Осушка газа

10

сепаратор низкого давления (5) где и происходит выделение сухого газа, состоящего, в основном, из метана. Этот газ поджимается в компрессоре (4) и потоком (III) направляется потребителю.

Жидкая фаза из сепаратора поступает в колонну (6) – деметанизатор в которой за счет постепенного нагрева жидкость освобождается от растворенного в ней метана, присоединяемого к потоку сухого газа. Подогрев осуществляется с помощью «горячей струи» через теплообменник (7), обогреваемый частью исходного газа.

Деметанизированный газ направляется в колонну (8) – деэтанизатор, где за счет снижения давления происходит выделение этана, направляемого потоком (IV) потребителю. Оставшаяся смесь через промежуточную ёмкость (16) и

отстойник (17) направляется в ректификационную колонну (18) – депропанизатор. На входе ёмкости она смешивается с углеводородной компонентой, поступающей с узла регенерации метанола. Подвод тепла в колонну осуществляется путём организации горячей струи в кубовой части с помощью насоса (10) и теплообменника (11). Теплоносителем служит водяной пар. Отогнанный пропан охлаждается в водяном холодильнике (19) и частично возвращается на орошение колонны и, в принципе, может быть направлен потребителю. Но если в исходном газе содержались сероводород, меркаптаны и другие сернистые соединения, этого сделать нельзя; т.к. они в значительной мере выделяются в газовую фазу в тех же условиях, что и пропан. Поэтому, пропан направляют на блок очистки, состоящий из абсорбера (21) и десорбера (24). О работе этого узла будет подробно рассказано ниже в соответствующем разделе.

Очищенный пропан проходит окончательную очистку защелачиванием в ёмкости (22) и через отстойник (23) потоком

(VIII) направляется потребителю. Выделенные кислые компоненты потоком (IX) направляются на утилизацию. А

депропанизированная смесь из колонны (18) направляется в ректификационную колонну (26) – дебутанизатор,

работающую аналогично колонне (18). Выделенный бутан также направляется на блок очистки, состоящий из адсорбера

Консорциум « Н е д р а »

vk.com/id446425943

Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:

«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»

11

(29) и десорбера (24). Очищенный бутан через ёмкость (30) в которой при необходимости тоже можно организовать защелачивание, потоком (Х) направляется потребителю. Оставшиеся углеводороды под названием конденсата потоком

(XI) выводятся с установки. При необходимости он может быть разделён на ШФЛУ и нефтяную часть или из него может быть продолжено извлечение индивидуальных компонентов или узких фракций, т.е. схема открыта для наращивания.

Узел регенерации метанола состоит из двух основных аппаратов – тарелчатой колонны (9) и насадочной колонны (14)

где метанол просто отпаривают, охладжают и конденсируют в АВО (12), отделяют от увлечённых углеводородов в сепараторе (13) и накапливают в ёмкости (15), откуда после добавки свежего потока (поток VI) возвращают в процесс.

Углеводородная часть (С4+высш) из сепаратора (13) и куба колонны (9) направляются на дебутанизацию. В сепараторах (1)

и (2) поддерживают такие условия, что более лёгкие компоненты в водный раствор метилового спирта практически не

попадают.

Осушка газа абсорбцией

Абсорбция – это объёмное поглощение газов и паров жидкостью (абсорбентом) с образованием раствора. Процесс

обратный абсорбции называется десорбцией.

Различают физическую, химическую и так называемую промежуточную абсорбцию. Физическая абсорбция связана с образованием физического раствора без химического взаимодействия поглощаемого компонента и растворителя.

Химическая абсорбция (хемосорбция) связана с протеканием определённых химических реакций между поглощаемым компонентом и абсорбентом. Энергия взаимодействия в этом случае всегда > 25 кДж/моль. Наконец, промежуточная

Консорциум « Н е д р а »

12

абсорбция связана с образованием между молекулами поглощаемого вещества и абсорбента слабых координационных связей (например, водородных) с энергиями взаимодействия 20 – 30 кДж/моль.

При физической абсорбции поглощающая способность абсорбента (разумеется при достижении равновесия)

определяется константой фазового равновесия). Чем она меньше тем лучше поглотительные возможности растворителя.

Константа фазового равновесия, в свою очередь, является функцией давления, температуры и состава газа и жидкости,

т.е.:

причём, решающее влияние принадлежит первым двум аргументам:

-с ростом давления растворимость любого компонента газа увеличивается (константа фазового равновесия понижается);

-с ростом температуры растворимость плохо растворимых газов увеличивается (за исключением водных растворов), а растворимость хорошо растворимых газов уменьшается.

