Газофракционирующие установки . Процессы деструктивной переработки нефтяного сырья сопровождаются образованием различных углеводородных газов, В зависимости от процесса нефтезаводские газы значительно различаются по углеводородному составу и содержанию корро­зионно-агрессивных компонентов (H₂S, HS^-, НСl, CN^-, СO₂).

Основным коррозионно-агрессивным компонентом техноло­гических сред газофракционирующих установок является серо­водород. При использовании на ГФУ неочищенного сырья с установок первичной переработки нефти и других в сырье до­полнительно могут присутствовать коррозионно-агрессивные НСl, СО₂. В газе, поступающем с установок каталитического крекинга, содержатся цианиды, так как на цеолитах, применяе­мых в качестве катализатора этого процесса, соединения азота, присутствующие в нефтях, разлагаются с образованием азота и цианидов. Наибольшая концентрация непредельных углеводо­родов наблюдается в газе высокотемпературных процессов. На­против, газы каталитического риформинга и гидрокрекинга ха­рактеризуются полным отсутствием непредельных углеводородов, так как получены в среде с высоким парциальным давлением водорода. Они содержат большое количество тяжелых газовых компонентов — бутанов и бутиленов. 

Рис. 5.1. Технологическая схема разделения газов ректификацией (ГФУ):

1, 2, 4 — сепараторы; 3 —холодильники; 5— этановая колонна; 6 — конденсаторы-холодильники; 7—кипятильники; 8— емкости орошения; 9— клапан-регулятор; 10 — пропановая ко­лонна; 11— бутановая колонна; I - жирный газ;   II - конденсат; III — отгон стабилизации; IV — сухой газ; V —фракция С3; VI — С3 и выше; VII — C4 и выше; VIII — фракция С4; IX — остаток С5 и выше 

Направление использования газа того или иного заводского процесса зависит от состава этого газа. Однако на современ­ных НПЗ и НХК, располагающих комплексом разнообразных процессов, потоки углеводородных газов со всех установок (тер­мического и каталитического крекинга, каталитического рифор­минга, гидрокрекинга, коксования, АВТ и т. п.) направляются предварительно на газофракционирование для выделения от­дельных компонентов, которые затем используются по назначе­нию. Газоразделение является важнейшим элементом в общей схеме переработки газа на топливные компоненты. При газофракционировании получают следующие фракции: сухой газ (метан — этан), пропан-пропиленовую, бутан-бутиленовую, пентан-пентановую, гексан и более тяжелые углеводороды.

Для разделения смесей углеводородных нефтяных газов ис­пользуют абсорбцию, ректификацию, адсорбцию, хемосорбцию и комбинированные методы [1]. Основной способ разделения газов — ректификация или сочетание абсорбции с ректифика­цией. Схема разделения газов ректификацией приведена на рис. 8.1 [1]. Поступающая на газофракционирующую установку смесь углеводородных газов (жирный газ) из газосепаратора под­вергается двухступенчатой компрессии. При этом после каждой ступени в результате компримирования повышается температу­ра газа за счет работы сжатия и выделения теплоты конденса­ции наиболее тяжелых углеводородов. Эта теплота снимается в холодильниках 3 и в сепараторах 1, 2 и 4 выпадает конден­сат. Газовая фаза после второй ступени компрессии поступает в этановую колонну 5. В эту же колонну подают конденсат, вы­павший после компрессии, а также верхний отгон стабилизационной колонны, полученный в результате стабилизации бензина (///). В колонне 5 путем ректификации выделяется так называемая сухая часть газа до этана включительно. На верху колонны 5 поддерживается низкая температура, и поэтому головной погон охлаждается в конденсаторе испаряющимся аммиаком или пропаном. Остаток колонны самотеком перетекает в пропановую колонну 10, работающую при более низком давлении. С верха этой колонны уходят пары пропан-пропиленовой фракции, а остаток также самотеком поступает в бутановую колонну И, где разделяется на бутан-бутиленовую фракцию и вышекипящий остаток. Головные погоны колонн 5, 10,11 проходят через конденсаторы-холодильники 6 в емкости 8, откуда часть конденсата используют для орошения, а балансовое количество фракций выходит из системы. От колонны подводится теплота посредством паровых кипятильников.

Для улучшения условий разделения газов используют абсорбционно-ректификационную установку (АГФУ). Для этого в схему перед этановой колонной включают абсорбер, орошаемый легким газойлем, В абсорбере жирный газ, подаваемый под давлением 1,0—1,2 МПа, разделяется на сухой, отходящий с верха абсорбера, и тяжелую часть, отпариваемую в десорбсре. Отпаренный абсорбент после охлаждения возвращается в абсорбер, а извлеченные углеводороды поступают в пропановую колонну, где отделяется пропан-пропиленовая фракция. На заводах широко используется схема разделения газа с включением комбинированной колонны (фракционирующего абсорбера), выполняющей функции абсорбера-десорбера. Технологическая схема, в которой имеется фракционирующий абсорбер, может включать не только газоразделение, но и стабилизацию бензина. При этом па разделение поступают жирный газ и нестабильный бензин.

Оборудование газофракционирующих установок может подвергаться сероводородной коррозии и сероводородному коррозионному растрескиванию (СКР). Эти виды разрушений возникают в сероводородных средах в присутствии водной фазы.

Сероводородная общая коррозия носит неравномерный, язвенный и точечный характер, скорость общей коррозии оборудования из углеродистых и низколегированных сталей, как правило, составляет 0,02—0,3 мм/год. Однако глубина язв под отложениями сульфидов железа на отдельных участках оборудования может достигать 1,0 мм/год. При pH среды <4, что встречается, например, в случае присутствия в среде НСl, углеродистые, низколегированные, а также хромистые стали типа 08X13 подвергаются значительной общей коррозии (скорость может составлять более 0,3 мм/год).

Опасным и часто встречающимся видом коррозионного поражения оборудования является обусловленное наводороживанием СКР, проявляющееся в расслоении основного металла и растрескивании сварных соединений [2—5]. Расслоение может происходить после 10—12 лет эксплуатации при скорости коррозии от 0,02—0,05 мм/год, а при более высокой скорости коррозии— от 6 мес до 2 лет [6] . В присутствии стимуляторов наводороживания процесс сероводородного расслоения значительно ускоряется даже при очень низких скоростях сероводородной коррозии. Известно, что цианиды являются сильными стимуляторами наводороживания стали [2, 3]. Наличие цианидов в газе, поступающем на ГФУ, может вызвать расслоение металла даже при незначительном содержании сероводорода в сырье (при парциальном давлении < 0,0001 МПа). Опыт эксплуатации показывает, что при фракционировании газов, поступающих с установки каталитического крекинга и содержащих цианиды, оборудование подвергается интенсивному расслоению.

Серьезная проблема водородного растрескивания возникает при воздействии на оборудование парообразных продуктов. Это объясняется, во-первых, более высоким содержанием коррозионно-агрессивных компонентов, в частности сероводорода и цианидов, в легких верхних потоках, во-вторых, их высокой концентрацией в образующемся на стенках оборудования конденсате и в связи с этим более низким значением pH среды. Основное количество сероводорода и цианидов при фракционировании улетучивается из исходного газа с верхними продуктами первых двух колонн. Концентрация коррозионно-агрессивных компонентов в воде прямо пропорциональна давлению в аппарате. Самые высокие давления характерны для первых двух ректификационных колонн. Поэтому опасными, зонами в отношении возникновения водородного растрескивания металла являются холодильники, расположенные после компрессора, сепараторы, головные части этановых и пропановых колонн, фракционирующий абсорбер АГФУ,пропановые емкости.

Значительной общей коррозии подвержены элементы сепараторов, емкостей орошения, верхних частей этановой и пропановой колонн, конденсаторов-холодильников пропана.

Для защиты оборудования от коррозии рекомендуется очистка газа от сероводорода и осушка его перед поступлением на ГФУ. Это не вызовет заметного удорожания сжиженных углеводородных газов, получаемых на ГФУ, поскольку все равно их подвергают глубокой очистке из-за высокой токсичности сероводорода и его способности отравлять катализаторы в последующих процессах.

Для очистки углеводородов, находящихся в газовой фазе, используют растворы этаноламинов, фенолятов и других реагентов. Наиболее распространен процесс очистки газа этаноламинами (см. ниже). Если тяжелые газовые компоненты с техисторических установок используются в жидком виде (под давлением) их можно подвергать щелочной промывке для удаления серосодержащих и кислых соединений.

Осушка газа значительно снижает агрессивность среды, однако, как правило, из-за экономических соображений ее можно применять в тех случаях, когда газ должен подвергаться последующей низкотемпературной ректификации (например, при выделении чистого этилена) или направляется непосредственно для каталитической переработки на установку с чувствительным к влаге катализатором. При низких температурах ректификации (до —100 °С) водный конденсат будет выпадать даже при небольшой влажности газа.

Нефтезаводские газы осушают при помощи жидких и твердых реагентов. Из жидких осушителей широко используют этилен-, ди- и триэтиленгликоли. Твердые адсорбенты [оксид алюминия, молекулярные сита (цеолиты)] позволяют проводить более глубокую осушку.

Эффективным способом предотвращения водородного растрескивания оборудования является удаление цианидов из продукта. Для этого рекомендуется подача воздуха с целью образования иолисульфида аммония (NH4)2Sх, который может взаимодействовать с ионом CN-, образуя тиоцианат SCN- [2]. Другой более эффективный способ удаления цианидов и сероводорода из газообразных продуктов — промывка водой с добавлением полисульфидов. Способ широко применяется при фракционировании газов каталитического крекинга.

Условия эксплуатации оборудования ГФУ в основном .допускают изготовление его из углеродистых и низколегированных сталей. Оборудование ГФУ, подверженное СКР, рекомендуется изготавливать из специальных сталей, стойких к водородному растрескиванию, например марки 20ЮЧ [5, 7]. При pH среды > 6 аппараты могут быть изготовлены из биметалла с плакирующим слоем из стали 08X13, не подверженной наводороживанию при этих значениях pH [3].

С целью своевременного выявления недопустимых расслоений и растрескивания металла необходимо проводить тщательный контроль за состоянием действующего оборудования ГФУ.