Им. И. М. Губкина унц "газохимия" иох им. Н. Д. Зелинского ран ргу нефти и газа им. И. М. Губкина

3.2. Процессы разделения углеводородных газов
Низкотемпературные процессы в газопереработке приобретают все большее значение в связи с повышающейся потребностью в таких индивидуальных углеводородах, как этан, пропан и бутаны, а также увеличивающимся спросом на сжиженные газы. Процессы разделения углеводородных газов основаны на различии физико-химических свойств компонентов газа. Наиболее важный показатель, влияющий на технологические параметры процессов разделения - давление насыщенных паров компонентов. Четкость разделения углеводородных газов в значительной степени определяется относительной летучестью компонентов
 = ₁ ₁/₂₂ = к₁/к₂
где ₁₂ - коэффициенты активности разделяемых компонен­тов; р₁,р₂ - давление насыщенных паров компонентов; к₁,к₂ - константы фазового равновесия.
Компоненты или фракции углеводородов, имеющие наи­большую разность значений летучести, разделяются с мень­шей затратой энергии.
Значения относительной летучести для бинарной системы не являются постоянными, а увеличиваются с понижением температуры и уменьшаются с повышением давления. Если увеличивать давление при постоянной температуре, то в жид­кую фазу будет переходить большее количество легких углево­дородов, т.е. четкость разделения будет снижаться. Если же понижать температуру при постоянном давлении, то четкость разделения компонентов повышается. Тем не менее на практике разделение углеводородных газов проводят при повышенном давлении, что позволяет в большинстве случаев вести процесс при умеренном охлаждении. Но для более четкого разделения компонентов газа предпочтение следует отдавать понижению температуры. Поэтому прежде чем рассматривать основные низкотемпературные процессы разделения углеводородных газов, остановимся на основных способах получения «холода».

Способы получения «холода»

Производство "холода" на любом заданном температурном уровне ниже температуры окружающей среды осуществляется в системах, реализующих тот или иной холодильный цикл. В современных процессах газопереработки используются раз­личные холодильные циклы, позволяющие получить температуры от близких к температуре окружающей среды до температуры жидкого гелия.
В настоящее время в низкотемпературных процессах ис­пользуются технологические схемы:
с внешним холодильным циклом, когда применяются специ­альные вещества — хладагенты, совершающие круговой про­цесс в холодильном цикле; при этом могут использоваться не только однокомпонентные хладагенты (пропан, этан, этилен, аммиак и т.д.), но и многокомпонентные, смешанные (напри­мер, смесь легких углеводородов); для глубокого охлаждения используют каскадные холодильные циклы, которые основаны на использовании соединенных последовательно нескольких холодильных циклов с различными хладагентами, отличающи­мися по температурам кипения;
с внутренним холодильным циклом, когда используется не­посредственное охлаждение технологических потоков путем их дроссельного (изоэнтальпийного) или детандерного (изоэнтропийного) расширения;
с комбинированным холодильным циклом, например с ис­пользованием внешнего хладагента на начальном этапе с по­следующим дросселированием или детандированием потока.
Получение холода связано с передачей тепла от менее на­гретого тела к более нагретому, в то время как самопроизволь­но процесс передачи тепла может осуществляться только на­оборот, от более нагретого к менее нагретому телу. Следова­тельно, процесс получения холода возможен только с затратой работы. В качестве переносчика тепла с низшего температур­ного уровня на более высокий используется рабочее вещест­во - хладагент, совершающее круговой процесс.
Если в качестве хладагентов используются газы с критиче­ской температурой более высокой, чем температура окружаю­щей среды, охлаждение называется умеренным, если же с более низкой - это глубокое охлаждение.
Различие между процессами умеренного и глубокого охлаж­дения заключается в том, что в процессе умеренного охлажде­ния сжатые до определенного давления газы конденсируются, отдавая тепло окружающей среде (воздуху или воде), а в про­цессе глубокого охлаждения для конденсации хладагента его необходимо охлаждать до температуры более низкой, чем тем­пература окружающей среды.