Пример 3. Осушка газа с помощью триэтиленгликоля Описание процесса

Этиленгликоли, в частности, триэтиленгликоль (ТЭГ), применяются для глубокой осушки газовых потоков (арктические условия, криогенные процессы).

В данном примере с помощью HYSYS моделируется типичная схема осушки ТЭГом и регенерация последнего. Поток влажного газа поступает в абсорбер, где он контактирует со свежим раствором ТЭГ и осушается до содержания воды не более 1% мас. Абсорбер имеет 14 теоретических тарелок. Обводненный ТЭГ из абсорбера нагревается до 105 °С горячим потоком раствора ТЭГ из регенератора и подается в отпарную колонну на регенерацию. Регенератор представляет собой колонну с тремя теоретическими тарелками, включая дефлегматор и кипятильник. Регенерированный поток ТЭГ (99% мас.) охлаждается и вновь подается на верхнюю тарелку абсорбционной колонны.

Поскольку рассматриваемая схема содержит рецикл (регенерированный ТЭГ возвращается в абсорбер), необходимо до начала расчета задать параметры рециркулирующего потока (Свежий ТЭГ), которые затем будут пересчитаны системой.

Приведенный ниже состав природного газа указан без учета воды. Для того, чтобы получить влажный (насыщенный) газ, смешаем потоки Сырье и Вода, отделим свободную воду и направим в абсорбер поток влажного газа.

Рис. 37. Схема установки

Рис. 38. Абсорбер

Рис. 39. Регенератор

Начало расчета

Таблица 17

Имя	Сырье
Температура (°С)	30.0
Давление (кг/см2)	63.0
Мольный расход (кмоль/час)	500.0
N2, мольные доли	0.0010
CO2, мольные доли	0.0284
H2S, мольные доли	0.0155
Метан, мольные доли	0.8989
Этан, мольные доли	0.0310
Пропан, мольные доли	0.0148
Изобутан, мольные доли	0.0059
Бутан, мольные доли	0.0030
Изопентан, мольные доли	0.0010
Пентан, мольные доли	0.0005

Для расчета мы используем уравнение состояния Пенга-Робинсона и систему единиц SI. Состав и условия потоков природного газа и свежего ТЭГ( начальное приближение) приведены в таблицах.

Таблица 18

Имя	Вода
Температура (°С)	30.0
Давление (кг/см2)	63.0
Мольный расход (кмоль/час)	0.5
Н2О, массовые доли	1.0

Таблица 19

СМЕСИТЕЛЬ – Сатуратор
Закладка, Страница	Поле	Значение
Данные, Соединения	Вход Выход	Сырье, Вода Газ+Н2О
Данные, Параметры	Давления потоков	Равно во всех потоках

Установите Сатуратор - операция смеситель. Расход воды можно задать в широком диапазоне, важно, чтобы доля пара в смешанном потоке была меньше 1. В этом случае газ, покидающий сепаратор, будет насыщен водой.

Затем установите Скрубер - операция сепаратор.

Таблица 20

СЕПАРАТОР – Скрубер
Закладка, Страница	Поле		Значение
Данные, Соединения	Питание Пар Жидкость		Газ + H2O Газ в абсорбер Уходящая вода
Данные, Параметры	P		0

Добавьте новый поток – Свежий ТЭГ.

Таблица 21

Имя	Свежий ТЭГ
Температура (°С)	50.0000
Давление (кг/см2)	63.0000
Станд.расход ид.жидк. (м3/час)	0.5000
ТЭГ, массовые доли	0.9900
Н2О, массовые доли	0.0100

Чтобы установить абсорбер К-100, нажмите соответствующею кнопку в кассе объектов. Абсорбер содержит 14 теоретических тарелок. КПД тарелок со 2 по 13 принят равным 0.5. Для первой и последней тарелки КПД принимается равным 1.0, поскольку продукты должны отбираться с равновесных тарелок.

Таблица 22

КОЛОННА - К-100
Закладка, Страница	Поле	Значение
Соединения	Число тарелок Питание (тарелка) Пар сверху Кубовая жидкость	14 Свежий ТЭГ (1) Газ в абсорбер (14) Сухой газ Обводненный ТЭГ
Давление	1 тарелка	63.00 кг/см2
	14 тарелка	63.00 кг/см2
Параметры, КПД	Тарелки 1,14	1.0
	Тарелки 1-13	0.5

Чтобы провести расчет колонны нажмите кнопку Пуск.

Поток обводненного ТЭГ проходит через дроссель.

Таблица 23

КЛАПАН - Дроссель
Поле	Значение
Вход Выход	Обводненный ТЭГ ТЭГ низк.давл.

Таблица 24

ТЕПЛООБМЕННИК - Т-100
Закладка, Страница	Поле	Значение
Данные, Соединения	Вход в корпус Вход в трубки Выход из корпуса Выход из трубок	ТЭГ низк.давл. Куб регенератора Сырье регенератора ТЭГ из Т-100
Данные, Параметры	P трубок P корпуса	0.01 кг/см2 0.7 кг/см2
Задайте температуру и давление в потоке Сырье регенератора 105 °С и 1.1 кг/см2.

Следующая операция, которую нужно установить, это теплообменник Т-100. Задайте температуру и давление в потоке Сырье регенератора 105 °С и 1.1 кг/см².

Регенератор моделируется как ректификационная колонна с одной теоретической тарелкой.

Таблица 25

РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА – Регенератор
Закладка, Страница	Поле	Значение
Соединения	Число тарелок Питание Тип конденсатора Пар сверху Кубовая жидкость	1 Сырье регенератора Полная флегма Газ из регенератора Куб регенератора
Давление	Конденсатор	1.03 кг/см2
Данные, Соединения	P конденсатора	0.02 кг/см2

Для колонн такого типа две спецификации должны быть активными. По умолчанию это Флегмовое число и Расход пара. Мы будем считать колонну на другие спецификации – температура в конденсаторе и температура в кипятильнике. Добавьте новые спецификации и назначьте их активными.

Таблица 26

Регенератор, Спецификации
Тип спецификации	Поле	Значение
Температура (Column Temperature)	Имя Тарелка Задано	Температура конденсатора Конденсатор 102 °С
Температура (Column Temperature)	Имя Тарелка Задано	Температура ребойлера Ребойлер 205 °С

На закладке Параметры, страница Решатель измените метод расчета на Modified HYSIM Inside-Out. Нажмите кнопку Пуск для запуска колонны на счет.

Небольшие количества ТЭГ теряются в схеме, поэтому необходимо предусмотреть подпитку ТЭГ. Сначала заведите поток Подпитка ТЭГ, а затем установите Смеситель.

Таблица 27

Имя	Подпитка ТЭГ
Температура [°С]	15.0000
ТЭГ, мол.доля	0.9900
H2O, мол.доля	0.0100

Таблица 28

СМЕСИТЕЛЬ – Смеситель
Поле	Значение
Вход Выход	ТЭГ из Т-100 Подпитка ТЭГ ТЭГ на насос
Давление	Равно во всех потоках

Таблица 29

НАСОС – Насос
Закладка, Страница	Поле	Значение
Данные, Соединения	Вход Выход Энерг. поток	ТЭГ на насос ТЭГ после насоса Нагр.насоса

Задайте объемный расход потока ТЭГ на насос равный 0.45 м³/час. Задайте давление на выходе из насоса (поток ТЭГ после насоса) равное 67.7 кг/см².

Теперь установите теплообменник Т-101. В этом теплообменнике ТЭГ охлаждается до 50С.

Таблица 30

ТЕПЛООБМЕННИК – Т-101
Закладка, Страница	Поле	Значение
Данные, Соединения	Вход в трубки выход из трубок Вход в корпус Выход из корпуса	ТЭГ после насоса ТЭГ на рецикл Сухой газ Нагретый газ
Данные,	Р трубок	0.7 кг/см2
Параметры	Р корпуса	0.35 кг/см2

Чтобы завершить моделирование схемы, добавьте операцию Рецикл.

Таблица 31

РЕЦИКЛ – Рецикл
Закладка	Поле	Значение
Соединения	Вход Выход	ТЭГ на рецикл Свежий ТЭГ

Убедитесь, что поток ТЭГ на рецикл рассчитан. Рассчитанные значения из этого потока будут переданы в поток Свежий ТЭГ. Поскольку концентрация ТЭГ в этих потоках высокая, нужно увеличить точность расчета рецикла, особенно по составу. Измените точность расчета рецикла, как показано ниже. Для этого перейдите на страницу Точность закладки Переменные специализированного окна рецикла.

Рис. 40. Рецикл