Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121

насыщенного раствора ДЭГ (98-99 %) для достижения более низких точек росы газа, то регенерацию гликолей производят под вакуумом, который создается вакуумным насосом 14.

Экономичность работы абсорбционных установок в значительной степени зависит от потерь сорбента. Для их снижения в первую очередь необходимо строго поддерживать расчетный температурный режим десорбера, тщательно сепарировать газ и водяной пар на выходе соответственно из абсорбера и десорбера и по возможности исключить ценообразование при контакте газа с абсорбентом за счет специальных добавок.

Количество концентрированного раствора абсорбента, подаваемого в поглотительную колонну, определяется из материального баланса по воде по формулам:

W7i = G(l-fei), W, = (G + AW)(1-/г), (3.2)

где Wi - массовый расход воды в концентрированном растворе абсорбента; G - массовый расход концентрированного раствора абсорбента; 1 - количество гликоля в концентрированном растворе;

- массовый расход воды в насыщенном растворе абсорбента; G + - массовый расход насыщенного раствора абсорбента; - количество гликоля в насыщенном растворе; AW - массовое количество влаги, отбираемой из газа,

AW=W2 - Wi = QXwx-W2)\ (3.3)

Q - объемный расход газа через абсорбер, приведенный к 273 К и 0,1013 МПа; хи\ и - влажность газа соответственно на входе и выходе абсорбера.

Решая совместно уравнения (3.2) и (3.3), находим

Теоретическое число тарелок в абсорбере обычно определяется графическим методом путем построения ступенчатой линии между оперативной (рабочей) линией и кривой равновесия.

Для построения оперативной линии воспользуемся уравнением материального баланса всего абсорбера:

V{yi-yi) = L{x2-Xx\ (3.4)

где V - число молей сухого газа, выходящего из абсорбера; и у - число молей воды на 1 моль сухого газа соответственно на входе в абсорбер и на выходе из него; L - число молей чистого сорбента, подаваемого в абсорбер; хи - число молей воды на I моль чистого сорбента соответственно на входе в абсорбер и выходе из него. Из (3.4) следует

rUV = (г/i-(/2)/(х2 -Xi).

Это уравнение оперативной линии абсорбера; оно показывает, что наклон линии в координатах х-у определяется отношением количе-88

ства чистого абсорбеьгга к количеству подаваемого сухого газа LIV. Таким образом, для построения оперативной линии (рис. 3.28) достаточно двух крайних точек с координатами: верхняя точка - выход насыщенного раствора абсорбента и вход влажного газа (Xj. У-д и нижняя точка - выход сухого газа и концентрированного раствора абсорбента {Хи У2)-

В то же время в абсорбере система газ-раствор абсорбента проходит через несколько равновесных состояний, число которых и будет определять необходимое теоретическое число тарелок абсорбера.

В соответствии с законом Дальтона парциальное давление любого компонента в газовой фазе равно произведению его молярной концентра ции на общее давление

Рис.ЩЗ.28. График, определения теоретического числа тарелок в абсорбере:

/ - оперативная прямая; 2 - кривая равновесия

р-у Р,

(3.5)

где рв - парциальное давление водяных паров в газовой фазе; у - молярная концентрация водяных паров в газовой фазе; р - общее давление над жидкостью.

Для жидкой фазы в первом приближении можно применить закон Рауля: Рв = хру, в, где х - молярная концентрация водяных паров в жидкой фазе (в долях единицы); рув - упругость паров воды в чистом виде при данной температуре.

При равновесном состоянии двухфазной системы ур = хру, в. Для практических расчетов вводят понятие константы равновесия, представляющей собой отношение упругости паров ру, в к общему давлению р, т. е. k = ру, в/р. Константа равновесия k определяется в зависимости от температуры и давления по таблицам или графикам, составленным на основе экспериментальных данных. Тогда уравнение равновесия системы примет вид

у = kx.

(3.6)

Это уравнение позволяет по концентрации компонента в одной фазе равновесной системы определять его концентрацию в другой фазе. Чтобы получить уравнение кривой равновесия в координатах X-у, переведем молярные концентрации х н у в долях единицы в концентрации X и у, выраженные в молях воды на 1 моль абсорбента и сухого газа соответственно: х = mjmnec, х = Шв/(тв Н- /Ласс). где гпв - число молей воды; тбс - число молей абсорбента.

Отсюда

х = х/{[~х); х=--х/{1+х).

(3.7) 89

По аналогии

(/... 7(1-/7); -У/(1Н у). (3.8):

Из (3.6), (3.7) и (3.8) получаем уравнение р<ривой равновесия

у = kxl{\ -kx) = kxl[[ +х{1-к)].

Для определения числа теоретических тарелок между оперативной линией и равновесной кривой (см. рис. 3.28) строят ступенчатую линию, изображающую переход смеси водяных паров, газа и абсорбента из состояния, характеризуемого начальными координатами (к yi)> состоянию с координатами (xi, у)- Число теоретических тарелок Пхеар равно числу горизонтальных участков линии перехода (у = idem). На рис. 3.28 это число равно 3,7. Рабочее число тарелок принимают равным Лраб = ПтеорЫ, где 1] - к. п. д. тарелок, зависящий от их конструкции.

Аналогичным образом рассчитывается десорбция (регенерация) раствора.

Диаметр абсорбера и размеры скрубберных секций назначают в зависимости от допустимой скорости в свободном сечении абсорбера и в скрубберных секциях, а также от расхода осушаемого газа. Указанные допустимые скорости газа определяются по данным опыта в зависимости от требуемой степени сепарации взвешенных капель раствора абсорбента. Они могут быть определены и по эмпирическим формулам. Так, допустимая скорость газа в свободном сечении абсорбера и = 0,82/ур, где р - плотность газа в рабочих условиях, определяемая из уравнения состояния реального газа, р = pl{zRT). Насосы и диаметры трубопровода для циркуляции раствора, тепло-обменные аппараты и кипятильники подбирают и рассчитывают по известным формулам применительно к избранному режиму работы установки осушки газа.

Осушка газа адсорбентами

В качестве твердых поглотителей влаги в газовой промышленности широко применяют активированную окись алюминия и боксит, который на 50-60 % состоит из AljOj. Активизируется боксит при температуре 633 К в течение 3 ч без доступа воздуха. Поглотительная способность боксита составляет 4-6,5 % от массы. Преимущества метода: низкая точка росы осушенного газа; простота регенерации поглотителя; компактность, несложность и низкая стоимость установки. Боксит поставляется в зернах (гранулах) диаметром 2-4 мм. Насыпная масса равна 800 кг/м. Глубина осушки зависит от степени насыщения боксита, уменьшаясь с увеличением последней. Продолжительность работы бокситовой загрузки больше года. Скорость прохождения газа через активированный боксит равна 0,5-0,6 м/с. Загрузка боксита определяется в зависимости от количества газа и содержания в нем влаги по формуле G = Qwr/a, где Q - объемный расход газа через адсорбер, приведенный к 273 К и 0,1013 МПа; х -