Особенности абсорбционной осушки газа на юбилейном месторождении

в) если в газе содержатся даже в небольших концентрациях двуокись углерода или сероводород, то, растворяясь в воде, они образуют слабые кислоты, вызывающие интенсивную коррозию трубопроводов и аппаратуры;

г) кроме того, при низкотемпературной ректификации влага газов отлагается на стенках оборудования в виде льда;

д) при каталитической переработке газов влага является ядом для многих катализаторов.

Таким образом, осушка газа предупреждает гидратообразование, уменьшает гидравлические потери в трубопроводе и пропускная способность его сохраняется на высоком уровне, замедляет процесс коррозии и удлиняет срок службы трубопроводов и аппаратуры.

Для газа и сжиженных углеводородов в промышленности наиболее

распространены способы осушки:

- охлаждение газа и  последующий отстой воды;

- жидкими поглотителями  – гликолями (моно-, ди-, триэтиленгликолями);

- твердыми поглотителями (активированной окисью алюминия, силикагелем, бокситом) и синтетическими  цеолитами (молекулярными ситами), неорганическими  солями и т. д.

Абсорбция – поглощение газов или паров из газовых (паровых) смесей жидкими поглотителями, называемыми абсорбентами. Процесс абсорбции

избирательный и обратимый. Каждый абсорбент обладает способностью хорошо поглощать одни компоненты газовой смеси, тогда как другие поглощаются незначительно или вовсе не поглощаются.

Процесс абсорбции основан на различии парциальных давлений поглощаемого компонента в газе и жидкости. Чем больше разность парциальных давлений компонента в газе и жидкости, тем интенсивнее поглощение (абсорбция). При уменьшении этой разности поглощение идет менее интенсивно и совсем прекращается, когда величины парциального давления компонента в газе и жидкости станут одинаковыми.

Абсорбция широко применяется в химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и пищевой промышленности и т. д. В газовой промышленности ее используют при разделении, очистке и осушке углеводородных газов.

Осушка газа жидкими поглотителями получила наибольшее применение в газовой промышленности.

Преимущества этого способа перед другими: относительно небольшие капиталовложения и эксплуатационные расходы, малые перепады давления газа в системе осушки, возможность осушать газ, содержащий вещество, которое отравляет твердые поглотители, непрерывность процесса.

Недостатки: меньшее снижение точки росы (по сравнению с твердыми поглотителями) вспенивание гликолей при наличии в газе легких

 углеводородных жидкостей.

Установки осушки газа жидкими поглотителями обычно строят на головных сооружениях магистральных газопроводов, а также на газоперерабатывающих заводах, на потоках газа между компрессорными станциями сырого газа и установками низкотемпературной конденсации (ректификации) или низкотемпературной абсорбции, когда рабочие процессы на этих установок протекают при температурах от -10 0С до -40 0С. На газоперерабатывающих заводах, где процессы отбензинивания осуществляют при температуре окружающего воздуха, установки осушки предназначены для осушки отбензиненного газа перед подачей в магистральный газопровод.

Установки осушки газа с применением гликолей бывают двух разновидностей: абсорбционные установки и установки с впрыском гликоля в поток газа.

Моноэтиленгликоль (МЭГ), диэтиленгдиколь (ДЭГ) и триэтиленгликоль (ТЭГ) преимущественно применяют в качестве жидких поглотителей. В большинстве установок абсорбционной осушки газов применяют ДЭГ или ТЭГ высокой концентрации.

Преимуществом ДЭГ перед ТЭГ является меньшая склонность к пенообразованию при содержании в газе углеводородного конденсата. Кроме того, ДЭГ обеспечивает лучшее разделение системы вода - углеводороды. Но ТЭГ при высокой степени осушки дает большее понижение точки росы, чем ДЭГ, а также он обладает более высокой температурой разложения, чем ДЭГ. Поэтому десорбцию ТЭГ можно проводить при более высокой температуре и, следовательно, регенерацию можно проводить без вакуума.

Для систем впрыска гликоля, в которых водный раствор гликоля контактирует с газом и жидкими углеводородами, обычно применяют МЭГ, который меньше растворим в углеводородном конденсате. Большое значение для систем впрыска гликоля имеет вязкость раствора при низких температурах. У растворов МЭГ она ниже, чем у растворов ДЭГ и ТЭГ.

Для процесса осушки первостепенное значение имеют следующие показатели, характеризующие свойства поглотителей:

1. осушающая способность растворов гликолей разной концентрации при различных температурах процесса абсорбции;
2. температура кипения водных растворов гликолей;
3. температура замерзания гликолей разных концентраций.

Точка росы является минимально возможной на выходе газа из абсорбера. Например, раствор ДЭГ с концентрацией 95 % при контакте с газом,

имеющим температуру 20 0С, способен понизить точку росы его до -5 0С, а 98 %-ный раствор ДЭГ при той же температуре контакта понижает точку росы до -13 0С. Чем выше концентрация раствора гликоля, тем выше степень осушки, тем ниже точка росы осушенного газа. Так 99,5 %-ный раствор ДЭГ при той же температуре контакта способен понизить точку росы до -28 0С.

При атмосферном давлении (0,1 МПа) температура кипения 98 %-ного раствора ДЭГ равна 182 0С, но при температуре 164 0С ДЭГ начинает разлагаться, поэтому для повышения концентрации регенерированного ДЭГ регенерацию проводят или под вакуумом или с применением отдувочного газа.

Наиболее низкие температуры замерзания (до -50 0С и ниже) наблюдаются у растворов гликолей с концентрацией от 60 до 70 %. Растворы очень малых и очень высоких концентраций имеют повышенные температуры замерзания.

Конечные результаты осушки газа зависят от концентрации гликолей, температуры и давления процесса: количества и к.п.д. тарелок в абсорбере; скорости циркуляции гликоля; удельного расхода гликоля.

Концентрация гликоля. Чем выше концентрация в подаваемом гликоле, тем глубже степень осушки, т. е. разность между точками росы влажного и осушенного газа. Концентрация гликоля зависит от эффективности его регенерации. При атмосферном давлении (0,1 МПа) гликоли (без разложения) можно (теоретически) регенерировать до концентрации: ДЭГ - 96,7 %, ТЭГ –

98,1 %. Повышение концентраций  гликолей до 99 и 99,5 % можно достигнуть, применяя вакуумную отгонку паров  воды из растворов десорбента или же уменьшая парциальное давление водяных паров в системе регенерации гликоля подачей отдувочного газа.

Температура процесса осушки. Предварительным охлаждением газа в воздушных и водяных холодильниках можно значительно понизить влагосодержание газа и тем самым понизить точку росы осушенного газа. Но снижать температуру, особенно в зимнее время, необходимо до такой степени,

 

чтобы не происходило гидратообразование в холодильнике.

Давление процесса осушки. Чем выше давление газа, подвергаемого осушке, тем меньше он содержит водяных паров и, следовательно, тем меньше потребуется циркулирующего раствора для его осушки до заданной точки росы.

Потери гликоля. Потери гликоля вызываются механическим уносом с осушенным газом из абсорбера и уносом с парами воды или отдувочным газом из десорбера. Чрезмерный унос – результат вспенивания гликоля в абсорбере. Вспенивание происходит вследствие загрязнения гликоля углеводородами, тонкодисперсными твердыми частицами и грязью. Поэтому газ перед подачей в абсорбер пропускают через сепаратор.

В целях уменьшения потерь гликоля в верхней части абсорбера устанавливают отбойники для коагуляции пены и улавливания уносимого гликоля. Пенообразование уменьшают, добавляя в гликоль ингибитор пенообразования – триоктилфосфат-2 в количестве 0,05 % от гликоля.

Гликоли в чистом виде не вызывают коррозии углеродистых сталей. Но при перегреве во время регенерации происходит их термическое разложение с образованием окиси этилена и воды. Окись этилена вызывает коррозию аппаратуры, усиливающуюся в присутствии кислых газов (Н2S, СО2). В присутствии воды окись этилена полимеризуется в полиокись этилена. Если в растворе присутствует кислород, который обычно подсасывается при

регенерации под вакуумом, полиокись этилена превращается в смолу. Смолистые соединения, полимеры, продукты коррозии, частично осаждаясь в теплообменниках и на тарелках, забивают прорези колпачков. Застойные участки ухудшают теплообмен и массообмен; накапливаясь в гликолях, они ухудшают их поглотительную способность. Для снижения скорости коррозии необходимо, чтобы температура при десорбции в кипятильнике была ниже температуры разложения применяемого гликоля, и добавлять ингибиторы коррозии - двухзамещенный фосфат натрия в количестве 1 г/л.

Адсорбенты (твердые поглотители) применяют как для осушки и очистки углеводородных газов, так и для обезвоживания углеводородных жидкостей: сжиженных газов, нефтяных продуктов. Адсорбенты обладают свойством поглощать влагу из углеводородного потока при относительно низких температурах и во время десорбции отдавать ее другому потоку (в газовой фазе), имеющему более высокую температуру. Адсорбция (удерживание молекул на поверхности твердого тела) объясняется действием поверхностных сил и капиллярной конденсации. В процессе адсорбции выделяется теплота, называемая теплотой адсорбции.

Адсорбенты обладают развитой поверхностью, которая слагается из поверхности стенок, мельчайших пор и капилляров, пронизывающих все частицы поглотителя. Суммарная поверхность стенок пор и капилляров колеблется от 210 до 1200 м2 на 1 г адсорбента.

Для уменьшения гидравлического сопротивления слоя адсорбенты изготавливают в виде гранул и шариков. К адсорбентам предъявляют следующие требования:

1) они должны выдерживать  частую и многократную регенерацию  без существенной потери активности, т. е. водопоглотительной способности;

2) необходимо, чтобы зерна  адсорбента имели высокую механическую  прочность на сжатие (раздавливание) и истирание, не крошились и  не разбухали при насыщении  водой. В противном случае в  слое адсорбента будут возрастать  сопротивление потоку газа. При  измельчении зерен увеличиваются  потери адсорбента;

3) адсорбенты должны действовать  быстро и обладать высокой  поглощающей способностью, что позволяет  пропускать газ через адсорбенты  с большой скоростью и использовать  небольшие компактные установки;

4) адсорбенты должны быть  дешевыми, т. к. расходы на них  составляют значительную часть  затрат на процесс осушки;

5) адсорбенты должны просто  и недорого регенерироваться  и оказывать

 

 малое сопротивление  потоку.

Активность адсорбентов характеризуется количеством вещества, поглощаемого единицей их массы и объема. Различают активность статическую и динамическую. Статическая активность достигается в момент равновесия между адсорбентом и адсорбтивом (т. е. адсорбируемым веществом). Динамическая активность – это такая активность, которая достигается адсорбентом при движущемся потоке адсорбируемого газа или жидкости к моменту появления поглощаемого компонента за слоем адсорбента.

Статическая активность в несколько раз выше динамической активности.

Осушку газов и углеводородных жидкостей методом адсорбции проводят в неподвижном слое твердого поглотителя, поэтому процесс является периодическим. Обычно в промышленности адсорбционные установки осушки монтируются из 3, 4 и 6 адсорберов.

Среди многочисленных адсорбентов для осушки газов наиболее широко используют мелкопористые силикагель, активированную окись алюминия, боксит, активированный уголь и молекулярные сита (цеолиты), ионообменные смолы.

До недавнего времени наибольшее применение имели силикагели, что объяснялось возможностью варьирования в широких пределах их адсорбционных характеристик, негорючестью, относительной дешевизной. Силикагель – высушенный гель кремниевой кислоты, подразделяется на

 мелкопористый и крупнопористый. В крупнопористых силикагелях  содержится 94 % SiO2 и в качестве примесей Al2O3 (0,2-0,5 %), Fe2O3 (до 0,1 %), оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Средний размер пор 14,9-17,2 нм. Мелкопористые силикагели в качестве упрочняющей добавки содержат 7-10 % Al2O3, содержание SiO2 в них около 89 %. Средний диаметр пор составляет 1,7 - 2,8 нм. Наибольшими адсорбционными характеристиками отличается силикагель марки КСМК – у него наиболее развитая удельная поверхность (~760 м2/г) и мелкие поры (1,7 нм), размеры которых изменяются в

 узком интервале значений. Силикагели относятся к полярным адсорбентам и адсорбируемость на их поверхности тем выше, чем больше дипольный момент или диэлектрическая постоянная вещества. Активные центры поверхности силикагеля наиболее сильно специфически взаимодействуют с гетероатомными компонентами газов.

К полярным адсорбентам относится и оксид алюминия. Использование оксида алюминия позволяет отделить углеводороды от воды и серосодержащих компонентов, но степень очистки ниже, чем при применении силикагелей.