Басниев К.С. Энциклопедия газовой промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

ДОБЫЧА

И ПЕРЕРАБОТКА

2.4.3.

Типовая схема

переработки

2.4.3.1.

Цель переработки

Некоторые компоненты природного

газа

долж-

ны

быть

удалены,

чтобы

удовлетворить требова-

ниям потребителя.

Другие

могут

быть

извлечены для повышения

стоимости.

Можно привести в качестве примера:

— в первом случае:

• H

S : токсичный, коррозионно агрессивный и

приводящий к хрупкости металла труб,

• СОг: коррозионный в присутствии

воды

и име-

ющий

нулевую

теплотворную способность,

• вода: приводит к образованию гидратов,

• тяжелые углеводороды: конденсируются в

распределительных сетях;

— во втором случае: этан, пропан, бутан.

2.4.3.2.

Схема переработки

Лолная переработка состоит из операций, при-

веденных ниже на блок-диаграмме:

Можно

дополнительно указать еще две опера-

ции:

— извлечение азота, когда его содержание значи-

тельно,

чтобы

сделать газ сопоставимым с при-

родными газами типа месторождения Лак,

— извлечение ртути до

уровня

микрограмм на

(н),

если необходимо сжижать природный газ.

Наблюдается, в самом деле, воздействие амаль-

гамы ртути на оборудование из алюминия. Само со-

бой разумеется, что все описанные операции не

обязательны,

чтобы

перерабатывать любой газ, но

есть три

основных

процесса, необходимых практи-

чески

в каждом случае, это - сепарация, осушка и

простое отделение тяжелых углеводородов.

Газ

очищенный

Сера

Пластовым

флюид

©н

Извлечение

серы

Обессеривание

Осушка

Извлечение

конденсата

Очищенный

газ

Сепарация

Вода

Вариант 2

Сжатие

Нестабильный

конденсат

Подготовка

воды

Вариант 1

Этан

Фракционирование

Стабилизация

конденсата

Закачка

воды

Пропан

Бутан

Легкий

бензин

Стабильный

конденсат

Сеть

Типовая

схема

переработки.

314

ДОБЫЧА

И ПЕРЕРАБОТКА

2.4.4.

Сепарация конденсата

воды

Природный сырой газ на забое скважины насы-

щен тяжелыми углеводородами и парами воды. Он

содержит

также жидкий конденсат. При расшире-

нии

и охлаждении в штуцере на устье скважины и

газосборных

сетях происходит дополнительная

конденсация.

Вся жидкость ( вода и жидкие угле-

водороды) должна

быть

отделена от газа перед

его

последующей переработкой.

2.4.4.1.

Типы

сепараторов

Чтобы

разделить две

фазы

(газ-жидкость) или

три

фазы

(газ-жидкие углеводороды-вода), ис-

пользуют горизонтальные или вертикальные сепа-

раторы гравитационного или центробежного дей-

ствия (циклон и гидроциклон).

Один из типов сепараторов, использующий про-

стую гравитацию, рассмотрен ниже.

Горизонтальный сепаратор

Менее

высокая стоимость

Облегчены сборка и монтаж

модуля

Лучшее

отделение жидкость-

жидкость

Вертикальный сепаратор

Более

точный

контроль

уровня

жидкости

Облегчено удаление твер-

дых осадков

(песок,

гли-

на)

Небольшая площадь на по-

верхности (преимущество

для морских платформ)

Преимущества

каждого

сепаратора.

2.4.4.2.

Технический расчет

сепараторов

Он базируется на законах Стокса и Ньютона с

использованием эмпирических коэффициентов

для

учета

распределения диаметров капелек и ми-

нимального времени пребывания.

2.4.4.2.1.

Вертикальный двухфазный

сепаратор

Минимальный диаметр сепаратора вычисляют

по

максимальной скорости

газа:

по

формуле

принимая

V =

D -

ск

к-

-о \»л

Рг

восходящая

V - максимальная

(в м • с"

)

D - внутренний диаметр сепаратора (в м)

Q - дебит газа (в 10

•

сут"

)

Р - абсолютное давление газа (в бар)

Т - температура газа (в К)

скорость

газа

Рж - плотность жидкости при Р, Т (в кг- м"

)

- плотность газа при Р, Т (в кг

•

м"

)

Z - коэффициент сжимаемости (значение для

практических

расчетов: 0,95)

С - коэффициент сепарации (экспериментальное

значение: 0,06 - 0,12, в м

•

)

Высота сепаратора равняется сумме:

— высоты газовой сепарационной

секции.

Практи-

чески

можно принять не менее 1,5 м,

— высоты

жидкости,

которая определяется исходя

из

времени пребывания в сепараторе 3 - 5 минут.

2.4.4.2.2.

Вертикальный трехфазный

сепаратор

Принципы расчета сохраняются. Принимают

время пребывания жидкости 5 мин и регулируют

границу

раздела: углеводороды-вода,

чтобы

под-

держивать время пребывания близкое к принято-

му. Уровни жидкости рассчитываются от нулевого

уровня,

находящегося на 20 см выше сварного шва

нижнего

днища обечайки сепаратора.

2.4.4.2.3.

Двухфазный или трехфазный

гори-

зонтальный сепаратор

Расчет

значительно усложняется, так как силы,

действующие на частицы, не коллинеарны.

Чтобы

сделать, и тем более оптимизировать, технический

расчет, необходимо использовать программы для

вычислительных

машин.

Несколько эмпирических упрощающих правил:

— практическое значение С меняется от 0,10 до

0,15 м-с-\

— отношение длин а/диаметр сепаратора близ-

ко

к 4,

— отношение высота уровня жидкости/диаметр

никогда

не превышает 0,7. На практике можно

рекомендовать 0,5,

— скорость оседания капелек воды в

нефти

меня-

ется от 0,05 до 0,1 мв минуту.

С учетом этих упрощений, уравнение для опре-

деления диаметра сепаратора становится:

0,052Q

(

СК

;

Горизонтальная скорость движения частичек неф-

ти в воде будет:

V =

1,77-10"

- дебит

нефти

(в м

•

сут

)

Q, - дебит воды (в м

•

сут

Положение уровня

вода/нефть

рассчитывается

исходя из предположения, что наиболее мелкие кап-

ли воды достигнут этого уровня и не будут унесены.

2.4.5.

Извлечение

компонентов

кислых

2.4.5.1.

Критерии

выбора

метода

из-

влечения кислых компонентов

Существует большое число используемых в про-

мышленности методов, каждый из которых имеет

315

ДОБЫЧА

ПЕРЕРАБОТКА

свою

область применения,

принципе, более бла-

гоприятную

или даже характерную.

Вообще известно, что для каждого конкретного

случая

можно использовать множество методов.

Критерии

оценки следующие.

2.4.5.1.1.

Вид

примесей,

которые необходимо извлечь

Обычно различают четыре следующих основ-

ных случая:

—

извлечение

СО

— извлечение H2S,

— извлечение H-jS

СО

— избирательное извлечение HzS

(в

присутствии

СОг).

На нижеприведенных рисунках даны показате-

ли для первичного выбора метода.

Таблица на с. 317 дает представление

степени

извлечения примесей различными методами.

Присутствие

тяжелых

ароматических углево-

дородов имеет особое значение при производстве

серы.

Сырой газ

парциальное давление СО

(бар)

1,0

0,1

Физические

растворите

- "Селексол

'/////

"Сульфинол"

"Бенфилд"

"Hi-pure"

"Катакарб"

"С.Н.П.А.-Д.Э.А."|

"C.V."

сита

1,0

10 100 1000

Извлечение СО

см

•

иг* H

очищенном

газе

от

СО

Сырой газ

парциальное давление H

(бар)

1,0

0,1

0,01

^Физические

растворители ///

/у -"Сульфинол"

//////

- Селексол" и т. д.

//////у

Концентрированные амины

у/ ~\

"Сульфинол"

"Бенфилд"

"Hi-pure"

Амины

Карбонаты

"Бенфилд"

и т. д.

1,0

10 100 1000

см

•

м"

кислого газа

Извлечение H

СО

Сырой газ

парциальное давление HjS (бар)

1.0

0,1

0,01

'у Физические растворители.

/у

"Сульфинол"

"Селексол"

;

"Сепазоль"

т. д.'

Амины

Прямая

конверсия

\л\\у

"Сретфорд"

и т.

д.

Х\Х/

Молек.

сита

1,0

Извлечение

100

1000

см

•

иг

очищенном

газе

Сырой газ

парциальное давление H

(бар)

1.0

0.1

0,01

у Физические растворители'/у

/-"Селексол"

'''''*'

"Сепазоль"

"Пуризол"

"Ректизол"

Избирательные амины

-Д.И.П.А.

М.Д.Э.А.

- "Алкацид"

Прямая конверсия

"Стретфорд"

и т. д,

1.0

100

1000

см

•

м"

очищенном

Избирательное

газ

обессеривание

Извлечение

кислых

компонентов.

316

ДОБЫЧА

И ПЕРЕРАБОТКА

Химический

растворитель

М.Э.А.

Д.Г.А.

Амин

- А-

Д.

Э. А.-С. Н. П. А.

Д.

И. П. А.

М.

Д. Э. А.

«Катакарб»

Горячий

«Бенфилд»

поташ

«Джаммарко-В»

«Алкацид»

Физический

растворитель

«Селексол»

«Пуризол»

«Ректизол»

«Сульфинол»

III

- Прямая конверсия

«Стретфорд»

IV -

Твердый

слой

Молекулярные сита

«Айрон

Странж»

COS

П/С

(2)

Нет

П/С

Нет

CS,

П/С

Нет

RSH

С/Н

Нет

П/С

Нет

ЫНз

X 3 3 3 3 3

П/С

HCN

ЗХХ

3333

НС

тяж.

Нет

П/С

С/Н

(1)

Н2

Нет

«Реклаймер»

Да

Нет

Да

П - почти полное извлечение; С - приблизительно

50%;

Н - слабое извлечение.

(1)

- полученная сера

загрязнена;

(2) - может достигать 70 -

80%.

Поглощение

примесей

перерабатываемого

газа.

2.4.5.1.2.

Избирательность

Только

несколько методов экономически пред-

почтительнее при извлечении H

S no сравнению с

СО

Назовем селективные амины (М.Д.Э.А.) при низ-

ком

и среднем парциальном давлении, физические

растворители

("Селексол")

при более высоком

парциальном давлении.

2.4.5.1.3.

Расход

газа,

подлежащего перера-

ботке.

Давление, температура

При больших расходах подлежащего переработ-

ке

газа некоторые методы становятся экономиче-

ски

менее предпочтительны по сравнению с моле-

кулярными ситами.

Физические

растворители ("Ректизол", "Пури-

зол") не применяются при низких

давлениях

высоких температурах.

2.4.5.1.4.

Извлечение серы

Состав кислого газа, подлежащего переработке

случае

производства серы (отношение

S/CO^,

является

важным фактором при выборе установок

по получению серы. При отношении ниже 15 - 20%

может

быть

рассмотрена селективная обработка

для обогащения содержания по H

Физические

растворители, абсорбирующие уг-

леводороды,

ухудшают

качество серы, получае-

мой

на установке Клауса.

2.4.5.1.5.

Потребление энергии

Пар низкого

давления

(4 - 5 бар) используют для

регенерации обогащенного раствора в большинст-

ве процессов, особенно для аминового раствора.

Нужно:

— повысить температуру раствора в условиях ни-

за

абсорбера до температуры низа регенера-

тора (используя возможный теплообмен),

—

выделить

кислый газ из раствора,

— произвести пар отпарки.

Количество используемого пара зависит от рас-

хода циркулирующего раствора и степени очистки,

которую необходимо достигнуть.

2.4.5.1.6.

Соображения оперативные и эконо-

мические

Получение

согласно требованиям содержания

S в 7 мг

•

м"

(н)

или 4 см

•

м"

требует повышенно-

го

внимания операторов. Достаточно малейших на-

рушений регулировки,

чтобы

получить отклонение

от требований.

Одним из критериев выбора того или иного про-

цесса может

быть

и степень сложности установок

и управления ими.

Кроме

того, будем принимать во внимание:

— склонность растворов к образованию пены,

разложению и их токсичность,

— проблемы коррозии и ее контроля,

— расход и стоимость растворителей, а также

легкость их поставки (число и местоположение

поставщиков),

— стоимость лицензий.

Процессы обычно защищены патентами. В про-

тивном

случае

рекомендуется использовать

услу-

ги

опытных инженерных компаний.

317

ДОБЫЧА

И ПЕРЕРАБОТКА

2.4.5.2.

Представление процессов из-

влечения кислых компонентов

Процессы извлечения кислых компонентов из

газа

обычно распределяются по четырем катего-

риям (см. таблицу ниже).

- Химическая

абсорбция

Раствор

аминов

М.

Э. А.

«U. С. A. R.»

Д.Э.А.

С. Н. П. А.-Д. Э. А.

Д.

И. П. А.

М.

Д. Э. А.

Д.

Г.А.

Растворы

щелоч-

ных солей

Карбонат калия

«Катакарб»

«Бенфилд»

«Джаммарко-Ве-

трокок»

«Алкацид-М»

«Алкацид-ДИК»

- Физическая

абсорбция

«Флюор»

«Селексол»

«Ректизол»

«Пуризол»

«Сульфинол»

«Амизол»

«Сепазол»

III-Прямая

конверсия НгЭ

«Стретфорд»

«Такахакс»

«Джаммарко-Ве-

трокок»

«Таунсенд»

«ФИН-Фюгапол»

IV - Твердый слой

«Айрон

Стронж»

Молекулярные

сита

-Хайнес»

Активированный

уголь

Раствор

Водный

раствор 2,5 н

Водный

раствор 5 н М. Э. А. +

ингибитор

Водный

раствор 2 н

Водный

раствор 4 н

Водный

раствор 2 н

Водный

раствор 2 - 4 н

Водный

раствор 6 н

Водный

раствор 25 -

40%

вес. КгСО

СО

+ катализатор (борат амина)

СО

+ катализатор

(Д.

Э. А.)

СОэ + катализатор (соль мышьяка)

Соль

о-аминопропиновой кислоты

Соль

диметиламиноуксусной кислоты

Пропиленкарбонат

Диметиловый эфир пропиленгликоля

Метанол

N-метилпирролидон

Водный

раствор Д. И. П. А. +

сульфолан

Смесь М. Э. А. + Д. Э. А. с метанолом

Метилизопропиловый эфир олигоэти-

ленгликоля

Карбонат + ванадат + дисульфоантра-

хинон натрия

Карбонат натрия + гидросульфонат

нафтахинона

Карбонат калия +

соль

мышьяка

Органический растворитель (Т. Э. Г.) +

растворенный SO

Органический растворитель (Э. Г.) +

+катализатор

Набивка (наполнение)

Древесные стружки + оксид

железа

Молекулярные сита

Молекулярные сита (регенерация с SOJ

Активированный

уголь

Прмышленные

процессы извлечения

кислых

компонентов.

2.4.5.2.1.

Процессы, базирующиеся на хими-

ческом

равновесии, зависящем от

давления и температуры

Эти процессы используют водные растворы амина

или концентрированный раствор карбоната калия.

2.4.5.2.1.1.

Аминовый процесс

Это базовый процесс, нашедший наибольшее

применение для переработки больших количеств

газа

со слабым или средним содержанием кислых

газов

(от нескольких процентов до 40 - 45% объем-

ных). НгБ и СО

абсорбируются.

Обычно

используемые материалы:

— первичные амины: моноэтаноламин (М.Э.А.),

дигликольамин (Д.Г.А.),

— вторичные амины: диэтаноламин (Д.Э.А.), дии-

зопропаноламин (Д.И.П.А.),

— третичные амины: метилдиэтаноламин

(М.Д.Э.А.).

Используют водные растворы более или менее

концентрированные, но схема всегда одна и та же:

барботаж газа в контакторе, затем регенерация

раствора в колонне с выпариванием и орошением

после снижения

давления

и теплообмена.

2.4.5.2.1.2. Процессы с использованием карбоната

калия

Эти процессы, базирующиеся на использовании

30 - 40%-ного (масс) водного раствора карбоната

калия, применяются для промывки газа с большим

содержанием СО

(от 5 до 40%

объемных)

и высо-

ким

давлением (больше 20 бар).

Для газов, находящихся при высокой температу-

ре,

его преимущество заключается в проведении

абсорбции при высокой температуре, приблизи-

тельно

110°С,

т.е. того же порядка, что и регенера-

ции.

Это

влечет

за собой экономию теплообменни-

ков в цепи растворителя, а также значительный

выигрыш в количестве пара ребойлеров.

При

значительных

содержаниях H

S и СО

, для

достижения требований для газа, подаваемого в

газовые сети, необходима окончательная обработ-

ка

аминами.

Если

газ, подлежащий обработке, содержит H

и малое количество (или полное отсутствие) СО

нельзя использовать этот процесс для извлечения

S, так как очень трудно регенерировать раствор

в отсутствии СО

Процессы с использованием карбоната калия

применяются только для газов, отношение

Hj-S/COa

которых небольшое (например, 1 объем

на 12 объемов).

2.4.5.2.2.

Процессы, базирующиеся на физи-

ческой

абсорбции

Газы абсорбируются в зависимости от их парци-

ального

давления

в сыром газе без химической ре-

акции.

По этой причине будут абсорбироваться

S, CO

R.H.S.,

а также не кислые

примеси,

такие

как

COS, CS

, H

Наличие

углеводородов, особенно ароматичес-

ких,

является

главной помехой этих процессов (по-

тери газа, производство серы).

Регенерация требует мало

тепла

или вообще не

требует, давление

является

главным фактором.

Физическую

абсорбцию применяют в следую-

щих

случаях:

— парциальное давление кислого газа выше 4 бар,

— значительное количество кислого газа,

318

ДОБЫЧА

И ПЕРЕРАБОТКА

—

слабая

концентрация

тяжелых

углеводородов

в сыром

газе,

— раствор может также осушить газ,

— селективная абсорбция для НУ».

2.4.5.2.3.

Процессы превращения

HjS непосредственно в серу

Они базируются на прямом окислении HjS в

жидкой

фазе.

Эти процессы применяются только для сырого

газа

с низким содержанием Нгв и для не очень

высоких дебитов. Они находят небольшое приме-

нение для природных газов.

Полученная

сера часто загрязнена химическими

продуктами,

участвующими в процессе. Использу-

емая вода требует особой обработки перед сбро-

сом.

2.4.5.2.4.

Процессы на твердом слое

Использование твердых тел для извлечения

кислых компонентов из газов базируется на

адсорбции кислых газов их поверхностью или на

реакции с другим веществом на этой поверхности.

Областью

применения этих процессов являются

газы

с низким и средним содержанием HsS и мер-

каптанов. Они дают очищенный газ с очень слабым

содержанием HjS, который они абсорбируют обыч-

но селективно.

Расходы

газа должны

быть

относи-

тельно

небольшими (100 - 200 000 м

(н)-сут"

) или

газ

должен иметь очень слабое парциальное

давление кислых газов.

2.4.5.3.

Аминовые процессы

Это базовые процессы, наиболее часто употреб-

ляемые

для переработки больших количеств газа

со

слабой и средней концентрацией кислых газов.

Первичные амины имеют более высокую погло-

тительную способность, чем другие амины, но они

более коррозионны и не могут применяться в при-

сутствии таких примесей, как COS и CS

. Их селек-

тивность

H2S/CO2

слабая.

Вторичные амины менее активны, чем

М.Э.А.,

но

не имеют этих недостатков. Их селективность бо-

лее высокая.

Третичные амины абсорбируют СО

с кинетикой

реакции более медленной (промежуточное образо-

вание угольной кислоты) и поэтому они более се-

лективны.

Основные характеристики аминов

даны

двух

нижеследующих

таблицах.

Формула

Молекулярная масса

Плотность 20

С/20°С

Температура

кипения

(°С,

1013мбар

400мбар

13м6ар

Упругость паров при

20°С(м6ар)

120°С(мбар)

Вязкость при 20°С, сПз

Температура

плавления,

°с

Растворимость в воде

при 20°С

(масс)

Температуры вспышки

(Cleveland),

°C

М.

Э. А.

HzNCHzCHjOH

61,08

1,0719

170,4

143

1,3

133

24,1

10,3

полная

93,3

Д.

Э.А.

HN(CH

CH2OH)

105,14

1,0919(30/20°)

268

(разлож.)

237

152

<0,013

2,6

867

(50°С)

94,4%

масс

138

Д.

И. П. А.

ЫН(СНгСН(ОН)СН

)

133,19

0,989

(45/20°)

248,7

216

133

<1,3

198(45°С)

87%

масс

127

Д.

Г.А.

НгЫСНгСН-ОСНгСНгОН

105,14

1,05

221

190

113

<1,3

40(15,5°С)

-12,5

127

М.

Д. Э. А.

СНэКЦСНгСНгОНЬ

119,16

1,042

247

215

130

<1,3

10,7

100

-21

полная

126,7

Физические

свойства

аминов.

Первичные и вторичные амины

Реакция

Н^/амин: реакция мгновенная

Нгв +

*=* HS"R

NHj

Реакция

СО

/амин:

Образование карбамата: реакция быстрая

+ 2R

NH *=^

NCOO"R

NHj

Образование углекислоты: реакция медленная

СО

+ НгО *=* НгСО

СОг + ОН" з=* НСО5

, Образование карбонатов и бикарбонатов

, 2R2NH +

СО

«=* 2(R

NH$)CO3~

2(R

NHJ)CO5-

СО

*=s 2R

NHJHCO5-

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Третичные амины

Реакция

Н^/амин: реакция мгновенная

НгЭ

R"N

з=с HS-Rj.R'NH*

Реакция

СО

/амин:

Образование карбамата: реакция невозможная

Образование углекислоты: реакция медленная

СО

+ НгО *=^

СО

+ ОН" з=^ НСО5

Образование карбонатов и бикарбонатов

2Н

Нте

+ Н

СОз *^ 2(R

RNH

)CO5-

2(R

R'NH

)CO5-

СО

** 2R

R'NH

HCO5-

(1)

(3)

(4)

(5)

(6)

Уравнения

реакции

Н^/СОг/

319

ДОБЫЧА

ПЕРЕРАБОТКА

2.4.5.3.1. Сравнение аминовых процессов

М.Э.А.

Применяется для одновременной и тонкой очи-

стки

от СО

и H

S газов, свободных от посторонних

примесей.

Слабая

концентрация (15 - 20%) и низ-

кая степень насыщения, лимитируемая коррозион-

ностью. Повышенное потребление энергии.

Д.Г.А.

Та же область применения, что и

М.Э.А.

Раствор

более концентрированный, но и более дорогой.

Скорость циркуляции более

слабая

и минимальное

потребление энергии.

Д.Э.А.

Одновременная очистка от СО

и H

S для при-

родных газов высокого давления, можно использо-

вать

концентрированный раствор (до 40% мас-

совых в процессе

S.N.E.A.(P)).

Небольшая

скорость

циркуляции и меньшие энергетические затраты по

сравнению с

М.Э.А.

Д.И.П.А.

Характеристики, сравнимые с

Д.Э.А.,

но раствор

менее дорогостоящий. Используется в комбинации

с другими растворителями в процессах "Shell"

("Сульфинол",

А.Д.И.П.).

2.4.5.3.2.

Описание типовой установки

Приведено ниже на рисунке.

2.4.5.3.2.1.

Качество серы

Большая

часть углеводородов в парообразном

состоянии отделяется от обогащенного амина в

расширительном баллоне, содержание углеводо-

родов в кислом газе обычно меньше 0,5%, что поз-

воляет

получать

серу высшего качества при высо-

кой

и стабильной рентабельности.

2.4.5.3.2.2. Дополнительный контур

Приблизительно 10% расхода постоянно цирку-

лирующего амина

фильтруется

через ацетатно-

целлюлозные фильтры,

чтобы

отделить твердые

частицы (оксид или сернистое железо), принесен-

ные газом или являющиеся результатом

эрозии.

10%

этого расхода проходит затем через

фильтры

активированного угля, который абсорбирует тяже-

лые углеводороды, растворенные в амине, продук-

ты разложения и другие химические примеси.

Для постоянного ввода небольшого количества

антивспенивающего раствора (силикон) предусма-

тривается система впрыска (с возможностью бо-

лее значительного ввода в

случае

закупорки).

2.4.5.3.2.3. Экономия энергии

случае

высокого содержания кислых компо-

нентов, требующего повышенного расхода амина,

может

быть

предпочтительнее использовать, с по-

мощью теплообмена амин/амин, потенциальную

тепловую энергию, содержащуюся в потоке реге-

нерированного амина. Это может

быть

осуществ-

лено

с помощью последовательного снижения

давления

амина и механического сжатия пара, по-

лученного таким образом,

чтобы

ввести его в ни-

жнюю часть колонны регенерации.

Например, снижение

давления

в две ступени со

сжатием пара позволяет сэкономить 8,14 кВт

•

тепловой энергии на киловатт-час расхода механи-

ческой энергии. Эта экономия пара составляет

приблизительно 30% от потребления в классичес-

кой

установке.

Принципиальная

схема

установки

очистки

газа от кислых

компонентов

помощью

химической

реакции.

I - Сырой газ. II -

Очищенный

газ.

Ill - Газ на

топливо.

IV - Кислый газ. 1 -

абсорбер

(7-100

бар

абс.).

-регенератор

бар.

абс). 3 -

Фильтр.

- Насос. 5 -

Емкость.

6 -

Холодильник.

7 -

Аминовый

темплообменник

(богатый

бедный).

8 - Приемный насос. 9 -

Выветриватель.

10 -

Конденсатор.

11 - Насос орошения. 12. -

Рекуператор.

13 - Ребоилер. 14 -

Дополнительное

оборудование.

320

ДОБЫЧА И ПЕРЕРАБОТКА

2.4.5.3.3.

Основа технического расчета

Расход циркулирующего растворителя состав-

ляет

основу технического расчета установки. Этот

расход зависит от величин содержания HzS, под-

лежащего извлечению; концентрации раствора

Д.Э.А. и допустимой степени насыщения извлече-

ния внизу абсорбера.

Концентрация может быть относительно высо-

кой

(до 40 массовых % в процессе

С.Н.П.А.).

Это

позволяет одновременно снизить расход раство-

рителя и потребление пара в ребойлере.

Степень насыщения растворов (И^5 или H

S +

+ СО

- переменная величина) является основным

фактором извлечения кислого

газа.

Движущей си-

лой,

определяющей массообмен, является, в са-

мом

деле, разность между парциальным давлени-

ем вещества в газовой фазе и упругостью паров

его

же в жидкой фазе.

Максимальные опытные значения приведены в

нижеследующей таблице.

М. Э. А.

Д-Э.А.

М. Д. Э. А.

Относительная

селективность

НгБ/СОг

1,0

2,5

4,3

Теплота

реакции (кВт

•

кг

)

0,418

0,319

0,291

СО

0,529

0,418

0,372

Абсорбционные

характеристики

аминовых

растворов.

Изотермы равновесия, полученные эксперимен-

тально, являются предметом многочисленных пуб-

ликаций (смотрите рисунки на с. 322) и более или

менее точного моделирования.

Принимая некоторые меры предосторожности в

концепции установок (скорость циркуляции, режим

отпарки,

устройство ребойлеров, максимальная

температура и т.д.) можно использовать Д.Э.А. с

повышенными концентрацией раствора и степенью

насыщения кислыми

газами.

М. Э. А.

Д.

Г. А.

Д.Э.А.

С. Н. П. А.-Д. Э. А.

Д.

И. П. А.

М. Д. Э. А. селектив-

ный

не

селективный

Нормальность

раствора

2,5

Молярное

отношение

кислый

газ/амин

0,4

0,8

0,1 - 0,5

0,3 - 0,8

кмоль

кислого

газа на м

раствора

2,4

0,8

3,2

1,6

0,4 - 2,0

1,2-3,2

Степень

насыщения

аминовых

растворов

(практический

предел).

Использование низкоуглеродистой стали явля-

ется правилом.

При расчетах аппаратов обращаются к

специ-

альным руководствам, несколько основных опре-

деляющих значений приводятся ниже.

Абсорбер

— с 20 тарелок возможно увеличение до 30 таре-

лок при более высоких требованиях по СО

;

— степень насыщения амина: 80% от равновесного.

Молекулярная

масса

Плотность

(г

•

см~

)

при

20°С

при

60°С

Температура кипения (°С)

при 1 013м6ар(1 атм)

при 2

532,5

мбар

(2,5 атм)

Вязкость (сПз)

при

20°С

при

60°С

при

100°С

Температура

плавления

(°С)

Температура

воспламенения

(«СОС»)*

(°С)

Растворимость в воде

М.Д.Э.А.

чистый

119,7

1,042

247

100

-21

126,7

полная

Раствор

Зн

1,035

1,0125

102

130

4,6

1,6

-6(2н)

Раствор

4н

1,040

1,018

103

131

2,5

-С.О.С»:

Cleveland

Open

Cup.

Физические

свойства

аминовых

растворов

(практический

предел).

Регенератор

— 20 тарелок,

— потребление

низкого

потребление пара охлажденного, ни:

давления: 80 -130 кг

•

м"

раствора амина,

— не превышает

130°С

внизу.

2.4.5.4.

Процессы очистки

карбонатом

калия

2.4.5.4.1.

Базовый процесс ("Горячий поташ")

Химические равновесия, в целом, следующие:

СО

+ Н

О *=^ 2КНСО

СО

+ H

S *=* KHS + КНСОз

Технологические схемы процессов сходны с

аминовыми процессами. Основное отличие заклю-

чается в отсутствии теплообменника в системе

раствора и присутствии теплообменника сырой

газ/газ

очищенный.

В зависимости от желаемого содержания СО

очищенном газе различают следующие схемы

(см.

рисунки на с. 323):

— содержание от 1,5 до 2%:

Единственный ввод регенерированного рас-

твора. Давление регенерации от 0,2 до 0,7 бар.

Число тарелок абсорбера от 20 до 25, десор-

бера-от15 до 20;

— содержание от 0,8 до 1% ("Сплит-стрим"):

Приблизительно от 1/4 до 1/3 раствора ох-

лаждается

(80°С)

и вводится в верхнюю часть,

а остальная - на тарелку в середине абсорбера;

— содержание от 0,5 до 0,8%:

Часть грубо регенерированного раствора от-

бирается в средней части регенератора и на-

правляется в промежуточную точку абсорбера.

Остальной раствор из нижней части регенера-

тора, более полно отрегенерированный, на-

правляется из регенератора в верхнюю часть

абсорбера.

321

ДОБЫЧА

ПЕРЕРАБОТКА

Парциальное давление СО, в кПа

молей

H.S

•

моль-

Д.ЭА

растворе

1,21,1

1,00,90,80,7 0,60,50,4 0,30,2

0,1

Парциальное давление СО, в кПа

•

молей H,S

•

моль-'

ДЭА

растворе

10000-

1.0

0,6

1,21,1^0,910,70,6

0,5 0,4 0,3

0,1

1,1

0,4

0,6 0,8

Молярное отношение ССУД-Э-А.

растворе

0,2

0,4 0,6 0,8 1

Молярное отношение СО,/Д.ЭА

растворе

Равновесие СОг/Д.ЭА. в растворе.

6000-

3000-

1000-

600-

300-

100-

60-

10-

0,6

0.3-

0,1

Парциальное давление

H,S

кПа

молей СО,

•

моль-' Д.ЭА

растворе

\2l

1,0/ 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 02

6000-

3000-

1000-

600-

300-

100

60-

30-

0,4 0,6 0,8 1

Молярное отношение Н^/Д-ЗА

растворе

Парциальное давление

Н& в

кПа

молей СО,

•

моль-

Д.ЭА

растворе

1,1

0,9

1,г|[

1,0

0,8

0,7 0,6

0,5 0,4 0,3 0,2

0,1 0,0

///

,''

,'-'-*'

/О,',','

Раствор Д.ЭА

3,5

нормальный

при100°С

0,2

0,4 0,6 0,8 1

Молярное отношение Нгв/Д-ЭА

растворе

Равновесие

Нг&Д-ЭА

в растворе.

Это решение представляет интерес

для

боль-

ших содержаний кислого

газа,

как

более эконо-

мичное

точки зрения расхода тепловой энергии

ребойлере.

Оно

позволяет

получить

необходимое

извлечение

Нгв.

Другие

реализуемые схемы:

— комбинация

промывкой водой

на

входе,

— окончательная очистка аминами

конце,

—

ввод

свежего раствора

верхнюю часть абсор-

бера

до

места ввода регенерированного

рас-

твора,

снижение давления регенерированного

раствора

возврат паров

воды

регенератор

(экономия паров

приблизительно

50%).

Характерные

данные.

Берем

коэффициент абсорбции

20 м

(н) СО

расход пара испарителя 85

кг

•

м~^ циркулирующего

раствора.

Коррозия.

Коррозия углеродистой стали может происхо-

дить везде, где выделяются кислые газы.

Углеродистая сталь

отжигом

сварных

швов

ис-

пользуется

во

всех установках,

за

исключением,

иногда, труб ребойлера.

Если присутствует

только

СО

то в

качестве ин-

гибитора коррозии используются хроматы. Они

не

могут употребляться

присутствии HjS, так как

их

соли выпадают

осадок. Однако коррозия

защи-

щается

сернистыми соединениями, если содержа-

ние сероводорода значительно.

Разное.

Раствор, покидающий регенератор при темпера-

туре насыщения, может испаряться

на

всасывании

насоса для раствора. Используют насос

нижним

наддувом N.P.S.H. перед насосом высокого давле-

ния,

чтобы

исправить эти недостатки.

Необходима также система фильтрации

систе-

ма

ввода антивспенивателя (силиконы).

322

ДОБЫЧА

ПЕРЕРАБОТКА

Газ

очищенный

75°С

115°С

95°С

Газ

сырой

25°С

90°С

Газ

очищенный

Газ

сырой

Газ

очищенный

Газ

сырой

115°С

Абсорбер

(20-70

бар абс)

115°С

Генератор

(1.51

Классическая

схема

115°С

UPC

115°С

Схема

"Сплит-стрим"

Схема

двухпоточная

Свеча

60°С

Свеча

Карбонатный

процесс.

323