Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
В нижнем продукте колонны 17 содержится около 0,001 % Не; этот продукт проходит через теплообменники 15, 12, 7 и 3, а затем сжимается компрессором 19 и охлаждается в водяном холодильнике 20. Нижний продукт колонны 14 также выводится через теплообменники 12, 7 и 3, сжимается компрессором 21 и охлаждается в водяном холодильнике 22. Обратные газовые потоки, из которых извлечен гелий, возвращаются в магистральный газопровод. Компрессоры 23 и 24 служат для сжатия метана и азота в холодильных циклах.
Масса криогенной аппаратуры, изготовленной из никелевой стали (9% №), достигает 490 т. Отпарные колонны массой по 130 т имеют диаметр 3,45 м и заполнены насадкой из колец Палла диаметром 50 мм. Дистилляционные колонны диаметром З.м, высотой до 28 м содержат по 39 ситчатых тарелок; масса каждой колонны 103 т. Для изготовления теплообменников использовано около 900 км медных трубок. В качестве тепловой изоляции применены минеральная вата и вспученный перлит, общий объем которых составляет 5600 м3.
Управление заводом производится с центрального пульта и автоматизировано.
Интересный способ уменьшения потерь гелия в установках:, работающих по схеме низкого давления (см. выше), предложен в работе [76]. Он реализован на заводе Северной компании природного газа в штате Техас (США), перерабатывающем ежесуточно 13,4-10е м3 природного газа, в котором содержится 0,45% Не [77]. Завод эксплуатируется с 1963 г. и производит сырой гелий. Принципиальная схема разделительной установки приведена на рис. 3.29.
199
Перед поступлением в систему теплообменников 1 природный газ освобождается от тяжелых углеводородов в системе абсорбционной очистки, подвергается осушке (до температуры точки росы —51° С) и охлаждению до —31° С. Газ содержит 0,435% Не, 14,82% 'М2, 78,56% СН4, 5,73% С2Н6 и 0,455% С3Н8; давление 37 ат. В теплообменниках 1 сжижается 86 мол. % поступившего газа; образовавшийся конденсат отделяется в первой ступени семисекционной колонны 2, где давление состав-
Магистраль природного газа
Рис. 3.29. Принципиальная схема установки с многократным дросселированием (К — компрессор).
ляет 37 ат, а температура —102° С. Из первой ступени конденсат дросселируется во вторую, где давление равно 35,7 ат; отделившийся здесь конденсат дросселируется в третью ступень, где поддерживается давление 34,5 ат, и т. д. В последующих ступениях давление составляет 33,4; 32,2; 31,0 и 29,9 ат соответственно. Температура изменяется от —102° С в первой секции до —106° С в последней. Из последней (седьмой) ступени конденсат направляется в теплообменники /, где испаряется, нагревается, дожимается компрессором до давления 37 ат и возвращается в газовую магистраль; этот поток составляет около 78 мол. % всего природного газа, поступающего в теплообменник /. Конденсат, который выводится из последней секции колонны 2, содержит всего 0,017% Не, а также 9,61% N2, 82,7% СН4, 7,19% С2Н6 и 0,48% С3Н8. Газ, отделенный в первой секции и образующийся при дросселировании конденсата
200
в последующих шести секциях колонны 2, после смешения содержит 2,11% Не, 30,52% N2, 66,73% СН4, 0,61% С2Н6. и 0,03% С3Н8. Благодаря 1.многоступенчатому дросселированию в колонне 2 потери гелия с конденсатом уменьшаются на 32% по сравнению с одноступенчатым дросселированием.
Газ указанного состава из колонны 2 идет в теплообменник 3, где 96 мол.% его конденсируется; конденсат определяется в первой ступени трехсекционной колонны 4 (давление 28,8 ат, температура —144° С) и дросселируется во вторую ступень (16,6 ат, —145°С), "где отделившийся конденсат вновь дросселируется в третью ступень (12,4 ат, —147° С). Отсюда конденсат направляется в теплообменники 3 и 1, а затем дожимается компрессором до давления 37 ат и возвращается в магистраль. Конденсат содержит 0,012% Не, 27,54% N2, 71,74% СН4, 0,67% С2Н6 и 0,038% С3Н8. Паро-газовая смесь, образовавшаяся в результате дросселирования конденсата во второй и третьей ступенях колонны 4, нагревается в теплообменнике 5, сжимается компрессором до давления примерно 30 ат, вновь охлаждается в теплообменнике 5 и смешивается с паро-газовой смесью, идущей из первой секции колонны 4. После смешения газ содержит 20,08% Не, 56,12% N2,23,8% СН4 и следы этана и пропана. Благодаря трехступенчатому дросселированию конденсата в колонне 4 потери гелия с ним уменьшаются на 17% по сравнению с одноступенчатым дросселированием.
В теплообменнике 6 газ указанного состава охлаждается конденсатом, отделенным в сборнике 7, что приводит к конденсации практически всего метана и значительной части азота; несконденсировавшийся газ представляет собой продукционный сырой гелий; он содержит 83% Не, 0,14% Н2, 16,44% N2 и 0,042% СН4. Сырой гелий нагревается в теплообменниках 1 и выводится из установки.
В работе [77] описано устройство многосекционных колонн 2 и 4 (см. рис. 3.29) и их элементов, а также приведены детальные данные, характеризующие работу колони.
Сравнительно недавно введен в эксплуатацию завод, перерабатывающий природный газ на побережье Северного моря в Голландии [78]. Газ содержит 81,8% СН4, 14% N2, 0,06% Не, 0,77% СОг и углеводороды С2— Сб. Производительность завода по природному газу достигает 15,6'10° м3 в сутки; основными продуктами являются метан и азот, которые используются в химической промышленности. Одновременно получают 35 м3/ч гелия с содержанием примесей менее 0,001%; степень извлечения гелия 85%. Технологическая схема установки отличается сложностью и включает пять дистилляционных колонн, несколько конденсаторов и теплообменников. Холодопотери Частично компенсируются метановым холодильным циклом. Этот завод является первым в Западной Европе, производящим
