Расчёт колонны деэтанизации установки УПГ-1 Белозерного ГПЗ

Ресурсы этана в нефтяном газе примерно на 40-50% меньше, чем в природном. Но при этом надо учесть, что процентное содержание этана в нефтяном газе, как правило, больше или равно его содержанию в самом «жирном» природном газе газоконденсатных месторождений. Ресурсы пропана и бутана в нефтяном газе примерно на 30-40% больше, чем в природном газе газоконденсатных месторождений. Если к этому добавить, что процентное содержание пропана и бутана в нефтяном газе в 8-9 раз больше, чем в природном, то станет ясно, насколько выгоднее получать С₃ + С₄ из нефтяных газов, чем из природных.

В настоящее  время переработка природного газа газоконденсатных месторождений на промыслах заключается в выделении  газоконденсата для обеспечения  транспортабельности газа на дальние  расстояния. Однако в будущем должна быть весьма целесообразна глубокая переработка природного газа - крупного источника этана и сжиженных газов. При этом в первую очередь в глубокую переработку должен вовлекаться природный газ газоконденсатных месторождений как более богатый этаном и сжиженными газами.

Актуальность комплексного подхода к использованию ресурсов нефтяных и природных газов в перспективе возрастет, так как увеличение производства моторных топлив и нефтехимического сырья будет обеспечиваться в основном за счет увеличения мощностей вторичных процессов переработки нефти и ввода мощностей по переработке угля, для строительства которых требуются большие капитальные вложения. Для организации производства 3-4 млн. т в год моторного топлива из угля необходимы примерно такие же капитальные вложения, какие требуются для обеспечения добычи  
45 млрд. м³ в год природного газа и производства из этого сырья 5,5 млн. т этана, сжиженных газов и другой продукции. Поэтому в США, например, где имеются крупные запасы различных минерально-сырьевых ресурсов, нефтяной и природный газ длительное время был и остается одним из основных источников производства легкого углеводородного сырья и других сырьевых продуктов [3].

 

2. Классификация газов

Природные газы являются важнейшими источниками тепла и энергии, а также сырьем для ряда отраслей химической промышленности. По своему химическому составу добываемые природные газы состоят главным образом из углеводородов метанового ряда.

По характеру месторождений  и методов добычи природные газы условно подразделяются на собственно природные, попутные и газы газоконденсатных месторождений.

Углеводородные газы, сопутствующие  нефти и выделяющиеся из нее при  сепарации, принято называются попутными. Попутный газ в пластовых условиях может быть растворен в нефти  или находиться в газовой шапке. В свою очередь нефтяные углеводороды могут растворяться в сжатом газе (газоконденсатные месторождения) [4].

Природный газ добывают из газовых скважин, попутный - из нефтяных скважин одновременно с нефтью. Природные газы состоят в основном из метана (до 98 об. %) и небольших количеств этана, пропана и бутанов.

Попутные нефтяные газы содержат большие количества пропана и бутанов, а также более тяжелые углеводороды. Кроме того, в состав природных и попутных газов входят сероводород, азот, двуокись углерода и гелий.

Газы, богатые пропаном, бутаном и более тяжелыми углеводородами, называются жирными. Из них получают газовый бензин, сжиженные газы и индивидуальные углеводороды для органического синтеза. В противоположность им, газы, почти нацело состоящие из метана и  этана, именуются сухими и используются, главным образом, как бытовое и промышленное топливо, отчасти как сырье для производства сажи, ацетилена и продуктов органического синтеза. Кроме углеводородов газы содержат азот, углекислоту, сероводород, влагу.

Низшие члены парафинового ряда - метан, этан, пропан и бутаны (нормальный и изостроения) - газообразны. Они находятся в нефти в растворенном состоянии, а также являются основной составной частью природного и попутного нефтяного газов. Парафиновые углеводороды от пентана до гексадекана при нормальных условиях находятся в жидком состоянии. Они входят в состав бензиновых и керосиновых фракций нефтей. Изучая состав и свойства кавказских нефтей, В. В. Марковников первый обнаружил в них парафиновые углеводороды изостроения. Как правило, при одном и том же числе углеродных атомов в молекуле углеводороды с разветвленной цепью отличаются от углеводородов нормального строения более низкими плотностью, температурой застывания и температурой кипения. Парафиновые углеводороды с разветвленной цепью придают высокое качество бензинам, тогда как парафины нормального строения отрицательно влияют на поведение топлива в карбюраторных двигателях. Углеводороды парафинового ряда нормального строения являются желательными компонентами реактивного и дизельного топлив, смазочных масел, однако до определенных концентраций, при которых эти нефтепродукты удовлетворяют требованиям Государственных стандартов (ГОСТ) по низкотемпературным свойствам.

Газы конденсатных месторождений  промышленного значения обычно содержат большое количество метана и небольшое количество этана, пропана и бутана. Эти газы характеризуются наличием в их составе высокомолекулярных углеводородов, входящих в состав керосиновых, а иногда и газойлевых фракций нефти. Содержание конденсата в таких газах меняется от 2 до 160 мл/м³. В табл. 1 приведен состав природных и попутных нефтяных газов некоторых месторождений [5].

Таблица 1

Состав природных и попутных нефтяных газов (в об. %)

Компоненты	Грозненский  жирный	Саратовский  сухой	Туймазинский  жирный
Метан	30,8	94,7	41,9
Этан	7,5	1,8	20,0
Пропан	21,5	0,25	17,3
Изобутан	9,9	-	2,2
н-Бутан	10,5	0,05	5,7
Пентан и высшие	19,8	-	3,3
Двуокись углерода	-	0,2	0,2
Азот	-	3,0	9,4

 

Состав и количество попутных газов  зависят от  режима сепарации. Значительная часть газообразных углеводородов остается при сепарации нефти. Так как все компоненты природных и попутных газов, за исключением азота и углекислоты, являются горючими, то естественно, что они широко используются в народном хозяйстве как энергетическое и технологическое топливо. Наряду с этим указанные газы представляют большую ценность как сырье для химической переработки. Они используются для производства аммиака, этилена, ацетилена, водорода, формальдегида и многих других химических продуктов. На базе использования природных и попутных газов создается промышленность органического синтеза для получения синтетического спирта, каучука, волокон и других полимерных материалов.

Эффективность использования углеводородных газов в том или ином направлении значительно повысится, если эти газы предварительно очистить от механических твердых и жидких примесей, осушить от влаги и нежелательных газообразных компонентов (углекислота, сероводород), а углеводородную часть в случае необходимости разделить на индивидуальные компоненты или группы, близкие по своим свойствам, компонентов [4]. 

Очистка газа от механических примесей и капельной жидкости особенно необходима при переработке природного газа. Однако и при переработке нефтяного  газа плохая очистка от механических примесей и капельной влаги приводит к повышенному износу трубопроводов, лопаток центробежных компрессоров, их забиванию и т.д [6]. 

В процессах переработки углеводородного сырья образуется в среднем 5-20 % мас. углеводородных газов (предельных и непредельных, нормального и изостроения). Нефтезаводские газы - смесь технологических и природных, содержащихся в нефтях газов. Каждый компонент этих газов находит свое рациональное использование либо как сырье для других технологических процессов, либо как компонент моторного, бытового или технологического топлива, либо как экстрагент или хладагент и т.д. Примерный состав УВ газов основных процессов нефтепереработки представлен в табл. 2 [7].

 

Таблица 2

Состав углеводородных газов основных процессов нефтепереработки  
(обобщенные данные)

Компоненты	Состав газа, % (мас.), процессов
	АВТ	каталитического риформинга	гидроочистки дизельного топлива	гидрокрекинга вакуумного дистиллята	замедленного коксования гудрона	термического крекинга под давлением	каталитического крекинга	пиролиза бензина
сн4 + н2	2,7	19,0	34,0	6,9	36,3	16,2	13,0	18,2
Этилен	-	-	-	-	1,7	2,5	5,0	43,4
Этан	5,1	21,0	24,5	14,0	18,2	17,0	8,0	3,5
Пропилен	-	-	-	-	5,9	9,0	23,8	20,8
Пропан	41,3	32,0	20,5	44,7	17,0	21,5	10,8	0,4
Изобутилен	-	-	-	-	2,3	4,5	7,2	1,0
н-Бутилен	-	-	-	-	3,7	0,8	12,8	3,9
н-Бутан	50,9	16,0	-	10,4	9,5	14,5	4,8	0,4
Изобутан	13,0	12,0	21,0	24,0	5,6	5,0	14,6	3,0
Бутадиен	-	-	-	-	-	-	-	5,4
Сумма непредельных	-	-	-	-	13,6	25,8	48,8	74,5

 

Технологический газ установок АВТ и термогидрокаталитических процессов содержит только предельные углеводороды и водород. При проведении термических и части термокаталитических процессов образуются непредельные углеводородные газы.

Естественно, что составы технологического газа на разных предприятиях существенно отличаются друг от друга. Он зависит как от профиля завода и от соотношения мощностей отдельных процессов, так и от качества перерабатываемой нефти и от степени загруженности отдельных установок.

При переработке предельных углеводородных газов в зависимости от назначения получают фракции:

- метан-этановую (сухой газ), иногда этановую, которую используют как сырье пиролиза или в качестве хладагента на установках глубокой депарафинизации масел и т.д.;

- пропановую - сырье пиролиза, бытовой сжиженный газ и хладагент для производственных установок;

- изобутановую - сырье установок алкилирования, производств синтетического каучука и МТБЭ, ЭТБЭ;

- бутановую, используется для получения бутадиена, в качестве бытового сжиженного газа и компонента автобензинов для регулирования их пусковых свойств;

- изопентановую - сырье для производства изопренового каучука и высокооктановый компонент автобензинов;

- пентановую - сырье для процессов пиролиза, изомеризации т.д.; иногда смесь пентанов и более тяжелых углеводородов не разделяют на фракции, а используют как газовый бензин.

Продуктами переработки непредельного углеводородного сырья являются следующие фракции:

- пропан-пропиленовая - сырье процессов полимеризации и алкилирования, нефтехими-ческих производств;

- бутан-бутиленовая - сырье установок алкилирования для производств метилэтилкетона, полиизобутилена, синтетического каучука и др.;

- этан-этиленовая и пентан-амиленовая, используемые как нефтехимическое сырье.

Углеводородные фракции получают на нефтеперерабатывающих предприятиях, на установках газофракционирования, и они по своему качеству должны соответствовать определенным нормам стандартов, технических условий и т.п.

 

 

3. Основные технологические процессы переработки газов

Природные и попутные углеводородные газы почти всегда содержат примеси твердых, жидких и газообразных компонентов, а также пары воды. Необходимым условием переработки этих газов является предварительная очистка их от влаги, твердых загрязнений и агрессивных примесей, так как они способствуют быстрому износу дорогостоящего оборудования и нарушают нормальную эксплуатацию технологических установок. Из газа должна быть удалена не только капельно-взвешенная влага, но и часть влаги, содержащейся в виде паров, а также кислые газы (СО₂ и Н₂S), которые при низких температурах на установках сжижения и низкотемпературного разделения газов, переходя в твердое состояние, забивают аппаратуру и выводят ее из строя.