Технологические схемы, применяемые на газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) для разделения углеводородных газов, имеют существенные различия, несмотря на использование общих физических принципов, таких как абсорбция, ректификация, конденсация и теплообмен. Проектирование и эксплуатация ГПЗ сталкиваются с рядом уникальных вызовов:
- Разнородность сырья: состав газа, поступающего на разные заводы, может кардинально отличаться.
- Динамичность параметров: состав, объем и давление сырья на конкретном ГПЗ непостоянны и меняются со временем из-за изменений в характеристиках нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений. Яркий пример — появление сероводорода в газе Миннибаевского ГПЗ спустя более 10 лет после запуска, что изначально не было предусмотрено проектом.
- Технологический прогресс: развитие процессов направлено на постоянное повышение степени извлечения не только пропана и более тяжелых фракций, но и этана. Для этого внедряются низкотемпературные методы (абсорбция, ректификация, конденсация), холодильные циклы на базе компрессоров и турбодетандеров, а также более совершенное оборудование.
Исторические этапы развития газопереработки
В переработке природного и нефтяного газов можно выделить три ключевых исторических периода.
1. «Эра газового бензина» (1920-1940-е годы)
Первые газобензиновые заводы, предшественники современных ГПЗ, строились для абсорбционного извлечения из газа только газового бензина (газолина) как добавки к моторному топливу. Использовались упрощенные схемы масляной абсорбции при умеренных температурах (15-45 °C) и давлениях (0.6-1.2 МПа), с десорбцией водяным паром.
2. «Эра пропана» (1950-1960-е годы)
Рост спроса на сжиженные газы для моторного топлива и нефтехимии (например, для производства синтетического каучука) привел к строительству новых ГПЗ, обеспечивающих извлечение 80-85% пропана. К концу этого периода началось внедрение низкотемпературной абсорбции с температурами до -45 °C и давлением до 7.4 МПа.
3. «Эра этана» (с конца 1960-х годов)
Начавшись в США и Канаде, этот этап характеризуется внедрением технологий, позволяющих извлекать до 50-60% этана от его потенциала в газе при почти полном извлечении пропана и более тяжелых углеводородов. Современные зарубежные ГПЗ используют холодильные циклы с температурами -80...-90 °C и высокие давления, добиваясь извлечения этана на уровне 60-85%. Стоимость компрессорного и холодильного оборудования в таких проектах может достигать 65-70% всех капиталовложений в технологическую часть. Полученный этан служит ценным пиролизным сырьем для производства этилена: в США из этана производится более 50-60% всего этилена. Выход этилена при пиролизе этана (81-86%) значительно выше, чем при пиролизе пропана (40-48%) или прямогонного бензина (24-35%).
Установки газоразделения в смежных отраслях
Установки для разделения газов являются неотъемлемой частью не только ГПЗ, но и нефтеперерабатывающих (НПЗ), нефтехимических (НХЗ) заводов и других химических предприятий. Они решают широкий спектр задач:
- Подготовка газового сырья (очистка, осушка, предварительное разделение).
- Разделение получаемой продукции — углеводородных газов.
- Разделение газообразных продуктов реакционных процессов для получения, очистки и осушки нефтехимических мономеров или газовых фракций, которые затем используются в других технологических цепочках.
Поскольку разделение часто связано с высокими давлениями и низкими температурами, технологические схемы включают мощные компрессорные установки и блоки получения искусственного холода. Для этого применяются каскадные холодильные циклы с различными хладагентами, а также методы дроссельного и детандерного охлаждения.
Высокая энергоемкость многих установок газоразделения, строгие требования к чистоте продуктов и дорогостоящее оборудование обуславливают необходимость непрерывного совершенствования как самих процессов, так и эффективности применяемого оборудования. Многообразие существующих процессов газоразделения настолько велико, что их даже сложно просто перечислить, не говоря уже о кратком описании всех особенностей.