Файл: Амиян, В. А. Добыча газа [учеб. пособие].pdf

В образовавшемся конденсате будут растворяться в различной степени и другие компоненты газовой смеси. При дальнейшем повы­ шении давления (температура остается неизменной) будет увеличи­ ваться переход газов в жидкость.

Аналогичное явление будет наблюдаться, если давление системы останется неизменным, но будет понижаться температура. При неиз­ менном давлении системы постоянными будут и значения парциаль­ ных давлений компонентов. Выпадение конденсата из газа начнется при температуре, при которой давление насыщенных паров какоголибо компонента (в чистом виде) будет равно парциальному давле­ нию этого компонента в газовой смеси. При дальнейшем понижении температуры парциальное давление этого компонента в газовой фазе уменьшится и будет равно по величине давлению насыщенных паров для данной температуры. В образовавшемся конденсате и при этом будут растворяться другие углеводороды смеси.

При образовании двухфазной системы, состоящей из паров (га­ зов) и жидкости (конденсата), между фазами устанавливается термо­ динамическое равновесие, при котором становятся равными темпера­ туры и давления жидкости и газа. Парциальные давления любого из углеводородов смеси в жидкой и паровой фазах также уравни­ ваются. Если какой-нибудь компонент смеси в одной из фаз будет иметь большее давление, то начнется переход его из одной фазы в дру­ гую. Этот переход будет продолжаться до тех пор, пока давления не будут равными и не наступит равновесие.

Парциальное давление компонента в паровой (газовой) фазе,

где х — молярная концентрация компонента в жидкой фазе (в до­ лях); Q — давление насыщенных паров (в чистом виде) при уста­ новившейся температуре в системе.

При термодинамическом равновесии:

уР — хО или у = Jj- х или у = Кх.

Отношение ~ — К называют константой равновесия.

Анализируя уравнения, легко убедиться, что чем выше давление

всистеме, тем будет выше концентрация компонента в жидкой фазе.

Всамом деле, если повысить давление Р, но не изменять тем­ пературу (а это значит, величина давления насыщенных паров Q остается также неизменной), то для сохранения равенства обеих частей уравнения необходимо уменьшить значение у и увеличить значение х. При неизменном давлении, но при повышении тем­ пературы будет возрастать давление насыщенных паров Q', для

295

Растворимость в конденсате различных углеводородов, состав­ ляющих газовую смесь, зависит от двух факторов: давления насы­ щенных паров и молярной концентрации этих углеводородов. Так, при температуре +20° С абсолютное давление насыщенных паров метана (в кгс/см2) составит около 300, этана 40, пропана 8,5, изо­ бутана 3,05, н-бутана 2 и пентана 0,40. Это значит, что растворимость метана при всех прочих условиях в 7,5 раза меньше, чем этана, в 35 раз меньше, чем пропана, почти в 100 раз меньше, чем изобу­ тана, и в 150 раз меньше, чем н-бутана.

Из приведенного выше уравнения следует, что чем больше в смеси концентрация метана, давление насыщенных паров которого очень высоко, тем труднее будет «осадить» конденсат; потребуется сжимать газ до высоких давлений с последующим охлаждением до низких температур. Наоборот, чем больше в газе концентрация тяжелых углеводородов (от пропана и выше), тем при более низких давле­ ниях и высоких температурах выпадает конденсат.

Как известно, переход вещества из жидкого состояния в паро­ образное сопровождается поглощением тепла, а из парообразного в жидкое — его выделением. Для одного и того же вещества значе­ ния удельной теплоты испарения и конденсации при неизменном давлении равны между собой.

При сжатии газовых смесей компрессорами температура значи­ тельно повышается. Охлаждая сжатую газовую смесь и отнимая тепло, выделившееся при конденсации, можно создать необходимые условия для выпадения конденсата.

Приведенные выше положения лежат в основе компрессионного метода отбензинивания газа.

