книги / Переработка нефтяных и природных газов

= 150-4-640 г/м3 по методу низкотемпературной конденсации в зависимости от давления и температуры в узле сепарации можно ориентировочно принимать следующие значения давлений схо­ димости (в фунт/дюйм2):

1) Л *		=	2000 при давлениях		системы около 2,0 МПа и тем­
пературах		до —20 °С;
2)	Р г.х =		1500 при	давлениях	от 2,0	до 5,0	МПа	и темпера­
турах от 0 до —40 °С;
3)	Рс* =		Ю00 при	давлениях	от 2,0	до 5,0	МПа	и темпера­
турах	от —40 до —70 °С;
В расчетах процесса деэтанизации давление сходимости на­
верху	колонны можно принимать равным 1000, внизу колон­
ны — 800.
Для расчета точки росы по углеводородам сухого газа, выхо­
дящего из		низкотемпературного сепаратора, и газа деэтанизатора

при давлениях от 5,0 до 6,0 МПа (давление в магистральном газо­ проводе), константы фазового равновесия определяют при Р сх =

=1500 фунт/дюйм2.

При расчете технологических схем переработки нефтяных

газов по методу низкотемпературной абсорбции рекомендуется

следующий	выбор давления сходимости.
1. Д ля	процесса абсорбции при использовании абсорбента

с молекулярной массой 100 давление сходимости принимается равным 2000 фунт/дюйм2, при использовании абсорбента с моле­ кулярной массой 140—160 — 4000 фунт/дюйм2. Правильность выбора давления сходимости проверяют по жидкой фазе с нижней тарелки абсорбера.

Для расчета точки росы по углеводородам газа, выходящего из абсорбера, константы равновесия определяют при тех же дав­ лениях сходимости, при которых определяли КФР в абсорбере.

2. Для процесса деэтанизации, протекающего в абсорбционноотпарных колоннах, давление сходимости в абсорбционной сек­ ции берется такое лее, как в абсорбере; в отпарной секции колонны при использовании абсорбента с молекулярной массой 100 и 140— 160 — соответственно 1000 и 2000 фунт/дюйм2.

3. Для процесса десорбции при давлениях от 0,4 до 2,0 МПа величина давления сходимости не оказывает существенного влия­ ния на точность расчета.

Для тяжелых компонентов константы фазового равновесия можно определить по известным константам более легких компо­ нентов с использованием интерполяционной зависимости. Для этого на оси абсцисс откладывают значения молекулярной массы М для двух — трех более легких компонентов, значения констант фазового равновесия которых известны, по оси ординат отклады­ вают значения lg найденных констант фазового равновесия этих компонентов. Через полученные точки проводят прямую. Значе­ ние lg константы фазового равновесия тяжелого компонента опре­ делится как ордината точки пересечения перпендикуляра, вос-

61

становленного из точки, соответствующей молекулярной массе тяжелого компонента, с построенной прямой.

Константы фазового равновесия для С 02 можно определять

как Kcos = У К сн л‘К сан, .
Определение констант	фазового равновесия
по методу Нейрея
Нейрей [26 ] предложил простой	и достаточно точный метод

определения констант фазового равновесия парафиновых и оле­ финовых углеводородов для широкой области температур и дав­ лений. В основу метода положена линейная зависимость лога­ рифма константы фазового равновесия (Ig К) от температуры кипения компонента. Для получения такой зависимости в каж­ дом конкретном случае определяют параметр /С0, зависящий только от давления системы и давления сходимости, и параметр 5, являющийся функцией температуры, давления системы и давле­ ния сходимости.

Константы фазового равновесия определяют по трем графикам. На первом графике (рис. П.З) представлены изобары, соответ­ ствующие различным давлениям сходимости. По графику находят параметр /С0 в зависимости от давления системы и давления схо­ димости, определяемого, так же как и в методе NGPA. На втором графике (рис. 11.4) имеются две шкалы — рабочих температур и параметра S, расположенные параллельно оси ординат, и показан ряд изобар рабочих давлений. С помощью графика (рис. П.4)

Рис. П .З.

График для определения параметра К 0

Цифры на кривых — давление сходимости, фунт/дюйм2.

62

определяют параметр S. Для этого на оси абсцисс откладывают значение давления сходимости. Из найденной точки восстанав­ ливают перпендикуляр до пересечения с изобарой давления си­ стемы. Из точки пересечения проводят горизонталь до пересе­ чения с осью ординат. Полученную на оси ординат точку соеди­ няют с точкой, соответствующей температуре системы на темпе­ ратурной шкале. Параметр S определяется точкой пересечения этой прямой со шкалой, на которой нанесены значения пара­ метра.

По третьему графику (рис. II.5) непосредственно определяют константы фазового равновесия следующим образом. На оси ординат откладывают значения параметра К0 (определенные по рис. П.З) и Ко/Ю, а на соответствующей оси абсцисс — значения параметра 5 (определен по рис. II.4) для данной системы. Затем на графике определяют точку с координатами /С0/Ю и S. Через найденную точку и точку К0 на оси ординат проводят прямую.

63

100

—

__

_—

—

—

—

Рис.

I I . 5.

График

для

определения

констант

60

—

фазового равновесия.

40

10

Из точек на осях абсцисс

О

—

(ось температуры

кипения

_ \

или ось

компонента), соот­

ветствующих

температуре

-

V

кипения

или

наименова­

нию

данного

компонента,

S

л

3

¥

-

л \

восстанавливают

перпен­

дикуляр

до

пересечения

I

¥

\

\

с

указанной

прямой. Зна­

8.

o,i

чение ординаты точки пере­

Cs

•V»

сечения

равно

значению

I

.«/

.

константы фазового равно­

Щ.0,06

_

л

*0,M -

i X .

весия данного компонента.

После

этого

проверяют

I

А

N

| 0,01

правильность

выбранного

I

i .

*

0,01

_ \

-

значения

давления

сходи­

0,006

<-

*

мости

так,

как

описано

0,00k СО

2 §

^

в

\

NGPA.

Н

1

1 1 |

N

§

!

§

методе

ё

0,001

I

t

1g

g

А

“

поря­

В ? 11

I

I

*1_ ПI_

,2

I

| Таким

образом,

0,001

111

1

1_

1

I док определения

констант

[wfmftw{)m|iiii|iml«Mi|imJi им|f nji иi[ 11 f 11

фазового равновесия по ме­

3

§

■=>

§

§

§

§

тоду

Нейрея

следующий.

i Нормальная температура кипенияf °f*

HH—I--1—I—I--- 1---1—!■■■[ -Г

1.

Co

ляют

значение параметра

ПараметрS

Ко в зависимости от Р и Р сх.

! 2.

По

рис. П.4 определяют значение параметра

5.

3. По рис. II.5 определяют значение констант фазового рав-

новесия.

По способу, аналогичному приведенному в методе NGPA, про­

4.

веряют правильность выбранного значения давления сходимости.

Сравнительная точность предложенного метода с некоторыми

из существующих по данным автора метода приведена ниже 126]:

Метод

Среднеарифметическое

отклонение, %

Майера

и

Ленуара

(Myers,

7

L e n o ir) ....................................

N G P A ........................................

8,5

Рзаса

(R z a c a )............................

9,3

Уиниа

(W in n )............................

10,0

Предложенный метод. . .

7,8

Примеры расчета констант фазового равновесия

Состав исходной смеси с{, моль/моль: Сх — 0,8745; С0 — 0,0586; С3 — 0,0372;

н-С4 — 0,0212;

н-Съ — 0,0085.

МПа;

Т = —30° С.

Параметры

системы:

Р — 3,4

64

Расчет по методу NGPA

1. Задаемся давлением сходимости: Рсх = 1500 фунт/дюйм2.

2. По графикам NGPA при этом давлении сходимости и параметрах системы находим значения констант фазового равновесия для всех компонентов KQ =

= 3,45; KCg = 0,46; КСз =	0,113, Кн.Са =	0,034; % Cs = 0,0095.
3. Определяем состав равновесной жидкой фазы по уравнению
N	N
	Ц с //[1+ е №	- 1)] = 1
1=1	1=1

Расчет ведем итерационным методом, задаваясь мольной долей паровой фазы е. В результате получаем состав равновесной жидкой фазы Х[, моль/моль:

Сг — 0,2635; С2 — 0,1199, С3 — 0,2321,		«-С4 — 0,2480, н-Съ — 0,1365. При
этом е =	0,9467.
4.	Полученную жидкую фазу условно разбиваем на два компонента. За
легкий компонент принимаем метан, за		псевдотяжелый — все остальные ком­

поненты смеси. Для псевдотяжелого компонента по уравнениям (11.127—11.128) определяем средиемассовые критические температуру и давление. Результаты

расчетов	приведены ниже:
	Мольный	Молеку­
Компо­		лярная	x i M i	гкР/	xiMi TKp[	ркр.
	состав	масса
нент	x i
с н 4	0,2635	30	. . .	90,3	325,08	704	_
с 2н 6	0,1199		3,60				2 534,40
с3н 8	0,2321	44	10,21	106,6	2 109,39	614,3	6 272,00
С4Н10	0,2480	58	14,39	306,0	4 403,34	549,5	7 878,53
С5н 12	0,1365	72	9,83	386,0	3 794,38	486,3	4 780,33
	1,0000	—	38,03	—	10 632,19	—	21 465,26
Подставляя приведенные выше данные в уравнениях 11.127—11.128, полу­
чаем значения среднемассовых			критических параметров
Гкр. мае —		10632,19	279,57;		21465,26	= 564,43
		38,03		кр. мае — 38,03

Для полученных среднемассовых критических параметров псевдотяжелого компонента по рис. II. 1, II.2 и графикам NGPA определяем давление сходимости

Р сх = 1500 фунт/дюйм8

Поскольку заданное давление сходимости совпадает с рассчитанным, кон­ станты равновесия определены правильно.

Расчет	по методу	Нейрея
1. По рис. П.З для принятого давления сходимости Рсх = 1500 фунт/дюйм?
и давления	системы Р =	500 фунт/дюйм? находим К0 = 7.

2.На рис. II.4 определяем параметр S для давления сходимости системы

Рсх = 1500 фунт/дюйм8, давлении системы Р = 500 фунт/дюйм? и температуры

системы t = —22 °F; S = 1,7.

3. Используя параметры Ко и 5 на рис. II.5 указанным выше способом, строим прямую, с помощью которой определяем константы фазового равнове­ сия для каждого компонента: KQA — 3,5; KCg = 0,465; KQ = 0,114; K^.Q =

= 0,032; KH.Cl = 0,0080.

Далее проверяем правильность выбранного значения давления сходимости, как это подробно описано в методе NGPA.

3 Берлин М. А. и др.

65

Глава

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ И ИХ СМЕСЕЙ

При термодинамических расчетах процессов переработки газов чаще всего используют следующие теплофизические свойства: давление, температуру, сжимаемость, удельный объем, плотность, энтальпию, энтропию, теплоемкость, теплопроводность, вяз­ кость [27—31 ].

В настоящей главе рассматриваются указанные свойства ин­ дивидуальных углеводородов и их смесей, а также некоторые ме­ тоды определения этих свойств. Давление, объем, температуру и коэффициент сжимаемости обычно находят по уравнениям состоя­ ния.

Многие свойства углеводородов определяют на основе теории соответственных состояний, для чего необходимо знать крити­ ческие параметры отдельных компонентов и их смесей.

ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ И ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ

Температура кипения углеводородов от Q до С10 определена экспериментально и приводится в табл. 11.9. Температуру кипе­ ния чистых парафиновых углеводородов от Q до С2(, при нор­ мальных условиях можно рассчитать с точностью ± 1 К по урав­ нению [32]:

Тква =	(193,3 — 0,05л) (п — I)0*91 — 121/г + 232,7	(11.129)
где п — число атомов	углеводорода компонента.

Давление насыщенных паров чистых углеводородов, для ко­ торых имеются надежные данные по Т 1тп, Т кру Р кр, можно опре­ делять по уравнению [31 ]

igPпр. нас — Р — 0,01500+ 1,397 (Т Пр — б)2 +

+	5,813(Гпр- в ) * ] ( 1 ---- +	- )	<11.130)
где Рпр.нас = -Рцас/Ркр:	б = —0,1018 + 0,38060 — 0,02861 Р2;		Р = 7,пр.кппХ
X lg (0.96784Ркр)/(1 _	р. „„„)■ Т„р. „„„ =	.
	1 кр

66

Таблица 11.9. Физико-химические свойства * углеводородов и N2, С02, H2S

			Температура	кипения		Критические параметры
Компонент	Формула	Молеку­			температура		давле­	удель­	коэффи­
		лярная	°C	к				ный	циент
		масса			°С	К	ние,	объем,	сжимае­
							МПа	см3/г	мости
Метан	сн 4	16,043	—161,49	111,66	—82,60	190,55	4,61	6,1985	0,288
Этан	С2Н„	30,070	—88,63	184,52	32,28	305,43	4,88	4,9126	0,285
Пропан	С3н 8	44,097	—42,07	231,08	96,67	369,82	4,25	4,5568	0,281
Бутан	С4Н10	58,124	—0,50	272,65	152,01	425,16	3,80	4,3945	0,274
Изобутан	С4н10	58,124	—11,73	261,42	134,98	408,13	3,65	4,5256	0,283
Пентан	С5Н12	72,151	36,074	309,074	196,50	469,65	3,37	4,3071	0,262
Изопентан	С3Нх2	72,151	27,852	301,00	187,24	460,39	3,38	4,2759	0,270
Гексан	С„Н14	86,178	68,740	341,89	234,20	507,35	3,01	4,2759	0,264
Гептан	С7н 1в	100,205	98,427	371,577	267,00	540,15	2,74	4,2572	0,263
Октан		114,232	125,665	398,815	295,61	568,76	2,49	4,2572	0,259
Нонан	c flH20	128,259	150,798	423,948	321,41	594,56	2,29	4,2010	0,254
Декан	СюН22	142,286	174,122	447,272	344,4	617,5	2,10	4,1885	0,247
Азот	N 2	28,010	—195,798	77,352	—149,89	126,26	3,40	3,2147	0,2916
Диоксид углерода	co2	44,010	—78,477	194,673	31,05	304,20	7,38	3,1723	0,274
Сероводород	HoS	34,080	—60,341	212,809	100,4	373,6	9,01	—	0,283

Компонент

Метан

Эган

Пропан

Бутан

Изобутан

Пентан

Изопентан

Гексан

Гептан

Октан

Нонан

Декан

Азот Диоксид углерода Сероводород

Формула

с н 4

С2н в

С3н 8

р р о

С4Н10

CSH12

С5Н12

С ,нм

С7Нхб

CgHlg

С9Н 2О

Ol0^22

N2 с о 2

HoS

						Продолжение	табл.	I I .9
		Теплота сгорания			Плотность	Плотность
	Фактор				жидкости		Удельный
Молеку­					при 15,55 °С	газа по
	ацентрнч-		высшая,		и давлении	отношению	объем газа
лярная	ности	низшая,			0,1 МПа,	к воздуху	при 15,55 °С
масса	со		кДж/кг		кг/м3	при 15,55 °С	и 0,1 МПа,
		кДж/м3	жидкости		Рж	и 0,1 МПа	ма/кг	V
16,043	0,0072	37 704				0,55	1473,80
30,070	0,0908	66 427	—		—	1,046	781,52
44,097	0,1454	95 263	50 139		506,0	1,547	529,78
58,124	0,1928	125 514	49 294		582,6	2,071	394,94
58,124	0,1756	124 957	49 206		561,3	2,067	395,69
72,151	0,2510	149 359	48 770		629,3	2,4906	328,35
72,151	0,2273	149 061	48 686		622,9	2,4906	328,35
86,178	0,2957	177 190	48 431		662,1	2,9749	274,90
100,205	0,3506	205 021	48	188	686,3	3,4591	236,42
114,232	0,3942	232 851	48 008		704.8	3,9432	207,39
128,259	0,4437	260 641	47 870		719,7	4,4275	184,71
142,286	0,4902	288 472	48	113	732,5	4,9118	166,50
28,010	0,040	—	—		—	0,9672	844,69
44,010	0,231	—	—		809,4	1,5194	534,89
34,080	0,100	25 034			783,0	1,1764	689,76

* Температура кипения, критические параметры, объем, температура, давление, коэффициент сжимаемости взяты из работы [25]; фактор ацентричностн со для N2, С0 2, H2S — из работы [33], для углеводородов — из работы [34]; удельный объем, теплота сгорания, плот* ♦ность — из работы [21.

Температура, °С

Рис. II.6.

Давление насыщенных паров легких углеводородов при низких температурах.

Наиболее просто определить давление насыщенных паров ин­ дивидуальных углеводородов графическим методом, используя зависимость давления насыщенных паров от температуры (рис. II.6 и II.7) [2].

КРИТИЧЕСКИЕ ТЕМПЕРАТУРА, ДАВЛЕНИЕ И ОБЪЕМ

Критические параметры для индивидуальных углеводородов, полученные на основе экспериментальных данных, приводятся в табл. II.9. Критическую температуру индивидуальных угле­ водородов Q —С15 можно определить (с точностью до ± 1 К) по уравнению [32]

Гкр = 391,7 (я — 1)/[2,645 + (я — I)0*785] + 190,7

(11.131)

где я — число атомов углеводорода компонента.

Критическое давление углеводородов от Сх до C2ft (кроме С18) можно определить с точностью до 0,05 МПа по зависимости

Ркр = 495,1/(7,977 + я1*2)	(11.132)
где я — число атомов углерода.
Для определения критического объема	углеводородов от Са

до С1в (с точностью до 4 см3/моль) можно использовать уравне­ ние [32]

Ккр = 58,0я + 22

(11.133)

В практике расчетов и исследований углеводородных систем часто применяют псевдокритические параметры, которыми поль-

69

/00000

А бсолютное дадление, иПа

-70

-60 -50 -W -30 -10 -10 0 10 10 30 40 50 60 708090100

150 100 150 300350 Ш 500

Температура, °С

Puc. II.7.

Давление насыщенных паров нормальных метановых углеводородов.