Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
все дуговое оборудование выпускается отечественной промышленностью.
4.7.3. МЕМБРАННЫЕ ПРОЦЕССЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
Мембранные процессы разделения газовых смесей основаны на различной способности газов проникать через полупроницаемые перегородки - мембраны под действием перепада давления. Обычно, полупроницаемая мембрана имеет асимметричную структуру. Верхний диффузионный слой является полупроницаемой перегородкой и покоится на пористой подложке, отвечающей за механические свойства мембраны.
Теория массопереноса газов в мембранах разработана достаточно детально и может быть практически использована для описания реальных процессов мембранного газоразделения. Наиболее полно основы теории представлены в [56, 108, 26, 104].
Процесс мембранного разделения включает в себя несколько последовательных стадий:
1) перенос компонентов исходного потока к мембране;
2) сорбция этих компонентов в мембране;
3) транспорт их через мембрану;
4) десорбция из мембраны; <>'
5) отвод продуктов разделения с противоположной стороны мембраны.
На каждой стадии процесса перенос вещества встречает определенное сопротивление. В случае газофазного проницания стадии 1) и 5) исключаются, а сопротивление на стадиях 2) и 4) довольно незначительно. Транспорт вещества через полимерную мембрану связан с диффундированием и растворением его в мембране, т.е. является результатом сложных молекулярных взаимодействий. Принято говорить о диффузионной растворимости газа. > \ • • •»
488
Основными интегральными характеристиками мембраны являются коэффициент проницаемости К и коэффициент разделения или селективность а.
В настоящее время известны плоские и спирально скрученные мембраны, а также мембранные полые волокна.
В настоящее время за рубежом (главным образом - в США) использование мембранных процессов в нефтяной и газовой промышленности является устойчивым развивающимся рынком. Поставки мембранного оборудования осуществляют такие известные фирмы, как Dow Chemical, Air Products, Air Liquid, DuPont, Union Carbide, UOP, Monsanto с годовым оборотом по мембранному направлению более 10 млрд. дол. Быстрое развитие мембранной техники в США и ее внедрение в нефтегазодобывающей промышленности было вызвано распространением Enhanced Oil Recovery (EOR) - повышением нефтеотдачи закачкой CO2. В России практически отсутствует практика использования CO2 для увеличения нефте- и конденсатоотдачи. В связи с этим мембранные процессы в Российской газовой и нефтяной промышленности пока не нашли широкого применения.
Мембранный процесс имеет ряд особенностей, требующих специальных условий для его применения [26]:
один из продуктов разделения имеет пониженное давление;
организация многостадийного/противоточного процесса связана со значительными затратами энергии для компрессии потоков проникшего низконапорного газа;
ограниченная пропускная способность мембранных аппаратов при больших расходах требует секционирования установки, что снижает ее надежность и требует использования специальных систем контроля;
наличие в природных газах примесей, ухудшающих работу мембран (ингибиторы коррозии и гидратообразования, влага, тяжелые углеводороды), требует дополнительной очистки газа перед подачей на мембраны и использования мембранных материалов повышенной химической стойкости.
При этом, мембранный процесс имеет, как правило, большую селективность, чем однократное равновесное испарение, не требует охлаждения до низких температур и циркуляции абсорбентов, что снижает до минимума издержки эксплуатации. Поэтому, если мембранный процесс способен обеспечить необходимое качество продукта при нужном его давлении, процесс следует использовать. Использовать комбинированные (гибридные) процессы целесообразно при соблюдении следующих условий:
32 - 2364 489
1. Имеются традиционные установки. Мембранные установки включаются в технологическую цепочку и улучшают работу традиционных установок.
2. Использование мембран как вспомогательного процесса, при минимальном риске и небольших издержках позволяет получить максимум прибыли.
3. Исходные газы содержат примеси, ухудшающие работу мембран. Существующие установки позволяют очистить газ и улучшить работу мембран.
Если мембранный процесс удовлетворяет этим условиям требования, а его внедрение позволяет сократить издержки производства или сократить планируемые капитальные затраты, процесс следует использовать. Рассмотрим перспективные области применения, удовлетворяющие перечисленным требованиям.
Технология мембранного выделения диоксида углерода и сероводорода
Широкое внедрение мембранных процессов разделения большой производительности в промышленности обусловлено, главным образом, развитием в США технологии добычи нефти и газа с закачкой в нефтяные пласты CO2 для поддержания пластового давления и повышения нефтеотдачи (технология Enhanced Oil Recovery - EOR).
Внедрение мембранного процесса выделения CO2 из природного газа позволяет интенсифицировать традиционные процессы физической и химической абсорбции в целях снижения энергоемкости, потерь реагентов, загрязнения окружающей среды и обеспечивает высокую рентабельность установок.
