Разработка технологического процесса для разделения углеводородной смеси заданного состава

Низкотемпературная ректификация используется для разделения газов, широких по фракционному составу и содержащих лёгкие компоненты: метан, азот, водород, этан и этилен. Она заключается в конденсации газов и последующей ректификации полученного конденсата.
Конденсация сопровождается выделением тепла, которое отводят обычно путём искусственного охлаждения. В промышленных установках для охлаждения газов используют дросселирование сжатого газа (эффект Джоуля - Томсона); адиабатическое и политропное расширение газа с совершением внешней работы в специальных аппаратах - детандерах; применяют также различные хладагенты.
Для снижения энергетических затрат в холодильном цикле стремятся провести конденсацию при возможно более высокой температуре, чему способствует повышение давления. Практически давление повышают до 3 - 4 МПа. Достижение более высоких давлений связано с трудностями компримирования и становится невозможным при температурах выше критических для данного давления, при которых вещество не переходит из газообразного в жидкое состояние.
Ввиду того, что температуры кипения углеводородов С₁ - С₆ весьма различны, для экономии холода конденсацию проводят в несколько ступеней. Вначале конденсируются углеводороды С₃ и выше при температурах от -30 до -40 °C и давления до 3 МПа. Выделившийся газ подвергают глубокому охлаждению до температур ниже -70°C для конденсации этана и этилена. Остаточный газ состоит в основном из метана, водорода, азота и гелия. Полученные конденсаты раздельно направляют на ректификацию [5].
Чёткая ректификация предназначена для разделения близкокипящих углеводородов с целью получения индивидуальных компонентов, со степенью чистоты 95 % и выше (до 99,99 %). В зависимости от темпе6ратуры и давления изменяется относительная летучесть компонентов смеси: она уменьшается при повышении общего давления и увеличении температуры. Поэтому для лучшего разделения необходимо понижать давление и температуру, но целесообразность этих мер зависит от экономических показателей процесса. При глубоком вакууме и низких температурах легко разделяются углеводороды С₁ - С₅, однако это экономически рационально лишь для выделения микроколичеств углеводородов.
В промышленности для разделения близкокипящих компонентов газов используют аппараты с большим числом контактных устройств и высокой кратностью орошения. Такой метод и называют чёткой ректификацией. По мере уменьшения относительной летучести разделяемых компонентов (особенно при малых её значениях, когда α = 1,05-1,30) число теоретических тарелок для достижения определённой степени разделения увеличивается. Например, при α = 1,05 требуется примерно вдвое больше теоретических тарелок, чем при α = 1,10.
При повышенном требовании к чистоте продуктов число необходимых тарелок тоже растёт. Так, при повышении степени чистоты отбираемого продукта с 90 до 99 мол. % число теоретических тарелок возрастает в два раза. Колонны для выделения этилена имеют более 100 тарелок при кратности орошения ≈ 10, а для выделения пропилена 120-150 тарелок при кратности орошения 18 - 25.
Ректификация, абсорбция, конденсация являются типовыми процессами, на которых основываются способы разделения природных газов.
В настоящее время в промышленности применяются следующие способы разделения природных газов:
1) компрессионный,
) абсорбционный,
) адсорбционный,
) низкотемпературной ректификации,
) комбинированные методы:
а) абсорбционно-ректификационный,
б) конденсационно-ректификационный [3].