Гельперин И.И, Зеликсон Г.М., Рапопорт Л.Л. Справочник по разделению газовых смесей методом глубокого охлаждения

Подождите немного. Документ загружается.

РАЗДЕЛЕНИЕ КРЕКИНГ-ГАЗА 305

части колонны/2, а из последней вместе с этано-этиленовой фракцией колонны 5/

поступает на разделение в колонну /5.

В колонне 15 производится разделение этилена и этана, причем этан, как

высококипящий, собирается в кубе, а этилен отводится сверху колонны. Флег-

мой является жидкий этилен, получаемый в этиленовых циклах низкого и высо-

кого давления. Давление в колонне 12—около 1,5 ата.

Холод, необходимый для разделения пирогаза, получается с помощью эти-

ленового цикла высокого давления (40 ати). -Этилен этот сжимается компрес-

сором 16, проходит через змеевнк куба колонны 14, где сжижается, после чего

переохлаждается в холодильнике 20 аммиаком и в теплообменнике 18 отходящим

этиленом и частично дросселируется в качестве флегмы в колонну 15, а частично

в качестве холодильного агента в межтрубное пространство конденсационной

части колонны 14.

Этилен низкого давления отбирается после первой ступени поршневого

этиленового компрессора 16 под давлением 5,5 ата. Охлаждается он в тепло-

обменниках предварительного охлаждения этилена 17 н ъ теплообменнике

этилена низкого давления 19 отходящими этаном и этиленом, затем проходит

змеевик куба колонны 15, где конденсируется, дросселируется и подается

в качестве флегмы наверх этой колонны.

Количество этилена в этиленовом холодильном цикле остается постоянным,

а этилен, выделяемый из пирогаза, выводится в качестве конечного продукта,

содержащего до 98% этилена.

Процесс разделения пирогаза характеризуется следующими показателями,

отнесенными на 100 нм^ перерабатываемого газа:

Расход этилена низкого давления (5,5 атм) 62 м^

этилена высокого давления (40 ати) 50 ,

„ холода от аммиачной машины при — 53° С . . . 4863 /ска^^

холода от аммиачной машины при — 28° С . . . 6300 „

„ водяного пара 7961 ,

Сжатие пнрогаза П,8квт-ч

, этилена 9,0

, аммиака 8,2 ,

Степень извлечения отдельных компонентов из пирогаза (в %):

Этилен 89

Этан 86,5

Пропан и пропилен 76,0

РАЗДЕЛЕНИЕ КРЕКИНГ-ГАЗА

Установка для разделения крекинг-газа

(рис. 236)

Первоначально схема установки, показанная на рис. 236, разрабатывалась

для разделения пирогаза, а затем была несколько видоизменена и предназна-

чена для разделения крекинг-газа, имеющего состав (в объемн. %): 18,5®/о водо-

рода, 29,6% метана, 18,5% этилена, 27,2% этана, 5,0% пропана и пропилена

и 1,20/о бутана и др.

Крекинг-газ, сжатый до ^ 30 атм н прошедший водную и щелочную

очистку, поступает в блок предварительного охлаждения, состоящий из одного

теплообменника теплой ветви 1 и двух кантующихся теплообменников холод-

ной ветви 2. В теплообменнике теплой ветви 1 крекинг-газ охлаждается

до -|-5°С отходящими этановой и метаново-водородной фракциями, а в тепло-

обменнике холодной ветви 2—до —45° С — кипящим аммиаком. Пройдя льдо-

отделитель 3, газ поступает в нижнюю часть того же теплообменника 2, где

подогревается до —20° С, после чего направляется в колонну 4.

В результате разделения крекинг-газа, в кубе колонны 4 накапливаются

высококипящие углеводороды (пропан и выше) и значительная часть »тИлена

20 Зак. 4059. Справочник.

'306

IV. СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

И этана, а сверху колонны отходят несконденсировавшиеся водород, метан,

этилен и этан. В кубе колонны с помощью водяного пара поддерживается

температура -(-20° С, а в дефлегматоре аммиаком —15° С.

Кубозая жидкость из колоииы 4 дросселируется до 20 атм и поступает

на разделение в колонну 5, в которой ;>таи и этилен отделяются от углеводо-

А-

|Ь

родов (Сз и выше). Как и в колонне 3, теплоносителем для колонны 5 является

водяной пар, а холодильным агентом аммиак, кипящий при —28° С.

Кубовая жидкость колонны 5 дросселируется в- колонну 6, работающую

при незначительном избыточном давлении.

