Получение сжиженных нефтяных газов из нефти.

Процесс очистки " сырой" нефти начинается с фракционной дистилляции, технология которой на разных заводах может быть различной. В основном она заключается в первичном нагреве нефти в трубчатых печах с последующим термическим отделением топливной нефти и битумов от летучих, которые подвергается дальнейшей фракционной разгонке.

Легчайший продукт первичной разгонки в головной фракционной колонке - неконденсированный этан. Сжиженный нефтяные газы остаются в легчайшей конденсированной фракции и мощными компрессорами и перекачиваются в жидком состоянии для дальнейшей очистки. Распределение сжиженных нефтяных газов между колошниковым газом и первичным конденсатом зависит от давления и температуры, а также от содержания этих газов в исходной нефти. Сжиженные нефтяные газы, получающиеся в процессе дистилляции, насыщены угле водородными компонентами и сернистыми соединениями. Эти примеси удаляются в одну или несколько стадий " облагораживания".

Каталитический риформинг является самым простым процессом конверсии, который обеспечивает выход сжиженных нефтяных газов. Главная цель его - получение ароматических углеводородов или промежуточных химикатов, чаще в сего бензиновой смеси. Сырьем для этого процесса служит первичный дистиллят, получаемый из колонки фракционной колонки сырой нефти или специально покупаемый для этой цели.

Основа процесса - конвертирование углеводородов парафинового и нафтенового рядов, присутствующих в дистилляте, в ароматические углеводороды в ходе мгновенного протекающих реакций дегидрогенизации и образования колец. Сернистые соединения, которые могли бы " отравить" катализатор, удаляются на предшествующей стадии, где дистиллят и водородосодержащий рафинированный газ проходят (иногда вместе с кислыми сжиженными нефтяными газами из первичной фракционной колонки) над кобальтовым илимолибденоникелевым катализатором при температуре около +410С и повышенном давлении. Эти газы удаляются вместе с другими легкими газами, получаемыми на стадии мгновенного испарения при понижении давления до того, как дистиллят поступит в реакторы, заполненные платиновым катализатором, который периодически регенерируется.

Сжиженные нефтяные газы, присутствующие в продуктах каталитического риформинга, отделяются от основного продукта риформинга посредством дебутанизации. Они могут содержать до 2 % (по объему) образующихся в ходе побочных реакций крекинга ненасыщенных углеводородов, практически всегда полностью демеркаптанизированных. Полученные сжиженные нефтяные газы можно соединить с основным потоком этих газов как до демеркаптанизации " кислых" газов (т.е. газов, которые засорены серой или ее соединениями), так и после нее.

При каталитическом риформинге (без реактора термического крекинга) одной из главных технологических особенностей является так называемая " гидроочистка" при отгонке легких фракций, при которой двойной приток сжиженных нефтяных га-зов из дистилляционных и риформинговых установок соединяется для последующей сепарации на пропан и бутан в колонкедепропанизаторе.

Иногда бутан направляется в дополнительную фракционную колонку, называемую деизобутанизатором, где он расщепляется на изобутан и нормальный бутан, используемые как чистые химические полупродукты.

Каталитический крекинг применяют для сокращения промежуточных дистиллятов и увеличения выхода автомобильного бензина и ненасыщенных газов. Сырьем обычно служит тяжелый газойль и даже парафин, разлагающийся при высокой температуре в присутствии кремнеземного-глиноземного катализатора. Реакторы каталитического крекинга, в основном, работают по принципу " подвижного катализа", при котором сырье и свежая порция катализатора непрерывно подаются в реакционную колонку, откуда одновременно выводится отработанная порция катализатора, направляемая в регенерационный резервуар. Чистый продукт из реакционной колонки разгоняется в первичном сепараторе на легкие фракции, промежуточные дистилляты и тяжелые фракции. Верхние погоны (смесь жидких метана, этана и каталитического бензина) отбираются и сепарируются в абсорбционной колонке на неконденсированный газ (метан, этилен и этан) и на абсорбированную фракцию, состоящую из сжиженного нефтяного газа и бензина. Насыщенный абсорбент (" жирная" нефть) десорбируется от содержащихся в нем легких фракций, которые сепарируются на бензиновую фракцию и сжиженный нефтяной газ.

Получаемый по описанной технологии сжиженный нефтяной газ обычно содержит меркаптан и другие сернистые соединения, которые необходимо удалять. После демеркаптанизациипосредством щелочной отмывки выходит сжиженный нефтяной газ как товарная продукция.

 

Хранение жидких газов

Чтобы сохранить воздух в жидком состоянии, надо воспре­пятствовать его теплообмену с окружающей средой. С этой целью жидкий воздух (и другие жидкие газы) помещают в особые сосуды, называемые сосудами Дьюара. Сосуд Дьюара устроен так же, как и обычный термос. Он имеет двойные стеклянные стенки, из пространства между которыми выкачан воздух (рис. 6.). Это уменьшает теплопроводность сосуда. Внутреннюю стенку делают блестящей (посеребрен­ной) для уменьшения нагревания излучением. У сосудов Дьюара узкое горлышко, при хранении в них сжиженных газов их оставляют открытыми, чтобы содержащийся в сосуде газ имел возможность постепенно испаряться. Благодаря затрате теплоты на испаре­ние сжиженный газ остается все время холодным. В хорошем сосуде Дьюара жидкий воздух сохраняется в течение нескольких недель.

 

 

За последние 15–20 лет в большинстве промышленно развитых стран созданы и внедрены достаточно совершенные установки для преобразования энергии органического топлива в электрическую энергию и теплоту. Дальнейшее повышение технико-экономических показателей таких установок требует поиска новых, нетрадиционных методов, применение которых позволило бы существенно повысить технико-экономические показатели работы энергетического оборудования и одновременно улучшить его экологические показатели. Одной из возможностей решения этой проблемы на промышленных предприятиях, использующих в качестве топлива природный газ, является применение детандергенераторных агрегатов (ДГА)

Детандергенераторный агрегат представляет собой устройство, в котором энергия потока транспортируемого природного газа преобразуется сначала в механическую энергию в детандере, а затем в электрическую энергию в генераторе.

Существует также принципиальная возможность получения одновременно с электроэнергией теплоты различных температурных уровней (высокотемпературной для обогрева и низкотемпературной для создания холодильных установок и систем кондиционирования), образующейся при работе ДГА. Основными составными частями ДГА являются детандер, электрический генератор, теплообменники подогрева газа, регулирующая и запорная арматура, система КИП и автоматики.

 

Детандер-генераторные агрегаты исполь зуются в системе газоснабжения на станциях технологического понижения давления газа-газораспределительных станциях (ГРС) и газорегуляторных пунктах (ГРП)]. Обычно понижение давления газа на ГРС и ГРП осу- ществляется за счет дросселирования газового потока. Анализ работы находящихся в эксплуатации детандергенераторных агрегатов и технических решений, предложенных для усовершенствования существующих установок, показал, что ДГА, хотя и позволяют, используя технологические перепады давления транспортируемого природного газа, получать электроэнергию со значительно более высокой тепловой экономичностью, чем традиционные паро и газотурбинные установки, но обеспечение их работы требует сжигания топлива. Это приводит хотя и к меньшему, но все-таки загрязнению окружающего воздушного бассейна.

 В 1999 г. был предложен и запатентован способ работы детандерной установки, позволяющий обеспечить работу ДГА без сжигания топлива, а также устройство для осуществления предложенного способа [1]. Его суть заключена в том, что подогрев газа перед детандером производится с помощью теплонасосной установки (ТНУ), использующей часть энергии, вырабатываемой электрогенератором ДГА, для обеспечения своей работы. При таком техническом решении для обеспечения нормальной работы ДГА используется лишь низкопотенциальная энергия и не требуется сжигания топлива. В качестве источника низкопотенциальной энергии при этом могут быть использованы вторичные энергетические ресурсы и/или теплота окружающей среды. Также бестопливной является установка для подогрева газа перед детандером, в которой ис- пользуется сочетание воздушного компрессора и воздушной турбины (т. н. воздушный тепловой насос). На это техническое решение также был получен патент [2]. В обеих установках для обеспечения работы теплового и воздушного теплового насосов используется электроэнергия, выработанная генератором ДГА, что уменьшает полезную электрическую мощность установок, которая может быть передана потребителю. Необходимо отметить, что устройство детандер-генераторного агрегата и принцип его работы позволяют создать бестопливную установку за счет выбора соответствующего режима работы при подогреве газа только после детандера. Однако при этом газ на выходе из детандера имел бы недопустимо низкие по условиям эксплуатации температуры (–80…–100 °С), что заставляло бы дросселировать газ перед детандером, теряя значительную часть потен- циала давления. Поэтому установки такого типа, скорее всего, не найдут широкого применения и в данной статье рассматриваться не будут. Здесь будут рассмотрены установки на базе ДГА, в которых подогрев газа производится перед детандером за счет теплоты, имеющей настолько низкую температуру, что она не может непосредственно использоваться для подогрева газа до необходимой по условиям эксплуатации (+80–100 °С). Потенциал такой теплоты должен быть повышен с помощью трансформирующих установок. На сегодняшний день разработаны два варианта бестопливных установок на базе детандергенераторных агрегатов. В состав первой входят ДГА и традиционный тепловой насос (ТН), в котором в качестве рабочего тела применяются хладагенты (вещества с низкой температурой кипения). Во второй установке применяется т. н. воздушный тепловой насос (ВТН), в котором в качестве рабочего тела ис- пользуется атмосферный воздух. Каждый из вариантов установки имеет как преимущества, так и недостатки. Однако оба варианта установок являются по своей сути бестопливными, т. е. для обеспечения их работы не требуется сжигания топлива. В том случае, когда станет рассматриваться установка, в которой рабочим телом теплового насоса является хладагент, будет употребляться термин «тепловой насос». Для теплового насоса, в котором в качестве рабочего тела используется воздух, будет применяться термин «воздушный тепловой насос.

 

 

Добыча природного газа происходит, как правило, в необжитых районах, без развитой сети электрических коммуникаций, дорог и т.п. Объекты добычи, промысловой подготовки газа и транспортировка газа требует создания новых сетей электроснабжения в районе разработки месторождения, а вдоль магистральных газопроводов для электроснабжения, в том числе, катодных станций электрозащиты от коррозии. Как правило, это наиболее дорогостоящая и малонадежная составляющая проекта освоения месторождения, учитывая, что мачты электропередач устанавливаются в условиях пустынь.

 

На фоне развития добывающих предприятий, постоянного роста добычи углеводородов происходит, также, постоянное расширение географии газификации регионов, что предусматривает развитие сетей газораспределения со строительством газораспределительных станций (ГРС) и газорегулирующих пунктов (ГРП), количество которых насчитывается десятками тысяч.

 

Первая точка ГРС (ГРП)

 

Рассмотрим еще одну точку в цепи газификации – это объекты газораспределения ГРС и ГРП. Через ГРС газ отводится из труб магистрального трубопровода при давлении 7, 5 МПа потребителю - городу, поселку или крупному промышленному объекту с понижением давления до 1, 2; 0, 6; 0, 3 МПа.

 

Снижение давления происходит на клапанах, а энергия газа утрачивается безвозвратно, при этом газ охлаждается приблизительно на 0, 5 градуса С0 на каждые 0, 1 МПа снижения давления. В газовых машинах используют эффект резкого снижения температуры при расширении сжатого газа с отдачей работы. Машина, конструкция которой основана на этом принципе, называется детандером. Расчеты показывают, что при понижении давления газа с 1, 2 до 0, 3 МПа температура его снижается на 50–60°C (в зависимости от состава газа и эффективности детандера). При увеличении степени понижения давления до 6 (от 1, 8 до 0, 3 МПа) разность температур возрастает до 70–80 °C. Если принять, что температура газа на входе в машину равна 20°C, температура потока после расширения составит -30 – -40°C в первом и -50 – -60°C во втором случаях. Исходя из этого представляется целесообразным использование турбодетандерных агрегатов (ДГА) на базе газорасширительных турбин при строительстве предприятий по сжижению пропан – бутановой фракции природного и нефтяного газов. Получение низких температур для сжижения газов осуществляется расширением сжатых газов с совершением внешней работы в сочетании с противоточным теплообменом. В случае использования специальных турбодетандерных агрегатов на базе газо-расширительных турбин вышеупомянутую теряемую энергию газа можно использовать для выработки электроэнергии.

 

В общем, в мире реализация идей использования расширительных машин для утилизации перепада давления природного газа осуществляется с помощью следующих типов ДГА.

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: