12 Расчет процесса абсорбции с предварительным насыщением тощего абсорбента и отбензиниванием сырого газа

Анализ распределения температур по высоте абсорберов на различных установках показал, что интенсивность нагрева абсорбента больше в верхней и нижней частях аппарата, так как основное количество метана и этана поглощается вверху колонны, а на нижних тарелках происходит растворение бутанов и пентанов. Поэтому целесообразно снять максимальное количество тепла растворения в промежуточных холодильниках, установленных вверху и внизу абсорбера. Однако схемы с промежуточными холодильниками имеют недостатки. Наличие глухих тарелок в абсорбере, сложность точного выбора места ввода охлаждённого абсорбента, низкие коэффициенты теплоотдачи.

Для устранения указанных недостатков возможно применение схем с предварительным отбензиниванием сырого газа и насыщение тощего абсорбента. Предварительное насыщение тощего абсорбента сухим газом, отходящим из абсорбера, позволяет интенсифицировать процесс абсорбции, увеличить глубину извлечения целевых компонентов. В такой схеме контакт сырого газа и насыщенного абсорбента осуществляется в холодильнике сырого газа при более низкой изотерме, чем в абсорбере. Одновременно в этом холодильнике снимается тепло абсорбции тяжелых углеводородов.

За счет снижения средней температуры смеси поглотительная ёмкость насыщенного абсорбента увеличивается. В результате абсорбент поглощает из газа в первую очередь тяжелые компоненты. Таким образом, до поступления газа через глухую тарелку в абсорбер происходит предварительное отбензиневание газа.

Рассмотрим основные расчетные уравнения для процесса абсорбции при одновременном предварительном насыщении тощего абсорбента сухим газом, покидающим абсорбер, и отбензинивании сырого газа охлажденным насыщенным абсорбентом, уходящим снизу абсорбера (рисунок 2).

Общий коэффициент извлечения в узле абсорбции φ связан с коэффициентом извлечения Е1, Е2, Е3 соответственно в аппарате предварительного отбензинивания сырого газа х–1, абсорбере К–1 и аппарате предварительного насыщения тощего абсорбента х–2 следующим соотношением: (1)

Рисунок 2 – Схема узла абсорбции с предварительным насыщением тощего абсорбента и отбензиниванием сырого газа:

L_п Х_п – количество абсорбента, покидающего узел абсорбции, моль;

V₁ У₁ – количество газа, уходящего из абсорбера, моль; Н-1, Н-2 - насосы

В основу вывода основного расчётного выражения положено уравнение (Эдмистера), учитывающее влияние остаточных компонентов в тощем абсорбенте на коэффициент извлечения в абсорбере(2)

где А – фактор абсорбции;

n – число тарелок;

V_n+1 . у_n+1 – количество компонентов в сыром газе, моль.

L_o. x_o– количество предварительно насыщенного абсорбента, поступающего в абсорбер, моль.

Извлечение в аппарате предварительного насыщения тощего абсорбента х–2 выражается уравнением Кремсера. Чтобы определить коэффициент извлечения в абсорбере, совместно решаются уравнения материального баланса аппарата предварительного насыщения абсорбента и Эдмистера (2). (3)

Запишем уравнение материального баланса абсорбера и аппарата предварительного насыщения тощего абсорбента (4)

где V₀y₀ - количество сухого газа, моль;

L₀x₀ – количество извлекаемого из газа компонента в предварительно насыщенном абсорбенте, моль.

Для компонентов, отсутствующих в тощем абсорбенте, уравнение материального баланса принимает следующий вид: (5)

Решая совместно уравнения (2), (4) и (5), получим коэффициент извлечения в аппарате предварительного отбензинивания сырого газа: (6)

Имея выражения для коэффициентов извлечения во всех трех аппаратах узла абсорбции и используя принятое ранее допущение Кремсера о постоянстве соотношения потоков пара и жидкости , можно из уравнения (1) определить общий коэффициент извлечения в узле абсорбции:(7)

где

θ₁, θ₂, θ₃ - соответственно в аппарате х-1, К-1, х-2 (рисунок 2)

- отношение констант равновесия ключевого компонента соответственно в х – 1 и К – 1.

Уравнение (7) справедливо также для случая, когда в абсорбере по высоте существуют три зоны с различными температурами, например, абсорбер с двумя промежуточными холодильниками. Если число тарелок в аппаратах предварительного насыщения тощего абсорбента и предварительного отбензинивания сырого газа равны единице (n₁ = n₃ = 1), уравнение (7) принимает вид (8)

где- отношение констант фазового равновесия ключевого компонента соответственно в х—2 и к – 1.

Из уравнения (8) можно найти коэффициент извлечения в узле абсорбции с предварительным насыщением тощего абсорбента (β=1): (9)

А также коэффициент извлечения в узле абсорбции с предварительным отбензиниванием сырого газа (при α=1); (10)

Следует отметить, что уравнение (10) применимо для расчета процесса абсорбции с подводом тепла в нижнем сечении абсорбционной колонны. Такую схему можно осуществить нагреванием сырого газа, поступающего в абсорбер, или аналогично предварительному отбензиниванию сырого газа: насыщенный абсорбент, выводимый снизу абсорбера, контактирует с сырым газом в теплообменнике, причем при более высокой изотерме, чем температура внизу колонны.

Применение в промышленности указанных схем позволяет проводить в абсорбере частичную деметанизацию насыщенного абсорбента.