Осушка газа

18

накапливающейся в нижней части сепаратора. Накопленная жидкость вместе сводой и тяжелыми углеводородами,

поступающими из отбойника (3), через регулятор уровня сбрасывается в поток (III). Очищенный газ через флянцевое соединение подаётся в распылительный абсорбер (4), в объёме которого с помощью специальных форсунок распыляется абсорбент. Распылительные ступени в абсорбере (4) установлены последовательно относительно газового потока и параллельно относительно абсорбента. Кроме того, абсорбер имеет соответствующее число эффективно действующих промежуточных насадок. В результате тесного контакта в абсорбере происходит поглощение влаги. Осушенный газ через каплеуловительную секцию (7) потоком (IV) покидает установку, а насыщенный абсорбент через сепаратор тонкой очистки (6) направляется на регенерацию, сводящуюся к выпариванию поглощенной воды. Для этого насышенный абсорбент нагревают примерно до 500С в дефлегматоре (8), расположенном в верхней части выпарной колонны (9), затем примерно до 1000С в теплообменнике (10), расположенном в ёмкости сбора регенерированного абсорбента (11) и поступает в выпарную колонну (9), снабженную контактными устройствами. Температура в верхней части колонны (9) поддерживается на уровне 700С. Орошение верхней части происходит за счет конденсации паров воды на трубках дифлегматора. Температура в нижней части колонны поддерживается на уровне 1650С, за счет паров абсорбента, поднимающихся из испарителя (12). В этих условиях отпаренная вода потоком (V) в виде пара стравливается в атмосферу. Регенерированный абсорбент из накопительной ёмкости (11) после охлаждения в калорифере (14) и прохождения фильтра (15) насосом (16) возвращается в процесс. Унос реагента газом непрерывно компенсируется (поток VIII). Источником тепла для регенерации служат дымовые газы, образующиеся в топке под давлением (17), при сжигании части осушенного газа в воздухе (поток VII). После отдачи тепла дымовые газы потоком

(VI) выбрасываются в пятиметровую дымовую трубу.

Консорциум « Н е д р а »

19

Установка выполнена в блочном исполнении (блок охлаждения, сепарации, абсорбции и регенерации). Каждый блок установлен на металлических санях. Первые три блока монтируют в общем ангарном укрытии.

Итак, мы уже неоднократно встречаемся со специальными устройствами, носящими название контактных.

Познакомимся с ними поближе. Они служат одной цели – обеспечить тесный контакт и взаимодействие газовой и жидкой фазы. Различают контактные устройства тарелчатого и насадочного типа. Контактные устройства тарелчатого типа представляют собой жесткую металлическую конструкцию, самых различных модификаций (колпачковые, S –

образные, сетчатые, желобковые и т.д.).

Рассмотрим принцип действия одной из них – колпачковой (рис.13.7).

Схема действия колпачковой тарелки

Консорциум « Н е д р а »

20

Рис.13.7

Влажный газ подаётся на осушку в нижнюю часть абсорбера. Вначале он попадает в каплеотделитель, снабженный насадкой для отделения от него взвешенных капель воды. Затем, газ через тарелки поднимается вверх. Число тарелок в аппарате может быть от 5 до 12.Навстречу газу стекает абсорбент. Каждый колпачек погружен своими краями в абсорбент, образуя гидравлический затвор. Газ, поднимаясь по сквозным патрубкам, пробивается через затвор и распыляет абсорбент. Края колпачков зазубрены. Абсорбент контактирует с газом, главным образом, в зонах пены,

брызг и в образующемся в межтарелчатом пространстве тумане.

Консорциум « Н е д р а »

21

1.Насадка для отделения от газа капель воды; 2. Глухая тарелка; 3. Штуцер; 4. Копачек; 5. Колпачковая тарелка;

6.Насадка для отделения от газа капель абсорбента; 7. Сливная труба; 8. Корпус.

I. Осушенный газ из абсорбера; II. Регенерированный или свежий абсорбент; III. Отработанный абсорбент на регенерацию; IV. Сырой газ на осушку; V. Вода в канализацию.

Контактный аппарат насадочного типа представляет собой полую колонну, в которой часть объёма заполнена слоями твёрдых тел различных размеров и форм – неподвижными и подвижными насадками – которые служат для создания развитой поверхности контакта между взаимодействующими потоками. Если насадка неподвижна, то она засыпается на опорные решетки, имеющие отверстия для стока жидкости и прохождения газа (рис.13.8).

Схема действия насадочного абсорбера

Рис.13.8

Консорциум « Н е д р а »

22

Жидкость при этом, подаётся на насадку сверху при помощи специальных распределительных устройств. По всей высоте насадки равномерное распределение жидкости невозможно из-за так называемого пристеночного эффекта вследствие которого жидкость самопроизвольно стремится к переферии. Для предотвращения этого и улучшения смачиваемости насадки ее укладывают не сплошь на всю высоту, а отдельными слоями по 1,5 - 3,0 м и под каждым из них кроме нижнего, размешают устройства перераспределяющие потоки жидкости.

1 - неподвижная насадка

2 - опорная решетка

3,4 - распределители и перераспределители жидкости соответственно.

Газ и жидкость движутся, как правило, противотоком и лишь при высоких скоростях газа (более 10 м/с) используют прямоток (нисходящий).

Для работы с грязненными газами и жидкостями применяют аппараты с подвижной насадкой, в которой твердые элементы поддерживаются в псевдоожиженном состоянии потоком газа. Объем псевдоожиженного слоя ограничивается решетками, расположенными, как правило, на расстоянии 1,0 -1,5 м друг от друга.

Насадочные тела изготавливают обычно из металла, стекла, керамики, пластмасс, дерева и загружают в аппараты либо навалом (нерегулярные насадки), либо укладывают или монтируют в определенном порядке (регулярные насадки).

Основными характеристиками насадок являются - удельная поверхность и свободный объем. Под удельной поверхностью понимают суммарную поверхность всех насадочных тел в единице объема аппарата (м2/м3). Чем она выше, тем больше эффективность работы насадки, но выше гидравлическое сопротивление и меньше производительность. Свободный объем это суммарный объем пустот между насадочными телами в единице объема

Консорциум « Н е д р а »

23

аппарата (м3/м3). Чем больше эта величина, тем выше производительность аппарата, меньше гидравлическое сопротивление и меньше эффективность.

Элементы нерегулярных насадок выполняют в виде колец, спиралей, роликов, шаров, полусфер, седел и др.

Наиболее распространены: кольца Рашига с высотой, равной диаметру, кольца Палля, Лессинга, седла Берля и насадки Инталокс.

Регулярные насадки имеют меньшее гидрав лическое сопротивление и большую пропускную способность. Это в основном - хордовые насадки сетчатые насадки и трубчатые насадки самых различных модификаций.

Помимо тарелчатых и насадочных аппаратов используется их комбинация. В них слои насадок чередуются с тарелками, одновременно исполняющими роль перераспределителей жидкости.

Насадочные аппараты обладают высокой разделительной способностью и большой производительностью,

сравнительно невысоким гидравлическим сопротивлением, просты и надежны в работе. Но из них трудно отводить тепло.

Осушка газа адсорбцией

Адсорбция - это объемное поглощение газов и паров поверхностью твердого тела (адсорбентом) с образованием обновленной поверхности.

Процесс обратный адсорбции называется десорбцией.

Различают физическую, химическую и так называемую промежуточную адсорбцию. Физическая адсорбция связана,

как правило, с Вандер-Ваальсовыми силами, удерживающими молекулы газов и паров у поверхности твердого тела и не

Консорциум « Н е д р а »

24

сопровождается химическим взаимодействием между поглощаемым компонентом и поглотителем. Энергия взаимодействия в этом случае не превышает нескольких десятков кДж/ моль поглощаемого вещества.

Химическая адсорбция (хемосорбция) связана с протеканием определенных поверхностных химических реакций между поглощаемым веществом и адсорбентом и для своего осуществления требуют преодоления определенного активационного барьера. Энергия взаимодействия, в этом случае, достигает нескольких сотен кДж/модь поглощаемого вещества. Наконец, промежуточная адсорбция связана с образованием между молекулами поглощаемого вещества и поверхностью адсорбента слабых координационных связей (например, водородных) с промежуточными значениями энергии взаимодействия.

При физической адсорбции поглощающая способность адсорбента (разумеется, при достижении равновесия)

определяется температурой, давлением, концентрацией поглощаемого компонента и удельной поверхностью поглотителя.

- чем выше температура, тем меньше поглощающая способность адсорбента, т.е. физическая адсорбция экзотермична.

-с ростом давления, наоборот, поглощающая способность адсорбента нарастает (разумеется, речь идет о парциальном давлении поглощаемого компонента).

- влияние концентрации поглощаемого компонента и удельной поверхности адсорбента аналогичны влиянию давления.

Консорциум « Н е д р а »

25

При химической адсорбции поглощающая способность адсорбента (при достижении равновесия), как и при абсорбции, целиком определяется константой равновесия конкретной химической реакции, которая, как известно,

подчиняется принципу Ля-Шателъе.

Существует множество технологических приемов проведения адсорбционных процессов. Наибольшее распространение получили циклические (переодические) установки с неподвижным слоем адсорбента, основной узел которых - один или несколько адсорберов, выполненных в виде полых колонн, заполненных гранулированным адсорбентом. Газовый поток, содержащий адсорбируемые компоненты, пропускается через слой адсорбента до проскока. После этого, адсорбент в адсорбере регенерируют, а газовый поток направляют в другой адсорбер.

Регенерацию проводят нагреванием, сбросом давления, вытеснением или комбинацией этих методов. Так как время адсорбции и регенерации не совпадает, то подбирают такое число одновременно работающих и регенерируемых адсорберов, чтобы в целом процесс шел непрерывно. При этом возможно 2 варианта: 1 - целевой продукт адсорбируется и может быть выделен только при регенерации. 2-адсорбируются нецелевые компоненты. В этом случае, целевой продукт получают непосредственно при адсорбции.

Менее распространены установки с движущимся слоем адсорбента. Последний под действием силы тяжести медленно опускается по адсорберу, выводится из его нижней части и попадает в так называемый эрлифт,

представляющий собой вертикальную трубу, параллельную адсорбционной колонне. По этой трубе снизу вверх движется поток воздуха, который поднимает зерна адсорбента в верхнюю часть колонны. Перерабатываемый

Консорциум « Н е д р а »

26

газовый поток поступает в среднюю часть адсорбера и движется вверх противотоком к адсорбенту. В верхней части колонны непрерывно происходит адсорбция, в нижней - регенерация. Возможна и другая конструкция - когда десорбер выполнен в виде отдельного аппарата, параллельного адсорберу. В этом случае, необходимы два эрлифта.

Наконец, существуют установки с псевдоожиженным (кипящим) слоем адсорбента, при котором, газовый поток,

поступающий в адсорбер снизу, приводит адсорбент во взвешенное состояние. При этом, резко увеличивается эффективность массообмена между адсорбентом и газом и сокращается длительность адсорбции и десорбции,

проводимой, обычно, в другом аппарате.

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

1.Большая адсорбционная емкость

2.Легкость регенерации

3.Механическая прочность

4.Химическая инертность и термическая стой -кость

5.Низкое сопротивление потоку газа

6.Способность выдерживать много циклов адсорбция - десорбция

7.Доступность.

Наиболее полно данным требованиям отвечают адсорбенты, основные свойства которых приведены в табл. 13.1.

Консорциум « Н е д р а »