Лекция 5.1 Лектор – к.т.н., доцент кафедры ХТТ Юрьев Е.М. Газохимия Подготовка природных газов к переработке

Литература 1.Лапидус, Альберт Львович. Газохимия : учебное пособие / А. Л. Лапидус, И. А. Голубева, Ф. Г. Жагфаров. М. : Центр ЛитНефте Газ, с. 2. Технология переработки природного газа и конденсата: Справочник в 2 ч. / Под ред. В. И. Мурина и др. М.: Недра, Ч с.

Нежелательные компоненты ПГ и ПНГ содержат: -кислые газы (H 2 S и СО 2 ) - (особенно в присутствии влаги) высокое коррозионное действие, отравление катализаторов; H 2 S и продукты сгорания ядовиты, вредное воздействие на окружающую среду; -пары воды – (понижение температуры, рост давления) образование газовых гидратов, которые (особенно в зимнее время) забивают трубы, вентили и другое оборудование;

Нежелательные компоненты ПГ и ПНГ содержат: -механические примеси (песок, окалины из труб и т.д.); -капли: -машинного масла; -нефти; -водного и углеводородного конденсатов. Капли жидкости и механические примеси оказывают ударное воздействие на движущиеся части газовых компрессоров, затрудняют дальнейшую переработку газа, могут забить трубы и оборудование.

Методы очистки газов от механических примесей При выборе метода учитывают: -вид загрязнений, их химические и физико-химические свойства; -характер производства; -возможность использования имеющихся в производстве веществ в качестве поглотителей; -целесообразность утилизации отделенных примесей; -затраты на очистку. Сухая очистка: -циклоны, осадительные аппараты и электрофильтры; Мокрая очистка: -мокрые циклоны, скрубберы, пенные аппараты;

Методы очистки газов от механических примесей Группы аппаратов (по способу воздействия на твердые частицы): -устройства для механической очистки газов, в которых твердые частицы отделяются под действием силы тяжести, инерции или центробежной силы; -аппараты мокрой очистки газов, в которых твердые частицы улавливаются жидкостью; -фильтры из пористых материалов, на которых оседают частицы пыли; -электрофильтры, в которых частицы осаждаются в результате ионизации газа.

Методы очистки газов от механических примесей Пылеосадительная камера -для предварительной очистки газов с улавливанием грубодисперсных частиц мкм; -преимущества малое гидравлическое сопротивление, простота конструкции и малая стоимость; -недостатки громоздкость, небольшой коэффициент улавливания (не выше 4045%).

Методы очистки газов от механических примесей Инерционные пылеуловители + циклоны - резко меняется направление потока газа, частицы по инерции сохраняют направление движения, ударяются и осаждаются в бункере; -только крупные частицы пыли мкм (жалюзийные -

Методы очистки газов от механических примесей Промывные башни -Насадка – кольца Рашига; -Рабочая жидкость – вода, как правило; -Недостаток – частая забивка насадки;

Методы очистки газов от механических примесей Скоростные газопромыватели -под влиянием движущегося с большой скоростью газового потока капельки жидкости раздробляются - увеличивается поверхность их соприкосновения (

Методы очистки газов от механических примесей Барботажные и пенные аппараты Пена образуется: -при продувке ее снизу воздухом; -при ударе воздушного потока о поверхность жидкости; Эффективность - >5 мкм %; Недостатки: -большой расход воды при отсутствии ее циркуляции; -необходимость иметь отстойники; -возможность щелочной или кислотной коррозии; -отрицательное влияние влаги на процесс дальнейшей переработки газа.

Методы очистки газов от механических примесей Фильтры Тканевые -Рукавные и рамочные; -синтетические невлагоемкие ткани; Зернистые -работают при очень высоких t и в агрессивных средах, способны выдерживать большие механические нагрузки, резкие перепады давления и температуры; -Насыпные - песок, галька, шлак, дробленые горные породы, древесные опилки, резиновая крошка, кокс, пластмассы, графит; -Жесткие пористые - керамические, металлокерамические, металлопористые – недостатки: высокая стоимость, большое гидравлическое сопротивление и необходимость частой регенерации; Электрофильтры -Эффективность – до 99,9%; -трубчатые и пластинчатые -Недостатки высокая стоимость, сложность эксплуатации;

Методы очистки газов от механических примесей Фильтры

Осушка газов Влияние наличия влаги на транспортировку и переработку газа: 1)Образование конденсата – конденсатные пробки, гидратные пробки. 2)Образование агрессивных сред (при наличии в газе кислых компонентов). Способы осушки: 1)Абсорбционные процессы (противо- и прямоточные). 2)Адсорбционные процессы. 3)Низкотемпературные процессы. Основные параметры процесса при проектировании: 1)Определение необходимой точки росы по воде. 2)Принятие концентрации исходного и отработанного растворов осушителя. 3)Выбор оборудования.

Осушка газов. Общие положения Влагоемкость (влагосодержание) газа - это количество паров воды (в г/м 3 ) в состоянии их насыщения (max) при данных температуре и давлении. Абсолютная влажность газа - это фактическое содержание паров воды (в г/м 3 газа). Относительная влажность – это отношение массы водяного пара, фактически находящегося в газовой смеси, к массе насыщенного пара, который мог бы находиться в данном объеме при тех же давлении и температуре, т.е. это отношение абсолютной влажности к влагосодержанию. Относительную влажность также выражают отношением парциального давления водяных паров в газе к давлению насыщенного пара при той же температуре.

Осушка газов. Общие положения Обычно, глубина осушки (остаточное содержание влаги) регламентируется точкой росы. Точка росы - это температура при данном давлении, при которой пары воды приходят в состояние насыщения, т.е. это наивысшая температура, при которой при данном давлении и составе газа могут конденсироваться капли влаги. Чем глубже осушка, тем ниже точка росы: (-20 до –70) °С. Точка росы по углеводородам характеризует конденсацию углеводородов из газа. Абсолютная точка росы это температура, при которой из газа начинает выделяться жидкая фаза. Депрессия точки росы это разность точек росы влажного и осушенного газа. Точка росы должна быть ниже температур технологической переработки газа

Методы осушки газов Методы: -Прямое охлаждение; -Абсорбция; -Адсорбция или комбинирование этих способов. Осушка охлаждением При охлаждении газа при постоянном давлении избыточная влага конденсируется, а точка его росы соответственно снижается. Нижний предел охлаждения газа ограничивается условиями образования гидратов. Применяется в комбинации с другими методами (для предварительного удаления основного количества влаги).

Абсорбционная осушка Основные факторы процесса: Повышение давления снижает влагосодержание газа и, следовательно, уменьшает количество раствора, которое необходимо подавать на осушку. В значительной степени осушка зависит от температуры контакта газ - абсорбент. Повышение температуры контакта увеличивает парциальное давление воды над абсорбентом и тем самым повышает точку росы осушаемого газа. Обычно абсорбционная осушка проводится при температуре осушаемого газа не выше 45-50ºС.

Абсорбционная осушка Основные факторы процесса: Природа абсорбента и его концентрация: -кратность абсорбента, т. е. количество гликоля, циркулирующее в системе, на 1 кг извлекаемой влаги (10-35 для ТЭГ); -концентрация абсорбента: чем меньше воды содержится в абсорбенте, тем ниже точка росы осушаемого газа; -Температура разложения абсорбента/температура десорбции - 164°С (ДЭГ) и 206°С (ТЭГ). При концентрации гликоля 96-97% депрессия точки росы не более 30°С, при 99% - не более 40°С, при 99,5% °С.

Абсорбционная осушка Основные факторы процесса: Природа абсорбента и его концентрация: -потери гликоля: -с механическим уносом; -разложением; -окислением при регенерации; -испарением в потоке осушенного и отпарного газов; -уносом с конденсатом воды и ее парами, выходящими с верха десорбера; -за счет растворения в углеводородном конденсате. Чем тяжелее гликоль тем ниже потери.

Абсорбционная осушка газов 1)Требования к осушителям. 2)Применяемые осушители. 3)Основные показатели (сравнение ДЭГ и ТЭГ): - Депрессия точки росы Диэтиленгликоль Триэтиленгликоль

Абсорбционная осушка газов Основные показатели (сравнение ДЭГ и ТЭГ): -Потери гликолей: При температурах контакта °С потери составляют: -0,2-1,5 г ТЭГ на 1000 м 3 переработанного газа; -1-5 г ДЭГ на 1000 м 3 переработанного газа; - Регенерация насыщенных растворов: ТЭГ имеет более высокую Т начала разложения – 206 °С, чем ДЭГ – 164 °С, значит: -без применения вакуума раствор ТЭГ можно концентрировать сильнее – возрастает поглотительная способность; -ДЭГ нельзя нагревать свыше 164 °С, значит в насыщенном растворе останется часть конденсата УВ – ухудшится его поглотительная способность;

