Основные факторы, влияющие на процесс низкотемпературной абсорбции (НТА)

На эффективность процесса НТА оказывают влияние следующие основные факторы: давление и температура процесса; предварительное насыщение абсорбента; фракционный состав и удельный расход используемого абсорбента и др.

Опыт эксплуатации НТА показал, что применение пропанового холодильного цикла с изотермой испарения пропана от минус 30 до минус 40оС позволяет при соответствующем расходе абсорбента обеспечить извлечение 40-50 % этана, до 95 % пропана и 100 % газового бензина.

Давление в абсорбционных аппаратах на отечественных установках НТА по разделению природных газов поддерживается до 5,5 МПа, при переработке нефтяных газов - до 4 МПа. Повышение давления в абсорбере приводит к увеличению излечения легких компонентов газа, в результате чего возрастает нагрузка на верхнюю часть абсорбционно-отпарной колонны (АОК) и увеличиваются потери пропана и более тяжелых углеводородов сухим газом АОК.

Понижение температуры абсорбции приводит к повышению степени конденсации всех углеводородов, но скорость увеличения степени конденсации для тяжелых компонентов газа выше, чем для легких. Поэтому при низких температурах, варьируя остальные показатели процесса, можно достигать большей четкости разделения компонентов газа.

Снижение температуры и повышение давления в абсорбционных аппаратах установок НТА позволяют использовать низкомолекулярные абсорбенты (молекулярная масса 80-120) и обеспечить реализацию процесса при более низком удельном расходе абсорбента.

Поскольку процесс абсорбции экзотермичен, на установках НТА существует проблема теплосъема по высоте абсорбера. Наибольший экзотермический эффект наблюдается в верхней и нижней частях абсорбера, так как наверху поглощается основная масса метана и этана, а внизу - бутана и более тяжелых углеводородов. Тепло абсорбции нежелательных компонентов (метана и этана) больше, чем целевых компонентов (пропана и выше), поэтому извлечение метана и этана приводит к повышению средней температуры абсорбции и снижению эффективности процесса разделения газов.

Для нормализации теплового режима и повышения эффективности процесса предложены различные технологические и конструктивные решения: съем тепла по высоте абсорбера за счет промежуточного охлаждения насыщенного абсорбента в выносных теплообменниках, охлаждение насыщенного абсорбента в теплообменниках, расположенных внутри абсорбера; насыщение регенерированного абсорбента легкими углеводородами за пределами абсорбера со съемом тепла абсорбции перед подачей абсорбента в абсорбер. Последний вариант представляется наиболее перспективным, так как значительно снижает растворимость этих компонентов в процессе абсорбции и одновременно обеспечивает съем тепла абсорбции.

Лучшим абсорбентом является тот, который по своей природе подобен разделяемому газу, т. е. абсорбент, состоящий из углеводородов метанового ряда. Фракционный состав абсорбента оказывает влияние на процессы абсорбции и десорбции: чем уже углеводородная фракция, используемая в качестве абсорбента, т. е. чем ближе между собой температуры начала и конца кипения, тем полнее идет процесс абсорбции и легче протекает десорбция поглощенных углеводородов.

Эффективность процесса определяется числом молей абсорбента, вступившего в контакт с газом: чем меньше молекулярная масса абсорбента, тем больше его молей будет в единице объема. Следовательно, чем легче абсорбент, тем меньше его должно циркулировать в системе для получения одной и той же степени извлечения целевых компонентов.

Основной недостаток низкомолекулярных абсорбентов – высокая летучесть входящих в него углеводородов: часть такого абсорбента уносится с отбензиненным газом, а часть в процессе десорбции переходит в нестабильный газовый бензин. Сократить потери абсорбента вследствие уноса его капель с отбензиненным газом можно за счет охлаждения газа, выходящего из абсорбера, в пропановых холодильниках и подачи его в сепаратор с высокой эффективностью разделения.

На отечественных установках НТА применяют легкий (относительная молекулярная масса 80...120) абсорбент – бензин газовый стабильный, вырабатываемый из сырьевого газа. Использование легкого абсорбента собственной выработки позволяет отказаться от ввоза этого реагента на ГПЗ, уменьшить на 20...30% количество циркулирующего в системе абсорбента при одинаковых отборах целевых углеводородов С 3 +выше, а также снизить температуру в нижней части десорбера, т. е. вести процесс при более мягком температурном режиме и с меньшими энергозатратами.

Важным параметром процесса абсорбции является удельный расход абсорбента (кратность абсорбента), определяемый как отношение расхода абсорбента к расходу газа. Общепринято, что удельный расход легкого абсорбента на установках НТА находится на уровне 1...1,5 л на 1 м3 газа.

Литературы

• 1.    Бекиров Т.М. Первичная переработка природных газов. – М.: Химия, 1987. – 256 с.

• 2.    Синицын С.А. Переработка жидких и газообразных природных энергоносителей. – М.: Химия, 2001. – 103 с.