Диссертация (1172966), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Цеолиты или молекулярные ситапредставляют собой кристаллические алюмосиликаты натрия, калия или другихэлементов и их можно отнести к нанопористым кристаллическим твердым теламрегулярной ажурной структуры с диаметром пор приблизительно 1 нм, которыйопределяется размером атома катиона, мольным отношением SiO2:Al2O3 икристаллохимической структурой.Наличие в кристаллохимической структуре цеолитов окон, полостей иканалов обусловливает их такие уникальные свойства, как молекулярно-ситовойэффект, высокие ионообменные, сорбционные, каталитические и другие свойства.Промышленноезначениецеолитыприобрелисинтетических цеолитов фирмой «Линде» в 1950-х годах.послеразработки221Общая химическая формула цеолитов характеризуется как Ме2/nО ∙ А12О3 ∙xSiO2 ∙ уН2О, где Me̶ ионообменный катион; n̶его валентность.Кристаллохимическая структура цеолитов образована тетраэдрами SiO4 и А1О4,соединенных вершинами в различные ажурные каркасы, в полостях и каналахкоторых находятся катионы металлов и молекулы Н2О (рисунок 3.31).Рисунок 3.31 – Структурные единицы цеолитовВ полостях цеолитов могут селективно сорбироваться молекулы воды,диоксида углерода, сероводорода, аммиака и других соединений.Цеолиты являются высокоэффективными катионообменниками, так каккатионы в структуре цеолитов при определенных условиях их обработки могутбыть замещены на необходимые катионы из контактируемых с ними растворов.Различают синтетические цеолиты типов А, X и Y и другие:−цеолиты типа А относятся к низкокремнистым формам: в нихотношение SiO2:Al2O3 не превышает 2.−цеолиты типа X имеют мольное отношение SiO2:Al2O3, которое можетизменяться от 2,2 до 3,3.−цеолиты типа Y характеризуются мольным отношением SiO2:Al2O3 впределах от 3,1 до 6.−существуют также другие типы цеолитов.Наибольшее практическое применение при осушке и очистке газа получилицеолиты типа А и X, имеющие обозначения: КА, NaA, СаА, NaX, СаХ, где первая222часть обозначения указывает на преобладающий в нем катион (К+, Na+, Са+2),вторая – тип кристаллохимической решетки (А или X).В ряде зарубежных источников тип цеолитов приводится по классификациифирмы Линде: цеолиту NaA соответствуют молекулярные сита 4А, цеолиту СаА ̶сита 5А, цеолиту СаХ ̶ сита 10Х и цеолиту NaX ̶ сита 13Х.Адсорбенты на основе синтетических цеолитов А и Х обеспечивают оченьнизкую температуру точки росы по влаге природного газа и других газов ижидкостей при высокой адсорбционной активности, они стойкие к разрушениюпри контакте с капельной влагой.
В отличие от силикагелей и оксида алюминия,цеолиты А и Х имеют практически постоянную адсорбционную способность прилюбой относительной влажности газа и высокую активность при низкихпарциальныхдавленияхпаровводы.Ониособенноэффективныприиспользовании для глубокой осушки и очистки газов. Также цеолиты сохраняютвысокую активность в более широком интервале температур и давления процессаадсорбции, чем силикагели и оксид алюминия.
Они способны работать при болеевысоких скоростях газа (до 0,3 м/с) практически без изменения динамическойактивности и заданного качества получаемого газа.Адсорбенты на основе цеолитов различного назначения производят многиеорганизации, в т.ч. в значительных количествах Салаватский завод катализаторови Ишимбайский Специализированный Химический Завод Катализаторов, а иззарубежных компаний наиболее широко представлена BASF.Так, Салаватский завод катализаторов производит цеолиты различного типаиназначения,характеристикакоторыхпредставленавнижеследующемматериале.Цеолиты общего назначения формованные со связующим типа NaX и безсвязующего типа NaX-БС представляют собой гранулы различных диаметров иприменяются в промышленных процессах для глубокой осушки и очисткигазовых потоков от сернистых соединений, углекислого газа и меркаптанов, атакже для глубокой осушки жидкостных потоков и разделения смесей223углеводородов различного строения.
Физико-химические свойства цеолитовпредставлены в таблице 3.17.Таблица 3.17 – Физико-химические свойства цеолитовНасыпная плотность, г/см :3Размер гранул по среднему диаметру, ммМеханическая прочность на раздавливание, кг/мм2:Массовая доля водостойкости, %:Массовая доля потерь при прокаливании, %:Динамическая ёмкость по парам воды дляразмера гранул по среднемудиаметру,мг/см34,5±0,5мм3,6±0,4мм2,9±0,3мм2,4±0,2мм2,0±0,2 ммДинамическая ёмкость по парам бензоладля размера гранул по среднемудиаметру,мг/см34,5±0,5мм3,6±0,4мм2,9±0,3мм2,4±0,2мм2,0±0,2 ммДинамическая ёмкость по углекислому газудля размера гранул по среднемудиаметру,мг/см34,5±0,5мм3,6±0,4мм2,9±0,3мм2,4±0,2мм2,0±0,2 ммДинамическая ёмкость по парам меркаптанов мг/см3:Цеолит NaXне менее 0,64,5±0,53,6±0,42,9±0,32,4±0,22,0±0,2не менее 1,0не менее 98не более 4,0Цеолит NaX-БСне менее 0,652,9±0,3не менее 2,0не менее 98не более 2,5не менее 104не менее 106не менее 108не менее 110не менее 112не менее 150не менее 57не менее 68не менее 69не менее 70не менее 71не менее 80не менее 15не менее 20не менее 27не менее 30не менее 32не менее 50не менее 90не менее 105224Подобные адсорбенты на основе цеолитов для осушки газов производят идругие компании.3.3.4.2 Техника и технология адсорбционной осушки газаВ промышленности для осушки газа в основном применяются силикагели,молекулярные сита и оксид алюминия.Процессы адсорбционной осушки газа осуществляют периодически в аппаратах с неподвижным слоем адсорбента, в которых последовательноосуществляют следующие три технологических периода (стадии): осушка газа,регенерация и охлаждение адсорбента.
В большинстве случаев используют двааппарата: в одном проводят осушку газа, а в другом – регенерацию адсорбентапри повышенных температурах с последующим его охлаждением.Принципиальная схема адсорбционной осушки природного газа на примереместорождения «Медвежье» ООО «Газпром добыча Надым» представлена нарисунке 3.32.Каждая технологическая нитка адсорбционных установок на УКПГместорождения«Медвежье»состоитиздвухадсорберов.Номинальнаяпроизводительность каждой УКПГ составляет 8 млрд.
м3 в год или 24 млн. м3/сут.Каждая УКПГ состоит изчетырех технологических ниток пропускнойспособностью одной нитки 2 млрд. м3 в год или 6 млн. м3/сут. при давлении7,7 МПа.225Рисунок 3.32 – Принципиальная технологическая схема адсорбционной установкиосушки газа на месторождении «Медвежье» с регенерацией сухим газом:1 – сепаратор; 2 – адсорберы; 3 – компрессор; 4 – печь; 5 – аппарат воздушногоохлаждения; 6 – сепаратор; 7 – дожимная компрессорная станция (ДКС)Сырьевой газ поступает в сепаратор 1, где отделяются капельная жидкостьи механические примеси.
Отсепарированный газ с температурой от 10 до 32 °С,давлением от 2,5 до 7,5 МПа направляется в один из адсорберов сверху вниз дляосушки. Осушенный газ с заданной температурой точки росы по влаге отводитсяв межпромысловый коллектор сухого газа. В это же время второй адсорбернаходится на технологических стадиях регенерации и охлаждения с ожиданиемпереключения на стадию осушки газа.Для регенерации используется часть осушенного газа, необходимоеколичество которого компрессором 3 подается в печь подогрева 4, где оннагревается до температуры от 180 до 200 °С и затем подается снизу вверх врегенерируемый адсорбер, в котором за счет высокой температуры происходитдесорбцияпоглощенныхвовремяциклаадсорбцииводыитяжелых226углеводородов.
После этого газ регенерации охлаждается в аппарате воздушногоохлаждения 5 и поступает в сепаратор 6 для отделения сконденсировавшихсяпродуктов десорбции. Из сепаратора 6 газ поступает во входной сепаратор 1, ивесь цикл повторяется. При достижении температуры низа адсорбера 50 °Сохлаждениеадсорбентасчитаетсязаконченным.Охлаждениеадсорбентаосуществляется частью осушенного газа, отбираемого с линии сухого газа.Длительность стадии осушки при новой загрузке адсорбента составляет 36часов, в конце эксплуатации адсорбента – 12 часов. Продолжительность стадиирегенерации составляет соответственно 20 и 8 часов, а стадии охлаждения ̶соответственно 6 и 4 часа.Для осушки газа на промышленных установках в настоящее времяприменяетсямелкопористыйсиликагель маркиКСМ, которыйобладаетнаибольшей адсорбционной емкостью по сравнению с другими маркамисиликагеля, дает более низкую степень осушки, имеет более высокуюмеханическуюпрочность.Однако,мелкопористыйсиликагельбыстроизмельчается при наличии в газе капельной влаги.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