Сверху колонны 6 отводится в газообразном состоянии пропиленовая

фракция, а из ее куба бутнленовая фракция (в жидком состоянии). Обе эти

фракции отводятся из блока разделения в качестве конечных продуктов.

Теплоносителем в кубе колонны 6 является водяной пар, а холодильным аген-

том в дефлегматоре — вода.

РАЗДЕЛЕНИЕ КРЕКИНГ-ГАЗА 307

Отходящие из колонны 4 газы под давлением 30 атм поступают иа раз-

деление в метановую колонну 8. Предварительно этн газы проходят последо-

вательно метано-водородный теплобмеиник 10, этановый теплообменник //

этан-этиленовый теплообменник 12 и змеевик куба метановой колонны

В змеевике газы, охладившись до —78° С, частично конденсируются. Кон

денсат отделяется в сепараторе 21, а газы направляются в трубиое простран

ство дефлегматора 7, где происходит дальнейшее нх охлаждение и одновре

менно полная конденсация содержащихся в них этана и этилена.

Холодильным агентом в дефлегматоре 7 служит конденсат, отделившийся

в сепараторе 21, который дросселируется до 1,9 ата в межтрубное простран-

ство дефлегматора 7, где испаряется и при — 140° С направляется в метано-

вую колонну 8. Нескоидеисировавшиеся газы составляют отбросную метано-

водородную фракцию, холод которой после дросселирования используется

в теплообменниках 13, 10 н /,

Назначение метановой колонны отделить метан от этилена и этана. Раз-

деление этой смеси достигается подачей в качестве флегмы жидкого метана

с температурой —152° С, получаемого во внешнем метановом холодильном

цикле, являющемся одновременно основным источником для покрытия холо-

допотерь в установке. Метай холодильного цикла засасывается компрессо-

ром 19, сжимается до 80—100 атм, проходит последовательно теплообмен-

ник 18, где охлаждается отходящим метаном до —89° С, затем метано-

водородный теплообменник 13 и метановый теплообменник 14, после которых

температура его снижается до —147° С. При дросселировании жидкого метана

в колонну 8 до 1,5 ата температура понижается до —152° С.

Метай, выходящий из колонны 8, отдает свой холод в теплообменниках 14

и 18 и затем разветвляется иа два потока: один засасывается метановым порш-

невым компрессором 19 и возвращается в холодильный цикл, другой — выво-

дится в качестве продукта.

Кубовая жидкость колонны 8 проходит теплообменник 12, где незначи-

тельная часть ее испаряется и в виде парожидкостной смеси поступает иа

разделение в этиленовую колонну 9. К этому потоку присоединяются также

газы, отводимые сверху колонны 5 и предварительно охлажденные в переохла-

дителе и в змеевике, расположенном в кубе этиленовой колонны.

Процесс разделения в этиленовой колонне 9 осуществляется с помощью

флегмы, получаемой во внешнем этиленовом холодильном цикле. Этилен заса-

сывается компрессором 20, сжимается до 5 ати, затем проходит последова-

тельно теплообменники 16 и /7 и змеевик в кубе колонны 8, где сжижается,

после чего дросселируется до 1,5 ата и подается в качестве флегмы наверх

колонны 9. Этилен, выходящий из колонны Р, отдает свой холод в теплообмен-

никах 17 м 16 к разветвляется иа два потока: одна часть возвращается в цикл

и снова засасывается компрессором 20, а другая — выводится в качестве ко-

нечного продукта.

В кубе колонны 9 собирается этан, который выводится из установки через

теплообменник 11, переохладитель 15 и теплообменник теплой ветви /.

Общий расход электроэнергии иа 100 нм^ разделяемого газа соста-

вляет 48 квт-ч, в том числе на сжатие разделяемого газа 10,4 квт-ч, метана

11,3 квт-ч, этилена 8,7 квт-ч, аммиака 17,6 квт-ч.

Степень извлечения отдельных углеводородов (в %):

Этилен 91,5

Этан 91,0

Пропан и пропилен . . 90,0

Тяжелые углеводороды 90,0

Чистота отдельных фракций (в %):

Этиленовая 97

Этапов ая 94

Пропаи-пропнленовая . 90

Фракция С4 + С5 ... 90

20*

'308

IV. СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

РАЗДЕЛЕНИЕ ГАЗООБРАЗНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ

Установка для разделения газообразных углеводородов

(без внешнего холодильного цикла)

(рис. 237)

Особенностью установки является отсутствие в ней внешних холодильных

циклов. Холод, необходимый для осуществления процесса разделения, полу-

чается начальным сжатием всего количества газа до 30 атм и пос.тедующим

сжатием содержащихся в нем метана и водорода до 150 атм.

Франции

//сходная

смеег>

Рис. 237. Схема устанорки для разделений газообразных углеводородов

(без внешнего холодильного цикла);

2 —

порш гевой компрессор; 2, 5—разделительные кслонны; 3

—

дефлегма-

тор: ^—змеевик; 6, 8

—

отпариые колонны; 7—испаритель: 9, 20—зме-

евики;

11 —

теплообменник; 12

—

теплообменник-испаритель.

Установка рассчитана для переработки газовой смеси состава (в объемн. ®;о):

170/0 водорола, 410/0 метана, 17о/о этилена, 7,5"/о этана, 13°/о углеводородов фрак-

ции Сз и 4,50/0 углеводородов фракции С4 и выше.

Газ засасывается поршневым компрессором 1 и после второй ступени

под давлением 30 атм отводится в разделительную колонну 2, где из него

выделяются четырехатомные и высшие углеводороды.

Дефлегматор 3 этой колонны охлаждается метано-водородной фракцией,

а змеевик 4 обогревается водяным паром. В дефлегматоре поддерживается

температура — 5° С, а в кубе 40° С.

РАЗДЕЛЕНИЕ ГАЗООБРАЗНЫХ УГЛЕБОЛ01Р9Д0В 309

Несконденсировавшнеся газы проходят испаритель 7 млба колонны 6, охла-

ждаются до —10° С н поступают в разделительную млонш/ д.

Пары, отводимые сверху колонны 5, возвращактс® в компрессор 2, сжи-

маются до 150 атм, после чего охлаждаются в теп.юаймсниике 11 м в тепло-

обмеииике-испарителе 12 до —85° С.

В секциях а, б VI в теплообмеииика-испарителя /3 газы охлаждаются

до — 75° С кубовыми жидкостями из колонны 5, 6 и Л

Дальнейшее охлаждение газов в секции 2 до —85° С достигается за счет

холода, получаемого при их дросселировании с 150 атм до 30 атм.

В секции 2 сжижается 70о/о метана, который 11.с:п01льзуется в качестве

флегмы для колонны 5.

Несконденсировавшийся метан вместе с водоро'доч, после отдачи холода

в дефлегматоре 3, отводится как метано-водородная фракадя.

По высоте колонны 5 с соответствующих тарезэк отбирается этилен- и

этансодержащие жидкости, которые освобождаются о? оетких углеводородов

в отпарных колоннах и Змеевики 9 и 10 в коломнаж 5 и 5 обогреваются

водяным паром.

В кубах колонн 6, 8 и 5 собираются соответственжо фракции этилена,

этана и трехатомных углеводородов, холод которых иппользуется в аппара-

тах /2 и 11.

Лабораторный ожижитель водорюпа

(рис. 238)

Водород, сжатый компрессором 1 до 150 атм, проалащт маслоотделитель 2

п направляется в угольный адсорбер 3, где очищается от паров масла. Из

адсорбера газ направляется в верхний теплообменник 4 яшижителя 5, в котором

(т. е. теплообменнике) охлаждается обратным потоком водорода и газооб-

разным воздз'хом, выделяющимся в ванне 6. Из центральной трубки теплооб-

менника сжатый водород поступает в змеевик 7 (навитык на ваину 6), в кото-

ром охлаждается кипящим жидким воздухом. Охлажденжын в змеевике 7 сжа-

тый водород поступает в нижний теплообменник /?, г^ обратным потоком

водорода охлаждается до температуры ~ 50° К, а затем дросселируется венти-

лем 12 в сборник жидкого водорода 13. Из сборника жлдкий водород через

вентиль у4 сливается в сосуд Дьюара 15, герметизируемый капкой 33, а газо-

образный водород направляется последовательно в теплдабмеииики 11 м 4 для

использования его холода.

Пройдя теплообменники, обратный поток водорада поступает в газголь-

дер 16, откуда засасывается компрессором 1. В целяз воополнения израсходо-

ванного водорода из баллонов 17 в ожижитель вводнты; технический водород.

Технический водород подвергается осушке в силикагелезюм адсорбере, а затем

очистке от воздуха и угольном адсорбере 20, который пхлаждается жидким

воздухом.

Количество поступающего технического водорода регулируется редукто-

ром 18.

Очищенный (от влаги и воздуха) технический водорсд проходит последова-

тельно теплообменник 4 и змеевик 21, навитый на ванн/ §..

Из змеевика технический водород поступает в барватер 22, где улавли-

ваются следы примесей.

Жидкий воздух поступает в ванну 6 по сифонной трубке через вентиль 9.

В ванне жидкий воздух кипит под вакуумом, который создается форвакуум-

ным насосом 10.

Откачка воздуха производится через три трубки теплообменника 4,

в котором ои используется для охлаждения сжатого водорода.

Вся аппаратура ожижителя заключена в теплоизолнц.шпнный кожух, в кото-

ром поддерживается вакуум форвакуумиым 24 и диффузионным 25 насосами.

Пополнение системы водородом в период пуска пжизводится из реси-

вера.

'310

IV. СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

Продолжительность работы ожижителя (10 час.) определяется временем

забивки линии технического водорода или линии слива жидкого водорода.

Рис. 238. Лабораторный ожижитель водорода:

/—компрессор; 2 —маслоотделитель; 3, 20—угольные адсорберы; ^—верхний теплгообиекник;

5—ожижитель;

—ванна с жидким воздухом; 7, 2/ —змеевики; У—сифонная трубка; 9, 12, 14,

3^—вентили; /О, 2^—форвакуумные насосы; Л— нижний теплообменник; /5—сборник жидкого во-

дорода; /5—сосуд Дьюара; /6—газгольдер; /7—баллон; /5—редуктор; /9—силикагелевый адсорбер;

—

барботер, 23 — ресивер; 25 — диффузионный насос; 25—вакуумметр; 27

—

указатель уровня жид-

кого Воздуха; указатель уровня жидкого водорода; 29—мановакуумметр; 50, 37-манометры;

32—конденсационный термометр; 33

—

капка.

Адсорберы 3, 19, 20 регенерируются путем откачки с одновременным про-

гревом до 100° С. Производительность установки — 5 л жидкого водорода

в час. Максимально допустимое давление технического водорода перед входом

в ожижитель — 6 атм.

Газообразный водород из сосуда Дьюара отводится в газгольдер.

МАТЕРИАЛЫ

ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АППАРАТОВ

ГЛУБОКОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АППАРАТОВ

ГЛУБОКОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

При пониженных темаературах механические, пластические и физические

свойства металлов и их сплавов претерпевают весьма существенные изме-

нения.

У углеродистых сталей в этих условиях наблюдаются повышение времен-

ного сопротивления, предела текучести, твердости, теплопроводности и электро-

проводности; одновременно понижаются относительное удлинение, сужение,

ударная вязкость, тепловое расширение н теплоемкость.

Особенно значительно падение ударной вязкости, вследствие чего углеро-

дистая сталь при низких температурах теряет способность сопротивляться дина-

мическим н^грузкам.

В зависимости от вида термообработки, одна и та же марка стали приобре-

тает различные пластические свойства. Углеродистые и низколегированные

стали, при отпуске их после закалки в масле, имеют лучшие показатели по

относительному удлинению, сужению и ударной вязкости, чем эти же стали,

но отожженные.

Содержание отдельных химических элементов, входящих в состав стали,

различно влияет иа ее свойства. Повышение содержания углерода увеличивает

временное сопротивление и предел текучести и понижает ударную вязкость.

Никель, хром, марганец, молибден, ванадий повышают ударную вязкость сталей

при температуре ниже 0°С.

Аустенитовые никелевые, хромо-никелевые, хромо-марганцовистые, нержа-

веющее и другие стали при низких температурах в значительной степени

сохраняет свои вязкие свойства, хотя временное сопротивление, предел теку-

чести и твердость у них возрастают.

У цзетных металлов и их сплавов при низких температурах, наряду с повы-

шением механических свойств, пластические свойства снижаются незначительно,

а у меди и алюминия они даже возрастают.

Этим определяется преимущественное применение меди и ее сплавов для

изготовления аппаратуры глубокого охлаждения.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Общие свойства металлов

Таблица 144

(Е — модуль упругости; О—модуль сдвига; Н—твердсс-гь по Бринеллю; К—термический коэффициент сжатия *;

—удельное электрическое сопротивление; ру — температурный коэффициент удельного электрического сопроти-

вления **; рр— коэффициент давления удельного электрического сопротивления***; х — магнитная восприимчивость)

Плот-

нссть

Атомный

объем

см/г-атом

р-Ю'

Температура, "С

ср

нал1г-град

при 20° С

Ру-10'

при

0° С

Рр-10"

См'ЧкГ

при

30° С

Х-Ю'

смЧкГ

при

18° С

Металл

Плот-

нссть

Атомный

объем

см/г-атом

р-Ю'

плавле-

ния

кипе-

ния

ср

нал1г-град

при 20° С

см^кГ

при

30° С

ом см

при

0° С

Ру-10'

при

0° С

Рр-10"

См'ЧкГ

при

30° С

Х-Ю'

смЧкГ

при

18° С

кГ'^слС

О-Ю"®

кГ1см^

Алюминий .... 2,7

10,0

23,1

658

2500 0,214 1,4 2,41 4,7

4,73

0,60

~0,77

~ 0,276

Вольфрам .... 19,3

9,55

4,5 3380

6000 0,0321

0,3

4,91 4,8

—

0,284

3,9

1,45

250

Железо 7,87

7,19

11,5

1535

2730

0,108 0,587 8,7

6,6

—2,61

—

2,12

0,8

Золото

19,291

10.23

14,2

1063

2960

0,0309

0,577

2,04

4,0

—3,31

0,139 0,81 0,285

Кобальт

8,9 6,77

1492

3185

0,093 0,539

5,06 6,6

—1,12

—

1,8

0,78

125

Магиий

1,74 14,0 '

657

1102

0,243

—

4,18

4,1

-5,75

0,49

0,29

— .—

Марганец ....

7,5 7,4

—

742

— — —

0,17 —7,28

7.53

— — —

Медь

8,93 7,21

16,5 1084 2595

0,0915

0,719

1,55 4,3

-2,3

0,66

1,25 0,45

Молибден .... 10,2

9,4 5,1

2622 4800 0,06

0,46

5,03 4,7

-1,45

0,95

—

1,7

160

Никель 8,9

6,59

12,5

1453

3177

0,1065 0,529

6,05

6,7 -2,06

—

2,04

0,76

Олово

5,8

20,4

12,8

231,84

2430

0,0541 0,567

—

— —

0,026

0,55

0,066

Платина

21,5 9,10

8,94

1773,8

4400

0,0318 0,36

9,8

3,92

—2,06

0,982

1,7

—

Свинец

11,34

41,96

28 327,4

1750

0,0309

2,37

18,8

4,2 -15,2 0,12

0,20

0,075 3

Серебро

10,497

10,28

18,7 960,5

2170 0,0559

0,9

1,49

4,1

—3,91

0,18

0,8

0,27

Уран

—

1689

— 0,03

0,906

30,6

2,1

(—4,36)

2,6

— —

(470)

Хром

6,9 7,2

8,5

1920

2327

0,105

—

(-0,75)

3,7 — —

Цинк

7,13

9,17

14,1

419,4 906

0,092

0,664

4,8

4,2

—6,65

0,15 1,3

0,35

•» К'

У\др)гр

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

315

Теплопроводность металлов

Таблица 145

Металл

Темпера-

Металл

Темпера-

кал1см-сек-град^ ккал/м-час • град

Алюминий

высокой чистоты — 193

0,612

0,539

220,3

194,0

в виде технической проволоки,

отожженной в вакууме при 250° С

-252

— 190

0,700

0,638

252,0

229,0

Железо

выделенное двукратным электро-

лизом, рафинированное и отож-

женное

— 252

— 190

1,34

0,360

482,0

129,0

выделенное электролизом, поли-

кристаллическое, технически чи-

стое, неотожженное

— 252

— 190

0,719

0,325

259,0

117,0

АРМКО

— 183

— 78,5

0,224

0,171

0,169

80,6-

61,6

60,8

Медь

выделенная электролизом, осо-

бенно чистая

— 252,8

— 183

4,5

1,19

0,938

1620,0

428,4

337,7

выделенная электролизом, мелко-

зернистая (самая чистая)

— 252

— 190

13,0

1,31

4680,0

471,6

обычная техническая

-251

— 188

— 77

3,14

1,13

0,96

0,94

1130,4

406,8

345,6

338,4

Никель

990/о-ный (т = 8,80 г/слс^)

— 193

0,266

0,201

96,0

72,4

Олово

чистое (•[ = 9,28 г/сж^)

— 170

+ 18

0,195

0,157

70,2

56,5

Свинец

очень чистый

— 250

-200

— 160

- 100

— 50

0,1254

0,1125

0,1032

0,0961

0,090

0,0844

45,2

40.5

37,2

34.6

22.4

30,4