

Деэтанизатор М-117 представляет собой колонну с 41 клапанной тарелкой и служит для выделения этана и остатков метана из углеводородного конденсата. Пары верхнего продукта с температурой +4–7 ^оС выводятся в холодильник Е-113, где охлаждаются до температуры минус 32 – минус 34^оС. В качестве хладагента служит жидкий пропан.

Охлажденная газожидкостная смесь поступает в рефлюксную емкость М-118, откуда насосом Р-108 подается на 41 тарелку деэтанизатора М-117 в качестве орошения. Сбросной газ из рефлюксной емкости М-118 соединяется с сухим отбензиненным газом после холодильников сырьевого газа Е-111, Е-108 и направляется на прием компрессора СХ-101 и далее направляется по магистральному газопроводу на Сургутскую ГРЭС.

Температура на 6-ой тарелке  М-117, воздействующим подачи теплоносителя в рибойлер Е-114. Теплоносителем служит горячее масло (дизельное топливо), циркулирующее через печь Н-102. 

Углеводородный конденсат  из сливного кармана глухой тарелки  деэтанизатора М-117 перетекает в  межтрубное пространство рибойлера Е-114. Образовавшиеся  в межтрубном пространстве рибойлера пары возвращаются в кубовую часть колонны, они создают восходящий поток в колонне. Неиспарившийся остаток из кипятильника, а также кубовой части колонны, представляющий  собой   ШФЛУ,   отводится через воздушный холодильник Е-115 в товарный парк. 

 

 

1.5  Характеристика сырья и готовой продукции

     

1.4.1 Сырье

В качестве сырья на установки  компримирования и переработки газа поступает нефтяной газ I и II ступени сепарации с месторождений нефти Сургутского региона и ОАО «Юганскнефтегаз», сбросной газ Сургутского завода стабилизации конденсата, компримированный газ с Лянторских КС-1,2 (на прием компрессоров С-103А1,2).

Нефтяной  газ состоит  из смеси углеводородов метанового ряда  с незначительным содержанием  неуглеводородных компонентов, таких как сероводород, меркаптаны, углекислый газ, азот, кислород и вода. Обладает слабым специфическим запахом, слабо растворим в воде. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны – 300 мг/м³ (здесь и далее в пересчете на углерод). Пределы взрываемости в смеси с воздухом – 1,5 – 15 % объемных.