Оптимальне розташування лотка для подачі в колоні фракціонування NGL
Фракціонатор - це колона, обладнана лотками або пакувальними матеріалами для поділу суміші компонентів на два або більше продуктів, принаймні один з яких матиме контрольований склад або тиск пари. У системах сирої нафти або конденсату такий фракціонер часто називають стабілізатором і є альтернативою поділу на стадії. Фракціонатор - це, по суті, колонка з постійним тиском, яка використовує тепло, поглинання та відведення, щоб розділити компоненти на основі різниці в точках їх кипіння [1].
Фракціонуючі або дистиляційні колони називаються на основі продуктів, які вони виробляють над головою, наприклад, деетанізатор вироблятиме потік дистиляту, який в основному містить етан та більш легкі компоненти, такі як метан та азот, з продуктом днища пропану та важчих компонентів (C3 +) . Подібним чином депропанізатор виробляє потік дистиляту, який є переважно пропаном, а нижній потік - це бутан і важчі компоненти (С4 +). Глава 16 Кондиціонування та переробки газу представляє чудовий огляд основ фракціонування та поглинання [1].
Передбачити оптимальне розташування лотка для подачі на етапі проектування непросто, особливо якщо використовується короткий розрахунок. Практично всі швидкісні методи розрахунку оцінки розташування лотка для подачі засновані на припущенні загального зворотного потоку [1].
Ця підказка місяця (TOTM) продемонструє, як визначити оптимальне розташування лотка для подачі в колоні фракціонування або дистиляції NGL за допомогою короткого методу та суворого методу за допомогою симулятора процесу. Як приклад, ми розглянемо розмір деетанізатора, виконуючи матеріальний та енергетичний баланси, короткі обчислення дистиляційної колони та суворі розрахунки за лотком. Нарешті, TOTM визначає оптимальне розташування лотка для подачі за допомогою коротких та строгих методів.
Приклад деетанізатора:
Давайте розглянемо колону деетанізатора з подавальними композиціями, витратою, температурою та тиском, представленими в таблиці 1. Бажано встановити розмір колони деетанізатора:
А. Відновити 90 мольних відсотків пропану корму в дні продукту і
B. Молове співвідношення етану до пропану, рівне 2% у дні продукту
Для розуміння концепції TOTM виконує розмір у три етапи:
1. Матеріальний та енергетичний баланси
2. Дистиляційна колона сполученим способом
3. Суворі розрахунки дистиляційної колони по лотках
Усі вищезазначені кроки можна виконати за допомогою наявних інструментів/операцій у симуляторі процесів. У цьому TOTM всі розрахунки виконуються за допомогою UniSim Design [2] з рівнянням стану Пен-Робінсона [3]. На рисунку 1 представлена схема технологічного процесу (операції/інструменти) для вищевказаних етапів [2].
Таблиця 1. Склад і стан корму
Фігура 1. Схема технологічного процесу [2]
Матеріальний та енергетичний баланси:
Давайте виберемо етан як компонент легкого ключа (LK), а пропан - як компонент важкого ключа (HK), оскільки вказані їх вимоги до розділення. Припустимо, що всі компоненти, легші за компонент LK, переходять вгору, а всі компоненти, важчі за компонент HK, йдуть знизу .
Тиск у конденсаторі колонки зазвичай встановлюється на основі температури охолоджуючого середовища. Типовий діапазон робочого тиску для деетанізатора становить 375–450 фунтів на квадратний дюйм (2586–3103 кПа) [1]. Оскільки тиск подачі становить 435 фунтів на квадратний дюйм (3000 кПа), припустимо, що верхній тиск колонки дорівнює 403 фунтів на квадратний дюйм (2779 кПа), а нижній тиск становить 410 фунтів на квадратний дюйм (2828 кПа).
Ми можемо використовувати інструмент «розбивач компонентів» у симуляторі технологічного процесу для виконання початкового балансу матеріалів та енергії. „Розділювач компонентів показаний у нижній частині малюнка 1. Вказано розщеплення пропану (HK) (90 мол.% Спрямовується знизу, а решта 10 мол.% Зверху). Розщеплення етану невідомо, але його можна визначити методом спроб і помилок вручну або за допомогою інструмента „регулювання” чи „розв’язувач” симулятора процесу, який по суті змінює пролитий етан, таким чином молярне відношення етану до пропану в дні продукту стає 2 % За оцінками, розподіл етану в 97 мольних% досягає вершини .
Розрахункові мольні частки компонентів LK та HK у верхній частині та днищах, а також задані значення в сировинному потоці представлені в таблиці 2. "Розбивач компонентів" також визначає оцінки швидкості потоку верхньої та нижньої частин, складу, температури та потреба в енергії.
Таблиця 2. Вказані (корми) та оцінки складу основних компонентів
Метод розрахунку короткого скорочення дистиляційної колони:
Використовуючи тиск на верхню і нижню колони та мольні частки ключових компонентів (з таблиці 2), операція дистиляційної колони із швидким вирізом у симуляторі процесу може бути використана для визначення мінімальної кількості рівноважних (теоретичних) лотків та мінімального коефіцієнта дефлегмації ( Швидкість дефлегмації/швидкість дистиляту), (L/D) хв. Схема технологічного процесу для методу короткого скорочення дистиляційної колони представлена в середині рисунку 1.
Орієнтовна мінімальна кількість лотків з використанням кореляції Фенске [1,4] дорівнює 6,1, а мінімальний коефіцієнт рефлюксу за допомогою кореляції Андервуда [1,5] становить (L/D) хв = 0,618. Коефіцієнт зворотного дефлегмації, як правило, знаходиться в діапазоні 1,05–1,25 рази (L/D) хв [1]. Якщо припустити, що коефіцієнт робочого зворотного звороту становить 1,15 рази (L/D) хв, тоді робочий коефіцієнт дефлегмації становить 0,711. Для цього робочого коефіцієнта дефлегмації програма визначає кількість рівноважних лотків за допомогою кореляції Гілліленда [1,6], оптимального лотка для подачі з використанням кореляції Кіркбрайда [1,7], склад компонентів у верхній та нижній частинах продуктів, верхній і нижній витрати, температури, а також обов'язки конденсатора та рециркулятора. У таблиці 3 подано короткий виклад результатів.