Осушка природного газа адсорбцией

Билеты физика. термодинамика и т.д (16-23) / Билет 23 / 3 / 14. Адсорбционная осушка

Сущность адсорбционной осушки состоит в избирательном поглощении поверхностью пор твердого адсорбента молекул воды с последующим извлечением их из пор внешними воздействиями (повышением температуры адсорбента или снижением дав­ления среды).

Осушка газа твердыми осушителями осуществляется в аппаратах периодического действия с неподвижным слоем осушителя. Полный цикл процесса осушки состоит из стадий адсорбции, регенерации и охлаждения адсорбента. В качестве осушителей применяют силикагели, алюмосиликагели, активированный оксид алюминия, бокситы и молекулярные сита (цеолиты). Их адсорбционная емкость существенно зависит от размера пор и соответственно удельной поверхности последних. Особенность молекулярных сит заключается в способности поглощать не только влагу, но и сероводород и углекислоту, т.е. очищать газ от кислых компонентов. Для уменьшения сопро­тивления движению газа адсорбенты изготавливают в виде шари­ков или гранул. Требования к осушителю очень жесткие: он до­лжен быстро поглощать влагу из газа и легко регенерироваться, выдерживать многократную регенерацию без существенной потери активности и прочности, иметь высокую механическую прочность и поглотительную способность, оказывать малое сопротивление по­току газа, иметь невысокую стоимость. Иногда применяют комби­нацию двух осушителей в одном аппарате, например, силикагеля и активированного оксида алюминия, что позволяет сочетать высокую поглотительную способность силикагеля с высокой степенью осуш­ки газа оксидом алюминия. Для регенерации осушителя используют нагретый газ. Температура десорбции обычно равна 160-180 о С (для молекулярных сит — 280 — 290ºС).

Установка осушки адсорбцией состоит, как минимум, из двух адсорбционных аппаратов. Принципиальная схема установки при­ведена на рис. 17.

Влажный газ, пройдя через каплеотбойник, посту­пает сверху в один из адсорберов и проходит его насквозь. Другой адсорбер в это время находится на стадии регенерации или охлаж­дения. Осушенный газ поступает на дальнейшую переработку или в газопровод. Часть исходного газа, пройдя через трубчатый подо­греватель, направляется в низ другого адсорбера для регенерации осушителя. Газ с регенерации проходит теплообменник для охлаж­дения, сепаратор для отделения воды и смешивается с основным потоком влажного газа.

Рис. 17. Tехнологическая схема осушки газа твердыми поглотителями:

1—водоотбойник; 2, 7 — воронка; 3 — трубчатый нагреватель; 4, 5 — адсорберы; 6 — сепаратор; 8 теплообменник Потоки: I — влажный газ; II— осушенный газ; III — обводная линия.

Полный цикл работы одного аппарата включает четыре сле­дующих периода:

• адсорбция при температуре 35 — 50°С, давлении 8-12 МПа, длительности контакта газа с адсорбентом не менее 10 с (скорость газа в аппарате 0,15 — 0,30 м/с). Длительность адсорбции выбирают исходя из адсорбционной емкости поглотителя, начальной и конечной влажности газа, загрузки адсорбента в аппарате;

• нагрев адсорбента, который производится после переключе­ния аппарата с режима адсорбции на десорбцию. Нагрев ведется горячим газом из трубчатого нагревателя со скоростью не более 60°С в час. Время, затрачиваемое на нагрев, составляет 0,6 -0,65 от периода адсорбции;

• десорбция — вытеснение из пор адсорбента поглощенной воды и восстановление его адсорбционной активности. Она начинает происходить, когда температура адсорбента достигнет 200 -250 °С (для силикагелей) или 300 — 350 °С (для цеолитов). Горя­чий газ в периоды нагрева и десорбции проходит слой адсор­бента в направлении, противоположном направлению осушае­мого газа в периоде адсорбции (т. е. снизу вверх);

• охлаждение адсорбента, его начинают после завершения десорбции и переключения аппарата на режим адсорбции (осушки). Охлаждение ведут исходным холодным газом. Период охлаждения занимает 0,35 — 0,40 от времени, затрачиваемого на адсорбцию.

Источник

Осушка газа

Осушка газа – это операция удаления влаги из газов и газовых смесей, которая обычно предшествует транспортировке природного газа по трубопроводам или низкотемпературному разделению газовых смесей на компоненты.

Для чего нужна осушка газа?

В данном случае, «сушить» = «удалять воду». Вода, в тех или иных количествах, присутствует в любом газе. Большинство сырых газов, не прошедших газоподготовку являются влагонасыщенными – т.е. содержат максимум воды при каких-то фиксированных давлениях и температуре. При этом речь идет не о воде в свободной форме, которая может каплями лететь с газом и удаляется с помощью сепараторов , а о парах воды, для удаления которой требуются другие технологии и соответствующее оборудование.

Осушка обеспечивает непрерывную эксплуатацию оборудования и газопроводов , предотвращая гидратообразование и возникновение ледяных пробок в системах. Наиболее важные методы осушки газа основаны на абсорбции или адсорбции влаги, а также на ее конденсации при охлаждении газа. Для проводимого осушительного процесса характерен такой показатель, как точка росы.

Существующие технологии осушки газа в промысловых условиях можно разделить на две большие группы:

• абсорбционная – технология с использованием жидких поглотителей;
• адсорбционная – технология с использованием твердых поглотителей.

Способы осушки газа

Воду из газа, как и любой другой компонент, можно удалять физическим методом (адсорбцией, абсорбцией, мембранами, конденсацией (холодом)), химическими методами (CaCL2 и пр.) и их бесконечными гибридами.

Коммерческое применение нашли следующие способы, расположенные в данном списке в порядке убывания популярности:

1. Абсорбция Гликолевая осушка
2. Адсорбция Цеолиты, силикагели или активированный алюминий
3. Конденсация Охлаждение с впрыском ингибиторов гидратообразования (гликолей или метанола)
4. Мембраны На основе эластомеров или стеклообразных полимеров.
5. Химический метод Гигроскопичные соли обычно хлориды металлов (CaCL₂ и пр.)

Подавляющее количество установок в мире основаны на первых двух способах.

Абсорбционный метод осушки газа — Гликолевая осушка

Гликолевая осушка — самый распространённый способ, используемый для умеренной осушки газа, достаточной для транспортировки по трубопроводам, в том числе и магистральным, и использовании такого газа в качестве топливного.

Методы осушки гликолями обеспечивают требования «СТО Газпром 089-2010 Газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным газопроводам».

Типовые установки гликолевой осушки газа позволяют достигать ТТР (Температуры Точки Росы) по воде в диапазоне -10°…-20° С.

Существуют и более продвинутые (и, естественно, более дорогие) модификации гликолевых осушек, основанных на процессах известных под названиями, данными им изначальными патентообладателями – такими как Drizo, Coldfinger и прочими, и позволяющие достигать ТТР до -80° С.

Основные преимущества абсорбционного метода осушки газа:

· Не высокие перепады давления

· Низкие эксплуатационные расходы

· Возможность осушки газов с высоким содержанием веществ, разрушающих твёрдые сорбенты

К недостаткам данного способа относят:

· Необходимость повышения температуры газа выше 40° С

· Возможность вспенивания поглотителей

Оборудование для гликолевой осушки

Стандартная гликолевая осушка состоит из двух основных блоков:

— абсорбера тарельчатого или насадочного типа

— блока регенерации гликоля

Адсорбционный метод осушки газа

Адсорбционные установки осушки газа, в основном, применяются для глубокой осушки газа (ТТР по воде -40°…-100°С) в составе криогенных заводов. Одним из свойств адсорбционных установок является принципиальная возможность одновременного удаления и воды и целого ряда примесей (углеводородов, кислых газов и пр.). Однако, использование адсорбционных установок для многокомпонентной очистки газа целесообразно только при низких «следовых» концентрациях удаляемых компонентов.

Основные преимущества адсорбционного метода осушки газа:

· Продолжительный срок службы адсорбента

· В широком диапазоне технологических параметров достигается низкая точка росы и высокая ее депрессия

· Изменение температуры и давления не оказывает существенного влияния на качество осушки

· Процесс отличается простотой и надежностью

· Большие капитальные вложения

· Высокие эксплуатационные затраты

· Загрязнение адсорбента и частая его замена или очистка

· Отсутствие надежности непрерывного цикла технологического процесса

Оборудование, применяемое при данном способе

Стандартная установка адсорбционной осушки газа состоит из блоков:

— два – четыре адсорбера колонного типа с гранулированным адсорбентом

Другие способы осушки газа

Конденсация, мембраны и прочие способы также обладают свойствами многокомпонентного очистки газа, однако в отличии от адсорбционной осушки газа они применяются для удаления основной массы нежелательных компонентов. Можно сказать, что адсорбционная установка является инструментом «тонкой» очистки газа, а конденсация и мембраны – «грубой».

Конденсация используется при необходимости достижения удаления углеводородов и воды (ТТР по воде/углеводородам 0…-20°С); в этом же диапазоне находят свое применение и мембраны, которые также могут обеспечить удаление некоторого кол-ва кислых газов.

Примеры требований к содержанию газов в воде:

Инжиниринговая компания «ГазСёрф» на заказ разрабатывает, производит сборку и осуществляет комплексную поставку «под ключ» установки осушки газов в блочно-модульном исполнении.

Источник

Адсорбционная осушка газа

Это выборочное поглощение молекул воды порами твердого осушителя и извлечение поглощенной влаги под действием высоких температур или понижения давления среды. Процесс проходит в аппаратах периодического действия с неподвижным слоем адсорбента. Полный цикл включает адсорбцию, регенерацию и охлаждение осушителя.

В качестве адсорбентов могут быть использованы:

• Силикагели (продукты обезвоживания геля кремниевой кислоты);
• Активный оксид алюминия;
• Цеолиты (природные и синтетические), бокситы и т.п.

Для понижения сопротивления движению газа сорбенты производят в виде гранул или шариков. Их сорбционная емкость зависит от размера и удельной поверхности пор. В аппаратах периодического действия иногда могут использовать сочетание двух осушителей (силикагеля и АОА), чтобы добиться высокой поглощающей способности и степени адсорбции.

Осушка газа в адсорбционных установках

Установка состоит из двух адсорбционных аппаратов, ее схема приведена ниже. Метод заключается в проведении четырех стадий:

• Адсорбция при давлении 8-12 МПа, температурах 35-50°С и продолжительности контакта поглотителя с газом не менее 10 секунд (для точного расчета учитывают адсорбционную емкость осушителя, начальную и конечную влажность газа);
• Нагрев сорбента горячим газом из трубчатого нагревателя (скорость не должна превышать 60°С в час). Продолжительность этой стадии занимает 0,6-0,65 от всего времени;
• Десорбция – вытеснение поглощенной воды и регенерация свойств адсорбента. Происходит у силикагелей при температуре 200-250°С, у цеолитов при 300-350°С;
• Охлаждение адсорбента. Начинается после окончания десорбции и перехода аппарата в режим адсорбции. Длительность этой стадии составляет 0,35-0,40 от периода всего процесса.

Такой метод позволяет достичь депрессии точки росы до 100°С. Его используют, когда необходима глубокая степень адсорбции. Например, очищенный природный газ подвергается осушке на цеолитах перед отправлением на гелиевый завод. Эта процедура проводится, так как к сырью выдвигаются жесткие требования по содержанию влаги.

Схема адсорбции газа твердыми поглотителями:

1—водоотбойник; 2, 7 — воронка; 3 — трубчатый нагреватель; 4, 5 — адсорберы; 6 — сепаратор; 8 теплообменник.

Источник