ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Осушка природного газа из "Новейшие достижения нефтехимии и нефтепереработки Том 4" Процесс осушки природного газа высокого давления при помощи стационарного слоя твердого осушителя сравнительно точно описывается теорией адсорбции Хоугена — Маршалла [19]. В этом случае протекает изотермическая адсорбция одиночного компонента из разбавленного раствора или смеси, причем влагосодержание поступающего газа остается постоянным на протяжении всего периода работы. В начале процесса осушки содержание влаги в слое осушителя практически равно нулю и газ проходит с постоянной скоростью через осушительную колонну постоянного сечения. При этих обычных для установок осушки природного газа условиях и выполнении двух дополнительных условий а) равновесное влагосодержание газа прямо пропорционально равновесному содержанию воды в твердом осушителе и б) скорость адсорбции лимитируется диффузией водяного пара через газовую пленку, а не градиентом концентрации воды в зерне твердого осушителя, процесс осушки природного газа с достаточной точностью следует теории Хоугена — Маршалла. Применение этой теории позволяет определить количественные показатели динамической системы осушки, па основании которых можно точно и быстро рассчитать процесс и эксплуатационные характеристики установки осушки природного газа. [c.33] На рис. 3 показано равновесное содержание воды в различных твердых осушителях, обычно применяемых для осушки природного газа. Хотя эти зависимости не являются строго линейными, их можно с удовлетворительной точностью приближенно выразить уравнениями прямых линий. [c.33] Константа d является коэффициентом пропорциональности, одределяе-мым из эмпирического уравнения для коэффициента массообмена в потоке газа через слой зернистого материала [17, 32]. Она не зависит от типа и формы зерен твердого осушителя в слое. Константа с равна отношению IV к относительной влажности для случая линейной кривой адсорбции при статическом равновесии и определяется, как видно из рис. 3, природой твердого осушителя. Параметр Шмидта отражает физическую природу диффундирующего компонента. Для диффузии водяного пара в природном газе число Шмидта можно считать постоянным и пе зависящим от температуры и давления. Остальные факторы, входящие в уравнения (4) и (5), зависят от размера зерна твердого осушителя, массовой скорости газа, движущегося через адсорбер, насыпного веса слоя, температуры и давления [23]. Таким образом, если на установке осушки природного газа поддерживают постоянные условия, то параметры а я Ь являются постоянными величинами. [c.34] Применимость теоретически выведенных уравнений (2)—(5) для случая осушки природного газа была проверена экспериментально. ГТриродный газ пропускали при переменных расходе, температуре и давлении через вертикальный слой активированного силикагеля и наблюдали за прохождением зоны активной адсорбции водяного пара по высоте адсорбера. Условия испытаний приведены в табл. 1. [c.34] О — длина пути 0,6 м А — длина пути 1,2 м, X — длина пути 1,8 м — длина пути 2,1 л. [c.35] Указанные в этой таблице значения констант С1 и относятся к свежим осушителям, адсорбционная емкость которых еще не снизилась. Следует учесть, что адсорбционная емкость твердых осушителей по отношению к водяным парам снижается во время работы. Для учета этого снижения необходимо пропорционально увеличить константу С - Например, если емкость снизилась до 50% по сравнению со свежим осушителем, то в вычислениях следует принимать значение константы Сг вдвое большее, чем указанное выше в таблице. Давление насыщенного пара воды ра в потоках природного газа высокого давления при различных условиях давления и температуры приведено в табл. 3. [c.36] На рис. 5—7 графически изображены зависимости (2) и (3) при этом использованы единицы измерения, наиболее удобные для расчета нроцессов осушки природного газа. На рис. 5 и 6 показано изменение влагосодержания потоков природного газа во времени при движении их через слой твердого осушителя. На рис. 7 представлено изменение соответствующего влагосодержания твердого осушителя при тех н е условиях. [c.36] Пример расчета процесса осушки. Дано через адсорбер внутренним диаметром 614 мм, заполненный активированным силикагелем высотой слоя 4270 мм, пропускается для осушки 567 тыс. м 1 сутки природного газа, поступающего при абсолютном давлении 70 ат, температуре 32° С газ насыщен водяным паром (влагосодержание 734 лг/л ). [c.38] Определить влажность выходящего газа после осушки в течение 4, 8, 12 и 16 ч содержание адсорбированной влаги в твердом осушителе на высоте 0,76, 2,58, 3,96 и 4,27 м от входа после 16 ч работы среднее содержание влаги в слое осушителя после работы его в течение 16 ч. Условно принимается, что адсорбционная емкость твердого осушителя снизилась до 45% от первоначальной величины С = 12,6). [c.38] Среднее содержание влаги в слое можно найти графическим интегрированием по кривой распределения адсорбированной влаги или на основе материального баланса, исходя из влагосодержания поступающего и выходящего газа. Среднее содержание влаги в адсорбенте к концу 16 ч работы составляет 14 кг на 100 кг твердого осушителя. [c.39] Эксплуатационные показатели установки осушки природного газа зависят, помимо природы и состояния твердого осушителя, от условий работы установки и размеров осушительной колонны, или адсорбера. Влияние этих параметров представлено уравнениями (2)—(5). [c.39] Температура оказывает на результаты осушки более сильное влияние, чем любые другие параметры процесса. Повышение температуры адсорбции на 5—6° уменьшает примерно на 25% возможную продолжительность периода осушки (до необходимости регенерации адсорбента) даже при постоянной влажности поступающего газа. [c.39] Влияние давления, помимо его воздействия на влажность поступающего газа, сказывается значительно слабее. [c.39] При неизменных температуре и давлении снижение влажности поступающего газа практически почти не оказывает влияния на эксплуатационные показатели установки осушки. Это приводит лишь к уменьшению количества воды, адсорбируемой слоем осушителя за любой рабочий период осушки при одинаковой допускаемой влажности выходящего газа. [c.39] Как видно из рис. 8, влияние формы слоя на крупных установках -осушки, для которых величина W Q больше 2400, сравнительно невелико. Однако на малых установках осушки, для которых WIQ меньше 800, оно проявляется чрезвычайно сильно. Например, установка осушки с проектной загрузкой твердого осушителя 0,36 кг на 1000 ж суточной производительности по газу будет совершенно непригодна, если отношение LID (длины к диаметру) будет менее трех при отношении LID — 4 эффективность ее будет равна лишь около 55% от достигаемой при отношении LID равном или больше шести. [c.40] На рис. 9 представлены некоторые фактически полученные результаты, наглядно показывающие влияние формы слоя на показатели осушки природного газа. Все четыре случая, представленные на рис. 9, получены при одинаковом количестве осушителя и одинаковых расходах газа. На установке с малым отношением длины к диаметру осушка газа не достигалась. При одинаковом количестве твердого осушителя, по в виде слоя с отношением LID = 13 продолжительность работы с получением осушенного газа (при одинаковом расходе газа) была вдвое больше, чем для слоя с отношением LID =2. [c.40] В процессах адсорбционного извлечения из газа тяжелых углеводородов могут использоваться многочисленные твердые вещества, например активированный уголь, силикагель, активированный алюмогель, смеси активированных силикагеля и алюмогеля и материалы тина молекулярных сит. Чаще всего для этой цели нрименяют силикагель и активированный уголь. [c.41] Количество газа или нара, адсорбируемое в равновесных условиях единицей веса адсорбента, зависит от температуры, давления, природы адсорбента и природы и свойств адсорбируемых компонентов. Количество адсорбируемого пара может изменяться в весьма широких пределах для различных адсорбентов и даже для различных партий адсорбентов одинакового химического состава. Как правило, аморфные твердые вещества адсорбируют больше паров и газов, чем кристаллические материалы. Из различных свойств твердых адсорбентов, оказывающих значительное влияние на адсорбционную емкость, следует указать удельную поверхность, структуру поверхности, размеры нор и их распределение по размерам, степень загрязнения поверхности и процессы активирования, применяемые для производства адсорбентов. Не всегда наиболее пористые адсорбенты обладают максимальной адсорбционной емкостью весьма важную роль играют также размер и форма пор. [c.41] Количество газа или паров, адсорбируемое данным адсорбентом при заданных температуре и давлении, зависит как от природы адсорбируемого вещества, так и от природы адсорбента. Нри извлечении углеводородов из потоков природного газа наибольший интерес представляет адсорбция таких компонентов, как пропан, бутан, пентаны и фракции газового бензина. Часто важное значение имеет также адсорбция водяного пара в этом случае одновременно с отбензипиванием природного газа достигается и его осушка. На некоторых установках важное значение имеют такие побочные результаты адсорбции, как удаление сероводорода и меркаптанов. [c.41] Вообще максимальной адсорбционной емкостью но отношению к углеводородным парам обладают активированные угли. Однако активированные угли не адсорбируют водяного пара и, следовательно, не обеспечивают одновременной осушки газа. Активированные угли значительно превосходят все другие адсорбенты в отношении полноты извлечения легких углеводородов, например пропана и бутана. Поэтому только такие адсорбенты и применяются в процессах извлечения пропан-бутаповых фракций (сжиженных нефтяных газов). Силикагель, активированная окись алюминия и активированные смеси силикагеля с алюмогелем обладают превосходной адсорбционной способностью по отношению к водяному пару. Силикагель, кроме того, обладает высокой адсорбционной емкостью и по отношению к парам более тяжелых углеводородов, как гексаны п выше или гептаны и выше. По адсорбционному выделению этих углеводородов силикагели практически не уступают активированным углям. При продолжительной работе чистый силикагель в меньшей стенени утрачивает свою адсорбционную емкость по отношению к этим компонентам, чем активированная окись алюминия. Последняя является превосходным адсорбентом для осушки, но обладает сравнительно низкой адсорбционной емкостью по отношению к углеводородным парам. [c.41] Вернуться к основной статье