Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
Температура регенерационного газа в процессе очистки природного газа от сернистых соединений обычно составляет 300-350 °С. Применение более высоких температур при давлениях выше 3 МПа с точки зрения сокращения объема газорегенерации является нецелесообразным несмотря на то, что при этом повышается эффективность десорбции поглощенных цеолитом компонентов. Это объясняется тем, что одновременно
408
увеличивается расчетная величина толщины стенки адсорбера и возрастает составляющая тепловых затрат Q1.
Исходя из общих затрат тепла на регенерацию XQ и теплосодержания регенерационного газа, рассчитывается объем газов регенерации V,Mrp. Для определения общего расхода газа регенерации важно также учитывать объем газа V01-1, необходимый для удаления из слоя десорбированных примесей.
Таким образом, общий объем газа V11,= V„aip + Vmi. При понижении давления на стадии регенерации объем газа регенерации сокращается за счет уменьшения составляющей V0171 вследствие возрастания движущей силы процесса и коэффициентов диффузии десорбируемых компонентов в порах цеолита. Однако, как правило, регенерацию проводят при том же давлении, при котором газ поступает на очистку, т.е. при 4-7 МПа. Это обусловлено следующими причинами. При снижении давления газа регенерации усложняется система его последующей обработки. Кроме того, для постоянного сброса и подъема давления в адсорберах в циклограмме работы установки необходимо резервировать непроизводительное время, что сокращает пропускную способность установки по очищаемому газу. Скорость операции "сброс - подъем" давления в адсорбере во избежание механического разрушения цеолита обычно не превышает 0,1 МПа/мин. При увеличении продолжительности стадии регенерации происходит сокращение относительного (в процентах от очищаемого) количества газов регенерации за счет снижения потерь тепла с регенерационным газом Q4. Кроме того, уменьшается составляющая V0171 благодаря тому, что создаются условия для установления в каждом сечении адсорбера состояния, приближающегося к термодинамическому равновесию в системе "газ - адсорбент".
Однако увеличение времени регенерации равнозначно увеличению габаритов адсорберов и их массы. Оптимальное время регенерации в процессе очистки природного газа от сернистых соединений цеолитами для установок производительностью более 200-300 м!/ч составляет:
для адсорберов с внутренней теплоизоляцией 2+4 ч;
для адсорберов с внешней теплоизоляцией 4+8 ч.
Затраты тепла на нагрев адсорбера Q1 зависят от конструктивных особенностей адсорбера (материальное исполнение, диаметр, высота и др.), которые характеризуют его металлоемкость. При этом важным фактором, влияющим на вклад составляющей Q1 в общие затраты тепла на регенерацию SQ1 является максимальное использование объема адсорбера под загрузку адсорбента. По практическим данным в процессах
409
сероочистки при давлении 5-7 МПа отношение весовой загрузки цеолита к весу адсорбера находится в пределах 0,3-0,5. В этом случае затраты тепла на нагрев адсорбера Q1 составляют 40-60 % от общего расхода тепла на регенерацию. Применение внутренней теплоизоляции адсорберов позволяет практически вдвое сократить объем газов регенерации, который является функцией адсорбционных характеристик системы Vrp = f(C0/aA), где C0 - содержание сернистых соединений в очищаемом газе; аа - динамическая активность цеолита по сернистым соединениям. При проектировании адсорбционных установок технология процесса должна быть задана таким образом, чтобы обеспечить высокое значение ал.
По законам массопередачи в слое адсорбента имеется зона, в которой концентрация извлекаемой примеси в газовой фазе изменяется от входной до значения, близкого к нулю. В процессе адсорбции эта зона называется высотой работающего слоя L0. Количество поглощенной в работающем слое примеси, отнесенное к единице веса или объема адсорбента, составляет примерно 50 % от максимальной (равновесной) адсорбции примеси для заданных условий. Поэтому степень полезного использования адсорбционной емкости адсорбента определяется соотношением т) = (L - 0,5 L0)ZL, где L - высота слоя адсорбента.
Величина высоты работающего слоя зависит от многих факторов: концентрации адсорбтива и его природы, наличия в очищаемом газе конкурентно адсорбирующихся или мешающих молекул, скорости газового потока, температуры, давления, характера макро- и микропористой структуры адсорбента, размера гранул адсорбента и др. Для процессов сероочистки природного газа при повышенных давлениях высота работающего слоя возрастает примерно пропорционально увеличению концентрации адсорбтива и давления, что обусловлено высокой крутизной изотерм адсорбции сернистых соединений на цеолитах. Аналогичное влияние оказывает скорость газового потока, что характерно для процессов адсорбции, протекающих во внутридиффузионной области. С ростом температуры и увеличением размера гранул цеолита также повышается L0. Данные зависимости имеют степенной характер, специфичный для каждого типа цеолита. Взаимный учет всех отмеченных факторов при решении конкретной практической задачи должен быть направлен на достижение степени полезного использования адсорбционной емкости адсорбента не ниже 0,75. При этом, однако, необходимо учитывать, что снижение скорости газа в адсорбере равнозначно увеличению капитальных за-