Абсорбционная осушка газов А-201 – колонна диам. 1,6 м., высота 16 м, имеет 3 секции: сепарационную, массообменную и секцию улавливания гликоля. Концентрация воды в: РДЭГ – 1,4-1,8 %; НДЭГ – 5-7 %; Расход газа – 1,2-1,3 млн. м 3 /ч (проектные - 3 млн. м 3 /ч) Подача РДЭГ – 4 кг/млн. м 3 Точка росы по влаге – (-18)-(-22) °С Температура контакта – °С Температура в испарителе – 160 °С Остаточное давление – 200 мм Hg

Абсорбционная осушка газов Основные технологические параметры: 1) Давление – проект., как правило, 7,4 МПа; с падением пластового давления: -увеличивается степень извлечения влаги; -требуется стр-во ДКС (до или после абсорбера);

Абсорбционная осушка газов Основные технологические параметры: 2) Температура – чем ниже Т газа (Т контакта), тем меньше его равновесная влагоемкость – требуется меньший расход абсорбента – снижаются затраты на перекачку и аппараты – но выше вязкость раствора;

Адсорбционная осушка Типы твердых осушителей: -силикагели; -Алюмосиликагели; -активированный оксид алюминия; -Бокситы; -молекулярные сита (цеолиты). Требования к осушителю: -должен быстро поглощать влагу из газа; -легко регенерироваться; -выдерживать многократную регенерацию без существенной потери активности и прочности; -иметь высокую механическую прочность и поглотительную способность; -оказывать малое гидравлическое сопротивление газу; -иметь невысокую стоимость.

Адсорбционная осушка газов Используемые адсорбенты: -Силикагели Преимущества – низк. Т регенерации, низк. себестоимость; Недостатки – низк. прочность в присутствии воды; чувствительность к тяжелым УВ (С 5+ ); низкая термическая стойкость (не выше °С); быстрая потеря активности в 2- 3 раза по сравнению с первоначальной; сильная чувствительность к скорости осушаемого газа. -Цеолиты Преимущества – высокая депрессия точки росы; высокая прочность; низкие эксплуатационные расходы; постоянная адсорбционная емкость – стабильная работа; высокая эффективность при низких содержаниях воды; Недостатки – высокая стоимость; высокая температура регенерации; склонность к закоксовыванию пор;

Адсорбционная осушка газов В адсорбере 3 слоя: - Муллит (диам мм.) – распределяет поток газа; -Защитный слой, крупнопористый силикагель типа В; -Основной осушающий слой, мелкопористый силикагель типа А. Срок службы адсорбента – 2 года.

Адсорбционная осушка Полный цикл работы одного аппарата: -адсорбция при температуре °С, давлении 8-12 МПа, длительности контакта газа с адсорбентом не менее 10 с (скорость газа в аппарате 0,15 - 0,30 м/с). Длительность адсорбции выбирают исходя из адсорбционной емкости поглотителя, начальной и конечной влажности газа, загрузки адсорбента в аппарате; -нагрев адсорбента, который производится после переключения аппарата с режима адсорбции на десорбцию. Нагрев ведется горячим газом со скоростью не более 60°С в час. Время - 0,6-0,65 от периода адсорбции;

Адсорбционная осушка Полный цикл работы одного аппарата: -десорбция - вытеснение из пор адсорбента поглощенной воды и восстановление его адсорбционной активности. Она начинает происходить, когда температура адсорбента достигнет °С (силикагели) или °С (цеолиты). Горячий газ проходит слой адсорбента в направлении, противоположном направлению осушаемого газа; -охлаждение адсорбента, его начинают после завершения десорбции и переключения аппарата на режим адсорбции (осушки). Охлаждение ведут исходным холодным газом. Время охлаждения - 0,35- 0,40 времени адсорбции.

Адсорбционная осушка Преимущества: -высокая степень осушки газа вне зависимости от его параметров (депрессия ТР до 100°С) – адсорбционная осушка обязательна для заводов по производству гелия (!); -компактность установки; -малые капитальные затраты для установок малой мощности; Недостатки: -большие расходы на адсорбент; -высокое сопротивление потоку газа; -большие затраты при строительстве установок большой мощности;