Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
Так, при увеличении содержания H2S в сырьевом газе от 30 до 160 млн."1 кажущаяся емкость по данному компоненту адсорбента 4A-II уменьшается примерно на 25 %. Следовательно, применение для расчета газоочистных адсорберов равновесных результатов, полученных при поглощении чистого H2S, может привести в указанном случае к существенной конструктивной ошибке.
С целью подавления образования COS при очистке газообразных углеводородных потоков в качестве адсорбента используют кристаллический цеолит с диаметром пор > 5А, в котором, по крайней мере, 45 % атомов алюминия ассоциированы с
397
катионом щелочноземельного металла с атомной массой < 56. Кроме того, на стадии десорбционной продувки цеолита в углеводородный поток перед его пропусканием через адсорбционный слой рекомендуется инжектировать водяной пар в количестве, достаточном для равномерной адсорбции слоем 0,7— 3,0 % воды.
Таким образом, перед началом стадии адсорбции цеолит содержит предварительно адсорбированную воду, которая "блокирует" адсорбцию вновь образовавшихся по реакции (4.103) молекул воды и, следовательно, препятствует сдвигу рассматриваемой равновесной реакции в сторону образования COS.
4.4.2. РЕГЕНЕРАЦИЯ ЦЕОЛИТОВ В ПРОЦЕССЕ СЕРООЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА
Процессы адсорбционной очистки углеводородных газов от сернистых соединений являются периодическими. После появления за слоем адсорбента сернистых соединений в количестве, определяемом требованиями потребителя, сорбент подвергают регенерации. Регенерацию цеолитов проводят путем продувки слоя нагретым очищенным газом или путем снижения давления в системе. Первый способ является более распространенным. Температурный режим регенерации выбирают исходя из условий десорбции наиболее сильно адсорбируемого компонента, входящего в состав очищаемого газа. Таким компонентом, как правило, являются пары воды. Сильное взаимодействие между полярными молекулами воды и элементами кристаллической структуры цеолита требует применения на стадии регенерации более высоких температур, чем это необходимо для удаления сернистых соединений. Обычно регенерацию цеолитов с целью их подготовки к следующему циклу адсорбции проводят при температурах 300-320 °С.
На рис. 4.84 представлены типичные зависимости, полученные авторами при изучении стадии регенерации цеолитов в процессе очистки природного газа Оренбургского месторождения от меркаптанов. В качестве продувочного газа использовали очищенный природный газ. Максимум концентрации соединений, десорбированных из цеолита, соответствовал определенной температуре газа на выходе из адсорбера в период регенерации: для сульфида водорода 90 °С, для меркаптанов 200 °С, для воды 300 °С. В момент интенсивного выделения примесей наблюдалось замедление скоростей подъема темпе-
398
Рис. 4.84. График изменения С, г/мм3 /,°С
во времени т температуры і-
газа t (кривая 4) и выходные кривые регенерации для мер-
ратуры слоя цеолита, что обусловлено повышенным расходом тепла на покрытие теплоты адсорбции компонентов.
Концентрация компонентов в газах регенерации в момент,
отвечающий максимуму Сп'ых и время десорбции основной массы компонента Ax1 зависели от содержания этих компонентов в адсорбенте к началу регенерации, размера гранул, скорости диффузии молекул в порах, температуры и расхода газа, используемого для регенерации, его теплоемкости. При постоянстве условий регенерации отношение С„'ах / Сс'р ( Сср - средняя
концентрация г-го компонента в газах регенерации, равная отношению содержания г-го компонента в адсорбенте в начале регенерации к объему газов регенерации) и Ax1/ х (х - продолжительность стадии регенерации) для одного и того же размера гранул адсорбента являются характеристиками пары адсорбент - адсорбат. На основании опыта эксплуатации промышленной установки очистки природного газа от меркаптанов на Оренбургском газоперерабатывающем заводе было установ-
399
лено, что отношение CL,X/CL падает, а отношение Дт,/т растет с повышением адсорбируемости компонентов. При температуре подогревающего газа 320 °С, диаметре гранул цеолита NaX, равном 1,6 мм, отношение С,мч/Сср составляло: для сульфида водорода и гексана 6,0; для меркаптанов 2,0; для воды 1,7; отношение Ат,/т составляло 0,13; 0,37; 0,40.
С увеличением диаметра гранул при тех же условиях регенерации время появления максимальной концентрации компонентов практически сохранялось, однако вследствие уменьшения коэффициентов внутренней диффузии и замедления теплопередачи внутри гранул цеолита происходило размытие пиков. Влияние размера гранул адсорбента проявлялось тем сильнее, чем выше сорбируемость компонента. Так, при использовании цеолита NaX с размером гранул 3,2 мм вместо
1,6 мм отношение C1J18x / Сс'р для сульфида водорода уменьшилось
в 1,2 раза, для меркаптанов в 1,35 раза, для воды в 1,5 раза.
На кинетических кривых регенерации можно заметить наличие второго максимума концентрации сульфида водорода, положение которого совпадает с максимумом концентрации меркаптанов. Появление сульфида водорода при температурах выше 200 °С связано с разложением меркаптанов на поверхности цеолита, который ведет себя как активный дегидросульфи-рующий катализатор.
