Применение метода абсорбции при осушке газов

1.3.1 Регенерация поглотителей

Существенное влияние на процесс осушки оказывает глубина регенерации раствора поглотителя, насыщенного водой. При концентрации регенерируемых растворов 96,0--97,5 % (масс.) применяется десорбция при давлении, близком к атмосферному. Стремление получить более концентрированные растворы привело к необходимости внедрения вакуумной регенерации или к подаче в систему десорбции нейтрального агента -- природного газа, снижающего парциальное давление водяных паров и обеспечивающего получение регенерированных поглотителей концентрацией 98,0--99,95 % (масс.). Находит применение также азеотропная ректификация. Можно получить регенерированные растворы гликолей концентрации до 99,95 % (масс.) при подаче отдувочного агента -- осушенного газа -- в испаритель или регенерационную колонну либо в процессе азеотропной ректификации. Благодаря более высокой температуре разложения триэтиленгликоля его можно нагревать до более высокой температуры при атмосферном давлении, чем диэтиленгликоль, и получать высококонцентрированный раствор, что обеспечит лучшую депрессию точки росы осушаемого газа. Глубина осушки газа гликолями в основном зависит от температуры контакта газ -- поглотитель и содержания остаточной влаги в регенерированном растворе гликоля. Технология регенерации должна обеспечить концентрации гликолей, которая позволяет осушать газы до температуры, соответствующей заданной проектом точке росы газа в абсорбере. Следует отметить, что выбор оптимальной схемы регенерации гликолей требует технико-экономического обоснования. Регенерация при атмосферном давлении чаще всего применяется на промысловых и заводских установках низкотемпературной сепарации для выпаривания воды из 70 %-х растворов этиленгликоля и доведения их концентрации до 80 % (масс.). Раствор гликоля подогревается в паровых или огневых испарителях. На установках осушки головных сооружений магистральных газопроводов регенерация при атмосферном давлении применяется в южных районах СССР, где точки росы осушаемого газа равны --10 °С, а концентрация регенерированного раствора гликоля не превышает 97,5 % (масс.). Схема регенерации гликоля, выполненная в ЦКБН, с использованием огневого подогревателя, аналогична схеме регенерации гликоля с подачей отдувочного газа (см. далее рис. 2.0.).

Производительность установки 2 т/ч гликоля, насыщенного влагой, тепловая нагрузка подогревателя 1463 МДж/чг Глубина регенерации -- от 70 до 80% (масс.) гликоля. Установка выполнена в виде отдельных блоков, в состав которых входят десорбер, огневой подогреватель и теплообменник, два насоса. Отдельно монтируют резервуары и емкости.Технологическая схема установки регенерации этиленгликоля на Оренбургском газоперерабатывающем заводе приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Установка регенерации диэтиленгликоля с паровым подогревом: 1 -- фазовый разделитель; 2 -- сепаратор; 3 -- фильтр; 4 -- теплообменник; 5--десорбер; 6 -- испаритель; 7 -- конденсатор-холодильник; в -- емкость орошения; 9 -- насос орошения; 10 -- холодильник.

Режим работы установки следующий: давление в фазовом разделителе--1,4 МПа и в сепараторе -- 0,6 МПа; температура этиленгликоля на входе в десорбер -- 75 °С, наверху десорбера -- 100 °С, внизу испарителя -- 135 °С, на выходе из десорбера регенерированного этиленгликоля яг40°С.

Концентрация раствора этиленгликоля, поступающего на регенерацию -- 70 % (масс.) и регенерированного -- 80 % (масс.).

Опыт показывает, что в этиленгликоле содержится 1 % (масс.) и выше диэтаноламина, увлекаемого. Раствором с установки сероочистки. При вспенивании раствора в абсорбере в результате механического уноса концентрация диэтаноламина в этиленгликоле может достигать 20--30 % (масс.), что изменяет условия осушки. Схема включает сепаратор, где происходит разделение смеси насыщенный раствор этиленгликоля -- газоконденсат, сепаратор для сепарации газа, растворенного в этиленгликоле, теплообменники и десорбер, смонтированный на испарителе с паровым подогревом. Производительность установки 8 м3/ч этиленгликоля. Наверх колонны подается водяное орошение. Избыток влаги иногда направляется на установку сероочистки (для подпитки циркулирующего в системе диэтаноламина). В приведенной схеме исключается сброс сточной воды в канализацию. В целях обеспечения надежного транспорта смеси газа и газоконденсата, особенно с морских месторождений, разработана схема одновременной их осушки. Осушка газа гликолем проводится в первой по ходу газа колонне. Осушенный газ поступает во вторую колонну, где извлекает воду из газоконденсата, стекающего по тарелкам. Увлажненный газ, поглотивший влагу, содержащуюся в конденсате, осушается вторично в верхней секции этой же колонны, разделенной глухой тарелкой. Затем он смешивается с осушенным газоконденсатом и в виде газожидкостной смеси подается в газопровод. Насыщенные влагой гликоли из обеих колонн подаются в общую систему регенерации. Практический интерес представляют схемы регенерации гликоля, в которых вместо вакуума используется отдувка газом. Следует, однако, учесть, что вакуум-насос заменяется циркуляционным компрессором, так как выпускать отдувочный газ в атмосферу нерационально. Схема установки регенерации гликоля с подачей отдувочного газа в систему регенерации с огневым подогревателем приведена на рис. 2.0. Насыщенный влагой гликоль проходит через змеевик дефлегматора 1 размещенного в верху выпарной колонны 2. Конденсирующийся водяной пар обеспечивает необходимое орошение верха колонны. Колонна заполнена насадкой из колец Решига или седел Берля. Далее влажный гликоль проходит через теплообменник 8 и поступает в десорбер, где из него частично отгоняется вода. В испарителе гликоль нагревается за счет сжигания топливного газа в топке 6. Из испарителя гликоль перетекает в отпарную колонну 9, в низ которой подается нагретый отдувочный газ. Здесь в колонне 9 концентрация гликоля доводится до 99,9 % (масс.) и выше. Температура верха колонны регулируется подачей части холодного гликоля через змеевик на верху колонны.

Рис. 2.0. Схема установки регенерации гликоля с подачей отдувочного газа: 1--дефлегматор; 2 -- выпарная колонна; 3 -- термопара; 4 -- регулирующий клапан; 5 -- испаритель; 6-топка: 7 -- буферная емкость; 8 -- теплообменники; 9 -- отпарная колонна.

К недостаткам схемы следует отнести отвод отдувочного газа и паров воды в атмосферу, что приводит к потерям газа и загрязнению окружающей среды. Для ликвидации потерь газа устанавливают циркуляционные газодувки и колонны осушки циркулирующего газа.

При необходимости получения триэтиленгликоля концентрацией до 99,9 % (масс.) можно подавать на установку неосушенный газ, подогретый до 140--160°С.

При использовании осушенного газа удается получить гликоль концентрацией 99,97 % (масс.). Отдувочный газ можно вводить частично в испаритель через перфорированную трубу, расположенную под топкой, что позволяет интенсифицировать теплообмен и уменьшить вероятность перегрева гликоля. Опыт показал, что наиболее эффективным является ввод газа в отпарную колонну.

В некоторых схемах в качестве отдувочного газа предлагается использовать отходящие газы, отбираемые из дымовой трубы огневого подогревателя. Газы охлаждаются, отделяются от влаги, подогреваются в теплообменнике и подаются в отпарную камеру. Однако наличие кислорода в продуктах сгорания газа может вызвать окисление гликоля, поэтому использование отходящего газа на наш взгляд не представляет особого интереса, хотя обеспечивает экономию электроэнергии для привода вакуум-насоса.

Для получения точек росы газа от --10 до --25 °С и ниже применяют вакуумную регенерацию гликолей. Вакуум в системе создается при конденсации водяных паров в конденсаторе, а неконденсирующиеся газы отсасываются вакуум-насосом. Наличие избыточного давления гликоля и газа, теряемое в процессе регенерации, позволяет использовать их энергию для получения вакуума.

Регенерация влажного гликоля осуществляется в две стадии. На первой стадии в испарителе отгоняется вода при атмосферном давлении; на второй стадии вода отгоняется в испарительной камере, вакуум в которой создается системой воздушного холодильника и эжектора . За рубежом патентуют схемы, в которых вакуум в испарительной камере поддерживается эжектором, работающим на осушенном газе, выходящем из абсорбера.

Парогазовая смесь из эжектора направляется в испаритель, работающий при атмосферном давлении, где эта смесь используется в качестве отдувочного газа. Применение эжекторов позволяет снизить расход электроэнергии, так как исключает привод вакуум-насоса. Для широкого промышленного внедрения методов с использованием эжекторов для создания вакуума необходимо накопить опыт эксплуатации таких установок.

При осушке сероводородсодержащего газа сероводород в значительном количестве растворяется в гликоле. В процессе регенерации сероводород десорбируется и сжигается на факеле, загрязняя окружающую среду диоксидом серы, при этом, конечно, имеют место и потери серы. В целях снижения потерь сероводорода и защиты окружающей среды во ВНИИгаз разработана безотходная технология осушки сероводородсодержащих газов (рис. 2.1). Процесс заключается в следующем.

Рис. 2.1. Схема осушки сероводородсодержащих газов и регенерация гликоля: 1 -- абсорбер; 2-- отпарная колонна; 3 -- десорбер; 4 --* очистная колонна; 5 --теплообменники; б -- конденсатор; 7 -- насос.

Диэтиленгликоль, насыщенный сероводородом, выходящий с низа абсорбера 1, поступает после нагрева в отпарную колонну 2. Здесь с помощью нагретого бессернистого газа, поступающего из колонны 4, из него выделяется сероводород. Затем газ возвращается обратно в абсорбер, и с основным потоком газа направляется на установку сероочистки. Раствор диэтиленгликоля после отдувки сероводорода поступает в обычную систему регенерации.

Бессернистый газ для отдувки получается на этой же установке путем очистки его регенерированным диэтиленгликолем в специальной очистной колонне либо подается со стороны.

Потери серы при осушке 1 млрд. м3 газа/ содержащего 5% (об.) сероводорода, очень велики и достигают 2000 т в год.

При применении подобной схемы исключается сброс сероводорода на факел, снижается также коррозионность раствора гликоля, поступающего в систему десорбции. Аналогичную схему можно применять и для дегазации серйводородсодержащего газоконденсата и воды.

Такие установки целесообразно сооружать на газовых промыслах перед транспортом газа на газоперерабатывающие заводы. Для обеспечения надежной работы газопроводов, транспортирующих сероводородсодержащий газ, рекомендуется осушать его до 60 % относительной влажности. Необходимо также систематически подавать ингибиторы в трубопроводы.

Регенерация метанола из пластовых вод, получаемых при сепарации продукции скважин, становится неотъемлемой частью технологической схемы газового промысла и подземного хранилища.

Для извлечения метанола сооружаются специальные установки.

Схема такой установки приведена на рис. 2.2.

Выделение метанола из воды осуществляется в ректификационной колонне 2, оборудованной 26 тарелками. Режим процесса следующий: давление 98--108 кПа, температура верха колонны 68--72 °С, низа -- 103--105 °С; сырье подается на 15-ю и 21-ю тарелки. Концентрация метанола в сырье составляет 30--60 % (масс.); концентрация метанола, получаемого с верха колонны, равна 90--96 % (масс.). Содержание метанола в кубовой жидкости 1,0--1,5 % (масс.).

При осушке газа, содержащего метанол, диэтиленгликолем одновременно с водой поглощается и метанол, который затем выделяется при десорбции из водного конденсата на установках регенерации метанола.

Рис. 2.2. Схема установки регенерации метанола:

1--теплообменники; 2-- ректификационная колонна; 3 -- паровой подогреватель; 4--конденсатор-холодильник; 5 -- промежуточная емкость;6, 7 -- резервуары чистого я насыщенного метанола; 8-- регулирующий клапан; 9--насосы.

Осушка газа хлоридом кальция осуществляется в колонне, состоящей из трех секций. Нижняя секция является сепаратором и служит для отделения капельной влаги и углеводородного конденсата. Средняя секция оборудована барботажными тарелками специальной конструкции (в количестве 5--10 шт.), по которым противотоком к поднимающемуся газу сливается раствор хлорида кальция. Третья секция засыпана твердым хлоридом кальция. Колонна для осушки газа и устройство тарелки показаны на рис. 2.3.

Газ, проходящий с большой скоростью через патрубок, увлекает за собой раствор хлорида кальция в виде тумана и мелких капель. Эти капли уносятся вверх в камеру, где интенсивно смешиваются с турбулентным потоком газа. Более тяжелые частицы раствора отделяются от газа на выходе из камеры смешения и направляются специальной отбойной пластинкой вниз на сборный лоток. Отсюда раствор хлорида кальция перетекает через сливной стакан в поддон и из него снова увлекается вверх потоком газа. Таким образом происходит циркуляция раствора поглотителя. Избыток раствора хлорида кальция из поддона стекает на лежащую ниже тарелку.

Наибольшую концентрацию имеет раствор, поступающий на верхнюю тарелку колонны. Отработанный раствор хлорида кальция с нижней тарелки стекает в сепарационную секцию колонны, а затем отводится из колонны. Доосушка газа происходит при его движении через слой твердого хлорида кальция.

В процессе эксплуатации колонны уровень гранулированного хлорида кальция постепенно понижается, но точка росы осушаемого газа остается постоянной, пока не "отработается" около 75 % осушаемого слоя. После этого колонну необходимо заполнить вновь до требуемого уровня. Обычно в колонну добавляют 0,3--0,5 м3 таблеток хлорида кальция в зависимости от влажности газа. Частота возобновления слоя хлорида кальция зависит от объема пропускаемого газа, его температуры и объема осушающей секции. Например, при осушке 99 тыс. м³сут газа с одной скважины при температуре 50 °С колонну перезаряжают ежемесячно. Для установки, обслуживающей скважину с суточным дебитом 2880 м3, требуется перезарядка через 6 мес. Рекомендуемый диаметр таблеток хлорида кальция 12,5--25,0 мм. Допускается не более 10% таблеток размером <6 мм.

Производительность установки рассчитывают с запасом на 1/3 от начального расчетного дебита скважин. При снижении производительности установки ниже 2/3 от номинальной мощности ухудшается контакт газа с раствором на тарелках, и основная осушка осуществляется в слое гранулированного хлорида кальция. При этом весь слой увлажняется, отдельные таблетки слипаются и образуются перемычки между ними, которые прилипают к стенкам колонны. Растворившийся хлорид кальция стекает вниз, образует каверны и каналы между барботажной секцией с твердым осушителем. Для уплотнения слоя рекомендуется подавать воду на стенки колонны, чтобы опустить слой и обеспечить заполнение образовавшихся пустот, после чего добавляют свежий хлорид кальция. Ввиду малой стоимости хлорида кальция раствор не регенерируют.

Рис. 2.3. Колонна для осушки газа хлоридом кальция (а) и устройство тарелки (б):

1 -- сливной стакан; 2 --сборный лоток; 3-- отбойная пластина; 4 -- камера смешения; 5 -- патрубок; 6 -- поддон.

1.4 Аппаратура установок абсорбционной осушки

Процесс массопередачи при абсорбции протекает на поверхности соприкосновения фаз, поэтому в абсорберах должна быть создана развитая поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. Как правило, для абсорбционной осушки углеводородных газов используют колонные аппараты, оборудованные тарелками разной конструкции или заполненные насадкой. В нижней и верхней секциях абсорбера размещают сепараторы для удаления капельной жидкости. Рассмотрим ниже конструкции тарелок, которыми обычно оборудуется абсорбер.

Колпачковые тарелки благодаря широкому диапазону эффективной работы особенно целесообразно применять на газовых промыслах, где со временем наступает период падающей добычи. В колпачковых тарелках газ на тарелку поступает через патрубки, покрытые колпачками с прорезями. Проходя через прорези, газ разбивается на отдельные струи и пузырьки, которые движутся через слой жидкости, образуя пену и брызги, где и происходит тепло и массообмен между газом и жидкостью.

Необходимость осушки больших объемов добываемого газа направило конструкторскую мысль на создание более высокопроизводительных и эффективных контактных устройств, чем колпачковые тарелки. К таким конструкциям относятся инжекционные тарелки. Инжекционная тарелка работает по следующей схеме (рис. 5.2): газ проходит в камеру смешения 5 снизу вверх и через сопло 6 "всасывает" жидкость, находящуюся на поддоне. В камере смешения происходит интенсивный массообмен в прямотоке между газом и жидкостью. Жидкость отделяется в отбойнике 4 и через сливной стакан 8 стекает обратно в поддон 1. Каждая тарелка работает в прямотоке, а весь абсорбер в режиме противотока.

Опытный абсорбер диаметром 1600 мм был оборудован четырьмя инжекционными тарелками и ситчатыми отбойниками. Испытания проводили при давлении 2 МПа и температуре 20-- 39 °С. "Скорость газа в период испытаний составляла 0,54-- 0,56 м/с, производительность аппарата 1,9 млн. м3/сут. Осушенный газ имел точку росы на1--3°С выше равновесной. Перепад давления в абсорбере составил 49,3 кПа, к. п. д. тарелок 0,83--0,86. Производительность абсорбера с инжекционными тарелками в 2,5 раза выше, чем у аналогичного аппарата с колпачковыми тарелками.

Рис. 5.2. Схема работы инжекционной тарелки:

1 -- поддон; 2-- стойка; 3 -- сборный лоток; 4 --отбойники; 5 --камера смешения; 6 -- сопло; 7 -- дозирующее отверстие; 8 -- сливной стакан.

Рис. 5.3. Элемент контактной тарелки с тангенциальным вводом газа:

1 -- полотно тарелки; 2 --контактный элемент; 3, 7 -- прорези; 4 -- отбойная перегородка; 5 -- стакан; 6 -- тангенциальные прорези.

Рис. 5.4. Схема абсорбера и варианты контактных элементов:

I -- выход сухого газа; II -- филътр-сепарационная тарелка; III -- выход отсепарированного гликоля; IV -- массообменные устройства;V -- сепарационнея тарелка; VI -- выход отсепарированной жидкости; VII -- вход сырого газа; VIII -- выход насыщенного гликоля; IX --вход регенерированного гликоля; 1--9 -- контактные элементы.

За последние годы в СССР было разработано десять разных конструкций массообменных контактных устройств. В целях выбора оптимального варианта тарелки для абсорбционной осушки была проведена оценка имеющихся конструкций и их технико-экономический анализ. Оценка проводилась по удельным металлозатратам и относительной стоимости изготовления. Исходные данные для сравнения: рабочее давление в аппарате 5 МПа; температура стенки корпуса 40 °С; плотность газа 0,711 кг/м3; начальная влажность газа 1 г/м3; точка росы осушенного газа--15 °С; удельный расход диэтиленгликоля 0,016 кг/кг газа; концентрация диэтиленгликоля -- 99,5% (масс.). Корпус и днища изготовляются из стали 16ГС, внутренние устройства--ст. 3. За базовый вариант принят абсорбер с типовыми колпачковыми тарелками ТСК-Р-16, Различные конструкции контактных элементов приведены на рис. 5.4. Результаты технико-экономических расчетов приведены на рис. 5.5.

Анализируя графики удельной металлоемкости, мы видим, что наибольшую массу имеют абсорберы с колпачковыми тарелками--вариант 1. Промежуточное место занимают варианты 5, 6 и 9 и наименьшую металлоемкость имеют варианты с центробежными контактными элементами. Аналогичная картина наблюдается при оценке относительной стоимости абсорберов. Наибольшую стоимость имеют абсорберы с колпачковыми тарелками и с тангенциальным завихрителем. Далее идут тарелки с клапанно-вихревыми и клапанно-центробежными элементами (варианты 7, 5); наименьшую стоимость имеют абсорберы с тарелками по вариантам 2,3 и 9.

В конструкциях 6 и 9 массообмен осуществляется без закручивания, а в конструкциях 3, 4 и 7--в закрученном потоке при помощи завихрителей. Завихрение потока вызывает интенсификацию массопередачи и обеспечивает лучшую сепарацию газа, что позволяет повысить производительность абсорбера по газу сравнительно с колпачковыми тарелками и патрубками без завихрителей. Закручивание потока в конструкциях 2 и 5 производится при помощи тангенциального ввода газа. Такая система создает условия для лучшей сепарации жидкости, что позволяет уменьшить высоту контактного элемента по сравнению с вариантами 3, 4, 7. Клапанно-центробежные завихрители в вариантах 7 и 8 обеспечивают работу тарелки в широком диапазоне нагрузок.

Абсорберы с инжекционными элементами, работающие на высоких скоростях газа, должны быть оборудованы эффективными сепараторами, обеспечивающими минимальный унос гликоля. Повышенные потери гликоля из-за его высокой стоимости могут быстро нивелировать выигрыш в металлозатратах, получаемых за счет интенсификации процесса осушки.

Испытания абсорбера производительностью 10 млн. м3/сут, оборудованного пятью сетчатыми тарелками в сочетании с контактно-сепарационными элементами с прямоточными патрубками, показали возможность замены трех технологических линий осушки производительностью 3 млн. м3/сут, включающих три абсорбера с 16 колпачковыми тарелками каждый. Нижняя сепарационная секция абсорбера имеет коалесцирующую ступень в виде сетчатой насадки и сепарационную тарелку с прямоточными патрубками. Верхняя сепарационная секция состоит из батареи коалесцирующих патронов и сепарационной тарелки с прямоточными патрубками. Абсорбер рассчитан на рабочее давление 9,4 МПа, имеет диаметр 1800 мм, масса его 61,5 -103 кг. Диапазон стабильной работы 5--12 млн, м3/сут при давлениях 8,0--9,2 МПа. Точка росы осушенного газа до -- 25 °С; удельный расход диэтиленгликоля 8,0--17,6 кг/1000 м3 газа, унос диэтиленгликоля -- до 15 г/1000 м3 газа [5].

Рис. 5,5. Удельная металлоемкость абсорберов при разной производительности: I--10 -- варианты контактных злементов (см. рис, 8,4).

1.5 Осушка газов абсорбцией

Абсорбция весьма экономична при осушке больших потоков природных газов под высоким давлением и депрессии точки росы до 60 °С. При необходимости иметь депрессию точки росы 60--80 °С и выше возможно применение абсорбции и адсорбции. В этом случае необходим сравнительный технико-экономический анализ обоих процессов исходя из конкретных условий их осуществления.

Использование жидких поглотителей при осушке газа по сравнению с твердыми поглотителями характеризуется следующими преимуществами:

- возможность осушки газов, которые содержат вещества, отравляющие твердые сорбенты;

- непрерывность процесса;

- простота автоматической системы управления;

- осушка газа до точки росы --70 °С.

Абсорбцией называется процесс поглощения газов или паров из газовых либо паровых смесей жидкими поглотителями.

При абсорбции влаги из газа процесс будет протекать до тех пор, пока парциальное давление поглощенной влаги в газе не достигнет величины парциального давления над жидкостью.

Абсорбированная поглотителем влага выделяется из него в результате последующей десорбции.

Десорбция -- процесс, обратный абсорбции, и его осуществляют при нагревании поглотителя, снижении давления в системе, либо подаче отдувочного газа или азеотропного компонента. Влага выделяется из раствора и переходит в газовую фазу, так как равновесное давление ее выше, чем давление в десорбируемом поглотителе.

Десорбция -- наиболее сложная стадия в схеме осушки газа, и поэтому задача глубокого выделения поглощенной влаги при наименьшей затрате энергии имеет большое значение. Оптимальное решение -- создание противотока между поглотителем и десорбирующим агентом, в связи с этим для десорбции используют противоточные колонные аппараты с барботажными тарелками или насадкой. Осушка углеводородных газов жидкими поглотителями обычно осуществляется в вертикальных колонных аппаратах с барботажными тарелками. Некоторое распространение на промыслах, особенно за рубежом, имеют горизонтальные распыливающие абсорберы.

1.5.1 Осушка в барботажных абсорберах

Установки абсорбционной осушки в барботажных аппаратах имеют следующую технологическую схему (рис. 1.8.). Влажный газ направляется в абсорбер /, где в нижней скрубберной секции происходит отделение капельной влаги. Абсорбер оборудован тарелками различной конструкции. Навстречу потоку газа в абсорбер подается раствор гликоля, вводимый на верхнюю тарелку. Стекая по тарелкам вниз, раствор извлекает влагу из газа и, насыщаясь, отводится с низа колонны (или с глухой тарелки) на регенерацию.

Газ проходит верхнюю сепарационную секцию абсорбера, где отделяются капли унесенного раствора гликоля. Осушенный газ поступает в газопровод. Раствор гликоля, насыщенный влагой и газом, выходит из абсорбера и поступает в сепаратор 2. Здесь из раствора выделяются газы, поглощенные в абсорбере. Далее раствор гликоля проходит первый теплообменник 3, где подогревается за счет тепла горячего поглотителя, выходящего с низа десорбера 6. Затем раствор проходит второй теплообменник и сепаратор 2 и далее поступает в десорбер 6 для извлечения влаги. Низ десорбера соединен с кипятильником 11 где раствор нагревается за счет тепла водяного пара или огневого подогрева.

Выделение влаги может осуществляться под вакуумом или при атмосферном давлении. При работе под вакуумом (53,3-- 79,9 кПа) водяные пары и растворенный в гликоле газ поступают в конденсатор-холодильник 7. Водяной пар конденсируется и образовавшаяся вода (конденсат) собирается в емкость 8, откуда он частично подается наверх десорбера как орошение, а избыток конденсата отводится. Несконденсировавшиеся газы откачиваются водокольцевым вакуум-насосом 10 в атмосферу или на факел. Для обеспечения отвода регенерированного раствора гликоля из десорбера и водяного конденсата, а также для создания подпора на насос орошения десорбер устанавливается на 12--13 м выше нулевой отметки. Часто для откачивания раствора из десорбера устанавливают специальный насос, в этом случае высота поднятия десорбера может быть снижена.

При работе при атмосферном давлении вакуум-насос отсутствует.

Рис. 1.8. Схема установки осушки в барботажных абсорберах:

1-- абсорбер; 2 -- сепараторы; 3 -- теплообменники; 4 -- промежуточная емкость, 5 -- насосы; 6 -- десорбер, 7-- конденсатор-холодильник; 8 -- емкость орошения; 9 -- насос орошения; 10 -- вакуум-насос; 11- кипятильник.

1.5.2 Осушка в распыливающем абсорбере

Вариант осушки газа в распыливающих абсорберах представлен на рис. 1.9. Осушка газа проводится путем распыливания раствора гликоля в абсорбере. Эффективность процесса определяется степенью распыла раствора, осуществляемого специальными форсунками, и сепарацией капельной жидкости. Распыленная жидкость создает большую поверхность контакта фаз, а высокие скорости газа обеспечивают интенсивный масообмен и хорошее распределение частиц в потоке. Наилучший массообмен происходит при высоких относительных скоростях газа и капель, что достигается при "впрыске" гликоля навстречу газовому потоку. Пределом дробления частиц жидкости является образование тумана, выделение частиц которого лимитируется существующими конструкциями сепараторов.

Оптимальная температура осушки составляет 15--30°С. При низких температурах сказывается вязкость гликолей, а высокая температура увеличивает давление насыщенных паров гликолей, что повышает потери гликоля. Следует отметить, что подачу гликоля к форсункам можно осуществлять при температуре выше 30 °С, т. е. когда вязкость его невелика. Во время контакта с газом гликоль мгновенно принимает температуру потока, так как относительное количество его незначительно.

Процесс осушки в каждой ступени, состоящей из форсунки и сепаратора, проходит в конусе форсунки преимущественно в момент образования капель гликоля и заканчивается в объеме аппарата и в сепараторе. Механические примеси, содержащиеся в гликоле, забивают сопла форсунок, поэтому раствор гликоля предварительно пропускается через специальные фильтры, обеспечивающие удаление частиц размером выше 5 мкм.

Исследование процесса осушки в распыливающих абсорберах показало, что до 70--80 % влаги удаляется в первой ступени. Каждая ступень может включать от одной до шести форсунок. Число ступеней распыливания (практических тарелок) принимается не менее трех, причем после каждой ступени проводится сепарация жидкости и ее отвод. Депрессия точки росы достигает 35--45°С, и точка росы выходящего газа минус 25--30 °С И ниже в зависимости от концентрации гликоля и температуры контакта. Подача регенерированного гликоля в каждую ступень обеспечивает высокую степень осушки.

Перед поступлением в распылительную камеру из газа должны быть тщательно удалены капельная влага, механические примеси и конденсат. Для этих целей служит первая секция аппарата, где имеется отбойная перегородка и сетчатый сепаратор. Выделившаяся жидкость стекает в емкость и удаляется из системы. Для очистки первого участка аппарата от грязи, а также для контроля и монтажа распыливакицих и сепарирующих элементов в абсорбционной части предусмотрен фланец. Конструкция промежуточных сепараторов обеспечивает высокую степень отделения жидкой взвеси. Сепаратор вписывается в объем абсорбера и образует с распыливающим участком одно целое. Концевая ступень сепарации включает сетчатый отбойник для отделения капель гликоля и емкость для сбора жидкости.

Вместо форсунок для осушки газа может применяться труба Вентури, в горловину которой насосом подается раствор гликоля (высокие скорости в горловине -- 40 м/с и выше -- создают хороший распыл жидкости). Каждая ступень контакта включает трубу Вентури и сепаратор. Применение труб Вентури позволяет исключить форсунки и обеспечить условия для более надежной эксплуатации установок осушки, особенно в промысловых условиях.

Система регенерации гликоля на установке осушки "впрыском" представлена ректификационной колонной с встроенным дефлегматором (см. рис. 1.9). Насыщенный водой гликоль нагревается в змеевике, смонтированном в емкости, и направляется в ректификационную колонну 4, установленную непосредственно на кубе. Подогрев жидкости в кубе проводится путем сжигания топливного газа в жаровой трубе. Колонна засыпана насадкой и имеет наверху дефлегматор, охлаждаемый атмосферным воздухом.

В целях глубокой регенерации раствора гликоля сливная труба, соединяющая куб с емкостью, заполняется насадкой. Под насадку подается сухой газ для удаления влаги из горячего раствора, стекающего по насадке. Регенерированный гликоль из емкости насосом прокачивается через фильтр и подается к форсункам.

Проводились опыты по очистке газа от сероводорода и одновременной осушке его смесью амина и гликоля. При этом был получен газ с точкой росы --6°С и остаточным содержанием сероводорода 0,23 % (об.).