Обзор методов низкотемпературной переработки попутных нефтяных газов

В настоящее время все большую долю сырья в нефтехимической промышленности занимают природный и попутный нефтяной газ.

В связи с этим разработка схем подготовки и переработки газа приобретает все большее значение и является важной и актуальной задачей развития всей отрасли. Решение данной задачи позволит приблизиться к качественно новому решению одной из актуальных проблем в нефтегазовом комплексе — утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ).

Помимо решения вопросов в экологическом аспекте, ПНГ представляют значительный интерес и в промышленном производстве. По своему химическому составу многие из ПНГ отличаются повышенным содержанием ценных углеводородов С₃ и высокой теплотворной способностью, которая колеблется в пределах от 9 000 до 15 000 ккал/м³).

В химической промышленности содержащийся в ПНГ этан используется для производства пластических масс и каучука, а более тяжелые компоненты служат сырьем при производстве химической продукции, высокооктановых топливных присадок и сжиженных углеводородныхгазов, в частности сжиженного технического пропан-бутана (СПБТ).

Бутаны в большом количестве требуются в качестве сырья для синтеза бутадиена.

Утилизация ПНГ позволяет получать экономическую выгоду вследствие увеличения объема реализации дополнительной продукции: «чистых» компонентов либо в виде смеси жидких компонентов.

Стоимость возрастающих объемов продаж жидких продуктов может быть значительно выше потерь дохода от продаж, обусловленных уменьшением теплоты сгорания газа [17, 18].

Метод низкотемпературной абсорбции

В последние годы в целях повышения степени извлечения тяжелых углеводородов из газа, абсорбцию проводят при пониженных температурах. Понижение температуры и увеличение давления в абсорбционных аппаратах установок низкотемпературной абсорбции (НТА) дают возможность применения низкомолекулярных абсорбентов (молекулярной массой 80–120) и обеспечения реализации процесса в случае более низкого удельного расхода абсорбента.

Технологические схемы НТА состоят из блока предварительного отбензинивания исходного газа, который является блоком низкотемпературной конденсации (НТК), блока НТА, где совершается доизвлечение углеводородов из газа, который прошел блок НТК.

Принципиальное отличие установок НТА от установок масляной абсорбции состоит в аппаратурном оформлении процесса: до абсорбера необходим сепаратор, в котором конденсируется и отделяется большее количество сжиженных углеводородов. Это дает возможность снижения нагрузки абсорбера и углубления извлечения остающихся в газе углеводородов С₂… С₅ в самом абсорбере. Для таких установок НТА характерен следующий режим работы: температура в абсорбере составляет -20… -60 °С, давление 4…6 МПа в абсорбере; 2…3,5 МПа в адсорбционно-отпарной колонне; 1…2 МПа в десорбере. Степень извлечения компонентов: С₂ — 20…50 %, С₃ — 80…99 %, С₄₊ — 100 %.

Таким образом, в процессе НТА сочетаются два процесса — низкотемпературной сепарации (НТС) и НТА [11-25].

Метод низкотемпературной сепарации

В этом методе газ охлаждается холодом, вырабатываемым внешней холодильной станцией (рисунок 15). В нефтяной, газовой и химической промышленности в качестве хладагента применяют пропан, этан, аммиак, хладоны и многокомпонентные хладагенты.

Рисунок 15 - Упрощенная технологическая схема установки с искусственным охлаждением

Типичная степень извлечения жидких углеводородов составляет: для С₃ — 85 %, для С₄ — 94 %, для С₅₊ — 98 %. Эти значения выше, чем на установках, работающих на отбензиненном — тощем абсорбционном масле. Однако на подобных установках низкотемпературной сепарации (НТС) можно извлечь только небольшое процентное содержание этана. Извлечение этана ограничивается неспособностью обычных хладагентов охладить входящий поток ниже, чем до -40 °С. Получение более низких температур в подобных схемах (до -60…-70 °С) связано с серьезным повышением сложности оборудования и энергозатрат на получение холода.

Из преимуществ данного способа следует отметить возможность сепарации и разделения без понижения давления ПНГ, что исключает необходимость последующего сжатия отбензиненного газа [17, 18].