Осушка газа жидкими поглотителями

Для извлечения влаги из природного газа могут применяться различные осушители, которые должны иметь:

• удовлетворительную осушающую способность в широком интервале концентраций, давления и температур (т. е. обеспечивать достаточное понижение точки росы газа);

• низкие давления насышенных паров, чтобы потери при испарении были незначительными;

• температуру кипения, отличающуюся от температуры кипения воды настолько, что выделение поглощенной воды из осушителя могло бы осуществляться простыми методами;

• низкую вязкость в условиях эксплуатации, обеспечивающую хороший контакт с газом в абсорберах, теплообменниках и другом массообменном оборудовании;

• низкую взаиморастворимость с компонентами газа;

• низкую коррозионную активность;

• низкую вспениваемость в условиях контакта с газовой смесью;

• высокую устойчивость к окислению и термическому разложению.

Кроме того, осушители должны быть дешевыми и не опасными для организма обслуживающего персонала.

Этим требованиям в той или иной степени отвечают гликоли - этиленгликоль (ЭГ), диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ), пропиленгликоль (ПГ) и спирты парафинового ряда (метанол, этанол), смеси гликолей со спиртами и их эфирами и т.п.

Наиболее широкое применение в качестве осушителей получили концентрированные водные растворы этиленгликоля, диэтиленгликоля, триэтиленгликоля и пропиленгликоля. Они не вызывают коррозии оборудования, что позволяет использовать при изготовлении оборудования дешевые марки стали.

Важным свойством гликолей является их способность понижать температуру замерзания водных растворов. Это свойство дает возможность использовать водные растворы гликолеи как ингибитор образования гидратов при минусовых температурах.

Растворы этиленгликоля имеют более низкую температуру замерзания, большую степень предотвращения гидратообразования при одинаковых концентрациях, меньшую вязкость при рабочих температурах осушки и более низкую растворимость в углеводородном конденсате по сравнению с ДЭГом и ТЭГом.

Однако ЭГ имеет существенный недостаток - высокую упругость паров. Например, при температуре 20⁰С упругость паров 99%-ного раствора ЭГ в 2,5 и 7 раз выше, чем упругость ТЭГ и ДЭГ соответственно. Поэтому при осушке происходят большие потери этиленгликоля.

Растворимость природного газа в ТЭГ на 25-30 % выше, чем в ДЭГ с этой точки зрения, при высоком давлении применение ДЭГ предпочтительнее, так как он обеспечивает более высокий коэффициент избирательности в системе вода - углеводороды.

Гликоли являются пожаро - и взрывоопасными веществами. ЭГ и ПГ, в отличие от ДЭГ и ТЭГ, поддаются полному биологическому разложению. В связи с этим, с точки зрения охраны окружающей среды, их применение предпочтительно.

Одним из совершенных методов осушки является абсорбционный процесс в аппаратах противоточного действия, где поглотитель (жидкость) движется сверху вниз, а газ наоборот - снизу вверх.

Снижение точки росы, достигаемое при обезвоживании газа гликолем, зависит от концентрации воды в исходном растворе осушителя, температуры в абсорбционной колонне, свойств и состава растворов осушителя, эффективности контакта между газом и осушителем, содержания воды и тяжелых углеводородов в газе, температуры и давления процесса.

Влага извлекается из газа до тех пор, пока величины парциального давления воды в газе и над раствором осушителя не станут равными. Этот процесс протекает в абсорбере при контакте жидкого осушителя с влажным газом.

Контактирование фаз внутри колонны может осуществляться ступенчато (в тарельчатых колоннах) или непрерывно (в насадочных колоннах).

Практическое применение получили тарельчатые абсорберы. Они имеют меньшие потери напора по сравнению с насадочными колоннами.

Для противоточных абсорберов условие равновесия рассматривается при режиме контакта на верхней тарелке колонны. Получаемое снижение точки росы в основном зависит от концентрации абсорбента, температуры и времени контакта. Концентрация абсорбента определяет максимальную глубину осушки.

Наиболее совершенными схемами абсорбционной осушки газа являются одно- и двухступенчатые схемы. По одноступенчатой схеме газ осушается в одном абсорбере, по двухступенчатой схеме - в два этапа. На первой ступени происходит грубая осушка газа раствором со сравнительно низким содержанием гликоля. Окончательная осушка газа проводится раствором более высокой концентрации.

В технологической схеме установки осушки газа (рис. 2.10) абсорбер состоит из двух секций: контактной и осушительной. В нижнюю часть осушительной секции абсорбера подается частично регенерированный раствор ТЭГ, а в верхнюю часть окончательно регенерированный раствор с содержанием ТЭГа 99,95 %. Контактная секция служит ДЛЯ улавливания ТЭГа, уносимого потоком газа.

Осушаемый газ 1 поступает в низ абсорбера 1, где контактирует с частично регениророванным раствором ТЭГ Х. Насыщенный ТЭГ ХН с низа абсорбера 1 поступает в сепаратор 2, где происходит частичное выделение из раствора поглощенных углеводородов, затем его направляют в первичную колонну 6, где ТЭГ регенерируется до концентрации 96 % мас. Температура низа колонны поддерживается на уровне 204 ос. Одну часть раствора ТЭГа Х, отводимого через кипятильник 5 из нижней части колонны 6, подают в нижнюю секцию абсорбера 1, а другую - во вторичную колонну 7, где концентрируется раствор с помощью отдувочного газа -IХ. Окончательно регенерированный раствор IV с содержанием ТЭГ 99,95 % мас. из нижней части второй колонны 7 направляют в верхнюю часть второй секции абсорбера 1.

Осушенный газ поступает в контактную секцию, где основная масса ТЭГа, уносимого осушенным газом, улавливается промывкой пентаном.

Следует, отметить, что раствором ТЭГ с таким незначительным содержанием воды теоретически можно осушить газ до точки росы минус 84⁰С. Это делает возможным использовать такой процесс для осушки газа, подаваемого на сжижение.

В последние годы получила распространение осушка газа по прямоточной схеме, при этом используют горизонтальные абсорберы. Типичный горизонтальный абсорбер - это горизонтальный цилиндр диаметром 400 мм и длиной 7000 мм, в котором размещены четыре контактные камеры с форсунками и центробежными сепараторами диаметром 300 мм, длиной 600 мм.

Концевые сепарационные узлы служат для отделения механических примесей, поступающих вместе с газом, и для окончательной сепарации ДЭГа.

Осушка газа по прямоточной схеме отличается большим количеством вспомогательного оборудования, предназначенного для сбора отработанного гликоля. Установка этого оборудования требует большой строительной площади.

Процесс осушки в абсорбере подобного типа зависит от скорости движения газа в зоне распыления, относительной скорости движения частичек абсорбента, величины поверхности контакта абсорбента с газом, температуры, контакта, степени загрязнения газа, конструкции сепарационных устройств, концентрации абсорбента и т. д. Гликоль насосом подают в горизонтальные абсорберы через распыляющие устройства, которые образуют капли с большой общей поверхностью. Пределом увеличения поверхности является такое распыление гликоля, при котором его мельчайшие частицы превращаются в туман. При этом должны быть обеспечены высокая скорость движения капель и их хорошая распределяем ость в газовом потоке.

В зоне распыления происходит не только быстрый обмен веществ, но и выравнивание температур газа и гликоля.

Как правило, для лучшего контакта распыляемый гликоль нагнетают навстречу потоку газа. Мелкие капли гликоля в ходе процесса осушки соединяются, образуя более крупные капли.