Классификация газов. Естественные углеводородные газы условно разделяются на природные и нефтяные. Природные — это газы газовых и газоконденсатных месторождений. Природные газы газовых месторождений весьма бедны тяжелыми углеводородами; преобладающим компонентом их является метан (93—98%), поэтому они используются в основном для топливно-энергетических нужд.
Газы газоконденсатных месторождений также состоят в основном из метана, но содержат некоторое количество высококипящих углеводородов, которые при снижении давления превращаются в конденсат. При переработке конденсата на газоперерабатывающем или нефтеперерабатывающем заводе получают сжиженный газ, бензин и дизельное топливо.
Нефтяные газы характеризуются повышенным содержанием пропана, бутанов и бензиновых фракций углеводородов и пониженным содержанием метана и являются основным сырьем газоперерабатывающих заводов.
Способы переработки углеводородных газов. Переработка нефтяных газов сводится к выделению из них бензина, получению сжиженных газов и индивидуальных углеводородов. Схематически это можно изобразить так: газ ® нестабильный газовый бензин ® стабилизация ® фракционирование ® сжиженный газ ® индивидуальные углеводороды.
В соответствии с этой схемой на ГПЗ осуществляют: 1) сжатие газа до давления, необходимого для переработки сырого газа и. для транспорта отбензиненного газа по магистральным газопроводам до потребителей; 2) извлечение из сырого газа нестабильного бензина; 3) разделение нестабильного бензина, получающегося на заводе и поступающего извне (например, с нефтестабилизационных установок), на стабильный бензин и индивидуальные углеводороды: пропан, изобутан и н-бутан.
Сырой газ поступает на завод под сравнительно небольшим давлением (0,3—0,4 МПа). Все газопроводы, идущие к заводу, соединены в один узел, называемый пунктом приема газа, в котором замеряют количество газа, поступающего по каждому трубопроводу. Затем газ одним потоком направляется на очистку.
Для очистки газа от механических примесей устанавливают сепараторы различных конструкций, работа которых основана на том, что при уменьшении скорости движения газа, изменении направления потока или возникновения центробежной силы из газа выпадают песок, пыль, капли влаги, масла и конденсата.
В газах некоторых месторождений содержится значительное количество сернистых соединений, главным образом сероводорода, который является корродирующим веществом. Он весьма токсичен. Газ очищают от сернистых соединений на специальных установках, на которых используется способность некоторых химических соединений, в частности моноэтаноламина, поглощать сероводород при низких температурах и снижении давления.
Очищенный от сероводорода газ направляется на следующую стадию переработки — отбензинивание. Промышленное значение имеют четыре способа отбензинивания газов.
1. Компрессионный способ — сжатие газа в компрессорах и последующее его охлаждение. В результате этого значительная часть тяжелых углеводородов, входящих в состав газа, переходит в жидкое состояние и отделяется в сепараторах от несконденсированного газа. Компрессионный способ применяют для отбензинивания «жирных» газов с высоким содержанием пропана, бутанов и более тяжелых углеводородов. Этот способ, как правило, является вспомогательным и сочетается с другими способами отбензинивания.
2. Абсорбционный способ. Сущность его заключается в растворении жидким нефтепродуктом (например керосином) содержащихся в газе тяжелых углеводородов. В специальной колонне, называемой абсорбером, контактируют абсорбент и перерабатываемый газ. При этом поглощающую жидкость (абсорбент) подают в верхнюю часть колонны; стекая по насадке или тарелкам вниз, абсорбент многократно соприкасается с идущим снизу вверх потоком газа.
Обогащенный углеводородами абсорбент отводится с низа колонны на десорбцию, при которой извлеченные углеводороды, образующие после конденсации нестабильный бензин, отпариваются из него. Регенерированный абсорбент охлаждается и используется вновь.
Применение абсорбционного способа наиболее рационально для отбензинивания газов, содержащих в 1 м3 более 100 г пропана, бутана и тяжелых углеводородов.
3. Адсорбционный способ основан на способности твердых пористых материалов (адсорбентов) поглощать (адсорбировать) пары и газы. Газ пропускают через цилиндрические аппараты — адсорберы, наполненные адсорбентом, например активированным углем. Адсорбент поглощает из газа преимущественно тяжелые углеводороды и с течением времени насыщается ими. Для извлечения поглощенных углеводородов и восстановления адсорбционной способности насыщенный адсорбент обрабатывают острым водяным паром. Смесь водяных и углеводородных паров охлаждается и конденсируется. Полученный нестабильный бензин легко отделяется от воды при отстое. Для обеспечения непрерывного отбензинивания газа ставят несколько периодически работающих адсорберов, поочередно отключаемых на десорбцию. Такая система работы является полунепрерывной.
Процесс адсорбции может осуществляться и в непрерывно действующих аппаратах. При этом отбензинивание проводят движущимся навстречу газу слоем активированного угля. Этот процесс носит название гиперсорбции. В нем сочетаются одновременно отбензинивание и фракционирование, т. е. в этом процессе сырой газ разделяется на сухой, индивидуальные углеводороды и газовый бензин. Углеадсорбционный способ целесообразно применять для отбензинивания «тощих» газов, в которых содержание пропана, бутанов и высших углеводородов не превышает 50 г/м3, а также газов, содержащих воздух. Перерабатываемый газ не должен содержать сероводорода, из которого образуется элементарная сера, забивающая поры угля, вследствие чего уголь становится непригодным для дальнейшей работы.
4. Способ низкотемпературной ректификации заключается в том, что из сжатого газа после предварительного охлаждения до минусовых температур выделяется конденсат. Смесь газа и конденсата или отсепарированный конденсат поступает в ректификационную колонну. На верху колонны поддерживается отрицательная температура, а низ ее подогревается. В результате сжиженный газ разделяется: тяжелые углеводороды собираются в нижней части, а легкие в виде остаточного газа уходят с верха колонны. С низа колонны непрерывно отводится полученный из газа нестабильный бензин.
Низкотемпературный способ отбензинивания целесообразен тогда, когда необходимо обеспечить максимальное извлечение из газа индивидуальных углеводородов — пропана и этана.
Присутствие в газе влаги при высоких давлениях и низких температурах может привести к образованию гидратов и тем самым повлечь за собой частичную или полную закупорку газопровода. Для предотвращения образования гидратных пробок и обеспечения безаварийной перекачки газ перед подачей в магистральный газопровод подвергают осушке на специальной установке.
Рис. 130. Технологическая схема газоперерабатывающего завода:
{ — газ с промыслов; // — сырой газ после первой ступени сжатия; ///, IV — отбензи-ненный газ соответственно низкого и высокого давления; V — осушенный газ высокого давления; VI — нестабильный бензин; VII — товарная продукция; VIII — бензиновый конденсат; / — пункт приема; 2 — установка очистки и замера газа; 3 — компрессоры первой ступени; 4 — компрессоры второй ступени; 5 — маслоабсорбционная установка; 6 — газофракциопирующая установка; 7 — установка осушки газа; 8 — товарный парк; 9 — наливное хозяйство
Удаление из газового бензина метана, этана, пропана и частично бутана называется стабилизацией. Для стабилизации газового бензина применяют специальные стабилизационные установки.
Полученный на отбензинивающей установке нестабильный бензин направляют на газофракционирующую установку. На эту же установку может поступать с нефтестабилизационных установок нестабильная головка нефти. Работа газофракционирующей установки, на которой разделяют нестабильный газовый бензин на фракции (индивидуальные углеводороды или их группы), основана на различии температур кипения этих фракций.
В результате фракционирования нестабильного бензина получают освобожденный в значительной степени от легких углеводородов бензин и индивидуальные углеводороды (пропан, изобутан, нормальный бутан). Они являются товарной продукцией завода.
Готовую продукцию на газобензиновом заводе хранят в емкостях. Для каждого продукта предусматривается своя группа емкостей, конструкция которых зависит от физических свойств хранимого продукта. Этан на заводе не хранится, его сразу же после извлечения перекачивают по трубопроводу потребителям.
В товарном парке может храниться нестабильный бензин, получаемый извне или накапливающийся во время остановок на ремонт газофракционирующей установки. Готовую продукцию отгружают через наливные эстакады. Стабильный газовый бензин транспортируют в обычных бензиновых автомобильных или железнодорожных цистернах, а сжиженные газы — в специальных цистернах, позволяющих перевозить их под давлением. Иногда продукцию транспортируют по трубопроводам.
Технологическая схема газоперерабатывающего завода дана на рис. 130.
