Головна

Кінетика абсорбції.

  1. Кінетика гетерогенних реакцій
  2. Кінетика і механізм реакцій обміну лігандів
  3. КІНЕТИКА і РІВНОВАГА
  4. Кінетика кристалізації.
  5. Кінетика рівноважних процесів

Процес масообміну можливий тільки при наявності нерівноважних фаз. Компонент завжди переходить з фази, де його зміст вище рівноважної концентрації, в фазу, де його зміст нижче рівноважної концентрації.

Рушійна сила будь-якого массообменного процесу визначається ступенем відхилення від рівноважного стану і може бути виражена як різниця концентрацій (парціальних тисків) витягується компонента в фазах, т. Е. ?у або ?х.

Напрямок массопередачі визначається по розташуванню рівноважної лінії і робочої. Наприклад, якщо робоча лінія вище рівноважної у> y * і x x *, перехід з рідини в газову фазу, спостерігається при ректифікації.

адсорбційна осушення складається у виборчому поглинанні поверхнею пір твердого адсорбенту молекул води з подальшим витяганням їх з пір зовнішніми впливами (підвищенням температури адсорбенту або зниженням тиску середовища).

Вибір способу осушення газу залежить від складу сировини. Для осушення худих газів застосовуються абсорбційні і адсорбційні процеси. При наявності в газі конденсату переробка газу здійснюється із застосуванням низькотемпературних процесів. При цьому на стадії охолодження газу відбувається конденсація водяної пари за рахунок зниження рівноважної влагоемкости газу.

Адсорбційні процеси застосовують як для підготовки «худих» газів до транспортування, так і для глибокого осушення газу, т. Е. Перед подачею газу на низькотемпературну переробку газу, наприклад, на установках отримання гелію. Ці процеси знайшли також широке застосування при осушування зріджених газів, які використовуються в якості моторного палива або холодоагенту.

При осушування газів, що містять кислі компоненти, найбільш надійними в роботі є цеоліти.

абсорбційна осушка. Для осушення абсорбції газу використовуються водні Розчини хлориду кальцію, хлориду або броміду літію, окис барію, ангідрит CaSO4, Метанол, але найбільш поширені в промисловості водні розчини гликолей (ЕГ, ДЕГ, ТЕГ, пропіленгліколь), т. К. Ці реагенти мають високу гігроскопічність, досить стабільні, помірно небезпечні через малу летючості (3 клас небезпеки у Дега і ГДК = 10мг / м3).

Розчини хлориду кальцію можна застосовувати тільки для дрібних установок. На промислах з газу необхідно хоча б частково отримувати воду, т. К. При першому ж перепаді тисків (особливо взимку) вода може утворити гідрати. На промислах іноді на кожній свердловині до штуцера застосовують «конденсаційні горщики», що містять розчин CaCl2. Для уловлювання абсорбенту ставлять після горщика сепаратор. Головний недолік висока корозійна активність.

ТЕГ менш токсичний, ніж ДЕГ, а ПГ взагалі нетоксичний. ЕГ і ПГ піддаються біологічному розпаду, а ДЕГ і ТЕГ практично не руйнуються в стічних водах. Вибір гліколю визначається його фізичними показниками і економікою.

Таблиця - Фізичні властивості хімічно чистих гликолей.

 показник  ЕГ  ДЕГ  ТЕГ
 Молекулярна маса  62,07  106,12  150,18
 Щільність при 200С, кг / м3
 Температура кипіння при 101,3 кПа, 0С  197,3  244,8  278,3
 Температура початку розкладання, 0С
 Прихована теплота пароутворення при 101,3 кПа, кДж / кг  796,2  628,1
 Теплота розчинення води при 300С, кДж / кг  111,9  134,9
 В'язкість при 200С, мПа * с  20,9  35,7  47,8
 Тиск насичених парів, кПа  1,31  0,19

Однак, суттєвим недоліком гликолей є висока розчинність в них вуглеводнів. Наприклад, при Р = 150 ат в 1л гліколю розчиняється 6 л газу.

Глибина осушки залежить від концентрації ДЕГ на вході в абсорбер А (збільшується з підвищенням концентрації гліколю в абсорбенту) і температури контакту газу з абсорбентом (з підвищенням температури збільшується парціальний тиск парів води над абсорбентом і точка роси осушуваного газу збільшується). На практиці температура осушки не повинна перевищувати 450С, а концентрація Дега може досягати ЗДЕГ = 98-98,5%. Підвищення концентрації регенерованого Дега обмежується температурою його розкладання (1640З ДЕГ, а ТЕГ розкладається при 2000С). Концентрація тега в абсорбенту може досягати 99%, т. К. Температура розкладання тега вище, ніж Дега, що дозволяє використовувати більш високі концентрації, а, отже, сприяє більшому зниженню температури точки роси. Абсорбційна осушка газу дозволяє витягувати вологу до точки роси мінус 700С. При концентрації Дега 96-97% т. Роси знижується на 300 С. (це депресія т. Роси), якщо ЗДЕГ= 99%, то Dt = 400 С.

Абсорбована гликолем волога виділяється з нього в результаті подальшої десорбції. Десорбція - це процес, зворотний абсорбції, його здійснюють при нагріванні абсорбенту, зниженні тиску. Це найбільш складна стадія в схемі осушки газу. Для збільшення Dt десорбції ведуть під вакуумом 0,06-0,08 МПа і t = 2000 С, при цьому концентрація регенерованого розчину ДЕГ 99,5%, а Dt = 50-700С.

Технологічний режим роботи установок осушення буває різним. Тиск осушення від декількох атмосфер до 70 ат., А температуру потрібно підтримувати якомога нижче, близько 15-20 0С.

Тиск в десорбері знижують до 1,2-1,5 ат або до вакууму з метою максимального зниження температури точки роси осушуваного газу (40-500С) і підвищення концентрації гліколю (ДЕГ до 98%, ТЕГ до 99%).

Технологічна схема осушки газу розчинами гликолей приведена на малюнку.

Сирий газ після вхідного сепаратора під тиском надходить в абсорбер 1, на верхню тарілку якого насосом 9 подається регенерований розчин Дега. Осушений газ виводиться з верху абсорбера, а насичений абсорбент - з низу і надходить в експанзер 2, де з нього виділяються легкі вуглеводні, поглинені в абсорбере. Газ вивітрювання використовується на власні потреби. Далі насичений абсорбент надходить в рекуперативний теплообмінник для нагріву гарячим розчином регенерованого абсорбенту, потім в підігрівач і з температурою близько 90оЗ надходить в десорбер 3. в низ десорбера підводиться тепло 7, а тиск знижується до вакууму з метою забезпечити високу ступінь регенерації абсорбенту. Відпарені волога і решта легких вуглеводнів виводиться з верху десорбера, конденсується в К-Х, газорідинна суміш розділяється в сепараторі, газ виводиться з верху сепаратора, а рідина (флегма) - з низу і частина її використовується в якості зрошення десорбера 3. Регенерований абсорбент виводиться з низу Д, проходить рекуперативний теплообмінник 4, холодильник 5 і знову подається на абсорбцію.

1 - абсорбер; 2 - дегазатор; 3 - десорбер; 4 - теплообмінник; 5 - холодильник;

6 - підігрівач; 7 - кип'ятильник; 8 - ємність; 9 - насос.

Малюнок - Технологічна схема установки осушки газу розчинами ДЕГ і ТЕГ

 Загальна кількість циркулюючого в системі гліколю Vгл. = V * DW * g

де DW-кількість витягується вологи, кг / м3; V - кількість осушеного газу, м3

g - кратність абсорбенту, кг / кг.

Кратність абсорбенту, т. Е. Кількість гліколю, що циркулює в системі на 1 кг витягується вологи, є економічно важливим параметром процесу осушки. На більшості установок, що використовують ТЕГ, кратність становить 10-35 л / кг вологи. На установках двоступеневої глибокого осушення з депресією точки роси до 90 ° С кратність зростає до 70 л / кг.

Допустимі втрати гліколю не повинні перевищувати 0,02 кг на 1000 м3 газу для Дега і 0,01 кг на 1000 м3 газу для тега.

Основним апаратом технології осушення газу є абсорбер. Розрізняють абсорбера поверхневого типу - коли поверхнею зіткнення фаз є дзеркало рідини, газ проходить над вільною поверхнею рідини. Ці абсорбера відрізняються низькою ефективністю за рахунок малої поверхнею контакту фаз, тому їх встановлюють послідовно. Використовують тільки для невеликих обсягів добре розчинних газів, наприклад, НСl).

Плівкові абсорбера - трубчасті і з листової насадкою. Абсорбент надходить на верхню трубну решітку, розподіляється по трубках і стікає по їх внутрішньої поверхні тонкої плівкою. Газ проходить по трубках знизу вгору.

Насадок абсорбера (низький гідравлічний опір).

барботажние

Тарілчасті - зазвичай містять від 4 до 10 тарілок з ККД 04-06. Відстань між тарілками 0,6-0,7 м, висота абсорбера 10-12 м, діаметр 1,2-2,4 м. В десорбері 12-20 тарілок, Н = 16-20м, Д = 0,8-1, 5 м в залежності від теплового навантаження.

Основними проблемами експлуатації установок гликолевой осушки газу є:

-втрати за рахунок термічної деструкції гліколю (0,2 г / 1000м3);

-унос з висушеним газом (при 0,22 м / с 14 г / 1000м3);

- Корозія обладнання з вуглецевої сталі за рахунок продуктів окислення гликолей (органічні кислоти, наприклад, мурашина, формальдегід);

-втрати за рахунок спінювання гликолей, яке викликане механічними домішками, вуглеводневим конденсатом, інгібіторами корозії (1,7 г / 1000м3);

-мінералізація гликолей (забивання теплообмінної апаратури випадають кристалами, погіршення теплопередачі).

Загальні втрати гликолей на установках осушення досягають 19,07 г / 1000м3 .

Спосіб боротьби - фільтрація через фільтри або активоване вугілля.

адсорбційна осушення - Виборче поглинання газового або рідинного компонента твердою поверхнею (адсорбентом). Адсорбат - саме поглинає речовина. У поверхневий шар переважно переходить той компонент, який сильніше зменшує міжфазне поверхневий натяг.

Разлічают фізичну і хімічну (молекула адсорбату і адсорбенту вступають в хімічну взаємодію) адсорбцію. Теплота фізичної адсорбції порівнянна з теплотою конденсації (0-20кдж / моль), хімічна адсорбція досягає декількох сотень 80-400 кДж / моль. Адсорбційні сили при фізичній адсорбції мають ту ж природу, що і сили взаємодії між молекулами газів, рідин і твердих тіл. При фізичної адсорбції взаємодія адсорбенту і адсорбату відбувається за рахунок сил Ван-дер-Ваальса і водневих зв'язків. Ці адсорбційні сили забезпечують тяжіння, а на дуже близькій відстані проявляються коротко діючі сили відштовхування. Термодинамічна сутність адсорбції полягає в зменшенні вільної поверхневої енергії.

Адсорбційна активність речовини залежить від його природи, будови молекул, полярності, температури, природи і структури адсорбенту (питома поверхня, розміри мікропор і ін.)

Важлива характеристика адсорбентів - величина питомої поверхні. Ємність адсорбенту визначається як відношення маси адсорбованого речовини (ga) На одиницю маси адсорбенту (Ga) В стані рівноваги. А = ga/ Ga

Як адсорбенти на промислових установках найчастіше використовують силікагелі і молекулярні сита (синтетичні цеоліти), боксити (Al2O3) І активоване вугілля.

силикагели - Продукти зневоднення гелю кремнієвої кислоти. Технічний силікагель містить до 9905% SiO2. Силікагель не рекомендується для осушення газів, що містять ненасичені вуглеводні, т. К. Вони на стадії регенерації утворюють смоли, закупорюючи пори і знижуючи влагоемкость. Розмір пір 0,5-1,0 н. м., обсяг пір 0,3-0,9 см3/ Г, питома поверхня 200-500 м2/ Г.

Переваги силикагелей: низька температура регенерації (2000С), низькі енерговитрати, низька вартість. Марки: КСМ -крупнозерністий силікагель дрібнопористий; КСК (великопористий); ШСМ і ШСК (шихта).

активоване вугілля - Застосовуються для тонкого очищення гелиевого концентрату від азоту, водню. У повітряному середовищі вугілля легко запалюється при температурі нижче 2000С.

Синтетичні цеоліти (молекулярні сита) - це адсорбенти, розміри пор яких соразмеріми з розмірами молекул (на основі лужноземельних алюмосиликатов), мають однорідний розмір пір, що забезпечує так зване «молекулярне просіювання» окремих молекул. Найдорожчий адсорбент, забезпечує низьку точку роси, має високу міцність. Термін служби 2,5-3 роки (NaX, NaA), температура регенерації 320-3500З, витягує З5. Розмір пір 0,3-0,9 н. м., обсяг пір 0,2-0,24 см3/ Г; питома поверхня до 900 м2/ Г. Імпортні марки NaX, NaA відрізняються високою температурою регенерації до 5400с.

Невід'ємною частиною адсорбції є процес десорбції. Десорбцію можна здійснювати наступними методами (всі крім випалу реалізовані в промисловості):

-витесненіем адсорбата речовиною, що володіє більш високою адсорбіркемостью;

-іспареніем адсорбата нагріванням адсорбенту;

-зниження тиску (вакуумна десорбція);

-окіслітельной регенерацією (випалювання адсорбата).

У нашій країні застосовується регенерація сухим або сирим гарячим газом.

Адсорбційні методи мають ряд переваг в порівнянні з абсорбційними: можливість отримання точки роси до мінус 50оЗ і більше і незначний вплив температури і тиску на процес вилучення, простота апаратури і низькі експлуатаційні витрати.

Недоліки: великі перепади тиску, високі енерговитрати (тепло) і стирання адсорбенту.

Принципова технологічна схема адсорбційної осушення природного газу показана на схемі.

Малюнок - Технологічна схема адсорбційної установки для осушення і отбензініванія вуглеводневих газів

1,7- сепаратор; 2,3 - адсорбер; 4 штуцер; 5 піч; 6 холодильник;

Сирий газ високого тиску надходить в сепаратор 1, де очищається від крапельної рідини і механічних домішок, направляється в адсорбер 2 для осушення і отбензініванія. У цей час адсорбер 3 знаходиться в циклі регенерації і охолодження. Осушений газ з адсорбера 2 надходить в МГ. Газ для регенерації адсорбенту відбирається після сепаратора 1 до регульованого штуцера 4 і направляється в піч 5. Така схема дозволяє підтримувати тиск регенеруючого газу через піч, абсорбер, холодильник і сепаратор 7, після чого цей газ повертається в загальний потік через штуцер 4. Конденсат, виділився в холодильнику 6 за рахунок охолодження регенераційної газу, надходить в сепаратор 7.

Тривалість циклів насичення, регенерації та охолодження визначається за необхідне часом регенерації, яке може тривати 4-8 годин, цикл насичення - від 10 до 20 годин, а цикл охолодження застосовують не завжди, т. К. Адсорбент швидко охолоджується газом, що надходять на осушку. Кількість газу на регенерацію адсорбенту може досягати 30% (15-20%). Гази регенерації спалюються і викидаються в атмосферу.

Адсорбція: температура Т = 30-40оС; тиск Р = 8,0-9,0 МПа;

Десорбція: температура Тд = 200 - 350оС; тиск Рд = До 1,0 МПа

Адсорбенти поглинають не тільки вологу, але і важкі вуглеводні, які повинні бути зібрані і використані.

Кількість витягується вологи

G = (Qн * W * t) / (24 * a), кг / сут

Qн - Кількість газу, що надходить на осушку, м3/ Добу (при н. У.);

W - вологовміст газу, кг / м3;

t - тривалість циклу поглинання, годину;

? - активність адсорбенту, (? = 4-5%).

Термін служби адсорбенту залежить від його якості, чистоти газу, умов регенерації та ін. Факторів і в середньому становить 3-6 років. Періодично його просівають і додають до 15-30% нового адсорбенту.

Порівняльна характеристика осушки газу рідкими і твердими поглиначами.

1. рідкі: - Капвкладення в 3-4 рази менше; втрати газу значно нижче; процес безперервний і легко керований, можлива осушка з домішками, отруйними твердий сорбент; втрати реагенту низькі.

2. тверді: - Досягається точка роси в 1,5-2 рази нижче;

-з вологою можна виділити товарний бензин (важкі вуглеводні), вони викликають спінювання на рідких поглиначів.



Способи осушення вуглеводневих газів. | Довжина. етапи Вивчення

Склад природних і попутних газів. | Очищення газу від твердих і рідких домішок | Осушення газу. | Проблеми, зумовлені присутністю води в газах |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати