Газолиновые заводы

Газолиновый завод

ГАЗОЛИНОВЫЕ ЗАВОДЫ, заводы для получения природного газолина или бензина из газа. Добываемый из газовых или нефтяных скважин естественный газ для отделения от нефти направляется в резервуары особой конструкции, называемые трапами, или сепараторами, для нефти и газа. Трапы бывают различных конструкций, хотя основной их принцип действия весьма прост: смесь газа и нефти пропускают через камеру, достаточно большую, чтобы понизить скорость смеси до величины, при которой нефть отделяется от газа; газ собирается в верхней части трапа, нефть - в нижней. На фиг. 1 изображен сепаратор системы Балларда. Подача газа производится через трубу (а), находящуюся на середине высоты вертикального сепаратора. В верхней части находятся выводные отверстия (b) для газа, в нижней - отверстия (с) для нефти. Чтобы газ не попал в нефтепровод, а нефть в газопровод, сепараторы обыкновенно снабжаются автоматическими регулирующими клапанами.

Сепаратор системы Балларда

Примером может служить устройство сепаратора Вашингтона (фиг. 2), в котором при подъеме нефти выше определенного уровня верхний поплавок поднимается и запирает выходное отверстие (b) для газа; наоборот, при опускании нефти ниже известного уровня опускается нижний поплавок, запирая выходное отверстие (с) для нефти.

Сепаратор Вашингтона

Вертикальные цилиндрические сепараторы неприменимы при фонтанных скважинах большой мощности, где развиваются большие давления. В таких случаях пользуются горизонтальными трубчатыми сепараторами различных систем (Старка, Белла и других).

Из сепараторов газ направляется по газовым магистралям на газолиновый завод. При этом в газопроводах скопляются газолин, а также вода и нефть, увлекаемые газом. Во избежание понижения пропускной способности газопровода, вследствие скопления в нем жидкостей, их удаляют с помощью особого рода ловушек (фиг. 3).

Во избежание понижения пропускной способности газопровода, вследствие скопления в нем жидкостей, их удаляют с помощью особого рода ловушек

Последние присоединяются к магистрали (а) в наиболее низких местах газопроводных линий (куда жидкости собираются самотеком) с помощью особого седла (b); по мере накопления в них жидкости они опоражниваются через выводную трубу (с). Для той же цели служат баки специальной конструкции, так называемые скрубберы, помещаемые на газопроводных магистралях впереди компрессоров, а иногда на газопроводе, идущем от компрессоров, впереди холодильников для газа.

Газолиновые заводы бывают трех типов: компрессионные, абсорбционные (на жидких растворителях), и адсорбционные (на твердых поглотителях). Общие схемы соответствующих установок - см. Бензин из газа.

I. Компрессионные газолиновые заводы. Конденсация газолина из естественного газа - процесс чисто физический. На газолиновом заводе его осуществляют путем сжатия газа с последующим охлаждением водой или воздухом; реже пользуются охлаждением газа с помощью холодильных машин. Для сжатия газа до 8—10 atm применяются одноступенчатые компрессоры. При сжатии до более высоких давлений температура газа может подняться слишком высоко; в таких случаях предпочитают пользоваться двухступенчатыми компрессорами. В результате сильного сжатия (до 17—25 atm) и охлаждения газа происходит конденсация его с образованием газолина. Последний состоит гл. обр. из бутана (температура кипения 1°), пентана (температура кипения 36,4°) и отчасти пропана (температура кипения –45°) и гексана (температура кипения 68,9°); кроме того, здесь же могут оказаться гептан, а также некоторое количество метана и этана, растворившихся в жидком конденсате. Кроме углеводородов ряда метана, в газолине могут находиться также некоторые нафтены, как то: циклопентан С5Н10 (температура кипения 49,5°), метилциклопентан СН3∙С6Н9 (температура кипения 72°), циклогексан С6Н12 (температура кипения 81,4°) и т. д.

Схема компрессионной установки для извлечения газолина из естественного газа

Схема компрессионной установки для извлечения газолина из естественного газа изображена на фиг. 4. Газ из буровых скважин отсасывается вакуум-насосами Б; пройдя сепаратор А, холодильник В и сепаратор Г, газ поступает в компрессор низкого давления Д, а затем в компрессор высокого давления 3, пройдя холодильник Е и сепаратор Ж, в котором снова выделяется часть газолина. После этого газ идет в третий холодильник И и третий сепаратор К, а затем через 2 рефрижератора Л, М, состоящие из батарей внутренних 3" и наружных 5" труб и охлаждаемые двумя холодильными машинами П, Р. Газ в линию отсасывается вакуум-насосами Т, Ф. Направление движения газа через рефрижераторы, сепараторы Н и О и холодильные машины указано стрелками. Из сепараторов газолин поступает в сборник С. Значительная часть газа, в зависимости от его начальной влажности, остается неконденсированной; это - т. н. отработанный газ, который идет на освещение или направляется обратно на промысла для приведения в действие моторов. По сравнению с исходным газом такой отработанный газ обладает рядом крупных практических преимуществ: он дает менее коптящее пламя и благодаря отсутствию газолиновых паров не вызывает преждевременного воспламенения в цилиндрах газовых моторов. Описанный компрессионный тип газолиновых заводов является наиболее распространенным. Значительно реже вместо сжатия газа прибегают к искусственному охлаждению его с помощью холодильных машин (обыкновенно с жидким аммиаком). Так, на одном газолиновом заводе в Калифорнии, с пропускной способностью свыше 8500 м3 газа в сутки, для конденсации газа устроено семь змеевиков, расположенных в ряд и соединенных между собой стояками. В двух первых змеевиках значительное понижение температуры достигается одним расширением газа без употребления аммиака. Затем, постепенно понижаясь, температура достигает в седьмом змеевике 10° ниже нуля. Из первого змеевика стекает наиболее тяжелый конденсат, из последнего - наиболее легкий. Затем все конденсаты смешиваются в определенных пропорциях для получения требуемого газолина. В указанных условиях могут конденсироваться только бутан и высшие его гомологи, тогда как пропан может лишь раствориться в конденсате, сам же конденсироваться в данных условиях не может.

II. Абсорбционные газолиновые заводы с жидкими поглотителями. Компрессионный метод получения газолина из естественного газа выгодно применять лишь к «богатому» («жирному» газу с содержанием не менее 12 л газолина на 100 м3 газа. Более «бедный» («сухой») газ, а равно газ, отработанный на компрессионных установках, можно еще с большой выгодой перерабатывать на газолин при работе абсорбционным способом. Этот способ извлечения газолина из естественного газа состоит в том, что газ приводится в соприкосновение с более тяжелым, чем газолин, маслом (соляровое масло и т. п.), которое извлекает из газа находящийся в нем газолин (см. Бензин из газа).

Абсорбционный газолиновый завод и работу на нем организуют следующим образом. Подлежащий переработке газ поступает из газопровода сначала в систему нескольких первичных абсорберов, работающих параллельно. Эти абсорберы (фиг. 5) представляют собой высокие цилиндрические железные башни, достаточной прочности для сопротивления давлению, под которым они работают.

Абсорбер

Для увеличения поверхности орошения абсорберы разделяются особыми внутренними перегородками на секции, заполняемые битым кирпичом, стеклом, в последнее же время - специальными кольцами и спиралями (например, кольца Рашига, спирали Брежа, фиг. 6).

Спирали Брежа

Входные отверстия (а) для газа (фиг. 5) находятся внизу абсорберов, сверху же, через (d), навстречу току газа стекает абсорбирующее масло. Выходное отверстие (b) для отработанного газа помещается в верхней части абсорберов, для жидкости же (с) - в их нижней части. Пройдя через первичные абсорберы, в которых поглощается 80—90% газолина, газ в том же порядке проходит систему вторичных абсорберов, где абсорбируется остальной газолин, после чего отработанный газ поступает в газопровод для утилизации в качестве топлива, осветительного материала и т. п.

В этой части абсорбционной установки наиболее существенное значение имеют: 1) Число и размеры абсорберов. Так как абсорберы работают параллельно, то число их в каждой системе определяется количеством подлежащего переработке газа, размеры же каждого абсорбера - гл. образом давлением, под которым газ поступает в абсорбер. Чтобы увеличить пропускную способность газопровода и всей установки, газ обыкновенно перекачивается и поступает в абсорберы под значительным давлением, достигающим на некоторых абсорбционных заводах 17 atm и более. В таких установках, применяемых для переработки сухого газа, вышина абсорберов доходит до 9—12 м при диаметре в 0,75—1,2 м, при работе на низком давлении размеры абсорберов м. б. значительно больше (3,5x22 м и больше). 2) Состав и количество абсорбирующего масла. В качестве абсорбента чаще всего употребляется соляровое масло: обладая высокой поглотительной способностью для паров газолина, оно в то же время имеет достаточно высокую начальную температуру кипения, чем значительно облегчается полнота последующей отгонки газолина. Вместо солярового масла в качестве абсорбентов были предложены и другие жидкости, например, тетралин; однако, дешевизна и доступность солярового масла ставят этот абсорбент вне конкуренции, по крайней мере, при извлечении газолина из естественного газа. Для получения максимальных выходов на газолин средний расход масла при высоких давлениях составляет 65—90 л на 100 м3 газа; при низких давлениях расход масла д. б. увеличен в несколько раз, т. к. с понижением давления растворимость газа в жидкости уменьшается. Растворимость газа уменьшается также вследствие нагревания масла теплотой, выделяемой газом при ожижении; при переработке жирного газа масло, далеко еще не насыщенное газолином, перекачивается из вторичного абсорбера для повторной операции в первичный не непосредственно, а через охлаждающие змеевики. 3) Скорость прохождения газа через абсорбер д. б. такова, чтобы, при максимальном использовании абсорбера, вместе с отходящим газом в газопроводную сеть не попадало масло. При правильном оборудовании абсорбера скорость прохождения газа через него может достигать 20 м в минуту и больше. Следующей стадией работы на абсорбционной установке является отгонка газолина. Из абсорберов, работающих при высоких давлениях, насыщенное газолином масло подается сначала в сепаратор для отделения растворенных газов при давлении, примерно, атмосферном, а затем через подогреватель перекачивается в куб, где происходит отгонка газолина. Назначение подогревателя - предварительный подогрев перекачиваемого в перегонный куб масла за счет использования теплоты горячего масла, освобожденного в перегонном кубе от газолина и направляющегося обратно из куба в абсорбер. Наиболее широко распространены двойные трубчатые подогреватели, состоящие из внутренних труб диаметром 50—65 мм и наружных - диаметром 100 мм, обычно не изолируемых. Горячее масло из куба проходит по межтрубному пространству, холодное же, насыщенное газолином масло из абсорберов идет по внутренним трубам в противоположном направлении. Кубы, применяемые для отгонки газолина, весьма разнообразны. Они имеют форму либо вертикальной колонны, либо обыкновенного парового котла, расположенного горизонтально (фиг. 7).

Куб для отгонки газолина

В том и в другом случае внутри котла помещается несколько широких горизонтальных, с небольшим уклоном желобов, по которым проходят 25-мм паровые трубы. Масло поступает в верхний желоб через (а), встречает здесь нагретую поверхность паровых труб и, нагреваясь, отдает часть растворенного в нем газолина. С первого желоба масло стекает на второй, затем на третий и т. д., так что, дойдя до выходного отверстия (b), масло должно отдать весь растворенный в нем газолин, который через отверстие (d) направляется в змеевики, орошаемые водой. Чтобы обеспечить отдачу газолина, иногда в кубы вводится через (с) открытый пар. При этом, однако, происходит эмульгирование масла, осложняющее дальнейшую работу с ним, так как: 1) эмульгированное масло имеет значительно меньший коэффициент поглощения газолиновых паров и 2) обыкновенно водяные пары попадают далее в газопровод, конденсируются здесь и в холодную погоду вызывают обмерзание труб. Чтобы избежать этих неудобств, на некоторых газолиновых заводах для отгонки газолина стали применять огневой подогрев, давший во всех отношениях удовлетворительные результаты. Температура, применяемая для полного выделения газолина из масла, довольно высока (200° и выше), вследствие чего небольшое количество масла в виде пара увлекается парами газолина. Если все эти пары сконденсируются вместе, то конечная точка кипения газолина будет слишком высока. Чтобы избежать такого загрязнения газолина, кубы снабжают либо дефлегматорами того же типа, как на нефтеперегонных кубах, либо колонками более сложного типа с разного рода насадками.

Простейший и наиболее распространенный тип холодильников, применяемых в газолиновом производстве, изображен на фиг. 8.

Холодильник, применяемый в газолиновом производстве

Это - ряд зигзагообразных труб (змеевики), через которые проходят газолиновые пары; снаружи же по трубам разбрызгивается и стекает холодная вода. Внизу, под трубами - неглубокий ящик, из которого собравшаяся вода отводится прочь. Так же устроены холодильники для масла, которое, проходя подогреватель, не успевает достаточно остыть, чтобы поступить сразу в абсорбер, и требует добавочного охлаждения.

До выпуска в продажу газолин, прошедший через змеевики, подвергается стабилизации, а иногда и очистке. Стабилизацией газолина называется освобождение его от т. н. «диких» газов (главн. обр. этана и пропана), которые, растворившись в газолине, сообщают его парам слишком большую упругость. Освобождение от «диких» газов производилось раньше путем выветривания газолина в сепараторах высокого, низкого и, наконец, атмосферного давления. При этом, однако, вместе с «дикими» газами улетучивается значительное количество газолина. Во избежание этих потерь применяются иногда специальные ректификационные колонки; существуют также способы утилизации газолина, увлекаемого «дикими» газами. После стабилизации газолин идет на смешение с бензином перегонки. Когда в газолине докторской пробой устанавливается присутствие сернистых соединений, то производится очистка его раствором хлорноватистокислого натрия (гипохлоритный процесс) или так называемым докторским раствором, т. е. щелочным раствором окиси свинца в присутствии серы (плюмбитный процесс).

III. Адсорбционные газолиновые заводы с твердыми поглотителями. Во время войны 1914—18 гг. были найдены и разработаны способы значительного повышения адсорбционной способности древесного угля путем специальной его обработки при высокой температуре (около 850°) водяным паром. Такой уголь получил название активированного угля. Естественный газ пропускают в адсорбер с активированным углем до насыщения адсорбента. Затем направляют газ во второй адсорбер, в первый же пропускают перегретый пар для отгонки поглощенного в адсорбере газолина. Пары воды и газолина отводятся в холодильник, где они конденсируются и затем разделяются. Когда газолин отогнан, адсорбер охлаждают обычно остаточным газом, водяной пар направляют во второй адсорбер, газ же - в третий, и таким образом заканчивается цикл работы установки. Активированный уголь готовится из плотных древесных пород (береза, дуб, самшит и пр.), в Америке - из скорлупы кокосового ореха. В последнее время в качестве адсорбента очень высокой поглотительной способности начинают применять силикагель. Адсорбер представляет собою вертикальный цилиндр, диаметром около 1,5 м, высотой около 2 м. Он вмещает 1500—2000 кг активированного угля, поддерживаемого поперечными сетками. В нижней части адсорбера имеется отверстие для впуска газа и выпуска паров, в верхней - для выпуска отработанного газа и впуска водяного пара; в стенке адсорбера имеется еще отверстие с герметической крышкой для взятия пробы угля.

Система охлаждения на адсорбционных газолиновых заводах состоит из нескольких змеевиков различной длины: 1) змеевики для охлаждения отработанного газа, снабженные в начале и конце ловушками для воды; 2) змеевики для охлаждения водяных паров из адсорбера; здесь конденсируется большая часть водяных паров, пары же газолина проходят без заметной конденсации, т. к. температура выходящих паров, путем регулирования притока охлаждающей воды, поддерживается около 80—85°; 3) змеевики для конденсации паров газолина, сильно охлаждаемые; 4) змеевики для отработанного пара. Конденсированная вода идет на питание паровых котлов. Кроме системы адсорберов и холодильников, на адсорбционном заводе имеются: а) небольшой компрессор для остаточного газа со специальным при нем холодильником; б) паровая установка; в) сборные и другие резервуары.

Преимущества адсорбционных заводов следующие: 1) КПД значительно превышает КПД газолиновых заводов с масляным поглощением, причем в некоторых случаях это превышение достигает 50%; 2) газолин отличается высокими качествами: стойкостью при «отдувке», способностью обходиться без специальной очистки для улучшения цвета; 3) сравнительная простота установки и отсутствие капитальных сооружений (при работе с небольшими давлениями нет надобности в мощных дорогих компрессорах) позволяют в случае надобности переносить заводы на новые месторождения газа без слишком больших затрат; 4) расход топлива и воды значительно меньше, чем на других газолиновых заводах.

Из недостатков адсорбционных газолиновых заводах можно отметить: 1) высокую стоимость активированного угля; 2) неприменимость адсорбционного способа к газу, содержащему примесь воздуха, в виду возможности опасных взрывов в адсорберах.

Размеры и производительность газолиновых заводов, существующих в настоящее время в США, крайне разнообразны. Наряду с мощными предприятиями, перерабатывающими 1,5—2 млн. м3 естественного газа в сутки, существуют заводы с пропускной способностью в 15—20 тысяч м3. Их производительность определяется гл. образ, характером перерабатываемого газа: если на компрессионных заводах, перерабатывающих богатый газ, выходы газолина нередко составляют 50 л и более на 100 м3 газа, то абсорбционные заводы, работающие на бедном газе, довольствуются выходами в 2—2,5 л на 100 м3 газа. В США перерабатывается газ не из одной или нескольких ближайших к заводу скважин, а зачастую из нескольких сотен и даже тысяч скважин, причем для этой цели к одному газолиновому заводу прокладывается газопровод длиной в несколько десятков км. При достаточно богатом газе находят выгодным включать в сеть даже скважины с суточным дебитом в 5—6 м3. Главная масса газолина из естественного газа идет в США на смешение с бензином, чем достигается не только повышение качества последнего, но и значительное расширение общих бензиновых ресурсов. Сначала это смешение технически осуществлялось путем простого растворения газолина в тяжелом природном бензине в определенных отношениях. В настоящее время для той же цели пользуются более совершенными методами, а именно: а) вместо масла для поглощения газолина в абсорберах применяют тяжелый бензин; при этом выходы газолина резко возрастают, хотя увеличивается огнеопасность работы, так как приходится работать с громадными количествами бензина; б) с помощью особого насоса накачивают в газопровод тяжелый бензин (лигроин) между компрессором и холодильником, причем лигроин не только помогает конденсироваться газолину, но и растворяет такие фракции его, которые самостоятельно не осели бы в холодильнике. Полученные таким образом смеси содержат еще слишком много летучих частей; для получения из них рыночных продуктов их подвергают перегонке в кубе с помощью пара при давлении около 2 atm и температурой 75—77°. Пары легких углеводородов, получаемые при перегонке, направляют в небольшой компрессор, который их сжимает и передает на орошаемый холодильник. Здесь конденсируются два товарных продукта: 1) наиболее легкий газолин с температурой кипения 4,5—27°, представляющий собой, в сущности, сжатый газ; его собирают в стальные бутыли под небольшим давлением и под именем «газа в бутылях» (bottled gas) пускают в продажу, причем он успешно конкурирует с ацетиленом в сварочных работах; 2) «кухонный бензин» с температурой кипения 22—80°; этот продукт собирается в особых прочных бидонах, снабженных краном, и употребляется для отопления печей, плит и т. п. Остаток после отгонки сжатого газа и кухонного бензина представляет собой уже рыночный автомобильный бензин. В СССР газолиновое дело находится еще в начальной стадии развития. В настоящее время мы имеем пять успешно работающих газолиновых заводов различных систем: три в тресте «Азнефть» (Биби-Эйбат, Сураханы и Раманы) и два в тресте «Грознефть» (Новые Промыслы и Соленая Балка).

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 5 - 1929 г.

Еще по теме: