Меню Рубрики

Установки для низкотемпературной ректификации

Низкотемпературная ректификация воздуха

ВОЗДУХОРАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Охлаждение и ожижение воздуха является предварительным этапом его разделения, осуществляемого в процессе низко температурной ректификации.

Ректификация — это процесс разделения жидких смесей при помощи одновременно и многократно повторяемых частичных процессов испарения и конденсации.

Воздух в первом приближении можно рассматривать как бинарную смесь, состоящую из азота и кислорода. Температура кипения и конденсации смеси зависит не только от давления, как для чистых компонентов, но и от состава смеси. Температура кипения азота Та = 77,4 К ниже температуры кипения кислорода Тк = 90,19 К при давлении р = 0,1 МПа. Поэтому чем больше в смеси азота, тем ниже будет температура ее кипения. Другой характерной особенностью бинарных смесей является то, что пар, находящийся в равновесии с жидкостью, всегда содержит больше вещества с низкой температурой кипения, чем жидкость.

Процесс разделения жидкого воздуха производится в ректификационных колоннах однократной и двукратной ректификации.

Однократная ректификация.Воздухоразделительные аппараты однократной ректификации применяются в установках малой производительности и в установках для производства жидкого кислорода.

На рис. 7.5 показана схема воздухоразделительной установки с однократной ректификацией воздуха. Для простоты на схеме показан ожижитель Линде, но точно также может быть использован и любой другой ожижитель.

При разделении воздуха часть процесса ожижения, протекающего в отделителе жидкости и дросселе (отмечена штриховой линией), осуществляется совместно с процессом ректификации. Сжатый в компрессоре I и охлажденный в охладителе II воздух после регенеративного теплообменника III (точка 3‘) поступает в дроссельный вентиль IV через змеевик VI , расположенный в нижней части ректификационной колонны V . В змеевике сжатый воздух дополнительно охлаждается и ожижается, так как температура его кипения выше температуры в нижней части колонны (испарители), где давление над жидкостью 0,14 . 0,16 МПа. Полученный жидкий воздух (точка 3) дросселируется до давления в колонне (точка 4) и флегма подается на верхнюю тарелку колонны. Таким образом, змеевик служит как бы продолжением теплообменника III.

Рассматриваемая ректификационная колонн является отгонной (исчерпывающей). Она представляет собой нижнюю часть полной колонны, расположенную под уровнем питания. Верхняя укрепляющая (концентрационная) часть, необходимая для получения технически чистого легкокипящего вещества (в данном случае азота), отсутствует. Поэтому из колонны (точка 6) отводится не чистый азот, а пар. Равновесный жидкому воздуху в точке 4.

Так как полное равновесие не достигается, то практически пар, отходящий из колонны, является загрязненным азотом, содержащим около 10 . 12% кислорода. Поток загрязненного азота отводят через регенеративный теплообменник противотоком по отношения к поступающему воздуху. В испарителе колонны собирается труднокипящее вещество (в данном случае кислород), которое может быть отведено либо в жидком (точка 5), либо в газообразном виде (точка 8).

Колонна играет также роль отделителя жидкости, и количество отводимого кислорода будет определяться тем же уравнением, что и количество жидкости в ожижителе Линде (5.4). в колонне однократной ректификации можно получить до 2/3 кислорода, содержащегося в воздухе, так как около 1/3 его теряется с азотом.

Двукратная ректификация позволяет получить практически чистые продукты разделения — азот и кислород. Применяется она в установках большой производительности и осуществляется в ректификационных колоннах, каждая из которых может состоять из нескольких аппаратов. Эти колонны вместе с вспомогательным оборудованием располагаются в отдельном теплоизолированном помещении, называемом блоком разделения.

Основным элементом установки двукратной ректификации (рис. 7.6) служит ректификационная колонна 0обведена штриховой линией), которая состоит из трех частей — нижней колонны V, верхней колонны VI и конденсатора-испарителя VII . В малых и средних установках эти аппараты объединены, а в крупных для удобства изготовления, монтажа и эксплуатации устанавливаются раздельно. Нижняя колонна служит для предварительного разделения воздуха на легкокипящий азот и обогащенную кислородом (до 36 . 38%) жидкость. При температуре насыщения и давлении 0,48 . 0,52 МПа воздух поступает в нижнюю часть колонны (испаритель). Таким образом колонна V представляет собой концентрационную часть полной ректификационной колонны.

Одна часть полученного азота используется для орошения нижней колонны, другая через дроссельный вентиль IX подается в верхнюю колонну. Сюда же полностью подается обогащенный кислородом воздух из нижней колонны. Под давлением 0,14 . 0,16 МПа, необходимым для преодаления гидравлического сопротивления теплообменников при выпуске разделения из установки, происходит полное разделение обогащенного кислородом воздуха на азот и кислород.

