Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
По результатам расчетов построена номограмма, приведенная на рис. 3.38. Кривые на рис. 3.38, а характеризуют зависимость числа теоретических тарелок колонны от количества отпаренного газа при потерях гелия с кубовой жидкостью, равных 1 %. Для определения числа теоретических тарелок при других значениях потерь используются кривые, приведенные на рис. 3.38, 6.
Из номограммы следует, что при одних и тех же количествах отпаренного газа число тарелок в значительной степени зависит от константы равновесия гелия. Поэтому существенным является вопрос выбора давления в колонне. Понижение давления в колонне и температуры поступающей в колонну жидкости приводит к значительному увеличению константы равновесия гелия и, следовательно, к уменьшению габаритов колонны. Однако снижение давления приводит к возрастанию энергетических затрат установки. С увеличением количества отпаренного газа уменьшается высота колонны, но это приводит к увеличению габаритов последующих аппаратов и расхода низкотемпературного холода в противоточных конденсаторах. Номограмма позволяет находить оптимальные соотношения между количеством отпаренного газа, потерями гелия и габаритами колонны, а также проводить анализ режимов работы отпарных колонн.
В результате анализа работы прямоточных конденсаторов и отпарных колонн могут быть рекомендованы следующие оптимальные условия ведения процесса: в отпарную колонну подается насыщенная жидкость; давление в отпарной колонне не Должно превышать 4 МПа (при более высоком давлении резко возрастает растворимость гелия в жидких углеводородах); количество отпаренного газа 10-12 %.
В установках выделения гелия из природного газа способом низкотемпературной конденсации потребность в холоде обычно покрывается за счет дросселирования газа. Основная часть жидкости из первой отпарной колонны дросселируется до 13-2364 193
Рис. 3.38. Номограмма для определения числа теоретических тарелок гелиевых отпарных колонн
давления, которое определяется из теплового баланса установки и обеспечения требуемой разности температур между прямым и обратным потоками. Эта часть обратного потока используется для охлаждения и конденсации газа в первом прямоточном конденсаторе 2 (см. рис. 3.37). Кубовая жидкость из второй отпарной колонны дросселируется до более низкого давления для обеспечения конденсации газа во втором прямоточном конденсаторе 4. В качестве дополнительного источника холода для предварительного охлаждения газа могут использоваться пропановый или аммиачный холодильные циклы. В качестве хладоагента в первом противоточном конденсаторе 6 используется метановая фракция, сдросселированная до низкого давления, во втором противоточном конденсаторе 7 - жидкий азот, кипящий при температуре минус 194 - минус 203 °С и получаемый в азотном холодильном цикле.
Технологические схемы установок получения гелиевого концентрата
Принципиальная схема получения гелиевого концентрата на заводе в Кейесе приведена на рис. 3.39 [9]. Завод состоит из трех технологических линий производительностью по 6,5•103M3 газа в сутки. Очищенный и осушенный природный газ, содержащий 2 % гелия, под давлением 3,2 МПа поступает в теплообменник /, где охлаждается до минус 50 °С, после чего вводится в сепаратор 2. Сконденсировавшиеся тяжелые углеводороды выводятся из нижней части сепаратора 2 и присоединяются к обратному потоку газа, выходящему из установки после извлечения гелия. Удаление тяжелых углеводородов необходимо во избежание вымерзания их при дальнейшем охлаждении газа и возможных забивок аппаратов. Температурный уровень, на котором производится отделение углеводородов в сепараторе, зависит от состава и давления газа.
Газ из сепаратора 2 при давлении 2,8 МПа охлаждается до температуры минус 157 °С, при этом конденсируется 94 % газа. Смесь газа и конденсата дросселируется до 1,6 МПа. Газ, отделяющийся от конденсата в сепараторе 3, содержит около 35 % гелия, 54 % азота и 11 % углеводородов. Из сепаратора 3 газ поступает в противоточный конденсатор 4, охлаждаемый жидким азотом, где конденсируются углеводороды и частично азот. Конденсат из сепаратора 3 и дефлегматора 4 направляется в теплообменник /, где охлаждает природный газ и под давлением 1,35 МПа выводится из установки. Из верхней части дефлегматора 4 выводится гелиевый концентрат, содержа-
Рис 3 39 Схема установки получения сырого гелия на заводе в Кейесе
щий около 79 % гелия, 20,8 % азота, 0,1 % водорода и менее 0,1 % углеводородов, который при температуре минус 185 °С поступает в теплообменник /, где нагревается и под давлением 0,4-1,2 МПа выводится из установки для дальнейшей очистки Жидкий азот, используемый для охлаждения газа в дефлегматоре и компенсации потерь холода в установке, получают в замкнутом цикле
На рис 3 40 приведена принципиальная технологическая схема гелиевого производства в Либерале (штат Канзас, США) Извлечение гелия около 95 % Содержание гелия в исходном газе составляет 0,4 %
Очищенный и осушенный газ подается на установку под давлением 4,3 МПа, охлаждается обратными потоками газа и пропаном до температуры минус 46 °С и поступает в сепаратор /, где отделяется смесь тяжелых углеводородов Из сепаратора / несконденсировавшийся газ (93 % мае поступившего на пе реработку природного газа) распределяется между теплообменниками 2 и З В теплообменнике 2 газ охлаждается гелиевым концентратом, а в теплообменнике 3 ~ потоком остаточного газа После смешения газ поступает в метановый холодильник 4, где охлаждается до минус 102 °С и при этом частично конденсируется, а затем поступает в отпарную колонну 5, заполненную кольцами Палля Выходящий из колонны газ обогащен гелием до 3 %
