Сорбционные методы осушки газа

ОСУШКА ГАЗА АБСОРБЕНТАМИ

Абсорбенты — жидкие сорбенты, применяемые для осуш­ки природных и нефтяных газов. Они должны иметь высокую растворимость в воде, низкую агрессивность, стабиль­ность по отношению к газовым компонентам, простоту реге­нерации, малую вязкость, низкую упругость паров при тем­пературе контакта, слабое поглощение углеводородных ком­понентов газа, пониженную способность к образованию пены или эмульсий. Большинству этих требований отвечает диэтиленгликоль, триэтиленгликоль и в меньшей степени этиленгликоль [36, 37, 38].

Диэтиленгликоль получают реакцией соединения двух мо­лекул ЭГ с образованием молекулы воды. В химически чис­том виде это бесцветная жидкость с молекулярной массой 106,12, относительной плотностью (по воде) 1,117 и темпера­турой кипения 518 К при р = 0,1013 МПа.

Как показали эксперименты в лабораторных и промыш­ленных условиях, максимальное понижение точки росы газа при осушке ДЭГ обычно не превышает 308 К, что довольно часто оказывается недостаточным. В связи с разработкой газовых месторождений с высокой пластовой температу­рой газа потребовался более сильный поглотитель влаги — ТЭГ. Его получают соединением трех молекул ЭГ с образо­ванием воды. Молекулярная масса ТЭГ 150,17, относитель­ная плотность (по воде) 1,1254 и температура кипения 560,4К при р = 0,1013 МПа.

Гликоли хорошо отбирают влагу из газов в большом интер­вале концентраций. Вследствие низкой упругости паров поте­ри поглотителя незначительные: 5—18и2 — 4гна 1000 м³ газа для ДЭГ и ТЭГ соответственно. Температура кипения и упру­гость паров воды и гликолей сильно различаются, что облегча­ет регенерацию поглотителя, а небольшая вязкость поглотите­ля облегчает работу циркуляционных насосов. Обводненные гликоли неагрессивны в коррозионном отношении. Раствори­мость природного газа в них незначительная: при давлении до 15 МПа она не превышает 6 г на 1 л гликоля. При атмосфер­ном давлении ДЭГ начинает распадаться при 437 К, а ТЭГ — при 478 К. В соответствии с этим в производственных услови­ях степень их регенерации может достигать 96 — 99 %. ТЭГ имеет склонность к пенообразованию, для борьбы с этим при­меняют различные присадки, например моноэтаноламин. Ин­тенсивность процесса осушки газа гликолями находится в пря­мой зависимости от давления, температуры контакта газ — сорбент и концентрации сорбента.

В газе при повышенном давлении уменьшается содержа­ние влаги, что, естественно, приводит к снижению количе­ства циркулирующего раствора сорбента, необходимого для осушки газа до заданной точки росы. Увеличение температу­ры контакта газ — сорбент приводит к росту парциального давления водяных паров над сорбентом, снижению поглоти­тельной способности последнего и повышению точки росы осушенного газа. Уменьшение температуры контакта газ — сорбент оказывает обратное действие, т.е. снижает точку росы осушенного газа. Однако при осушке газа жидкими сорбентами не рекомендуется применять температуру ниже 303 К в связи с повышением вязкости сорбентов и значи­тельной трудностью их перекачки. Кроме того, при увеличе­нии вязкости сорбента одновременно несколько снижается его поглотительная способность.

На поглотительную способность сорбента паров воды из газа большое влияние оказывает его концентрация: чем выше концентрация, тем ниже точка росы осушенного газа. Кон­центрация сорбента обычно колеблется в зависимости от требуемой степени осушки в пределах 90— 100 %.

При сравнении ДЭГ и ТЭГ необходимо иметь в виду, что ДЭГ более дешевый. Однако при использовании ТЭГ можно получить большее снижение точки росы газа. Потери ТЭГ при регенерации значительно меньше потерь ДЭГ вследствие более низкой упругости паров ТЭГ [39].

Рис. 4.16. Схема установки осушки газа жидкими сорбентами

На рис. 4.16 изображена схема установки осушки газа жидкими сорбентами, получившая широкое распространение на газовых месторождениях. Газ с промысла проходит сепа­ратор 1, где осаждается капельная влага, и поступает в ниж­нюю часть абсорбера 2. Сначала газ направляется в нижнюю скрубберную секцию 3, в которой дополнительно очищается от взвешенных капель влаги благодаря большой поверхности контакта с насадками. Затем газ движется вверх, последова­тельно проходя через тарелки 4, поднимаясь вверх. Число колпачковых тарелок в абсорбере 4— 12. Навстречу потоку газа протекает 95 — 97%-ный раствор ДЭГ, вводимый в абсор­бер насосом 10. Осушенный вследствие контакта с раствором газ проходит через верхнюю скрубберную секцию 5, где освобождается от захваченных капель раствора и направля­ется в газопровод. Насыщенный раствор, содержащий 6 —8 % влаги, с нижней глухой сборной тарелки абсорбера поступа­ет в теплообменник 7, в котором нагревается встречным потоком регенерированного раствора, а далее проходит через выветриватель 8, где из него выделяется растворенный газ, который используется затем на собственные нужды. Из вы-ветривателя насыщенный ДЭГ насосом 9 закачивается в вы­парную колонну (десорбер) 12, где осуществляется регенера­ция раствора. Выпарная колонна состоит из двух частей: собственно колонны тарельчатого типа, в которой из насы­щенного раствора ДЭГ, стекающего вниз, выпаривается влага встречным потоком острого водяного пара и паров ДЭГ; кипя­тильника-испарителя 11, в котором происходит нагревание раствора гликоля и испарение воды. В кипятильнике под­держивается температура раствора гликоля в пределах 423 — 433 К, а в верхней части выпарной колонны — 378 — 380 К. Это достигается за счет орошения верхней части колонны водой с температурой 303 К, что позволяет сконденсировать пары ДЭГ и уменьшить его потери. Водяной пар из десорбера 15 поступает в конденсатор 16, где основная часть пара конденсируется и собирается вакуумным насосом 14 и на­правляется на сжигание. Часть полученной воды, содержа­щей ДЭГ, подается в верхнюю часть колонны насосом 13 для орошения и поддержания температуры 105 — 107 °С. Регене­рированный раствор ДЭГ насосом 10 прокачивается через теплообменник 7 и холодильник 6, где его температура сни­жается, и вновь поступает на верхнюю тарелку абсорбера.

Экономичность работы абсорбционных установок в зна­чительной степени зависит от потерь сорбента. Для сниже­ния этих потерь в первую очередь необходимо строго под-держивать расчетный температурный режим десорбера, тща­тельно сепарировать газ и водяной пар на выходе соответ­ственно из абсорбера и десорбера и по возможности исклю­чить пенообразование при контакте с абсорбентом за счет специальных добавок.

ОСУШКА ГАЗА АДСОРБЕНТАМИ

Адсорбент — это твердый поглотитель влаги. В качестве твердых поглотителей влаги в газовой промышленности при­меняют активированную окись алюминия или боксит, кото­рый на 50 — 60 % состоит из А1₂О₃. Активизируется боксит при температуре 633 К в течение 3 ч без доступа воздуха. Поглотительная способность боксита составляет 4 — 6,5 % от массы. Преимущества адсорбции: низкая точка росы газа; простота регенерации поглотителя; компактность, простата конструкции и низкая стоимость установки. Боксит поставля­ется в гранулах диаметром 2 — 4 мм. Насыпная масса состав­ляет 800 кг/м³. Продолжительность работы бокситовой заг­рузки больше года. Скорость прохождения газа через акти­вированный боксит равна 0,5 — 0,6 м/с.

Схема установки осушки газа твердым поглотителем изоб­ражена на рис. 4.17. Влажный газ через сепаратор поступает в адсорбер, где проходит через несколько слоев активирован­ного боксита, насыпанного на тарелки с перфорированным основанием. Толщина одного слоя не превышает 60 см. Про­ходя через боксит, газ освобождается от влаги и направляет­ся в газопровод. После определенного промежутка времени в зависимости от загрузки твердого поглотителя и объемной скорости газа (этот промежуток времени обычно составляет 12— 16 ч) адсорбер переводят на восстановление (регенера­цию), а газ переключают на второй адсорбер, который уже прошел регенерацию. Боксит регенерируют (осушают), про­дувая через него горячий газ. При этом из боксита выделяет­ся вся влага, поглощенная им из газа в процессе осушки.

Регенерацию боксита проводят следующим образом (на рис. 4.17 на регенерацию боксита переведен правый адсор­бер). При пуске адсорбера на регенерацию определенное количество газа, требуемое для заполнения системы регене­рации, отводят от линии сухого газа через регулятор давле­ния РД (при давлении, несколько большем 0,1 МПа). Этот газ поступает сначала в холодильник и далее в сепаратор. Газодувкой под давлением не более 3 кПа газ подается в подогре­ватель, где он нагревается до температуры 473 К, и далее поступает в адсорбер, в котором регенерируют боксит. По выходе из адсорбера нагретый насыщенный газ поступает в холодильник, а затем в сепаратор, где отделяется влага, погло­щенная в адсорбере. В результате повторных циклов регене­рирующего газа (газодувка — подогреватель — адсорбер — холодильник — сепаратор — газодувка) боксит осушается и может снова поглощать воду из газа.

Рис. 4.17. Схема установки осушки газа твердым поглотителем: 1,5— сепараторы; 2, 3 — адсорбенты; 4 — холодильник; 6 — насос; 7 — подогреватель; К — конденсат; ГВ — газ влажный; ГС — газ сухой; ГН — газ нагретый; ГНН — газ нагретый насыщенный; РД — регулятор давления