Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 4.81
Способность компонентов природного газа адсорбироваться различными типами цеолитов
Молекула Критический диаметр молекулы, А Цеолит
NaA CaA NaX
H2O CO2 2,6 X X X
2,8 X X X
H2S ск C2H2 3,6 X X X
4,0 X X X
3,0 X X X
C2H4 4,3 X X X
CtH,, 5,0 - X * ' X X
C2H6 4,4 X X X
C4H8 5,1 - X X
Бензол 6,7 - - X
Толуол 6,7 - X
388
Таблица 4.82
Адсорбционная емкость цеолита NaY по сульфиду водорода при различных соотношениях C02:H2S в газе (концентрация H2S в газе 0,1 % об., температура 25 °С, скорость потока 4 см/с)
Концентрация CO2 в газе, % об. Отношение концентраций CO2: H2S Емкость цеолита по H2S, г/100 г
0,1 1 6,05
0,5 5 6,00
1,0 10 5,88
2,0 v 20 5,36
5,0 \ 50 4,96
10,0 100 4,75
H20>RSH>H2S>COS>C02. Сорбируемость углеводородов возрастает по мере увеличения их молекулярного веса.
Факт соадсорбции компонентов природного газа, изменения его состава во времени должны быть учтены на стадии проектирования. Анализ возможного влияния соадсорбции компонентов позволит правильно рассчитать размеры аппаратуры, продолжительность стадии очистки, условия проведения процессов адсорбции и регенерации, правильно выбрать тип цеолита в зависимости от поставленной цели.
Практический интерес представляет изучение характера изменения углеводородного состава природного газа во времени. К процессам, чувствительным к колебаниям состава сырьевого газа, относится, например, процесс низкотемпературного извлечения гелия, включающий стадии сжижения и газофракционирования. Изменение концентрации углеводородов в очищенном газе во времени в процессе очистки природного газа Оренбургского месторождения от меркаптанов цеолитами 13Х фирмы "Union Carbide" приведено на рис. 4.80.
Анализ изменений состава очищенного газа во времени позволил авторам установить некоторые закономерности, которые легли в основу выработанной методики расчета адсорбционной емкости цеолита по меркаптанам в зависимости от содержания в природном газе воды и тяжелых углеводородов.
Было установлено следующее:
к моменту появления за слоем цеолита какого-либо углево-
а
Газ
--\ '
---S
Рис. 4.79. Распределение соединений в слое цеолита %:
а - реальное; б - модель
389
О 60 120 180 г, мин
Рис. 4.80. Изменение во времени т относительной концентрации различных углеводородных компонентов природного газа (С„К/С11С,) на выходе из абсорбера:
/ - этан, 2 - пропан; 3 - бутан; 4 - пентан; 5 - гексан
дорода (например, пентана) содержание в адсорбенте углеводорода, имеющего на две метальные группы меньше (например, пропана), практически равно нулю;
к моменту появления за слоем меркаптанов в адсорбенте кроме них содержатся углеводороды C6+, сульфид водорода и вода;
углеводороды C6+ на 90 % представлены гексаном; влага адсорбируется полностью;
количество адсорбированного сульфида водорода составляет около 50 % от количества его, поступившего в слой на стадии очистки.
Учитывая тот факт, что концентрация сульфида водорода (2-4 мг/м3), в природном газе, поступающем на очистку, было много меньше концентрации меркаптанов (400-500 мг/м3), тяжелых углеводородов (9,84 г/мэ) и воды (66 мг/м3), влияние сульфида водорода на емкость цеолита не учитывалось.
В основу методики расчета были положены концепции теории объемного заполнения микропор. Суммарная величина адсорбции меркаптанов, воды и гексана соответствует предельному объему адсорбционного пространства цеолита W0, см3/г. Учитывая тот факт, что вода полностью сорбируется цеолитом, занимая при этом объем адсорбционного пространства:
W0"=-^, (4.91)
где ав - емкость цеолита по воде, г/100 г; р„ - плотность вода
390
в адсорбционной фазе, г/м3; меркаптаны и гексан при адсорбции занимают объем адсорбционного пространства
W0"= W0-Wu\ (4.92)
Для вывода корреляционного уравнения, количественно описывающего значение динамической активности цеолита по меркаптанам в зависимости от содержания в очищаемом газе гексанов, было введено понятие "динамического" коэффициента разделения Kv:
K9 = ^-, (4.93)
где ам — максимальная динамическая активность цеолита по меркаптанам, % мае; См - концентрация меркаптанов в очищаемом газе, г/м3; C1 — концентрация гексана в очищаемом газе, г/м3; а, - величина адсорбции гексана цеолитом во времени выравнивания концентрации меркаптанов в газе до и после адсорбера, % мае.
Предполагая постоянство Kv в относительно узком интервале концентраций меркаптанов и гексана в очищаемом газе, можно записать:
Or = ^. (4.94)
Тогда объем адсорбционного пространства цеолита, занимаемый гексаном и меркаптаном, составит
W0 = W0-W0 = -^- + -^- = -2s- +——. (4.95)
Ю0рм Ю0рг Ю0рм ЮОрмкрСм
Обобщая уравнения (4.91) и (4.95), получим уравнение, позволяющее рассчитать адсорбционную емкость цеолита 13Х по меркаптанам при различном содержании в газе гексана и воды:
KpCMPMPrflOOW0 -?=.1 КpCMpMprflOOW0 -^L
On=-^-^i =-^-9-1, (4.96)
С100рм +крсчРг СгРм +КрСмРг
где C3 - концентрация воды в газе, г/м3; V - расход газа, м3/ч; X - продолжительность адсорбции, ч; G - масса цеолита в адсорбере, г; рг и рм - соответственно плотность гексана и меркаптана, г/см3.