На рис. 155 представлена принципиальная схема трехступенча­ той компрессионной газоотбензинивающей установки.

Сырой газ поступает в приемный аккумулятор 7, в котором осе­ дают капли нефти (если газ поступает непосредственно из трапов), компрессорного масла (если газ подается компрессорными стан­ циями), сконденсировавшиеся тяжелые углеводороды, влага, а также механические примеси. Кроме того, аккумулятор служит для устра­ нения неравномерности в поступлении газа и пульсации, вызы­ ваемой работой поршневых компрессоров. Обычно в качестве акку­ муляторов применяют горизонтальные емкости достаточных разме­ ров, в которых скорость движения газа не превышает 0,3 м/с.

Из аккумулятора газ направляется в приемный коллектор ци­ линдров первой ступени компрессии. Сжатый до 4—6 кгс/см2 газ проходит маслоотделитель 7, в котором освобождается от взвешен­ ных частиц масла, унесенных из цилиндров компрессоров, и через холодильники 11 поступает в сепараторы первой ступени 15. Кон­

296

денсат компрессионного бензина оседает в сепараторе и стекает в сборную емкость 19.

Несконденсированный газ значительно меньшего объема и с мень­ шим содержанием тяжелых углеводородов поступает в приемный коллектор второй ступени сжатия. Газ, сжатый в цилиндрах второй ступени до 12—17 кгс/см2, последовательно проходит маслоотдели­ тели 8, холодильники 12 и поступает в сепаратор второй ступени 16. Выпадающий в сепараторе 16 конденсат по своему составу значи­ тельно легче, чем конденсат первой ступени сжатия. В нем преобла­ дают углеводороды, входящие в состав жидких газов (пропан, бутаны). Конденсат второй ступени направляют в емкость 20. Несконденсировапные газы из сепаратора 16 поступают в приемный коллектор третьей ступени сжатия. Объем этих газов меньше объема газов, поступающих на вторую ступень и тем более первую.

Газ, сжатый в компрессоре третьей ступени до 32—50 кгс/см2, проходит последовательно маслоотделитель 9 и холодильник 13 и поступает в сепаратор третьей ступени 17. Выпавший в сепара­ торе 17 конденсат направляют в сборную емкость 21, а остаточный газ подают на установку масляной абсорбции или потребителям. Остаточный газ, выделяющийся в сборных емкостях, через регуля­ торы давления сбрасывается в приемный аккумулятор. Конденсат третьей ступени характеризуется значительным содержанием про­ пана и более легких фракций — этана и метана.

В отдельных случаях для большего извлечения жидких газов конденсат первой ступени закачивают в выкидной коллектор второй или третьей ступеней перед поступлением газа в холодильники.

Конденсат, выпавший из сырого газа в приемном аккумуляторе, стекает в сборную подземную емкость 2. Этот конденсат, состоящий в основном из бензиновых фракций, обычно загрязнен нефтью или компрессорным маслом, от которых он может быть освобожден пере­ гонкой. Для этой цели в схему установки включена периодически работающая выпарная колонна 10, имеющая несколько тарелок. Конденсат закачивают в колонну через теплообменник 18. Низ ко­ лонны оборудован пароподогревателем. Отпаренный бензин с верха колонны отводится последовательно через теплообменник 18 и холо­ дильник 14 в емкость 22. Неиспарившийся остаток вместе с маслом из маслоотделителей направляют в сборную емкость 3.

§ 67. АБСОРБЦИОННЫЙ СПОСОБ ОТБЕНЗИНИВАНИЯ

Если, не доводя температуру и давление газа до выпадения кон­ денсата, внести в систему самостоятельную жидкую фазу, например керосин или соляровое масло, то часть газа растворится в масле и установится термодинамическое равновесие. На этом явлении

иоснован маслоабсорбционный способ отбензинивания газа. Различные газообразные углеводороды в неодинаковой степени

растворяются в абсорбционном масле. Чем тяжелее углеводород, чем больше его молекулярный вес, тем он лучше растворяется

297

инаоборот. Хорошо растворяются пентаны и высшие углеводороды; пропан и бутаны по растворимости занимают промежуточное поло­ жение. Хуже растворяется этап и еще хуже метан.

Вкачестве абсорбентов в настоящее время широко применяются керосин и даже более легкие нефтепродукты (лигроин, бензин). Как

идля компрессионного способа отбензинивания, чем выше давление

иниже температура процесса масляной абсорбции, тем полнее будут

Поскольку стекающий на нижнюю тарелку абсорбент почти насы­ щен извлекаемым компонентом, по условиям равновесия возможен переход из газовой в жидкую фазу лишь незначительного-количества извлекаемого компонента. Абсорбент, стекающий с нижней тарелки, выводится на следующую стадию процесса, а газ, содержащий уже меньшее количество извлекаемых компонентов, поднимается кверху и встречается на следующей тарелке с жидкостью, которая в своем составе имеет также меньше растворенных углеводородов, чем абсор­ бент на нижней тарелке.

В результате контакта газа и жидкости на второй тарелке уста­

298

По мере продвижения газа снизу вверх концентрация в нем извлекаемого компонента будет уменьшаться, что при п тарелках в колонне будет выражено следующим неравенством:

Уп<Уп-\<Уп - г < • • •< ^ У з <СУг < ^ У у -

Соответственно, чем выше тарелка, тем стекающая с нее жидкость будет меньше содержать извлекаемого компонента:

■^71 < С ‘Ч г -1 % п - 2

На самой верхней тарелке газ встречается со свежим поглоти­ тельным маслом. Чем больше ступеней контакта газа с абсорбентом (в данном случае тарелок), тем полнее и глубже будет поглощение газа абсорбентом.

В поступающем сыром газе содержится много различных углево­ дородов, но каждый из них растворяется в абсорбенте практически независимо от других, подчиняясь одному и тому же закону: на ка­ ждой тарелке поглощение будет до тех пор, пока величины пар­ циального давления поглощаемого компонента в жидкой и газовых фазах не сравняются. Эффективность процесса абсорбции углеводо­ родных газов зависит от температуры и давления процесса, числа тарелок в абсорбере, количества и качества абсорбента.

Следующей стадией отбензинивания является процесс отпарки, или десорбции, насыщенного абсорбента. Этот процесс по своему назначению противоположен абсорбции и осуществляется в колон­ ных аппаратах-десорберах, работающих по принципу ректифика­ ционных колонн.

Десорбция, или процесс выделения из насыщенного абсорбента поглощенных им легких углеводородов, проводится путем нагрева насыщенного абсорбента перед поступлением его в колонну и доотпарки остаточных углеводородов острым водяным паром или па­ рами абсорбента, циркулирующего через нижнюю часть десорбера. В процессе отпарки над каждой тарелкой будет паровая фаза, равно­ весная жидкости, находящейся на тарелке.

Если на верхних тарелках газовая фаза будет целиком состоять из углеводородов, извлеченных из газа, то на нижних тарелках отпарной секции в паровой фазе концентрация бензиновых углево­ дородов будет незначительной. Вводимый в низ колонны водяной пар понижает парциальное давление углеводородов в паровой фазе. Поскольку двухфазная система всегда стремится к состоянию равно­ весия, понижение парциального давления углеводородов в паровой фазе вызывает испарение этих углеводородов из жидкой фазы.

Концентрация бензиновых углеводородов (у) в паровой фазе снижается до нуля, вследствие этого и концентрация углеводоро­ дов (х) в абсорбенте становится такой небольшой, что ею практи­ чески можно пренебречь. Так как водяной пар поступает непрерывно, то он уносит углеводородные пары с собой вверх, чем и осуще­ ствляется окончательная отпарка углеводородов от абсорбента.

299