Диссертация (1172966), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Следовательно, при размещении установкиадсорбционной осушки между ступенями цикла предварительного охлаждения,без дополнительных энергозатрат на охлаждение потока природного газа, можнозначительно снизить как капитальные, так и эксплуатационные затраты на осушкугаза при производстве СПГ.2373.3.5 Удаление ртутиПрактически любое производство СПГ включает в себя установку очисткиприродного газа от ртути, независимо от того, присутствует в данный моментртуть в составе природного газа или нет. К тому же, невозможно предсказатьпоявление ртути в газе по мере разработки месторождения. Обязательное наличиестадии очистки от ртути в технологической цепочке обусловлено тем, чтопоследствияразрушительногоспиральновитыевоздействиятеплообменникигубительныртутикакнадляалюминиевыедорогостоящегооборудования, так и для окружающей среды и человека.
В работе [104]отмечается, что установка удаления ртути может располагаться как до установкиудаления кислых газов, так и после установки осушки газа.Большинствосовременныхметодовочисткиотртутигазовиуглеводородных жидкостей основаны на процессе адсорбции и разделены на двегруппы: регенеративные и нерегенеративные.В нерегенеративных процессах ртуть вступает в химическую реакцию ссерой, образуя на поверхности сорбента стабильное соединение.
К наиболеераспространенным процессам относятся, прежде всего, хемосорбция ртути в слоеактивированного угля, пропитанного серой: + = .(3.12)Особенностью данного процесса является то, что уголь, пропитанныйсерой, может быть использован только для сухого газа, так как растворение серыв воде или в углеводородных жидкостях снижает емкость адсорбента.Активированный уголь имеет сильно развитую поверхность, но очень маленькиевходные размеры пор (менее 20 Å). Это делает уголь высокоэффективнымадсорбентом, но также может стать причиной капиллярной конденсации, чтозатрудняет доступ ртути к сере и увеличивает размеры реактивной зоны.
[127,238128] Все это регламентирует размещение установки очистки от ртути послеосушки газа.Другая группа нерегенеративных адсорбентов – это оксиды и сульфидыпереходных металлов. Адсорбент представляет собой неорганическую основу(активированный уголь или оксид алюминия), пропитанную реактивнымметаллом. В результате химической реакции на поверхности адсорбентаобразуется сульфид ртути.
Например, химическая реакция сульфидов переходныхметаллов с элементарной ртутью позволяет легко выделить ртуть из потока газа: + = −1 + (3.13)Если в потоке газа остаются следы H2S, то оксиды металлов, например,цинка или меди, реагируют с сероводородом, образуя сульфиды, которые затемиспользуются для удаления ртути. [127, 129, 130]Основной проблемой вышеописанных процессов является утилизацияотработанного адсорбента, так как помимо ртути он может содержать другиеопасные вещества, такие как бензол и другие углеводороды. [130]Врегенеративныхпроцессахиспользуютсямолекулярныесита,пропитанные серебром.
Установка очистки от ртути может располагатьсяотдельно, либо слой цеолита с серебром может быть добавлен к основному слоюмолекулярных сит установки осушки газа. Срок службы цеолитов с добавлениемсеребра не изменяется. Регенерация слоя адсорбента производится сухим горячимгазом либо понижением давления в слое. [130-132]В работе [133] приводятся свидетельства того, что производство СПГслужит источником ртути, выбрасываемой в атмосферу, в количествах,сопоставимых с количеством извлекаемой из газа воды в процессе осушки.
Этозначит, что вышеперечисленные методы очистки газа от ртути не оченьэффективны. Причиной «проскока» ртути через все установки очистки и осушкигаза, по утверждению автора, является переход ртути в условиях производстваСПГ в состояние нано-аэрозоли. Поведение нано-аэрозоли отличается от239поведения атомарных газов или взвешенных капель: нано-капли испытываютинверсию отношения массы к поверхностному натяжению. В случае ртути нанокапли ведут себя как эластичные шарики, проплывая мимо адсорбирующейповерхности, не способные вступить в контакт с реагентом или осесть наповерхность.
Также это затрудняет слияние мелких капель в крупные. Длярешенияданнойпроблемыпредлагаетсяустанавливатьполимерныекоалесцирующие элементы для улавливания аэрозоли и укрупнения капель ртутиперед установкой очистки от ртути общепринятыми методами. [134]3.3.6 Подготовка газа при малотоннажном производстве СПГТак же, как и в крупнотоннажном производстве СПГ, сжижение природногогаза на малотоннажных установках требует нескольких ступеней подготовки. Втех случаях, когда сырьем для малотоннажной установки служит газ измагистрального газопровода, подготовка газа является не такой сложной, как вкрупнотоннажных производствах.
Но требования, предъявляемые к товарномуСПГ, остаются такими же, как и на больших заводах. Это является одной изпричин высокой себестоимости малотоннажного СПГ. В зависимости от составагаза на входе в комплекс сжижения в процессе подготовки газа можетпотребоваться удаление углекислого газа, воды, ртути, тяжелых углеводородов иазота.ВмалотоннажномпроизводствеСПГдоминируютадсорбционныепроцессы очистки и осушки природного газа на цеолитах.
[135] Хотя, какотмечается в работе [136], большие количества СО2 обычно удаляютабсорбционной очисткой с применением физических и химических абсорбентов.При этом более экономически выгодным является применение диэтаноламинаили сочетание аминовой очистки с последующей доочисткой адсорбцией. [137] Вслучае низкого содержания СО2 в сырьевом газе адсорбционная очистка обладаетнесомненным преимуществом.240Для газов с высоким содержанием диоксида углерода (около 8 % об.) вработе [138] предлагается совместить абсорбцию и мембранное разделение водномаппарате,заменивнасадкунамембранныемодулинабазеполукристаллического полиэфирэфиркетонного (PEEK) холлофайбера.
В такойабсорбционно-мембранной системе газ проходит внутри холлофайберноговолокна, а аминовый раствор омывает волокно снаружи. Так как мембранаявляется сверхгидрофобной и нано-пористой, аминовый раствор не проникаетвнутрь волокна и поры остаются заполненными газом. В результате порыобладают сверхнизким сопротивлением потоку газа. Массопередача приабсорбции осуществляется на всей наружной поверхности волокон. Движущаясила процесса и селективность раствора сохраняются как в обычныхабсорбционных колоннах.Представляет интерес способ очистки от СО2 при получении СПГ высокогодавления на средне и малотоннажных установках, изложенный в работе [139]. Всилу высокой растворимости СО2 в теплых жидкостях, был разработан процесспроизводства СПГ высокого давления (от 1 до 2 МПа) без установки удалениякислых газов. По утверждению авторов, данный процесс может применяться присодержании СО2 в сырьевом газе до 20 %.
Суть процесса заключается вследующем. Природный газ, содержащий СО2, охлаждается и конденсируется воднопоточном холодильном цикле на смешанном хладагенте. В процессеохлаждениявкристаллизатореформируетсятвердаяуглекислота.Технологическое давление подбирается таким образом, чтобы переход СО2 изгазовой фазы в твердую осуществлялся раньше, чем переход смеси метана суглекислым газом из газовой фазы в жидкую. Природный газ выходит изкристаллизатора с содержанием СО2 около 0,5 %, подвергается дополнительномусжатию и конденсируется в низкотемпературном теплообменнике.
В результатена установке получают СПГ высокого давления в качестве основного продукта исухой лед в качестве побочного продукта.Осушка газа так же, как и в крупнотоннажном производстве, может бытьосуществлена только адсорбцией на молекулярных ситах.241Ртуть, как правило, отделяют адсорбцией на угле, пропитанном серой, намолекулярных ситах (с добавлением серебра) или на сульфидах металлов. [136,137]ВыделениеуглеводородовС2+осуществляетсяпослечастичнойконденсации потока газа в процессе охлаждения.Особенностьюкомплексовподготовкигазадлямалотоннажногопроизводства СПГ должно стать их блочно-модульное исполнение.
В светепредстоящего освоения газоносных районов Арктики c минимальной плотностьюнаселения и суровыми климатическими условиями компактность и мобильностьустановок подготовки и сжижения газа становятся наиболее актуальными.3.4 Роль и значение методов и технологий получения низких температурУстановка охлаждения и сжижения природного газа является не толькоключевой установкой завода СПГ, но и самой дорогостоящей. Если необходимоохладить вещество до температур ниже температуры окружающей среды, нужнозатратить энергию. Так как холодильный цикл является своеобразным «насосом»,качающим теплоту с более низкого температурного уровня на более высокий, всоответствии со вторым законом термодинамики работа холодильных цикловневозможна без затрат энергии. Чем ниже температурный уровень, с которогопередается теплота, и чем выше уровень, на который эта теплота поступает, темвыше затраты энергии, причем зависимость эта не линейная, а экспоненциальная.Так, по данным компаний Shell и Сахалин Энерджи, для того, чтобы от потокагаза на уровне минус 40 °С отнять 1 МВт теплоты, затраты энергии вхолодильном цикле составят 0,2 МВт, а на уровне минус 160 °С – 1,7 МВт.Отсюда высокие эксплуатационные расходы и, соответственно, высокаясебестоимость СПГ.При выборе технологий процессов охлаждения и сжижения (или нагреванияи кипения) при производстве СПГ, протекающих в теплообменных аппаратах, с242использованием ректификационных колонн и т.п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
