Очистка газа от механических примесей.

Под механическими примесями в газе понимают аэрозольные системы с

газовой дисперсионной средой и твёрдой дисперсной фазой.

Дисперсная фаза может быть охарактеризована концентрацией, дисперс­ностью, характером распределения частиц по радиусу и соответствующей плот­ностью.

Дисперсная среда описывается в основном плотностью и вязкостью.

Подобные системы не только способны перемещаться как единое целое, но и сохраняться в исходном состоянии достаточно долгое время.

В неподвижной газовой среде аэрозольные частицы поддерживаются во взвешенном состоянии в поле гравитации благодаря их собственному тепловому движению и в следствии обмена энергией с молекулами среды.

Энергия теплового движения для частиц любой массы, как известно, мо­жет быть оценена как:

E_T = (161)

где: k - постоянная Больцмана; T- абсолютная температура.

При этом, если размеры частиц d_p«H_р, то для поддержания частиц

во взвешенном состоянии достаточно одной энергии теплового движения; при­чём:

Н_р= (162)

где: m_g - масса частицы.

Если же d_p Нр, то для поддержания системы в равновесии необходима до­полнительная энергия или извне, или получаемая за счёт соударения с молекула­ми среды.

Соотношение между двумя этими видами энергии характеризуется числом Шмидта:

S_c = d²_p-n_g-l_g (163)

где: n_g - концентрация газовых молекул;

l_g- длина их свободного пробега.

Так вот, при s_c^< 10^-7 существенен лишь вклад теплового движения;

при s_c> 10^-5 имеет значение лишь обмен энергией между частицами и сре­дой;

при 10^-7 < s_c< 10^-5 оба вклада соизмеримы.

В движущейся газовой среде частицам аэрозоля присущи 2 основные фор­мы движения - увлечение дисперсионной средой и смещение относительно её. Поддержка частиц во взвешенном состоянии в этом случае определяется их инер­ционностью и характеризуется так называемым турбулентным числом Шмидта (s_с ), равным отношению коэффициента диффузии частиц (D_p ) к коэффициенту

турбулентной диффузии молекул среды (D_т).

Кроме энергии теплового движения частиц, обмена энергией между части­цами и средой и энергии, поступающей извне, аэрозольные частицы могут под­держиваться во взвешенном состоянии за счёт градиентов температуры и концен­трации. Возникающие при этом движения носят названия термо - и диффузио-фореза соответственно.

Однако, аэрозольные системы не могут существовать вечно. При прекра­щении поступления энергии извне, выравнивании температурных и концентраци­онных полей и установлении равновесия между тепловой энергией частиц и сре­ды неизбежно начнется процесс самопроизвольного оседания частиц, не способ­ных в силу своей массы удержаться во взвешенном состоянии за счет теплового движения при данных термобарических параметрах. Закон их седиментации опи­сан ещё Стоксом в 1852 г и будет рассмотрен на практических занятиях. Напри­мер, в спокойном воздухе при стандартных условиях частицы песка размером 100 мкм оседают со скоростью 0,25 м/с; 10 мкм - 0,003 м/с; а 1 мкм - 0,00003 м/с.

При этом, принято различать 5 видов механизма осаждения взвешенных частиц:

1. Гравитационный: движущиеся частицы (обычно 40 - 550 мкм) выпада-

ют из газа благодаря силе тяжести.

2. Инерционный: частицы при обтекании некого тела (возможно с газо-

вым потоком) за счет инерции отклоняются от общего потока и осаждаются на фронтальной поверхности обтекаемого тела.

3. Зацепление: частицы (обычно 1-3 мкм) при перемещении вместе с га­зовым потоком в относительной близости от обтекаемого тела приходят в сопри­косновение с ним и прилипают к нему.

4. Диффузионный: частицы (обычно < 0,1 мкм) в результате броуновского

движения попадают на поверхность обтекаемого тела и прилипают к нему.

5. Центробежный: частицы выводятся из вращающегося газового потока под действием центробежных сил.

Но даже, если аэрозольная система состоит из частиц способных удержать­ся при данных термобарических параметрах во взвешенном состоянии данная система будет саморазрушаться, т.к. частицы способны самоукрупняться. Данный процесс носит название коагуляции. Так частицы < 0,1 мкм коагулируют практи-

чески мгновенно. Различают несколько видов коагуляции:

1. Броуновская - вызывается случайным столкновением частиц в следст­вии их беспорядочного теплового движения.

2. Градиентная - обусловлена разностью скоростей частиц в сдвиговом потоке.

3. Кинематическая - обусловлена различием скоростей движения частиц относительно среды.

4. Турбулентная и акустическая - обусловлена тем, что частицы разного
размера сближаются и сталкиваются будучи в разной степени увлечены пульса-­
циями или звуковыми колебаниями среды.

При этом, на скорость коагуляции влияет наличие электрического заряда на частицах и наличие внешнего электрического поля. Аэрозольные частицы спо­собны приобретать электрический заряд многими способами, например, если они образуются конденсацией на ионах. Незаряженные частицы могут захватывать га­зовые ионы. Наконец, частицы приобретают заряд при освещении, облучении, прохождении коронного разряда и т.п.

Размеры частиц в аэрозольных системах образующихся в природных и по­путных газах характеризуются широким разнообразием. Диапазон размеров час­тиц колеблется от 0.01 до 1000 мкм и более.

Подобные частицы способны в следствии эррозии и загрязнения вывести из строя не только КИП и компрессоры, но даже трубопроводы и запорную арма­туру. Именно поэтому нормативными документами и вводятся соответствующие ограничения.

Различают механические и электрические методы очистки газа от механи­ческих частиц.

Механические методы в свою очередь подразделяются на способы отстоя и фильтрования.

Наконец, различают отстой в сухих и мокрых условиях.

Перейдём к рассмотрению этих методов:

В методах сухого отстоя наибольшее распространение получили устройст­ва, в которых осаждение частиц происходит в следствии резкого изменения на­правления или скорости газового потока. Это прежде всего различные газовые се­параторы и циклоны. В них при незначительном гидравлическом сопротивлении (порядка 0,5 - 1,5 кП) улавливаются сравнительно крупные частицы с размерами 5 мкм. Причём, эффективность циклонов выше и для частиц с размерами 5 мкм степень извлечения достигает 40 - 70 %, а для частиц 20 мкм - 97 - 99 %. При этом, газовые сепараторы используются преимущественно 4 видов:

а) гравитационные - они наиболее просты, но в то же время наиболее ме­таллоёмки и габаритны.

б) инерционные - в них под действием сил инерции поток посредством ме­таллических отбойников разделяется на очищенный газ и частицы. Они более эф­фективны и компактны.

в) жалюзийные - снабжены наборами профилированных пластин.

г) центробежные сепараторы.

Мокрые методы отстоя основаны на контакте газового потока с промыв­ной жидкостью (обычно водой или маслом) в аппаратах получивших название скруббера или масляного фильтра (особо эффективен так называемый скруббер Вентури). Во всех этих аппаратах жидкость используется многократно и обеспе­чивает остаточное содержание механических примесей до 10 мг/ м³ газа при

гидравлических потерях от 3 - 5 до 20 - 30 кПа. В нефтяной промышленности наибольшее распространение получили масляные пылеуловители (рис.51):

Рис.46. Схема масляного пылеуловителя

Масляный пылеуловитель состоит из 3 секций: в нижней промывочной секции А в разделительную перегородку (5) вварены контактные трубки (6), на которых в нижней части имеется ряд продольных прорезей. Газ поступает в аппа­рат через патрубок 4, ударяется о козырёк (3), соприкасается с маслом и захваты­вая его, проходит с большой скоростью в контактные трубки. В средней (осади-тельной) секции Б скорость газа резко понижается, при этом, крупные капли мас­ла с механическими частицами оседают и стекают по дренажным трубкам (10) вниз. Освобождённый от крупных механических примесей газ поступает в верх­нюю каплеуловительную секцию В, где мелкие частицы пыли и масла (размером менее 0,25 мм) задерживаются специальной насадкой и тоже стекают вниз по дренажу (9). Очищенный газ уходит через патрубок (8). Загрязненное масло через патрубок (12) удаляют продувкой в отстойник, а затем по трубе (11) доливают очищенное масло. Продувку проводят по мере снижения уровня масла до кон­трольного уровня, но не реже 1 раза в месяц. Полностью удаляют масло через люк

(1) 2 - 3 раза в год. Уровень масла контролируют по шкале 2. Расход масла не бо­лее 25 г на 1000 м³ газа. Масляные пылеуловители выпускают диаметром от 400 до 2400 мм; высотой от 5100 до 8800 мм на рабочее давление от 6 до 64 атм.

Очистка газа фильтрованием основана на прохождении газа через порис­тые перегородки, пропускающие газ, но задерживающие механические примеси. Метод высокоэффективен, т.к. способен уловить даже весьма тонкие фракции примесей с размерами частиц менее 1 мкм.

Различают следующие виды фильтров:

а) Рукавные. Они обеспечивают остаточное содержание примесей менее 10 мг/м³ газа при гидравлическом сопротивлении до 1,3 кПа. Аппарат состоит из камеры и подвешенных в ней рукавов (с диаметром от 100 до 300 мм и длиной от 2 до 10 м) с заглушенным концом. Газ подаётся в рукава, в которых и задержива­ется пыль. Пыль периодически удаляется либо обратной продувкой, либо встря­хиванием. Фильтр состоит из нескольких секций, работающих попеременно. Ру­кава делают из тканевых и нетканных (войлок, фетр) материалов. Срок службы рукавов до 2 лет.

б) Зернистые. Различают так называемые насыпные и жесткие конструк­ции. Насыпные состоят из слоя песка, гальки, шлака или кокса с размерами зёрен 0,2 - 0,3 мм, толщиной слоя 0,1 - 0,15 м и сопротивлением 0,5 - 1,5 кПа. Они обеспечивают остаточное содержание механических примесей в газе порядка 20 мг/м³. Регенерируют их ворошением с вибровоздействием и обратной продувкой. Жесткие представляют собой патроны из керамики или металлокерамики. При гидравлическом сопротивлении от 0,1 до 6 кПа они способны обеспечить оста­точное содержание механических примесей в газе менее 1 мг/м³. Регенерируются подобные конструкции обратной продувкой или с помощью промывных жидко­стей.

в) Для улавливания высокодисперсных аэрозолей с суммарной концентра­цией от 0,5 до 5 мг/м³ используют волокнистые фильтры с перегородками из тон­ких и ультратонких волокон, как правило, с диаметром волокон 1-2 мкм, нане­сённых на марлевую подложку. И хотя подобные конструкции не подлежат реге-

нерации, они способны обеспечить 100 % очистку газа при гидравлическом со­противлении всего 0,8 - 1,5 кПа.

г) Для грубодисперсных систем, состоящих из капель и туманов, с диа­метрами частиц свыше 10 мкм, применяют сетчатые фильтры - каплеуловители с пакетами из мелкоячеистых сеток. При скорости газового потока порядка 2 м/с пакет толщиной всего 0,1. м способен обеспечить 98 % -ую степень очистки газа с гидравлическими потерями всего 0,2 кПа. Для более дисперсных систем исполь­зуют перегородки из стеклянных, синтетических или металлических волокон с диаметром 100 - 200 мкм для частиц крупнее 1 мкм, и диаметром 5-20 мкм для улавливания субмикронных частиц. В этом случае, степень очистки газа колеб­лется от 85 до 100 % при гидравлическом сопротивлении перегородок от 1 до 5 кПа. Все фильтры, улавливающие капли и туманы, работают в стационарном peжиме саморегуляции благодаря самопроизвольному стеканию жидкости в резуль­тате коалесценции или её испарения.

Наконец, электрическая очистка газа основана на ионизации электриче­ским зарядом под действием постоянного тока напряжением до 90 кВ твёрдых и жидких частиц с последующим их осаждением на электродах в сухих или мокрых фильтрах, обеспечивающих остаточное содержание механических примесей 50 и 5 мг/м³ соответственно при гидравлических сопротивлениях не более 200 кПа.

Сравнительная характеристика всех рассмотренных выше методов пред­ставлена на рис.52.

Рис.52. Сравнительная характеристика методов очистки газа от механических

примесей

Осушка газа.

Осушка газа производится для предотвращения образования жидкостных, ледяных и кристаллогидратных пробок в трубопроводах, улучшения условий ра­боты компрессорного оборудования и понижения коррозионной активности газа.

Различают абсолютную и относительную влажность газа. Под абсолютной влажностью понимают массовое содержание воды в определённом объёме газа (обычно кг/1000 м³ при н.у.). Под относительной влажностью газа понимается от­ношение фактического содержания влаги в газе к максимально возможному при данных термодинамических условиях. Зависимость максимально возможного со­держания влаги в газе W от термодинамических условий представлена на рис. 53.

Рис.53. Зависимость W от термодинамических условий/

Причём, речь идёт исключительно о водяных парах. Из рис.53 видно, что с понижением давления и повышением температуры максимальное содержание во- дяных паров в газе возрастает. Температура, при которой газ становится полно­стью насыщенным водяными парами, при данном содержании влаги в газе, назы­вается температурой точки росы газа по воде при данном давлении. При этом, под газом, насыщенном водяными парами, понимают газ с относительной влажно­стью равной единице. Каждая кривая на рис.48 представляет собой геометриче­ское место точек росы газа в зависимости от содержания в газе воды при посто­янном абсолютном давлении. В зоне, расположенной выше соответствующей кривой, свободная вода имеется, в зоне ниже кривой - отсутствует. Влажность га­за может быть определена с помощью:

1. Кулонометрических влагомеров и гигрометров;

2. Пьезосорбционных влагомеров и гигрометров;

3. Электросорбционных гигрометров;

4. Диэлькометрических влагомеров и гигрометров;

5. ЯМР - влагомеров;

6. Нейтронных влагомеров;

7. Гигрометров, основанных на измерении точки росы;

8. Психометров;

9. Оптических влагомеров и гигрометров.

При этом, отличие гигрометров от влагомеров состоит в том, что они предназначены исключительно для определения влажности газов, в то время как влагомеры могут использоваться и для определения влажности жидких и твёрдых субстанций.

Известно несколько способов осушки газа:

1. Вымораживанием;

2. С помощью абсорбции;

3. С помощью адсорбции.

Метод осушки газа вымораживанием основан на изменении влажности га­за в зависимости от его температуры. Если газ охладить, то часть влаги, находя­щейся в нём в паровой фазе, сконденсируется. Выпавший конденсат можно уда­лить, а газ с пониженной влажностью будет иметь более низкую точку росы. Не­обходимая степень осушки газа вымораживанием достигается в том случае, если газ удаётся охладить ниже минимальной температуры, наблюдаемой при его дальнейшем транспортировании, подготовке и утилизации.

Различают вымораживание с помощью естественного и искусственного
холода.

Вымораживание с помощью естественного холода возможно только в зим­ний период, да и то, как правило, лишь в северных районах. Оформление процес­са сводится к пропусканию газа через батарею труб с необходимой поверхностью теплообмена. При движении газа по трубам он охлаждается, влага конденсирует­ся и кристаллизуется на внутренних стенках труб. Вымораживатели включаются в работу поочередно, а их регенерация осуществляется продувкой отработанной ба­тареи труб острым водяным паром. Вымораживание с помощью искусственного холода применяется гораздо чаще и основывается либо на применении холодиль­ных машин, либо на дросселировании, либо, наконец, на использовании винтовых детандеров. Причём, первые два процесса применяются, как правило, в сочетании друг с другом, а все методы искусственного охлаждения реализуются совместно с низкотемпературной сепарацией.

Сущность эффекта дросселирования основана на эффекте Джоуля - Томп­сона, согласно которого, любое снижение давления газа на 1 атмосферу в специ­альном устройстве (дросселе - представляющим собой специфическую диафраг­му) вызывает понижение температуры газа от 0,15 до 0.25 °С. Легко видеть, что охладить подобным образом газ до температур, предусмотренных нормативными документами, возможно только в том случае, если он имеет высокое давление, намного превышающее давление первой ступени сепарации. Таким образом, дан­ный способ применим, в основном, для продукции газовых и газоконденсатных месторождений.

Принципиальная схема подобной установки приведена на рис.54.

Рис.54. Схема установки для охлаждения газа дросселированием.
Установка работает следующим образом:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Сущность метода вымораживания с использованием детандеров сводится к политропному расширению газа с отдачей внешней работы. В этом случае, детан­дер - это аппарат (чаще всего винтовой или турбинный компрессор), способный обеспечить подобное расширение. Для выполнения внешней работы вал детанде­ра жестко связывают с любым необходимым устройством. Преимущество подоб­ного метода охлаждения неоспоримо. Т.к. позволяет охлаждать газ на 12 - 20 °С на каждую 1 атм. сбрасываемого давления, что делает возможным обработку практически любого попутного или природного газа.

Существует два основных способа обработки газа с помощью детандера (рис.55). Так называемая «открытая» схема (а), в которой исходный газ потоком (I) проходит через теплообменник (1), где предварительно охлаждается обратным потоком осушенного газа и поступает в сепаратор (2), где освобождается от сво­бодной влаги и углеводородного конденсата. Жидкая фаза из сепаратора выво­дится потоком Ш на разделение. Оставшийся газ поступаетна детандер (3), где и подвергается глубокому охлаждению. Сконденсировавшаяся при этом влага и уг­леводородный конденсат отделяются в сепараторе (4) и выводятся потоком (IV) на разделение. Высушенный газ, пройдя через теплообменник (1), поджимается в компрессоре (5), жестко соединенным с детандером и потоком (III) покидает ус­тановку. Если необходимо поджать газ до исходного давления, то к компрессору (5) дополнительно подключают электродвигатель. Для предотвращения намерза-ния в соответствующие точки схемы подаётся ингибитор, поток V. Утилизация потоков II и IV сводится к отстою для отделения углеводородной части и регене­рации ингибитора из водного раствора с возвратом его в процесс.

Рис.55. Схема установки для охлаждения газа с помощью детандера.

В «закрытой» (б) схеме вместо осушенного газа компримированию под­вергается любой другой газ, поток VI. Чаще всего это газ концевых ступеней се-парации, утилизация которого из - за малого давления затруднена. Более того, в этом случае удаётся даже этот дополнительный газ несколько подсушить после охлаждения в теплообменнике (6). Частично отделившаяся влага и углеводород­ный конденсат потоком VIII выводятся на разделение, а оставшийся газ (поток VII) может быть направлен на дальнейшую подготовку. Поскольку охлаждение газа концевых ступеней незначительное, применение ингибитора, как правило, не требуется.

Подобные установки получили широчайшее распространение в западных странах, где их количество измеряется сотнями, причём применение детандеров всегда комплексное, т.е. охлаждение используется не только для осушки газа и отделения от него углеводородного конденсата, но и для выделения из газа от­дельных компонентов.

Осушка газа абсорбцией

Абсорбция - это объёмное поглощение газов и паров жидкостью (абсор­бентом) с образованием раствора. Процесс обратный абсорбции называется де­сорбцией.

Различают физическую, химическую и так называемую промежуточную абсорбцию. Физическая абсорбция связана с образованием физического раствора

без химического взаимодействия поглощаемого компонента и растворителя. Энергия взаимодействия поглощаемого компонента и растворителя всегда 20 кДж/моль поглощаемого вещества. Химическая абсорбция (хемосорбция) связана с протеканием определённых химических реакций между поглощаемым компо­нентом и абсорбентом. Энергия взаимодействия в этом случае всегда > 25 кДж/моль. Наконец, промежуточная абсорбция связана с образованием между молекулами поглощаемого вещества и абсорбента слабых координационных свя­зей (например, водородных) с энергиями взаимодействия 20 - 30 кДж/моль.

При физической абсорбции поглощающая способность абсорбента (разу­меется при достижении равновесия) определяется константой фазового равнове­сия). Чем она меньше тем лучше поглотительные возможности растворителя. Константа фазового равновесия, в свою очередь, является функцией давления, температуры и состава газа и жидкости, т.е.:

причём, решающее влияние принадлежит первым двум аргументам:

- с ростом давления растворимость любого компонента газа увеличивает­ся (константа фазового равновесия понижается);

- с ростом температуры растворимость плохо растворимых газов увели­чивается (за исключением водных растворов), а растворимость хорошо раствори­мых газов уменьшается.

При химической абсорбции поглощающая способность абсорбента (при достижении равновесия) определяется константой равновесия конкретной хими­ческой реакции, которая, в свою очередь, подчиняется принципам Ля -Шателье. Поскольку поглощение идёт с уменьшением объёма, то:

- с ростом давления растворимость увеличивается. Поскольку хемосорб­ция может идти как с выделением, так и с поглощением тепла, причём, в гораздо больших количествах, чем при физической абсорбции, то:

- с ростом температуры растворимость будет уменьшаться, если реакция идёт с выделением тепла, и, наоборот, будет возрастать, если реакция идёт с по­глощением тепла. Кроме того, при хемосорбции роль двух последних аргументов,

пожалуй, не менее значительна, ибо может привести либо к полному прекраще­нию реакции (ингибирующие добавки), либо к её стремительному протеканию в присутствии катализирующих добавок. При этом, с термодинамической точки зрения химическая абсорбция особо выгодна для удаления из газа компонентов с малыми концентрациями, в то время как для грубой очистки пригодны оба мето­да.

- При физической абсорбции поглощаемый газ в результате молекуляр­ной, конвективной, а также турбулентной диффузии из ядра газового потока пе­реносится к границе раздела фаз, а затем, по такому же механизму равномерно распределяется в объёме жидкости. При химической абсорбции эти процессы ос­ложняются химической реакцией, причём, скорость каждого процесса сказывает­ся на скорости реакции. Поскольку скорость химической реакции, как правило, намного выше скорости диффузии, именно последняя (во всех своих проявлени­ях) является лимитирующей стадией процесса.

Абсорбция осуществляется в массообменных аппаратах называемых аб­сорберами (скрубберами). Их классификация, устройство, расчет и анализ работы подробно изложены в материалах практических занятий.

Абсорбцию, как правило, осуществляют в виде абсорбционно - десорбци-онного цикла (рис.56).

Рис.56. Технологическая схема абсорбционно - десорбционного цикла.

Однако, стадия десорбции может отсутствовать, если в результате абсорб­ции получают готовый продукт или регенерация поглотителя невозможна (ра­зомкнутый цикл). При этом, чем выше циркуляция поглотителя, тем меньше раз-

меры абсорбера, но выше эксплуатационные расходы и побочное поглощение из газа нецелевых компонентов. Для снижения этих расходов поглотитель может по­даваться в абсорбер разной степени регенерированности в разные точки, соответ­ственно, и отбираться из десорбера он будет из разных точек. Регенерация абсор­бентов, как правило, проводится либо снижением давления, либо нагреванием, либо отдувкой плохо растворимым газом.

Физическую абсорбцию осуществляют, как правило, при температуре при­ходящего газа (20 - 40°С) или при специально понижаемых температурах, т.к. при этом возрастает растворимость хорошо поглощаемого компонента и снижается растворимость плохо поглощаемых компонентов, т.е. повышается селективность процесса (любой компонент можно сделать хорошо или плохо растворимым, ме­няя марку растворителя). Кроме этого, уменьшаются потери растворителя от ис­парения и рост парциального давления поглощаемого компонента в исходном газе практически не влияет на степень циркуляции поглотителя чего не скажешь о хе-мосорбции.

К жидкому абсорбенту, предназначенному для осушки газа, предъявляют­ся многочисленные требования, основные из которых сводятся к следующему:

1. Высокая влагоёмкость;

2. Нетоксичность;

3. Стабильность;

4. Отсутствие корредирующих свойств;

5. Низкая растворяющая способность по отношению к углеводородам и слабая растворимость в них;

6. Простота регенерации.

В наибольшей степени этим требованиям отвечают диэтиленгликоль и триэтиленгликоль (ДЭГ и ТЭГ) - ГОСТ 10136 - 77. Используя ДЭГ, можно уменьшить температуру точки росы газа по воде примерно на 30°С. ТЭГ обладает более высокой влагоёмкостью, но труднее регенерируется по сравнению с ДЭ - Г ом. В России, в основном, используется ДЭГ. Во ВНИИСПТнефти и ЦКБН соз­даны блочные, автоматизированные установки осушки газа ДЭГ ом пропускной способностью 100, 200 и 300 тыс.м ³/сутки на рабочее давление 10 атм и пропуск­ной способностью 500 тыс м³/сутки на рабочее давление 6 атм. В последнее время появились установки пропускной способностью 1200 и 2400 тыс м³/сутки на ра­бочее давление 10 атм. Немало осталось в России и установок спроектированных в ГДР, основанных на использовании ТЭГ а с пропускной способностью 500 тыс

м³/сутки на рабочее давление 6 атм. Принципиальные технологические схемы отечественных и импортных установок осушки газа аналогичны и приведены на рис. 57:

Рис.57. Принципиальная схема абсорбционной осушки газа. Установка работает следующим образом:

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Осушка газа адсорбцией

Адсорбция - это объемное поглощение газов и паров поверхностью твер­дого тела (адсорбентом) с образованием обновленной поверхности.

Процесс обратный адсорбции называется десорбцией.

Различают физическую, химическую и так называемую промежуточную адсорбцию. Физическая адсорбция связана, как правило, с Вандер-Ваальсовыми силами, удерживающими молекулы газов и паров у поверхности твердого тела и не сопровождается химическим взаимодействием между поглощаемым компо­нентом и поглотителем. Энергия взаимодействия в этом случае не превышает не­скольких десятков кДж/ моль поглощаемого вещества.

Химическая адсорбция (хемосорбция) связана с протеканием определен­ных поверхностных химических реакций между поглощаемым веществом и ад­сорбентом и для своего осуществления требуют преодоления определенного ак-тивационного барьера. Энергия взаимодействия, в этом случае, достигает не­скольких сотен кДж/модь поглощаемого вещества. Наконец, промежуточная ад­сорбция связана с образованием между молекулами поглощаемого вещества и по­верхностью адсорбента слабых координационных связей (например, водородных) с промежуточными значениями энергии взаимодействия.

При физической адсорбции поглощающая способность адсорбента (разу­меется, при достижении равновесия) определяется температурой, давлением, кон­центрацией поглощаемого компонента и удельной поверхностью поглотителя.

- чем выше температура, тем меньше поглощающая способность адсорбен­та, т.е. физическая адсорбция экзотермична.

-с ростом давления, наоборот, поглощающая способность адсорбента на­растает (разумеется, речь идет о парциальном давлении поглощаемого компонен­та).

- влияние концентрации поглощаемого компонента и удельной поверхно­сти адсорбента аналогичны влиянию давления.

При химической адсорбции поглощающая способность адсорбента (при достижении равновесия), как и при абсорбции, целиком определяется константой равновесия конкретной химической реакции, которая, как известно, подчиняется принципу Ля-Шателъе.

Существует множество технологических приемов проведения адсорбцион­ных процессов. Наибольшее распространение получили циклические (переодиче­ские) установки с неподвижным слоем адсорбента, основной узел которых - один или несколько адсорберов, выполненных в виде полых колонн, заполненных гра­нулированным адсорбентом. Газовый поток, содержащий адсорбируемые компо­ненты, пропускается через слой адсорбента до проскока. После этого, адсорбент в адсорбере регенерируют, а газовый поток направляют в другой адсорбер. Регене-рацию проводят нагреванием, сбросом давления, вытеснением или комбинацией этих методов. Так как время адсорбции и регенерации не совпадает, то подбирают такое число одновременно работающих и регенерируемых адсорберов, чтобы в целом процесс шел непрерывно. При этом, возможно 2 варианта: 1 - целевой про­дукт адсорбируется и может быть выделен только при регенерации. 2-адсорбируются нецелевые компоненты. В этом случае, целевой продукт получают непосредственно при адсорбции.

Менее распространены установки с движущимся слоем адсорбента. Последний под действием силы тяжести медленно опускается по адсор-

беру, выводится из его нижней части и попадает в так называемый эр­лифт, представляющий собой вертикальную трубу, параллельную адсорб­ционной колонне. По этой трубе снизу вверх движется поток воздуха, ко­торый поднимает зерна адсорбента в верхнюю часть колонны. Перераба­тываемый газовый поток поступает в среднюю часть адсорбера и движет­ся вверх противотоком к адсорбенту. В верхней части колонны непрерыв­но происходит адсорбция, в нижней - регенерация. Возможна и другая конструкция - когда десорбер выполнен в виде отдельного аппарата, па­раллельного адсорберу. В этом случае, необходимы два эрлифта.

Наконец, существуют установки с псевдоожиженным (кипящим) слоем ад­сорбента, при котором, газовый поток, поступающий в адсорбер снизу, приводит адсорбент во взвешенное состояние. При этом, резко увеличивается эффектив­ность массообмена между адсорбентом и газом и сокращается длительность ад­сорбции и десорбции, проводимой, обычно, в другом аппарате.

К твердому адсорбенту, предназначенному для осушки газа, предъявляют­ся многочисленные требования, основные из которых сводятся к следующему:

1. Большая адсорбционная емкость

2. Легкость регенерации

3. Механическая прочность

4. Химическая инертность и термическая стойкость

5. Низкое сопротивление потоку газа

6. Способность выдерживать много циклов адсорбция - десорбция

7. Доступность.

Наиболее полно данным требованиям отвечают адсорбенты, основные свойства которых приведены в табл.35.

Табл.35. Основные свойства адсорбентов, применяемых для осушки газа.

Принципиальная технологическая схема осушки газа методом адсорбции приведена на рис. 58

Рис.58. Принципиальная технологическая схема осушки газа методом ад­сорбции

Установка работает следующим образом:

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Содержание в газе высокомолекулярных углеводородов, Н₂S, CO₂, твёр­дых и жидких взвешенных частиц снижает поглотительную способность адсор­бентов, поэтому газ до поступления на осушку целесообразно очищать от указан­ных примесей.

Цеолиты, кроме влаги, способны поглощать высокомолекулярные углево­дороды, Н₂S, CO₂ т.е. одновременно осуществляют частичную очистку газа.

Подведём итог: область применения (по требуемой точке росы) всех рас­смотренных способов осушки газа может быть проиллюстрирована рис.59.

Рис.59. Область применения (по требуемой точке росы) всех рассмотренных спо­собов осушки газа

1. Цеолиты; 2. Оксид алюминия и силикагель; 3. Гликоли; 4. Хлористый литий (р - р);

5. Хлористый кальций (р-р); 6. Дросселирование; 7. Холодильные машины; 8. Охлаждение водой; 9. Охлаждение воздухом; 10. Детандер.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: