Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
Вопросам правильного расчета промышленных процессов очистки газов от сернистых соединений уделяется в литерату-
391
ре большое внимание [122, 137, 135, 126]. В работе [126] на основании изучения процесса очистки метана от сульфида водорода в присутствии CO2 предложены данные для расчета размеров адсорберов для широкого интервала отношений CO2)H2S в газе. Авторами был изучен процесс очистки метана цеолитом 5А в следующем диапазоне рабочих параметров: давление от 34 до 68 ата, температура 25-ь48 °С, линейная скорость 0,05-0,15 м/с, концентрация сульфида водорода 15-1000 млн.-1, диоксида углерода 1-5 об. %, воды - 100 %, насыщение при 25 °С.
Как следует из рис. 4 79, при совместной адсорбции воды, диоксида углерода и сульфида водорода слой цеолита условно может быть разбит на три основные зоны: зона равновесной адсорбции воды (L Ир), зона совместной адсорбции сульфида
водорода и диоксида углерода CLH2s,co2) и зона массопереноса сульфида водорода (Ln2s)> гДе имеет место вытеснение диоксида углерода сульфидом водорода. Высота слоя, используемая для адсорбции воды, может быть рассчитана по формуле
I,l2O=(F»)H2°-Vl0--, (4.97)
йИ2оР„д S
где - массовый расход газа, г/м3; а11г0 - адсорбционная
емкость цеолита 5А по воде, г/100 г; рад - плотность адсорбента, г/см3; 5 - площадь поперечного сечения адсорбера, см2.
При этом авторы предположили, что величина динамической активности цеолита по воде составляет 60 % от статической при данном парциальном давлении.
Высота зоны совместной адсорбции сульфида водорода и диоксида углерода LH s со рассчитывалась по аналогичной формуле. Как следует из рис. 4.81, динамическая емкость цеолита по сульфиду водорода существенно зависит от его содержания в смеси.
Высота зоны массопередачи сульфида водорода LHzS в значительной мере определяется отношением CO2 :H2S в газе и массовым расходом сульфида водорода (рис. 4.82). Помимо указанных зависимостей на размеры всех зон оказывают влияние продолжительность адсорбции, температура процесса, размер пор цеолита, полнота десорбции всех компонентов на стадии регенерации, углеводородный состав очищаемого газа.
Следует отметить, что от температурных условий будет зависеть также селективность цеолитов по отношению к сернистым соединениям. В работах Кельцева, Серпинского и других,
392
aH s, г/100 г 14г
I і и
0,001 0,004 0,01 0,04 0,1
0,4 1,0
У h.s
Рис. 4.81. Изменение равновесной емкости «H1s цеолита 5А по сульфиду водорода (в динамических условиях) в зависимости от мольной доли i/h2s Для смеси сульфид водорода - диоксид углерода
5 10 20 50 100 200 500 1000
Рсог ^Ph1S
Рис. 4.82. Зависимость высоты L зоны массопередачи сульфида водорода от соотношения парциальных давлений диоксида углерода и сульфида водорода
PCO; / PHjO
посвященных изучению адсорбционного равновесия для смеси сульфида водорода с пропаном и бутаном на цеолитах NaX и CaA при различных температурах, получено резкое уменьшение коэффициента разделения по сульфиду водорода с ростом температуры. При адсорбции смеси н-бутана с сульфидом водорода на цеолите CaA при температурах 0-25 0C преимущественно сорбируется сульфид водорода (отношение H2SiC4H10 в адсорбционной фазе составляет 2,38:1,5). При температурах выше 75 °С имеет место обращение равновесия: на цеолитах начинает предпочтительно адсорбироваться бутан (отношение H2S-C4H10 в адсорбционной фазе составляет 0,33). Это обстоятельство объясняется различным влиянием температуры на характер взаимодействия неполярных молекул пропана и бутана и полярных молекул сульфида водорода с поверхностью цеолита. Неспецифическое взаимодействие молекул углеводородов с поверхностью цеолита, обязанное проявлению дисперсионных сил, мало чувствительно к изменению температуры, в то время как энергия специфического взаимодействия молекул сульфида водорода с катионами каркаса цеолита резко падает при повышении температуры.
Интересной представляется информация, посвященная влиянию основного компонента природных газов - метана на адсорбцию сернистых соединений. В работе [52] в динамических условиях была изучена адсорбция этилмеркаптана на цеолите NaX при повышенных давлениях, характерных для промышленной газопереработки. Условия экспериментов были следующими.
Концентрация меркаптанов в газе, г/м3.............. 0,1-1,5
Давление газа, МПа....................................... 0,49-6,0
Расход газа, м3/ч........................................... 2,5-10
Температура, °С............................................ 20-110
Высота слоя цеолита, м................................... 0,3-0,8
Диаметр слоя цеолита, см................................ 4,4
В качестве газа-носителя использовали природный газ, содержащий 99,6 % об. метана, 0,5 % этана и осушенный до точки росы минус 60 °С.
В работе было показано, что равновесная адсорбционная емкость д0 цеолита NaX при всех давлениях газа определяется лишь температурой проведения процесса t (0C) и парциальным давлением меркаптана р (мм рт. ст.):
«J^. <4.98)
