Анализ компонентного состава этан-пропановой фракции, получаемой на действующих газофракционирующих установках из широкой фракции лёгких углеводородов (ШФЛУ), показывает, что из-за недостаточно чёткого разделение легких углеводородов С1÷С3 в этан-пропановой фракции (ЭПФ) наблюдается высокое содержание пропана. ЭПФ используется на установке пиролиза, где целевым полупродуктом получают этилен, следовательно, в промышленных условиях необходимо обеспечить предельно возможное извлечение пропана из состава ЭПФ. В технологической схеме действующих установок ЭПФ получают с использованием фракционирующего абсорбера или ректификационной колонны. В обоих вариантах ЭПФ отбирается верхом аппаратов, а кубовый продукт, содержащий углеводороды С3+, подаётся на дальнейшее расфракционирование. С целью анализа работы газофракционирующих установок в программной среде Honeywell UniSim Design разработана модель установки. Проведенный вычислительный эксперимент с использованием различных промышленных значений содержания углеводородов в ШФЛУ показал, что для достижения предельно возможного извлечения пропана из ЭПФ необходимо в получаемую на фракционирующем абсорбере (или ректификационной колонне) ЭПФ вовлекать весь пропан так, чтобы в кубовом продукте аппарата была только фракция углеводородов С4+, направляемая на дальнейшее разделение. Полученная таким образом ЭПФ направляется в дополнительную ректификационную колонну, в которой обеспечивается четкое разделение на этановую (дистиллят колонны) и пропановую (кубовый продукт колонны) фракции, при этом в полученных фракциях достигаются показатели по концентрированию, улучшающие соответствующие показатели норм по ТУ 0272-022-00151638-99. Приводятся рассчитанные режимные параметры и фракционные составы технологических потоков аппаратов, описывается измененная схема установки. Разработанные модели могут использоваться для оптимизации режимов работы промышленных аппаратов и проектирования новых установок, а также для обучения технологов приемам квалифицированного ведения процесса.

1. Технические условия ТУ 38.101524–2015. Фракция широкая легких углеводородов.

2. Технические условия ТУ 0272–022–00151638–99. Фракция этановая.

3. Технические условия ТУ 0272–022–00151638–99. Фракция пропановая.

4. Хабибрахманова О.В., Попов С.В., Крымкин Н.Ю., Файзрахманов И.И. Исследование вариантов совершенствования работы абсорбера установки газофракционирования широкой фракции легких углеводородов // Химическая промышленность сегодня. 2021. № 1. С. 46–49.

5. Ткачева Т.А., Ханин В.П. Оптимизация технологического процесса установки низкотемпературной ректификации природного газа // Научный альманах. 2016. № 4–3 (18). С. 430–433.

6. Магарил Р.З., Рогалев М.С., Клевцов А.Е. Анализ зависимости эффективности работы колонны деэтанизации от давления в системе ректификации // Материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 55летию Тюменского государственного нефтегазового университета. Тюмень, 2011. С. 193–196.

7. Ластовецкий Е.Н. Оптимизация работы узла деэтанизации установки низкотемпературной абсорбции с целью повышения степени извлечения целевых компонентов // Новые технологии – нефтегазовому региону: материалы Международной научно-практической конференции. 2016. С. 189–191.

8. Авторское свидетельство № 1509394, SU, C10G 7/02. Способ деэтанизации углеводородного сырья / Сиротин А.М., Бекиров Т.М.О., Буракевич П.Ф. № 4249680; Заявл. 25.05.1987; Опубл. 23.09.1989.

9. May E.F., Guo J.Y., Oakley J.H., Hughes T.J. et al. Reference quality vapor–liquid equilibrium data for the binary systems methane+ ethane,+ propane,+ butane, and+ 2-methylpropane, at temperatures from (203 to 273) K and pressures to 9 MPa // Journal of Chemical & Engineering Data. 2015. V. 60. №. 12. P. 3606-3620. doi: 10.1021/acs.jced.5b00610

10. Пат. № 2275223, RU, B01D 3/14, F25J 3/00. Установка получения пропана / Шеин О.Г., Калачева Л.И. № 2004122665/15; Заявл. 23.07.2004; Опубл. 27.04.2006, Бюл. № 12.

11. Пат. № 2443669, RU, C07C 9/08, 7/04, B01D 3/14, B01D 3/42. Способ получения пропана из этан-пропановой фракции или углеводородных фракций и переработки углеводородного сырья (углеводородных фракций) / Зиаев Р.Р., Зиаев Э.Р. № 2010132622/04; Заявл. 03.08.2010; Опубл. 27.02.2012, Бюл. № 6.

12. Yang G., Hu H., Ding G., Chen J. et al. Influence of component proportion on heat transfer characteristics of ethane/propane mixture flow condensation in shell side of helically baffled shell-and-tube heat exchanger // Experimental Thermal and Fluid Science. 2018. V. 97. P. 381-391. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2018.05.006

13. Nilsson E.J.K., van Sprang A., Larfeldt J., Konnov A.A. The comparative and combined effects of hydrogen addition on the laminar burning velocities of methane and its blends with ethane and propane // Fuel. 2017. V. 189. P. 369-376. doi: 10.1016/j.fuel.2016.10.103

14. Li S., Cai W., Chen J., Zhang H. et al. Numerical study on condensation heat transfer and pressure drop characteristics of ethane/propane mixture upward flow in a spiral pipe // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. V. 121. P. 170-186. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.12.140

15. Kamada T., Nakamura H., Tezuka T., Hasegawa S. et al. Study on combustion and ignition characteristics of natural gas components in a micro flow reactor with a controlled temperature profile // Combustion and Flame. 2014. V. 161. №. 1. P. 37-48. doi: 10.1016/j.combustflame.2013.08.013

16. Helmig D., Rossabi S., Hueber J., Tans P. et al. Reversal of global atmospheric ethane and propane trends largely due to US oil and natural gas production // Nature Geoscience. 2016. V. 9. №. 7. P. 490-495. doi: 10.1038/ngeo2721

17. Yang G., Ding G., Chen J., Yang W. et al. Shell side condensation heat transfer characteristics of ethane/propane mixtures // Applied Thermal Engineering. 2021. V. 194. P. 117017. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2021.117017

18. Kondo W., Ohtsuka K., Ohmura R., Takeya S. et al. Clathrate-hydrate formation from a hydrocarbon gas mixture: Compositional evolution of formed hydrate during an isobaric semi-batch hydrate-forming operation // Applied Energy. 2014. V. 113. P. 864-871. doi: 10.1016/j.apenergy.2013.08.033

19. Yoonho L. LNG-FSRU cold energy recovery regasification using a zeotropic mixture of ethane and propane // Energy. 2019. V. 173. P. 857-869. doi: 10.1016/j.energy.2019.02.111

20. Glein C.R., Shock E.L. A geochemical model of non-ideal solutions in the methane–ethane–propane–nitrogen–acetylene system on Titan // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2013. V. 115. P. 217-240. doi: 10.1016/j.gca.2013.03.030