Адсорбционный способ осушки газа

Когда необходимо снизить содержание паров до 0,01 г/м³ и < часто используют твердые сорбенты 2(боксит, активированная окись Al, активированный уголь, силикагель, цеолиты или молекулярные сита и др.). Сущность ад-ции заключается в том, что на огромный удельной поверхности сорбента, имеющего большое число капиллярных пор размер которых соизмерим с диаметром молекул воды, ад-ся молекулы воды и других веществ. Размеры пор настолько малы, что в них проявляются силы молекулярного притяжения, которые захватывают и удерживают молекулы адсорбируемого вещества. Чем > удельная поверхность, т. е. чем > пористость ад-та, тем > сорбционную способность он имеет. Удельная поверхносьть промышленных ад-тов достигает нескольких сот м² на 1 гр. ад-та. Промышленные ад-ты должны удовлетворять следующим требованиям: – высокая равновесная ад-ная емкость по отношению к воде; – обратимость ад-ции и простота регенерации; – высокая скорость ад-ции;

– малое сопротивление потоку газа; – высокая механическая прочность, предотвращающая дробление и распыление ад-та; – химическая инертность;

– небольшие объемные изменения в зависимости от t и степени насыщения; – дешевизна.

При увеличении t увеличивается энергия адсорбируемых молекул и они могут освобождаться из сорбента, на этом основан принцип десорбции, т. е. путем увеличения t насыщенного ад-та до t=200-300^оС.

Газ со скважины направляемый на осушку твердыми сорбентами предварительно отделяется от ж-ти и механических примесей в сепараторах при Р близком к устьевому и t несколько превышающей t образования гидратов. А при наличие H₂S и СО₂необходимопровести предварительную очистку. Требуемое кол-во ад-та:

С₁=Q×DW×t/a (1)

где С₁ – кол-во ад-та, кг; Q – кол-во осушаемого газа, м³/ч; DW – кол-во влаги поглощаемой ад-том, кг/м³;

а – активность ад-та, а=4-7 %; t – время работы, ч.

Обычно ад-т размещают в 2-3 слоя с общей высотой равной 2-3 диаметра аппарата. Высота ад-ра д. б. минимум в 3 раза > его диаметра. Схема загрузки ад-ра для условий месторождения Медвежье на рис. 1.В качестве сорбента в ад-рах используется комбинированная загрузка силикагелей. Защитный слой крупнопористый силкагель типа В. Основной осушающий слой мелкопористый силикагель типа А. Характеристики силикагелей в табл. 1. Табл. 1. Характеристика импортного силикагеля. Верхний слой крупнопористого силикагеля предназначен для защиты основного слоя от капельной ж-ти выносимой из входного сепаратора. Слой муллита представляет собой твердые частицы близкие по форме к сфере d=7-40 мм, необходим для > равномерного распределения по сечению аппарата. Расчетный срок службы загрузки ад-та при работе параметрах указанных в табл. 2 составляет 2 года. Динамическая активность силикагеля уменьшается с продолжительностью использования. Динамическая активность характеризует текущее состояние сорбента при условиях его в аппарате. Статистическая активность характеризует состояние полного насыщения сорбента при данных t и Р в равновесных условиях. Статистическая и динамическая активность сорбентов измеряется числом гр. поглощенных у/в и воды, приходящихся на 100 гр. ад-та. Из рис. 2. следует, что в течении 2 лет динамическая емкость ад-та по воде снижается с 20-24 % до 6-8 %. Тяжелые у/в содержащиеся в газе влияют на поглотительную способность ад-тов по влаге. Сравнительные результаты опытов показывают, что влагоемкость силикагеля при осушке природного газа в среднем в 1,32 раза < чем при осушке чистого метана. Точка росы при осушке чистого метана на 18-20^оС ниже, чем при осушке газа содержащего тяжелые у/в. Это объясняется тем, что первыми ад-ся молекулы тяжелых у/в, занимая наиболее активные центры поверхности ад-та и не вытесняются молекулами воды при осушке газа. Результаты исследований показали что сростом увлажненности газа динамическая емкость силикагеля по у/в снижается. Данные позволяют дать его количественную оценку при соотношении концентрации воды и у/в равным 1, что соответствует промысловым данным, емкость силикагеля по С₇–С₁₂ составляет 3-6 %. Рис. 3.Зависимость динамической емкости силикагеля от увлажненности приведена. Принципиальная схема адсорбционной осушки газа на Месторождении Медвежье (рис. 4.). Система ад-ной осушки газ включает в себя в качестве основного элемента 2-х сорбционную ад-ную установку с неподвижным слоем силикагеля. Режим работы приведен в табл. 2. Процесс десорбции осуществляется частью осушенного газа отбираемого от основного сырьевого потока в объеме 8100 м³/час. Десорбционный газ поступает на вход дожимного компрессора 5, компремируется на 0,1-,02 МПа > Р осушки и поступает в печь 4, для подогрева до требуемой t десорбции. Пройдя ч/з ад-р десорбционный газ совместно с продуктами десорбции проходит воздушный холодильник 6. Сепаратор газа регенерации 3, где из него выделяются продукты десорбции и газ обратно поступает в технологическую линию до сепаратора I ступени. Эффективность процесса десорбции составляет 80-90 %, при этом при проскоковой t точка росы –30^оС (Р=7,5 МПа). Динамическая активность силикагеля по воде и у/в составляет, в начальный период его эксплуатации, соответственно 15-19 % и 8-10 %. Точка росы по воде вначале стадии ад-ции составляет –45…–38^оС. При этих условиях на ад-ной установке выделяется 0,2–0,25 см³/м³ тяжелых у/в. При этом часть легких у/в с t_кип<160-165^оС вытесняется водой и > тяжелыми у/в и выносится сухим газом в магистральный газопровод. Тяжелые у/в с t_кип=290^оС сорбируются силикагелем, но при t газа регенерации на входе 210-230^оС и на выходе 180-185^оС десорбируются не полностью, при этом t точка росы будет не > –25…–30^оС. Извлечение тяжелых у/в при этом будет порядка 80 %.