Читайте также:  Установка брембо на бмв

В конденсаторе-испарителе собирается кипящий кислород, откуда он может отводиться либо в газообразном ( Кг ), либо в жидком ( Кж ) состоянии. Из верхней части колонны VI отводится газообразный ( Аг ) или жидкий ( Аж ) азот.

Теплопередача в конденсаторе-испарителе VII от конденсирующегося в колонне V азота к кипящему в колонне VI кислороду обеспечивается тем, что давление в нижней колонне выше на 1,5 .

В малых и средних установках эти аппараты объединены, а в крупных для удобства изготовления, монтажа и эксплуатации устанавливаются раздельно. Нижняя колонна служит для предварительного разделения воздуха на легкокипящий азот и обогащенную кислородом (до 36 . 38%) жидкость. При температуре насыщения и давлении 0,48 . 0,52 МПа воздух поступает в нижнюю часть колонны (испаритель). Таким образом колонна V представляет собой концентрационную часть полной ректификационной колонны.

Одна часть полученного азота используется для орошения нижней колонны, другая через дроссельный вентиль IX подается в верхнюю колонну. Сюда же полностью подается обогащенный кислородом воздух из нижней колонны. Под давлением 0,14 . 0,16 МПа, необходимым для преодаления гидравлического сопротивления теплообменников при выпуске разделения из установки, происходит полное разделение обогащенного кислородом воздуха на азот и кислород. В конденсаторе-испарителе собирается кипящий кислород, откуда он может отводиться либо в газообразном ( Кг ), либо в жидком ( Кж ) состоянии. Из верхней части колонны VI отводится газообразный ( Аг ) или жидкий ( Аж ) азот.

Теплопередача в конденсаторе-испарителе VII от конденсирующегося в колонне V азота к кипящему в колонне VI кислороду обеспечивается тем, что давление в нижней колонне выше на 1,5 . 3,0 К, чем температура кипения кислорода. Газообразные продукты разделения — кислород Кг и азот Аг из колонны поступают в теплообменник III , в котором нагреваются, охлаждая поступающий воздух.

В некоторых случаях газообразный сжатый из установки получают посредством насоса жидкого кислорода XI . Кислород отбирается из конденсатора-испарителя в жидком виде и насосом прокачивается под необходимым давлением (до 16 или 20 МПа) через теплообменник III, где испаряется, нагревается и подается к потребителю.Система криообеспечения содержит в СПО детандер IV, в СОО — дроссельные вентили VIII . X.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник

Низкотемпературная ректификация

Низкотемпературная ректификация — это процесс разделе­ния газовых смесей при низких температурах.

Процесс низкотемпературной ректификации термодинами­чески более выгоден, чем процесс абсорбции Схема НТР эффективнее схемы НТА и аппаратурное оформление проще.

Принципиальное отличие схемы НТР от НТК состоит в том, что сырье, поступающее на установку после охлаждения, без предварительной сепарации подается в ректификационную ко­лонну.

В промышленности этот метод используют в следующих процессах:

-для разделения природных и нефтяных газов;

-для получения гелия, водорода, дейтерия, оксида углерода;

-для разделения воздуха с целью получения кислорода, азо­та и инертных газов (неона, криптона, ксенона, аргона);

-для очистки некоторых газов.

Как правило, низкотемпературная ректификация позволяет провести разделение с меньшей затратой работы, чем при дру­гих способах, и получить чистые продукты.

В технологической схеме процессу низкотемпературной ректификации предшествует низкотемпературная конденсация без отделения газовой фазы с подачей сырья в ректификаци­онную колонну в двухфазном состоянии.

Перевод газов в жидкость осуществляется при охлаждении их до температур ниже температуры кипения.

Конструктивное оформление установок низкотемпературной ректификации имеет ряд особенностей:

-в схемах низкотемпературной ректификации используются внешние или внутренние холодильные циклы;

-для подвода тепла в куб колонны используются кипятиль­ники, расположенные непосредственно под колонной, в которых теплоносителем служит подаваемое на разделение сырье, либо ребойлеры, в змеевик которых подается сырьевой поток, а тепло в колонну поступает с паровой фазой, выделенной в ребойлере из кубового продукта колонны;

-ректификационная колонна может не иметь холодильника-конденсатора для верхнего продукта и работать как колонна исчерпывания, например на установках разделения воздуха, когда практически невозможно подобрать охлаждающий агент для конденсации паров такого низкокипящего компонента, как азот.

Читайте также:  Установки стратегии и стили семейного воспитания

В зависимости от принципиальной схемы установки низко­температурной ректификации ректификационные колонны подразделяют на ректификационно-отпарные и конденсационно-отпарные .

Рис.37. Принципиальная схема процесса низкотемпературной конденсации (НТК):

1,2 сепараторы 1-й и 2-й ступеней; 3 турбодетандер; 4 ректификационная колон­на; 5 выветриватель конденсата; 6 блок регенерации ингибитора гидратообразования; 7 -ребойлср; 8 теплообменники; I и II — исходный и отсепарированный газ; III — ШФЛУ; IV ингибитор гидрато­образования; V конденсат сырого газа.

В ректификационно-отпарных колоннах газовый поток ох­лаждается последовательно в теплообменнике обратным пото­ком сухого газа и в холодильнике, в результате чего он пере­ходит в двухфазное состояние (частично конденсируется) и без предварительной сепарации подается в среднюю часть ко­лонны. Верхний продукт колонны проходит через конденсатор-холодильник и поступает в рефлюксную емкость, где отделя­ется газовая фаза, а сконденсировавшиеся углеводороды воз­вращаются в качестве орошения в верх колонны.

Для охлаждения сырьевого газового потока в схему может быть включен либо холодильник с внешним хладагентом -пропаном, этаном и т.д. либо дроссели и турбодетандеры для получения холода за счет расширения технологических потоков.

Во втором случае газовый поток после охлаждения с частичной конденсацией обрат­ным потоком сухого газа в теплообменнике поступает в сепара­тор на разделение (рис.38). Газовая фаза из сепаратора поступает в турбодетандер, где в следствие расширения охлаждается, а жидкая фаза проходит через дроссель. Перепад давления в турбодетандере и дросселе должен быть одинаковым. Затем газовая и жидкая фазы объединяются и поступают в середину колонны в качестве питания. При использовании схемы ректификации с внешним холо­дильным циклом требуются меньшие расходы энергии, но более высокие капитальные затраты. По второму варианту требуется больший расход энергии при экс­плуатации, но ниже капитальные затраты. Схему с дроссели­рованием и детандированием технологических потоков целесо­образно использовать в тех случаях, когда имеется свободный перепад давления между сырьевым и сухим газом и нет необ­ходимости дожимать газ перед подачей его в магистральный трубопровод.

В схемах разделения углеводородного газа с использовани­ем конденсационно-отпарных колонн сырой газ охлаждается последовательно обратным потоком сухого газа (или смешивается с ним), доохлаждается в холодильниках с внешним хладагентом и поступает на разделение в сепаратор, откуда отбензиненный газ выводится с установки, а сконденсировавшиеся углеводороды поступают на верхнюю тарелку ко­лонны. В этом случае снижается нагрузка на колонну путем отделения основного количества сухого газа в сепараторе. Поэтому можно использовать менее дорогое оборудова­ние меньшей производительностью. Но предыдущая схема (с ректификационно-отпарной колонной) позволяет повысить четкость разделения в следствие присутствия больших количеств низкокипящих компонентов, которые повышают парциальное давление извлекаемых компонентов в жидкой фазе и ускоряют процессы массообмена.

Более выгодна схема отбензинивания природного газа методом низкотемпературной ректификации с вводом сырья двумя потоками. Эта схема позволяет снизить энергозатраты примерно на 10 % и осуществлять процесс при более высоких температурах.

В схемах с двухпоточной подачей сырья (рис.39) одна его часть (60 %) поступает без охлаждения в среднюю часть колонны, а вторая часть (40 %) охлаждается в рекупера­тивном теплообменнике обратным потоком сухого газа, отводи­мым с верха ректификационной колонны. На входе в теплооб­менник в поток сырого газа впрыскивают гликоль для предот­вращения гидратообразования. После теплообменника охлаж­денный сырьевой поток смешивается с верхним продуктом рек­тификационной колонны, дополнительно охлаждается в пропановом испарителе до температуры минус Гликоль за счет разности плотностей собирается в сборнике гликоля и направляется на регенерацию. В нижней части сепаратора собирается гликоль и углеводородный конденсат.

Рис.38. Схема конденсационно-отпарной колонны установки НТР:

1 — холодильник-конденсатор; 2 сепаратор; 3 насос; 4 ректификацион­ная колонна; 5 ребойлер

Сухой газ после охлаждения сырьевого потока в рекуперативном теплообменнике направляется в магистральный трубопровод, а углеводородный конденсат из трехфазного сепаратора — на верх ректификационной колонны.

Подвод тепла в куб колонны осуществляется путем подачи паров из ребойлера, где в качестве теплоносителя при работе колонны в области низких температур может использоваться непосредственно сырьевой поток.

Для процессов ректификации природного газа с выделени­ем этановой и метановой фракций используется более глубокое охлаждение с дросселированием и детандированием техноло­гических потоков.

