Диссертация (1172966), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Существует множество разновидностей этих процессов,объединенных в три группы:−процессы химической абсорбции;−процессы физической абсорбции;−процессы с физико-химическими абсорбентами. [27, 104, 107, 108]В процессах химической абсорбции кислые газы сначала растворяются вабсорбенте, а затем вступают с ним в химическую реакцию. Таким образомабсорбенты взаимодействуют с сероводородом, углекислым газом и, в некоторойстепени, с серооксидом углерода с образованием водорастворимой соли и воды.Меркаптаны и органические соединения серы извлекаются из потока природногогаза в меньшей степени.
Первые – из-за слабой растворимости меркаптанов вданных абсорбентах, а вторые не вступают в химическую реакцию сабсорбентами.205Наиболее известным процессом химической абсорбции является аминоваяочистка. В качестве аминовых растворов используют моноэтаноламин (МЭА),диэтаноламин (ДЭА), дигликольамин (ДГА), диизопропаноламин (ДИПА),метилдиэтаноламин (МДЭА). Водные растворы аминов, за исключением МДЭА,не обладают селективностью и удаляют из газа как H2S, так и CO2. МДЭАобладает большей избирательностью к H2S, пропуская часть углекислого газа, ноиспользование МДЭА снижает энергозатраты на регенерацию по сравнению сдругими аминами. Для лучшей абсорбции CO2 и одновременного удаления H2S иCO2 в МДЭА добавляют активаторы. Так, например, МДЭА часто используют всочетании с пиперазином в качестве активатора.В процессах физической абсорбции происходит избирательное растворениекислых газов и органических соединений серы (COS, CS2 и меркаптаны) врастворителях(абсорбентах).Самымираспространеннымифизическимирастворителями являются диметиловый эфир полиэтиленгликоля (ДЭПГ),метанол,N-метил-2-пирролидонипропиленкарбонат.[109]Основнымпреимуществом данных процессов является то, что частичная регенерациярастворителя достигается сбросом давления на дросселе, что значительно снижаетрасход энергии.
В ряде процессов, таких как Флюор Сольвент (Fluor Solvent),регенерация осуществляется за счет многоступенчатого дросселирования ивакуумирования абсорбента. [75]Как отмечено в работах [26, 75, 106], у физических абсорбентов болеенизкий удельный расход по отношению к расходу газа по сравнению саминовыми растворами в случае высокого парциального давления кислыхпримесей в сырьевом газе, как правило, превышающего 0,3 МПа.
При этом, всоответствии с законом Генри, с ростом парциального давления кислыхкомпонентов пропорционально увеличивается и расход физических абсорбентов.Однако, при глубокой очистке газа от кислых компонентов физическиерастворители могут не справиться с поставленной задачей, и потребуется вводитьдополнительные ступени очистки. В некоторых случаях, в зависимости от составакислых компонентов, сочетание физической абсорбции и дополнительных206ступеней очистки является экономически более выгодным, чем отдельнаяаминовая очистка.Для газа с высоким содержанием СО2, достигающим 32 % мол., в работе[110] предлагается система с двумя последовательно соединенными абсорберамии промежуточным охлаждением частично насыщенного абсорбента.
Источникомпромежуточного охлаждения служит дросселированный насыщенный абсорбент.Снижение температуры абсорбента повышает его активность и уменьшает егорасход.Смешанные процессы очистки природного газа используют преимуществакак физических, так и химических абсорбентов. Смешанные абсорбентыприменяются для очистки газа с высоким содержанием кислых компонентов, ипри этом достигается глубокая степень очистки.
Эта особенность делаетабсорбцию смешанными абсорбентами лидером среди процессов подготовки газа.Так, например, смешанный процесс «Сульфинол», разработанный компаниейShell, является одним из наиболее распространенных процессов подготовки газа вСПГ-индустрии. [104] В то же время, разновидность этого процесса –«Сульфинол-D», который компания разработала специально для завода СПГ наСахалине, обладает серьезными недостатками, вследствие чего процесс былзаменен на процесс ADIP-X (абсорбентом выступает водный раствор МДЭА спиперазином в качестве активатора).
[111]Более подробно абсорбционные процессы очистки природного газа откислых и серосодержащих компонентов даны в работах [26, 112]. Основныеабсорбционные процессы очистки природного газа представлены в таблице 3.7.207Таблица 3.7 – Абсорбционные процессы удаления кислых примесей изприродного газаГруппы процессовХимическаяабсорбцияПримерыАбсорбция воднымирастворами аминов(МЭА, ДГА, ДЭА,ДИПА,МДЭА,аМДЭА),Flexorb,BenfieldПреимуществаГлубокая очистка отH2S и CO2.Меньшепотерьуглеводородоввследствиеихнизкойрастворимостивабсорбентах.ФизическаяабсорбцияСелексол (Selexol®),Флюор(Fluor®Solvent),Пьюрисол (Purisol®)Низкийрасходэнергиинарегенерациюрастворителя.Эмиссияпарниковыхгазовниже,чемнаустановкахаминовой очистки.ГибриднаяСульфинол (Sulfinol)абсорбция (физико- Укарсолхимическая)(UCARSOL™)ЭкосорбADIP-XВозможнопочтиполноеудалениеH2S, CO2 и COSНедостаткиНизкаястепеньудалениямеркаптановвследствиеихнизкойрастворимостивабсорбентах.Высокаяэнергоемкостьпроцессарегенерациииохлаждения амина.Абсорбциянекоторойчастиуглеводородов, чтоснижаеттеплотворнуюспособность газа.Болеесложныйдизайнустановкипо сравнению сустановкойаминовой очистки.АбсорбцияуглеводородовИсточник: составлено автором по материалам [26, 112]Однаконевсегдакачествоабсорбционнойочисткигазаможетсоответствовать сегодняшним жестким требованиям к выбросам серы присгорании топлива.
При производстве СПГ в качестве топлива очищенный газ сустановки удаления кислых компонентов должен быть подвергнут более тонкойочистке другими процессами, например, адсорбции на молекулярных ситах,208специально разработанных под удаление серосодержащих соединений, таких каксерооксид углерода (COS) или меркаптаны.3.3.3 Осушка газаВажную роль в подготовке природного газа при производстве СПГ играютпроцессы его осушки.
Одним из основных технологических параметровподготовки природного газа к его сжижению является температура точки росы повлаге. Осушка газа направлена на предотвращение образования газовых гидратовв технологических трубопроводах и аппаратах на технологических стадияхсжижения при производстве СПГ. Гидраты и газовые гидраты, отлагаясь вгазопроводах и технологическом оборудовании, уменьшают их сечение,увеличивая гидравлические сопротивления, а иногда приводят к аварийнымостановкам.Так как в природном газе при определенных термобарических условияхсодержится растворенная влага, а также в крупнотоннажном производстве СПГпреобладают аминовые процессы очистки газа от кислых компонентов, где врезультате химической реакции кислых компонентов газа с аминовымирастворами в системе образуется вода, которая увеличивает содержание влаги вочищенном газе, то этим определяется место установки осушки газа втехнологической цепочке. Установки осушки газа размещаются после установкиочистки от кислых компонентов.
Требования к содержанию влаги в природномгазе менее 1·10-6 м3/нм3 могут быть обеспечены только адсорбцией намолекулярных ситах (цеолитах). В литературе приводятся данные о способностицеолитов осушать природный газ до требуемых показателей при производствеСПГ и, например, цеолит марки 4А позволяет снизить содержание влаги в СПГ до0,1·10-6 м3/нм3, что соответствует температуре точки росы минус 95 ºС. [26, 113]В таблице 3.8 представлены основные марки цеолитов и адсорбируемые имимолекулы.209Таблица 3.8 – Основные марки промышленных молекулярных ситМаркацеолита3A4АДиаметрпор, Å34РоссийскийаналогKANaA5А5CaA13Х10NaXАдсорбируемые молекулыH2O, NH3H2O, NH3этанол, H2S, CO2, SO2, C2H4, C2H6, C3H6H2O, NH3этанол, H2S, CO2, SO2, C2H4, C2H6, C3H6n-C4H9OH, n-C4H10, C3H8…C22H46, R-12H2O, NH3этанол, H2S, CO2, SO2, C2H4, C2H6, C3H6n-C4H9OH, n-C4H10, C3H8…C22H46, R-12другие молекулы с эффективным диаметромменее 10ÅИсточник: составлено автором по материалам [26, 75, 114-117]Адсорбция на молекулярных ситах является разновидностью физическойадсорбции.
Как отмечается в работе [107], в отличие от других адсорбентов, укоторых поглотительная способность зависит от влажности газа, адсорбционнаяспособность цеолитов остается постоянной и существенно не зависит отсодержания влаги в газе.Установки осушки могут включать комбинированные слои адсорбента сцелью одновременного удаления влаги и других нежелательных компонентов водном аппарате. [118]Осушка на молекулярных ситах при низком содержании углекислоты вприродном газе (менее 1 %) может заменить аминовую очистку.3.3.4 Исследование процесса адсорбционной осушки газа с целью егопоследующего сжиженияСравнение технологий и оборудования адсорбции паровой фазы влаги изпотока газовой смеси при одновременном анализе производителей данныхтехнологийиадсорбентовпозволяетвыявитьнаиболееперспективные210направлениядляпроведенияНИОКРимодернизациисуществующихадсорбционных процессов.В данном разделе представлены результаты исследований информационныхматериалов [107, 19-123, Интернет-сайты компаний-производителей адсорбентов]и их анализ по отечественным и зарубежным производителям технологий иадсорбентов извлечения паровой фазы влаги из потока газовой смесиприменительно к их возможному использованию к модернизации и разработкеадсорбционного процесса осушки природного газа в производственном комплексеСПГ.Кроме того, представлены результаты модельного исследования, цельюкоторого является определение оптимальных термобарических параметровпроцесса адсорбционной осушки природного газа с целью повышения егоэффективности при подготовке природного газа к сжижению.Эффективность процесса адсорбционной осушки газа в значительной мереопределяетсятехнологическойструктуройисоставомприменяемогооборудования, типом используемого адсорбента и оптимальными условиямипроведения процесса, а также другими факторами.
Выбор тех или иныхтехнологическихпроцессовадсорбционнойосушкиприродногогазаобосновывается составом газа, термобарическими параметрами, требованияминормативных документов к показателям качества газа, целевым назначением ипроизводительностью комплекса по производству СПГ и другими факторами.Обоснование рациональной технологии адсорбционной осушки природногогаза базируется на использовании теорий термодинамики фазового равновесия,адсорбции, гидрогазодинамики и массообменных процессов.Значительная роль в эффективности технологии адсорбционной осушкипринадлежит адсорбентам.2113.3.4.1 Адсорбенты для осушки и очистки газаПрименяемые для осушки природного газа адсорбенты должны отвечатьследующим основным требованиям:−иметь большую динамическую и статическую адсорбционнуюемкость;−обладать высокой селективностью;−быть способными к регенерации;−иметь высокую механическую прочность;−обладать стабильной адсорбционной активностью и селективностью вусловиях длительной эксплуатации;−обладать высокой стойкостью к растрескиванию при попаданиикапельной влаги;−быть нетоксичными;−иметь стоимость, обеспечивающую эффективность применяемогоадсорбционного процесса осушки газа;−быть способными к утилизации после использования.Несмотря на вышеперечисленные основные требования, при выбореадсорбента для промышленного использования часто отдают предпочтение темили иным их эксплуатационным показателям.В нефтегазовой отрасли в промышленных процессах адсорбционнойосушки газов применяются такие твердые пористые тела с высокоразвитойповерхностью, как силикагели, алюмосиликаты, активный оксид алюминия,глины, цеолиты (молекулярные сита) и некоторые другие.Адсорбенты изготавливаются и применяются в виде экструдатов, таблеток сдиаметром от 1 до 8 мм и шариков диаметром от 2 до 8 мм, которые используютсяв процессах адсорбции со стационарным слоем адсорбента.Рассмотрим некоторые основные типы адсорбентов для осушки газа.212Активный оксид алюминия (алюмогель, АОА) – тип адсорбента, которыйшироко распространен в природе и давно используется в промышленности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
