Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
Г + 355Г' рп
Высота работающего слоя L0 зависит также от гидродинамического режима в адсорбере:
394
1,2¦10v1 Reo,i7(273 + ty.u ¦ gi (4 99)
где Re - критерий Рейнольдса.
Присутствие газа-разбавителя (метана) не оказывает влияния на адсорбцию меркаптана.
В то же время в работах [122, 137, 135] сделан вывод о влиянии метана на адсорбционную емкость цеолита 5А по сульфиду водорода. При этом снижение емкости цеолита в значительной степени зависит от концентрации сульфида водорода в газе и общего давления в смеси. Например, снижение емкости цеолита по сульфиду водорода при ph2S = 10"2 ата составляет 40 % при общем давлении смеси CH4/H2S 20 ата и 70 % при общем давлении смеси 100 ата. Соответствующие величины для ph2S > 0,4 ата равны 8 и 19 % [122]. Опыты, проведенные в динамических условиях [137, 135], показали, что с ростом общего давления газа линейно увеличивается высота работающего слоя и так называемой "мертвой зоны" (рис. 4.83). Предложенная в работе [122] методика расчета промышленных адсорберов, используемых для очистки природного газа от сульфида водорода, предусматривает учет совместной адсорбции всех компонентов природного газа.
Ожидаемое время проскока сульфида водорода тпр (мин) в адсорбере
Рис. 4.83. Влияние давления газа р на высоту работающего L0 (кривая /) и "мертвого" JLn (кривая 2) слоев адсорбента при очистке смеси CH1/H2S от сульфида водорода (концетрация H2S 0,1 % мол., скорость газа 0,15 см/с)
Ln, см
- 100
80 100 р, ата
395
-at, > w (4.100)
"H2S
где те,д - адсорбционная емкость слоя цеолита по H2S, г; TU0n s - скорость поступления H2S в слой цеолита, г/мин;
^дН25=Рц^эф V (4Л01)
рц - плотность цеолита, г/см3; Л - площадь поперечного сечения адсорбера, см2; - эффективная длина слоя адсорбента, см; а„ ~ емкость единицы массы цеолита, равновесная с входной концентрацией H2S, г/г цеолита;
^ = K1Cc45Ph2S. (4.102)
где Vn - расход газа, поступающего в адсорбер при нормальных условиях (0 °С, 1 ата), см3/мин; C0hs - входная концентрация H2S в газе, % об.; pH2s _ плотность сульфида водорода
при нормальных условиях, г/см3.
В случае совместного присутствия CO2 и H2S в очищаемом на цеолитах природном газе было обнаружено, что количество COS на выходе из адсорбера превышает его количество в сырьевом газе. Это говорит о том, что применяемые для очистки природного газа молекулярно-ситовые адсорбенты выступают как катализаторы в реакции
CO2 + H2S -» COS + H2O. (4.103)
Образовавшийся COS вследствие низкой полярности молекул и невысокой температуры кипения слабо поглощается в слое цеолита. Указанный фактор является нежелательным, поскольку приводит к фактическому ухудшению качества получаемого товарного газа, а также к потере части газовой серы. В тех случаях, когда присутствие COS допускается в газе (учитывается его низкая коррозионная активность), реакция (4.103) может быть использована для того, чтобы уменьшить количество адсорбированного H2S, продлевая таким образом время цикла или уменьшая необходимое для сероочистки количество цеолита.
Константа равновесия реакции (4.103) равна К^аю = = 6,6¦1O-6. Однако вследствие адсорбции на цеолитах образующейся воды равновесие смещается вправо [81]. В табл. 4.83 приведены сравнительные данные по образованию COS в природном газе с различной исходной концентрацией H2S и содержании CO2, равном 2,2 % мол. при давлении 52,5 ата на
396
Таблица 4.83 r » • < > . '* • !?•-»-
Сравнительная характеристика различных цеолитов при очистке природного газа
от сульфида водорода до СJl2^1, = 1 млн."1
Цеолит (номер /"-иск t, °С Адсорбционная емкость по H2S, г/100 г Степень конверсии
образца) млн."1 Кажущаяся" Истинная" H2S, %
Цеолиты с низкой степенью превращения H2S
5А-1 I 40 I 24,5 I 0,16 I 0,15 I 5
5А-И I 40 I 24,5 | 0,18 | 0,15 | 17
Цеолиты с промежуточной степенью превращения H2S
4А-1 I 33 I 15,5 I 0,93 | 0,42 I 55
4A-II I 33 I 15,5 I 1,30 I 0,45 | 64
Цеолиты с высокой степенью превращения H2S
13Х-1 I 33 I 15,5 I 1,07 I 0,13 I 88
Включает H2S как физически адсорбированный, так и химически конвертированный в COS.
В отличие от кажущейся емкости не включает H2S1 конвертированного в COS.
цеолитах 5А с преимущественным содержанием катионов Ca2+ и на цеолитах 4А и 13Xc преобладанием катионов Na+.
Представленные в табл. 4.83 данные показывают, что каталитическая активность цеолитов в реакции (4.103) повышается при наличии в их составе катионов Na+. Наибольшую каталитическую активность проявляет цеолит 13Х, а наибольшей адсорбционной емкостью по сульфиду водорода (в том числе истинной) обладает цеолит 4A-II. Было установлено также, что скорость образования COS на цеолите 4A-II при постоянстве концентрации CO2 пропорциональна концентрации H2S в степени 0,4, а эффективность превращения H2S на указанном адсорбенте пропорциональна концентрации сульфида водорода в степени (-0,6). Таким образом, влияние реакции (4.103) на протекание процесса адсорбции H2S уменьшается с увеличением концентрации данного компонента.