Читайте также:  Установка пиролиза эп 1500

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник

Низкотемпературная конденсация и ректификация (НТК)

Низкотемпературная конденсация (НТК) – процесс ступенчатого охлаждения газа

Низкотемпературная конденсация (НТК) — процесс изобарного охлаждения природного, попутного нефтяного газа (ПНГ) сопровождающий последовательной конденсацией отдельных компонентов газового конденсата или их фракций при определенном давлении.
Осуществляется при температурax от 0 до -30°C.

Разделение углеводородных газов методом НТК осуществляется путем охлаждения их до заданной температуры при постоянном давлении, сопровождающегося конденсацией извлекаемых из газов компонентов, с последующим разделением в сепараторах газовой и жидкой фаз.

Высокой четкости разделения углеводородных газов путем однократной конденсации и последующей сепарации добиться практически невозможно, поэтому современные схемы НТК включают колонну деметанизации или деэтанизации.

Газовая фаза при этом выводится с установки с последней ступени сепарации, а жидкая фаза после теплообмена с потоком сыревого газапоступает на питание в колонну деметанизации или деэтанизации.

В этом случае ректификация, как правило, предназначается для отделения остаточных количеств растворенных газов из жидкой фазы.
НТК осуществляется по следующей схеме.
Газ из скважины по шлейфу проходит через сепаратор 1-й ступени (для предварительного отделения жидкости, выделившейся в подъёмных трубах и шлейфе), затем поступает в газовый теплообменник, где охлаждается встречным потоком отсепарированного холодного газа.
После теплообменника газ, проходя через штуцер (эжектор), редуцируется до давления максимальной конденсации (или близкого к нему), температурa его при этом снижается (за счёт дроссель-эффекта).
B сепараторе вследствие изменения термодинамических условий и снижения скорости газового потока выпадают конденсат и влага, которые, накапливаясь в конденсатосборнике, периодически выпускаются в промысловый сборный коллектор-конденсатопровод и далее на узел стабилизации конденсата.
C целью более рационального использования энергии пласта в схему вместо штуцера может быть включён Турбодетандерный агрегат.
При снижении давления газа до значения, при котором не представляется возможным обеспечить заданную температуpy сепарации за счёт энергии пласта, в схему включается источник искусственного холода — Холодильный агрегат.
Технологический режим установки HTК определяется термодинамической характеристикой м-ния, составом газа и конденсата, a также требованиями, предъявляемыми к продукции промысла. Для предупреждения образования гидратов в схемах HTК предусматривается ввод в газовый поток ингибитора гидратообразования.
Давление последней ступени сепарации определяется давлением в газопроводе, температуpa — из условия глубины выделения влаги и тяжёлых углеводородов.
Технология НТК пригодна для любой климатической зоны, допускает наличие в газе не углеводородных компонентов, обеспечивает степень извлечения конденсата (C5+B) до 97%, a также температуру точки росы, при которой исключается выпадение влаги и тяжёлых углеводородов при транспортировании природного газа.
Достоинством установки HTК являются низкие капитальные и эксплуатационные затраты (при наличии свободного перепада давления), недостатком — низкие степени извлечения конденсатообразующих компонентов из тощих газов, непрерывное снижение эффективности в процессе эксплуатации за счёт облегчения состава пластовой смеси, необходимость коренной реконструкции в период исчерпания дроссель-эффекта.
Для повышения эффективности HTК используют сорбцию в потоке (впрыск в поток газа стабильного конденсата или других углеводородных жидкостей) и противоточную абсорбцию отсепарированного газа.В процессе низкотемпературной конденсации сжатый газ охлаждается до низких температур специальными хладагентами (пропаном, аммиаком), в результате чего значительная часть газа конденсируется. Углеводородный конденсат, содержащий все углеводороды, входящие в состав исходного газа, отделяется в сепараторе и затем подается в ректификационную колонну — деэтанизатор.

Сверху колонны отводится метан и этан, а снизу — нестабильный газовый бензин

Низкотемпературная ректификация (НТР) — основана на охлаждении газового сырья до температуры, при которой система переходит в 2-фазное состояние (охлажденный газ и выпавший из него углеводородный конденсат) и последующем разделении образовавшейся газожидкостной смеси без предварительной сепаратции в тарельчатых или насадочных ректификационных колоннах.

Низкотемпературная ректификация отличается от процесса низкотемпературной конденсации тем, что процесс ректификации происходит при более низкой температуре.

Сверху колонны уходит отбензиненный газ, а снизу — деметанизированный углеводородный конденсат.

Этан из конденсата отделяют во 2-й колонне — деэтанизаторе.

НТР по сравнению с НТК позволяет проводить разделение углеводородных смесей с получением более чистых индивидуальных углеводородов или узких фракций.

источник