Лекция 1 Лектор к т. н., доцент кафедры хтт юрьев Е. М. Газохимия Подготовка природных газов к переработке

• Название: Лекция 1 Лектор к т. н., доцент кафедры хтт юрьев Е. М. Газохимия Подготовка природных газов к переработке
• Дата: 01.12.2019
• Размер: 1.59 Mb.
• Имя файла: 919649.ppt
• Тип: Лекция; #97965

Лекция № 5.1

Лектор – к.т.н., доцент кафедры ХТТ Юрьев Е.М.

Газохимия

Подготовка природных газов к переработке

Литература

• Лапидус, Альберт Львович. Газохимия : учебное пособие / А. Л. Лапидус, И. А. Голубева, Ф. Г. Жагфаров. — М. : ЦентрЛитНефтеГаз, 2008. — 447 с.
• Технология переработки природного газа и конденсата: Справочник в 2 ч. / Под ред. В. И. Мурина и др. — М.: Недра, 2002. - Ч. 1. — 517 с.

Нежелательные компоненты

ПГ и ПНГ содержат:

• кислые газы (H2S и СО2) - (особенно в присутствии влаги) высокое коррозионное действие, отравление катализаторов; H2S 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 50-500 мкм;

-преимущества — малое гидравлическое сопротивление, простота конструкции и малая стоимость;

-недостатки — громоздкость, небольшой коэффициент улавливания (не выше 40—45%).

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 25-30 мкм (жалюзийные - <20 мкм);
• Циклон - частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона и по ним опускаются в коническую часть - скорость газового потока 5-20 м/с, эффективность обеспыливания 98% (30—40 мкм);
• Преимущества — простота конструкции, небольшие размеры, отсутствие движущихся частей;
• Недостатки —затраты энергии на вращение и большой абразивный износ частей аппарата под воздействием пыли.

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 (<1 мкм);

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 - 92-99%;

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:

• Образование конденсата – конденсатные пробки, гидратные пробки.
• Образование агрессивных сред (при наличии в газе кислых компонентов).

Способы осушки:

• Абсорбционные процессы (противо- и прямоточные).
• Адсорбционные процессы.
• Низкотемпературные процессы.

Основные параметры процесса при проектировании:

• Определение необходимой точки росы по воде.
• Принятие концентрации исходного и отработанного растворов осушителя.
• Выбор оборудования.

Осушка газов. Общие положения

Влагоемкость (влагосодержание) газа - это количество паров воды (в г/м3) в состоянии их насыщения (max) при данных температуре и давлении.

Абсолютная влажность газа - это фактическое содержание паров воды (в г/м3 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% - 50-70°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

• Требования к осушителям.
• Применяемые осушители.
• 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 10-20 °С потери составляют:

• 0,2-1,5 г ТЭГ на 1000 м3 переработанного газа;
• 1-5 г ДЭГ на 1000 м3 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. м3/ч (проектные - 3 млн. м3/ч)

Подача РДЭГ – 4 кг/млн. м3

Точка росы по влаге – (-18)-(-22) °С

Температура контакта – 10-20 °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 (С5+); низкая термическая стойкость (не выше 220-250 °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. 7-40 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 35 - 50°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 200-250 °С (силикагели) или 300-350 °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;