При химической абсорбции поглощающая способность абсорбента (при достижении равновесия) определяется константой равновесия конкретной химической реакции, которая, в свою очередь, подчиняется принципам Ля – Шателье. Поскольку поглощение идёт с уменьшением объёма, то:

-с ростом давления растворимость увеличивается. Поскольку хемосорбция может идти как с выделением, так и

споглощением тепла, причём, в гораздо больших количествах, чем при физической абсорбции, то:

Консорциум « Н е д р а »

13

-с ростом температуры растворимость будет уменьшаться, если реакция идёт с выделением тепла, и, наоборот,

будет возрастать, если реакция идёт с поглощением тепла. Кроме того, при хемосорбции роль двух последних аргументов, пожалуй, не менее значительна, ибо может привести либо к полному прекращению реакции (ингибирующие добавки), либо к её стремительному протеканию в присутствии катализирующих добавок. При этом, с

термодинамической точки зрения химическая абсорбция особо выгодна для удаления из газа компонентов с малыми концентрациями, в то время как для грубой очистки пригодны оба метода.

- При физической абсорбции поглощаемый газ в результате молекулярной, конвективной, а также турбулентной диффузии из ядра газового потока переносится к границе раздела фаз, а затем, по такому же механизму равномерно распределяется в объёме жидкости. При химической абсорбции эти процессы осложняются химической реакцией,

причём, скорость каждого процесса сказывается на скорости реакции. Поскольку скорость химической реакции, как правило, намного выше скорости диффузии, именно последняя (во всех своих проявлениях) является лимитирующей стадией процесса.

Абсорбция осуществляется в массообменных аппаратах называемых абсорберами (скрубберами). Их классификация, устройство, расчет и анализ работы подробно изложены в материалах практических занятий.

Абсорбцию, как правило, осуществляют в виде абсорбционно – десорбционного цикла (рис.13.5).

Технологическая схема абсорбционно – десорбционного цикла

Консорциум « Н е д р а »

14

Рис.13.5

Однако, стадия десорбции может отсутствовать, если в результате абсорбции получают готовый продукт или регенерация поглотителя невозможна (разомкнутый цикл). При этом, чем выше циркуляция поглотителя, тем меньше размеры абсорбера, но выше эксплуатационные расходы и побочное поглощение из газа нецелевых компонентов. Для снижения этих расходов поглотитель может подаваться в абсорбер разной степени регенерированности в разные точки,

соответственно, и отбираться из десорбера об будет из разных точек. Регенерация абсорбентов, как правило, проводится либо снижением давления, либо нагреванием, либо отдувкой плохо растворимым газом.

Физическую абсорбцию осуществляют, как правило, при температуре приходящего газа (20 – 400С) или при специально понижаемых температурах, т.к. при этом возрастает растворимость хорошо поглощаемого компонента и снижается растворимость плохо поглощаемых компонентов, т.е. повышается селективность процесса (любой компонент можно сделать хорошо или плохо растворимым, меняя марку растворителя). Кроме этого, уменьшаются потери

Консорциум « Н е д р а »

15

растворителя от испарения и рост парциального давления поглощаемого компонента в исходном газе практически не влияет на степень циркуляции поглотителя чего не скажешь о хемосорбции.

К жидкому абсорбенту, предназначенному для осушки газа, предъявляются многочисленные требования, основные из которых сводятся к следующему:

1.Высокая влагоёмкость;

2.Нетоксичность;

3.Стабильность;

4.Отсутствие корродирующих свойств;

5.Низкая растворяющая способность по отношению к углеводородам и слабая растворимость в них;

6.Простота регенерации.

В наибольшей степени этим требованиям отвечают диэтиленгликоль и триэтиленгликоль (ДЭГ и ТЭГ) – ГОСТ

10136 – 77. Используя ДЭГ можно уменьшить температуру точки росы газа по воде примерно на 300С. ТЭГ обладает более высокой влагоёмкостью, но труднее регенерируется по сравнению с ДЭГом. В России, в основном, используется ДЭГ. Во ВНИИСПТнефти и ЦКБН созданы блочные автоматизированные установки осушки газа ДЭГом пропускной способностью 100, 200 и 300 тыс.м3/сутки на рабочее давление 10 атм и пропускной способностью 500 тыс м3/сутки на рабочее давление 6 атм. В последнее время появились установки пропускной способностью 1200 и 2400 тыс м3/сутки на рабочее давление 10 атм. Немало осталось в России и установок спроектированных в ГДР, основанных на использовании ТЭГа с пропускной способностью 500 тыс м3/сутки на рабочее давление 6 атм. Принципиальные технологические схемы отечественных и импортных установок осушки газа аналогичны и приведены на рис. 2.5:

Консорциум « Н е д р а »

16

Консорциум « Н е д р а »

17

Принципиальная схема абсорбционной осушки газа

Рис.13.6

Исходный влажный газ потоком (I) проходит через холодильник (1), охлаждаемый любым хладоагентом (поток II)

и с температурой порядка 350С поступает в сепаратор (2), где он освобождается от жидкой влаги и сконденсировавшихся тяжелых углеводородов, выводимых с установки потоком (III). Охлаждённый газ освобождается от уносимого тумана жидкости в ловушке с завихряющим устройством (3) и поступает в сепаратор тонкой очистки (5),

снабженный отбойными устройствами, где и происходит окончательное отделение от газа капельной жидкости,

Консорциум « Н е д р а »