Плотность природного газа

По найденным  координатам х и у строят кривую равновесия. Между точками х1у1 и х2у2 проводят ломаную линию, число ступеней которой соответствует числу теоретических тарелок NT. 

Рабочее число тарелок 

Npa6 = NT/r\, (5.48) 

где г\ - КПД тарелок, равный 25-40 %. 

Высоту  абсорбера находят по типу рабочих тарелок и их числу, диаметр абсорбера — по допустимой скорости в свободном сечении колонны и уточняют по расчету тарелки, по которому проверяют подпор Ah, скорость жидкости в сливном пространстве и скорость газа в прорезях тарелки. 

Допустимая  скорость паров 

w = 0,305Сд/рп(рж - рп), (5.49) 

где С - коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и поверхностного натяжения абсорбента; рп и рж —  плотность соответственно газа и  абсорбента, кг/м3. 

Учитывая  склонность гликоля к пенообразованию, скорость принимают ниже расчетной по формуле (5.49). Для ее 

оценки  используют формулу вида w = 0,818/д/р, где  р — плотность газа в рабочих  условиях, кг/м3. Высота слоя жидкости на тарелке (подпор) 

2 q \ 

64007) 

где q —  расход жидкости, стекающей с тарелки, м3/ч; 1 — периметр слива тарелки, м. 

Значение  АЛ находится в пределах 20-30 мм. 

Расчет  десорбера. Десорбер рассчитывают по аналогии с расчетом абсорбера. 

АЛ-з 

346 

 Рис. 5.23. Изобары для построения кривой  равновесия: 

ДЭГ-водаг  б - ТЭГ-вода. Давление, МПа: 1 - 0Г06; 2 - 0Г03; 3 - 0,01 

Кривую  равновесия (водяной пар - раствор  ДЭГ или ТЭГ) можно построить  по изобарам, приведенным на рис. 5.23, или рассчитать по законам Рауля  и Дальтона. 

На установках сравнительно малой производительности регенерационную колонну часто монтируют непосредственно на нагревателе и заполняют кольцами Рашига. Высота слоя 1,8-4,6 м. 

В десорберах большого диаметра (610 мм и более) часто  применяют колпачковые тарелки. Число фактических тарелок в  регенераторах промышленных установок изменяется в пределах 10-20; насыщенный раствор абсорбента обычно подают в середину колонны. 

а 

347 

5.5. АДСОРБЦИОННЫЙ  СПОСОБ ОСУШКИ И ОТБЕНЗИНИВАНИЯ  УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ 

Адсорбционный метод разделения газовых смесей основан на избирательном поглощении углеводородов (или влаги) твердыми сорбентами, которые хорошо адсорбируют высшие углеводороды и практически не поглощают метан. 

Твердые сорбенты (адсорбенты), применяемые  на адсорбционных установках, обладают способностью адсорбировать влагу и углеводороды из газа при одних условиях и отдавать при других. Количество адсорбируемых газа и пара зависит от свойств адсорбента и сорбируемого вещества. 

Одна  из важнейших характеристик абсорбента - его адсорбционная емкость, т. е. количество вещества, которое может быть поглощено единицей массы или объема адсорбента при данных условиях адсорбции. Единицы измерения адсорбционной емкости - %, г/г, г/100 г и т. д. Адсорбционную емкость иногда называют активностью адсорбента. Один и тот же адсорбент по отношению к различным веществам обладает разной активностью. Адсорбционная (поглотительная) активность адсорбентов зависит также от внешних условий адсорбции (давления, температуры и концентрации ад-сорбата в потоке). 

Количество  вещества, поглощаемое адсорбентом, определяется состоянием равновесия. Процесс адсорбции в условиях равновесия количественно принято представлять изотермой адсорбции, выражающей связь количества вещества, адсорбированного единицей массы или объема адсорбента, с концентрацией адсорбата в газовой или жидкой фазе при постоянной температуре процесса. 

Промышленные  адсорбенты должны удовлетворять следующим  требованиям: иметь большую адсорбционную  емкость и высокую механическую прочность, обладать высокой селективностью, способностью к регенерации и стабильностью адсорбционных свойств в условиях длительной эксплуатации, быть нетоксичными и некоррозионно-активными, иметь низкую стоимость. 

При выборе адсорбента для промышленного использования  приходится отдавать предпочтение тем или иным из перечисленных требований. 

В газовой  промышленности для осушки газов  и жидкостей применяются активированная окись алюминия, алюмогели, силикагели и цеолиты (молекулярные сита); для  очистки от 

348 

 кислых  компонентов — цеолиты; для  извлечения из газа углеводородных компонентов — активированные угли и сили-кагели. Адсорбционные свойства адсорбентов существенно зависят от способа их приготовления и активации. 

Примером  применения процесса адсорбции может  служить извлечение жидких углеводородов  из потоков газа, содержащих мало тяжелых компонентов, активированным углем, удаление воды из газа силикагелем или алюмогелем, удаление меркаптанов молекулярными ситами и т.п. 

При контакте с поглощаемым веществом адсорбент  постепенно насыщается. Полное его  насыщение в статических условиях обычно называют статической активностью, а в динамических условиях — динамической активностью. Динамическая активность всегда ниже статической и является одним из основных параметров адсорбента при технологических расчетах. 

Адсорбционные способы имеют ряд преимуществ  по сравнению с абсорбционными, а  в условиях, где требуется глубокая осушка газа, становятся незаменимыми. К преимуществам адсорбционных  способов осушки газа относятся: возможность  получения точки росы до минус  50 °С и ниже; незначительное влияние температуры и давления на процесс извлечения; относительная простота аппаратуры; малые эксплуатационные расходы. 

Недостатки  адсорбционных способов - большие  перепады давления, относительно высокие  затраты тепла и истирание адсорбента. 

В качестве адсорбентов применяют следующие  пористые вещества со значительной внутренней поверхностью пор: си-ликагель, алюмогель, боксит, синтетические цеолиты (молекулярные сита). Эти адсорбенты изготавливают  в виде гранул и шариков для  уменьшения гидравлического сопротивления в слое, через который пропускается осушаемый газ. Для от-бензинивания газов применяют также активированный уголь. 

Рассмотрим  схему адсорбционной установки (рис. 5.24). Сырой газ высокого давления поступает в сепаратор 1, где очищается от капельной жидкости и механических примесей, и направляется в адсорбер 2 для осушки и отбензинивания. В это время адсорбер 3 находится в цикле регенерации и охлаждения. Осушенный и отбензиненный газ из адсорбера поступает в магистральный газопровод. Газ для регенерации адсорбента отбирается после сепаратора до регулируемого штуцера 4 и направляется в печь 5. Такая схема позволяет поддерживать достаточное давление для течения регенерирующе- 

349 

 Рис. 5.24. Технологическая схема адсорбционной установки для осушки и отбензинивания углеводородных газов 

го газа через печь, адсорбер, холодильник 6 и сепаратор 7, после чего этот газ  возвращается в общий поток через  штуцер. Конденсат, выделившийся в холодильнике за счет охлаждения регенерационного газа, поступает в сепаратор. 

Продолжительность периода осушки изменяется в широких  пределах. На практике чаще всего цикл длится 8 ч. Имеются также установки  с продолжительностью цикла 16 и 24 ч. Переключение адсорбента проводят согласно графику, при этом не полностью используют адсорбционную емкость осушителя, т.е. оставляют некоторый резерв, что повышает надежность работы. 

Для осушки и отбензинивания углеводородных газов  применяются также установки  с укороченным циклом (коротко-цикловые). 

Возможны различные модификации схемы адсорбционных установок. 

По схеме, приведенной на рис. 5.25, сырой газ  поступает в сепаратор-каплеотделитель 1, откуда, очищенный от капельной  жидкости, направляется в силикагелевую  колонну 6(7 или 8), где силикагель частично поглощает пары воды и тяжелых углеводородов. Далее для более полного извлечения паров воды из колонны 6(7 или 8) газ поступает в колонну 

350 

 Рис. 5.25. Технологическая схема видоизмененного  процесса коротко-цикловой адсорбции  для глубокого извлечения из конденсатного газа углеводородов и влаги 

с активированным углем 9(10 или 11), а сухой газ —  в газопровод. 

Для регенерации  адсорбента часть сырого газа отбирается после капле отделителя и направляется в нагреватель 4, где его температура  повышается до 200 — 300 °СГ а затем подается в силикагелевую колонну. Нагретый газ десорбирует поглощенные углеводороды и влагу и после охлаждения в теплообменнике поступает в сепаратор 2. В последнем выделяется жидкость, а газ забирается газодувкой 5 и направляется сначала в нагреватель 4, а затем в адсорбер. Таким образом, получается замкнутый цикл регенерации. 

Регенерация активированного угля проводится аналогично регенерации силикагеля также по замкнутому циклу. Разница лишь в  том, что газ регенерации перед  сепаратором 3 охлаждается до более низкой температуры (минус 5-15 °С и ниже), чем перед сепаратором 2. Охлаждение адсорберов после регенерации осуществляется газом адсорбции, который, выходя из адсорбера, также поступает в газопровод. 

Технологическая схема короткоцикловой установки обычно бывает трехадсорберной. Если необходимо вести адсорбцию через два слоя разных адсорбентов, то эти адсорбенты 

351 

 Рис. 5.26. Технологическая схема установки  короткоцикловой адсорбции для  извлечения конденсата и влаги  из газов газоконденсатных месторождений: 

I, II, III - адсорберы: 1 - нагреватель; 2, 5 - теплообменники; 3, 4 -газодувки; 6 - сепаратор (р = 1 МПаг t = 60-70 °С); 7 - воздушный холодильник; 8 - адсорбция; 9 - десорбция; 10 - охлаждение; 11 -для открытого цикла регенерациии влаги из газов газоконденсатных месторождений 

помещают  в одну колонну. В таком случае схема значительно упрощается (рис. 5.26). 

Необходимое количество адсорбента в зависимости  от расхода газа и содержания влаги  в нем определяют по формуле 

G 

QWt 

2,4-107а 

где О  — расход газа, м3/сут; W — содержание влаги г/см3; t — продолжительность  цикла поглощения, ч; а бочая активность адсорбента, %. 

Допустимые  скорости определяют по формуле Леду 

(5.50) 

газе, - ра- 

и = J0,0167prPaD 

(5.51) 

  

352 

 где  и — массовая скорость газа, кг/с; рг и ра — плотность соответственно газа при рабочих условиях и адсорбента, кг/м3; D — средний диаметр частиц, м; д — ускорение свободного падения, м/с2. 

Фактическую скорость газа принимают несколько  ниже расчетной вследствие неоднородности частиц промышленных адсорбентов. 

Потери  давления при движении газа через  гранулированный адсорбент 

Ар = Рг 2 , (5.52) 

d3gm 

где / —  коэффициент трения; рг — плотность  газа, кг/м3; а — высота слоя, м; v —  скорость, отнесенная ко всему сечению аппарата, м/с; d3 — эквивалентный диаметр частиц, м; д — ускорение свободного падения, м/с2; т — пористость.