Диссертация (1172966), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Поэтому предусматриваютзащиту слоя мелкопористого силикагеля слоем влагостойкого крупнопористогосиликагеля и слоем муллита на входе газа в аппарат.Динамическая активность адсорбента по воде к концу срока снижается с 21до 5 или 10 %.Подобным технологическим приемом осуществляется адсорбционнаяочистка газа.Для примера на рисунке 3.33 представлена схема адсорбера, используемогона месторождении «Медвежье» ООО «Газпром добыча Надым».227Рисунок 3.33 – Адсорбер на месторождении «Медвежье»:1 – штуцер входа газа; 2 – штуцер выхода газа; 3 – корпус верхнего дефлектора;6 – опорный фонарь нижнего дефлектора; 7 – сегменты с отверстиями; 8 –верхняя поверхность нижнего дефлектора; 9 – корпус сосуда; 10, 11 – муллит; 12– сетки разделительные; 13 – силикагель мелкопористый; 14 – силикагелькрупнопористый; 15 – сетка верхняя; 16 – штуцер для индикаторатемпературы; 17 – люк-лаз; 18 – люкАдсорбер представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд,внутренняя часть которого оборудована следующими элементами:– верхний конический дефлектор 3, предназначенный для равномерногораспределения потока осушаемого газа по сечению адсорбера;228– верхняя сетка 15 с размером ячейки 17 мм, уложенная на верхний слоймуллита 10 для защиты слоя крупнопористого силикагеля от воздействиякапельнойжидкостиосушаемогогазаидополнительногоравномерногораспределения потока осушаемого газа по сечению адсорбера;– разделительная сетка 12 (размер ячейки – 2 мм);– защитный слой крупнопористого силикагеля 14, предназначенный, восновном, для поглощения капельной влаги и углеводородов С5+;– основной слой мелкопористого силикагеля 13, предназначенный дляпоглощения паров влаги из газа;– слой муллита 11;– нижний дефлектор формы усечённого конуса, предназначенный дляравномерного распределения потока газа стадий регенерации и охлажденияадсорбента по сечению адсорбера.Налиниивходаивыходаадсорберовустановленманифольд,предназначенный для переключения адсорберов в стадии осушки газа,регенерации и охлаждения адсорбента.Подобный адсорбер также может применяться при очистке газа.
Внастоящее время заводы СПГ используют установки осушки, включающие, какправило, три адсорбера, что позволяет повысить эффективность и надежностьтехнологического процесса глубокой осушки газа. На рисунке 3.34 представленатехнологическаясхематиповойустановкиприменением трех адсорберов. [7, 124]осушкиприродногогазас229Рисунок 3.34 – Типовая установка адсорбционной осушки газа с тремяадсоберами [7]Природный газ подается в два из трех адсорберов А1 и А2 установкиосушки. Так как процесс адсорбции является экзотермическим, то целесообразно,чтобы температура входящего газа была как можно ниже. Часть осушенного газаиспользуется в качестве газа регенерации.Газ регенерации после нагрева в печи П поступает в нижнюю частьаппарата А3 и направляется противотоком нормальному течению газа, снизувверх.Регенерацияслояадсорбентаосуществляетсяпутемдесорбциипоглощенных компонентов горячим газом.
Регенерация завершается, когдатемпература на выходе из слоя адсорбента достигает заданного значения иличерез заданное время. Охлаждают адсорбент пропусканием через его слойхолодного сухого газа.Подобным технологическим образом осуществляется адсорбционная осушкагаза на заводе СПГ «Сахалин-2». В качестве адсорбента на установках230используются молекулярные сита (цеолиты). Осушку проводят при избыточномдавлении 60 атмосфер и температуре 23 °С.На Оренбургском ГПЗ непрерывный процесс адсорбционной осушки иочистки природного газа от меркаптанов осуществляют с применением четырехадсорберов производительностью 6 млрд нм3/год.
В качестве адсорбентаиспользую цеолит типа X. Продолжительность стадии адсорбции составляет480 минут, стадии регенерации – 240 минут, стадии охлаждения – 240 минут.Время полного цикла составляет 960 минут. [125]3.3.4.3 Модельное исследование адсорбционной осушки газаС целью определения оптимальных термобарических параметров процессаадсорбционной осушки природного газа для повышения его эффективности приподготовкеприродногогазаксжижениюбылипроведенымодельныеисследования. Основные результаты данных исследований опубликованы вработе [126] и изложены далее по тексту.Рассмотрим установку осушки газа производительностью 300 т/ч. Давлениеприродного газа на входе в установку 4,5 МПа (определяется давлением газа вустановке ожижения), избыток влаги в природном газе составляет 30,44 мг/м3.Для исследования и сравнения были выбраны силикагель КСМ и цеолит NaA(аналог 4А).На эффективность процесса адсорбции значительно влияет его температура.Намибылиэффективностипроведеныпроцессаэкспериментальныеадсорбцииотисследованиятемпературы.Назависимостирисунке3.35представлена зависимость равновесной активности силикагеля и цеолита оттемпературы.
При давлении в системе 4,5 МПа с понижением температуры отплюс 20 до минус 20 °С активность силикагеля увеличивается с 4 до 6,7 %, ацеолита – с 16 до 27,8 % масс., т.е. в среднем в 1,7 раза.231Адсорбционная активность, %масс30252015Силикагель КСМЦеолит NaA1050-25-20-15-10-50Температура 0С510152025Рисунок 3.35 – Зависимость равновесной адсорбционной активности адсорбентовот температуры при давлении 4,5 МПа [126]Увеличениеадсорбционнойактивностисорбентаспонижениемтемпературы ведет к снижению его общего количества для обеспечениятребуемой степени осушки газа. Расчеты показали, что если при температуре20 °С в адсорберы необходимо загрузить 18,65 т силикагеля или 4,68 т цеолита, топри температуре минус 20 °С – 11,2 т силикагеля или 2,69 т цеолита.
Снижениенеобходимой массы адсорбента с понижением температуры показано нарисунке 3.36.23220,00Необходимая масса адсорбента, т18,0016,0014,0012,0010,00СиликагельКСМГ8,00Цеолит NaA6,004,002,000,00-30-20-100Температура1020300СРисунок 3.36 – Зависимость массы загрузки адсорбента от температуры вадсорбере [126]Снижение необходимой массы загрузки адсорбента для заданной степениосушки газа ведет к уменьшению габаритов аппарата и, следовательно, кснижению металлоемкости и стоимости адсорбера. Отсюда вытекает задачаснижения температуры газа в процессе осушки.Данная задача преобразуется в задачу снижения температуры потока газа навходе в установку осушки и проведения процесса низкотемпературнойадсорбции.
Предположительно, это можно осуществить двумя вариантами:1) непосредственное охлаждение потока газа на входе в установку осушкиза счет теплообмена с отпарными газами, образовавшимися в процессезаключительного дросселирования (рисунок 3.37);2) размещение установки осушки в технологической линии на этапепредварительного охлаждения (рисунок 3.38)233Рисунок 3.37 – Схема охлаждения потока природного газа перед установкойадсорбционной осушки (вариант 1): I – природный газ; II – отпарной газ; III –СПГ; 1 – блок адсорбционной осушки; 2 – блок предварительного охлаждения; 3 –сепаратор; 4 – блок основного охлаждения; 5 – рекуперативный теплообменник;6 – резервуар для хранения [126]Рисунок 3.38 – Схема охлаждения потока природного газа перед установкойадсорбционной осушки (вариант 2): I – природный газ; II – отпарной газ; III –СПГ; 1 – блок адсорбционной осушки;2 – блок предварительного охлаждения; 3 –сепаратор; 4 – блок основного охлаждения; 5 – рекуперативный теплообменник;6 – резервуар для хранения [126]234Однако, в процессе охлаждения возможно выпадение жидкой фазы изпотока газа, которая может включать влагу и углеводороды.
Т.е., температура, докоторой необходимо охладить поток газа, не должна быть ниже точки росы повлаге и по углеводородам. Для газа, поступающего из магистральноготрубопровода, по СТО Газпром 089-2010 точка росы по влаге колеблется отминус 10 до минус 20 °С в зависимости от времени года и макроклиматическогорайона.Выпадение влаги при охлаждении приводит к образованию газовыхгидратов, а добавление ингибитора гидратообразования (метанола) неприемлемо,так как метанол негативно влияет на адсорбционные свойства цеолитов. Следуеттакже отметить, что у газов с высоким содержанием кислых примесей (более 1 %масс.), которые проходят через установку аминовой очистки и в процессеабсорбции насыщаются дополнительной влагой, перед установкой осушкитемпература точки росы повышается.
В этом случае применение первого вариантаохлаждения (схема на рисунке 3.37) нежелательно.Для упрощения расчетов были приняты следующие допущения:−в качестве сырьевого потока был принят чистый метан;−гидравлическое сопротивление теплообменников не учитывалось.Результатырасчетовпопервомувариантуохлажденияпоказалинезначительное снижение температуры потока природного газа: с 20 до 14 °С(поток I после прохождения теплообменника 5, рисунок 3.37).
Это объясняетсямалым количеством и низким коэффициентом теплоотдачи отпарных газов. Прирасходе природного газа 300 т/ч расход отпарного газа составляет 13 т/ч. Послепрохождения теплообменника 5 температура отпарного газа повышается от минус159,5 до плюс 11 °С.Второй вариант охлаждения предусматривает размещение установкиосушки на этапе предварительного охлаждения. Размещение установки осушкипосле цикла предварительного охлаждения и перед основным циклом охлажденияможет вызвать образование многочисленных газовых гидратов, так кактемпература потока газа на этом этапе составляет от минус 30 °С (с пропановым235циклом, процесс APCI C3MR) до минус 80 °С (с циклом на СХА в зимнее время,процесс Shell DMR).Как правило, циклы предварительного охлаждения, независимо от природыхладагента,являютсямногоступенчатыми,таккакэтоповышаетихэнергоэффективность.
С целью выбора оптимальной температуры процессанизкотемпературной адсорбции возможно размещение установки осушки междуотдельными ступенями цикла предварительного охлаждения.Ростэффективностипроцессанизкотемпературнойадсорбцииспонижением температуры демонстрируется на рисунке 3.39. Изменение основныхпараметров работы установки представлено в виде функции() = 1 −20,(3.11)где – значение параметр при температуре t; 20 – значение параметра при20 °С. В качестве параметров работы установки были выбраны:− масса загружаемого адсорбента;− масса аппарата;− расход газа регенерации;− расход газа для охлаждения аппарата;− расход топливного газа для нагрева в печи газов регенерации.2360,460,440,420,40,380,360,340,320,30,281-φ0,26Масса адсорбента0,24Масса аппарата0,220,2Расход газа регенерации0,18Расход газа охлаждения0,16Расход топливного газа0,140,120,10,080,060,040,020-20-15-10-50Температура51015200СРисунок 3.39 – Зависимость изменения различных параметров установки осушкиот температуры [126]Такимобразом,снижениетемпературыпотокаприродногогаза,поступающего на адсорбцию, позволит уменьшить массу загрузки адсорбента,металлоемкость аппарата, снизить расход газов регенерации и охлаждения, атакже снизить расход топливного газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
