Институт общей и неорганической химии АН РУз создан 1933 году в г. Ташкент.

Директор: доктор химических наук Закиров Бахтияр Сабиржанович.

Основным научным направлением института является "Разработка научно-практических основ комплексной переработки топливно-минерального сырья Узбекистана".

В лабораториях института ведутся фундаментальные и прикладные исследования в области создания и установления закономерностей взаимосвязи между составом, строением и свойствами новых соединений. Научные разработки института направлены на разработку эффективных технологий глубокой переработки нефтей новых месторождений Узбекистана и рациональное использование побочных нефтепродуктов; на создание технологий переработки металлургических отходов и решение актуальных проблем импортозамещения в производстве цветных и редких металлов, при создании новых реагентов и огнеупорных материалов. Одним из приоритетных научных направлений института является также разработка научных основ синтеза и технологии получения минеральных и органоминеральных удобрений, перспективных дефолиантов; ускоряющих созревание урожая сельскохозяйственных культур, эффективных стимуляторов роста хлопчатника и зерновых культур полифункционального действия [1].

В области изучения каталитических процессов, протекающих при осушке и очистке природного газа на уникальной высоковакуумной установке получены результаты фундаментального характера, позволившие создать новое научное направление - адсорбционно-энергетическую стехиометрию.

установка осушка газ гидродинамический

Исследования по разработке научных основ управления свойствами дисперсных систем, получения материалов с заданными свойствами, регулирования коллоидно-химических процессов, направленного синтеза полиэлектролитов и поверхностно - активных веществ, флокулянтов и сорбентов позволили установить закономерности взаимосвязи коллоидно-химических свойств дисперсных систем с их составом и строением.

Фундаментальные исследования в области кристаллохимии неорганических соединений d-переходных металлов способствовали целенаправленному синтезу биологически активных соединений и установлению взаимосвязи состава - структуры - свойства соединений.

Разработаны научные основы создания эффективных минеральных, органоминеральных удобрений, дефолиантов, стимуляторов.

Отличительной стороной проводимых исследований является их связь с проблемами и потребностями народного хозяйства Узбекистана. Следует отметить следующие разработки Института:

· · разработана технология получения оптимальных разжижителей для высокоплавких нефтей и нефтепродуктов; получены базовые масла и присадки для уплотнительных смазок;

· · разработана технология производства растворителей из газоконденсата для использования при получении лакокрасочных материалов, а также растворителя для экстрагирования растительных масел из жмыхов;

· · разработаны энергосберегающие технологии получения новых эффективных водных - и маслорастворимых поверхностно-активных веществ, эмульгаторов, холодных битумных эмульсий, высоковязких битумов, эмульсионных смазок и клеящих материалов из местного сырья и отходов промышленности;

· · разработаны эффективные способы перемешивания высоковязких нефтей, а также технологии получения и применения катализаторов многоцелевого назначения на основе соединений никеля и молибдена для производства моторных топлив, смазочных масел и растворителей непосредственно из нефти, ее остатков и побочных продуктов нефтепереработки;

· · разработаны технологии извлечения йода из попутных нефтяных и гидротермальных вод с привлечением сорбционных и десорбционных методов; получения чистого кристаллического йода и йодида калия из йодной пасты, а также йодирования поваренной соли;

· · разработаны технологии получения цемента, а также вспученного вермикулита для изготовления теплоизоляционных материалов, а также обогащения талькомагнезитовой породы для производства магнезитового концентрата, используемого при получении высокоогнеупорных материалов, талькового концентрата для использования при производстве керамической, резиновой, абразивной и кабельной продукции;

· · созданы эффективные способы закрепления засоленных почвогрунтов, получены органно-глинистые и углевод-глинистые сорбенты;

· · на основе местного сырья и отходов производства получен ряд новых поверхностно-активных веществ и полиэлектролитов для использования в качестве стабилизаторов, флокулянтов, адсорбентов, пластификаторов различных природных и технических дисперсий.

Наукоемкие технологии, разработанные учеными института, широко используются на ОАО "Самаркандкимё", ОАО "Ферганаазот", СП-ЗАО "Электрохимзавод", АО "Кувасайцемент", ОАО "Кызылкумцемент", Бухарском нефтеперерабатывающем заводе.

Институт имеет опыт успешного научного сотрудничества с научными центрами Германии, Франции, Италии, Великобритании, США, Российской Федерации, Японии, Республики Корея и других стран [1].

2. О установке осушки газа (уог) на пхг полторацкое

2.1.1 Климатическая характеристика площадки ПХГ

В административном отношении Полторацкое ПХГ расположено на территории Сары-Агашского района Южно-Казахстанской области, в 100 км на юго-запад от г. Чимкента и в 15 км к северо-востоку от г. Ташкента. В 1,5-2 км от восточного свода структуры Полторацкое проходит трасса магистрального газопровода Бухара-Ташкент-Бишкек-Алматы. В настоящее время оно входит в состав АО "ИЦА", УМГ "Южный" и призвано решать задачи по обеспечению газом промышленных и гражданских объектов Южно-Казахстанской, Жамбылской и Алматинской областей Республики Казахстан.

Установка осушки обеспечивает подготовку газа в соответствии с требованиями, предъявляемыми к качеству товарного газа.

Климат района резко континентальный, с продолжительным жарким летом и короткой умеренной зимой. Средняя температура января - 9°С (зимой бывают оттепели и дожди). Лето жаркое, сухое, температура достигает +40+42 С⁰. Летняя жара изнурительна. К июню растительность полностью выгорает, и северная часть территории приобретает вид пустынного ландшафта. Характерной особенностью района ПХГ являются сильные ветры.

С поверхности земли, до глубины 0,3 м - почвенно-растительный слой из суглинка слабогумусированного с корнями травянистой растительности. Ниже, до глубины 6,4-6,5 м - суглинок коричневый, лессовидный. На площадке проектируемого объекта подземные воды, до глубины 7,0 м, не вскрыты.

В геолого-литологическом строении территории до глубины 8 м представлены:

При нормальной работе, небольшое количество ДЭГ будет постоянно теряться с товарным газом, конденсатом и парами в верхней части колонны регенерации гликоля. Возможны также дополнительные потери из-за утечек и при обслуживании системы. Подпитка должна осуществляться гликолем наивысшего качества со склада ДЭГ [3].

2.2 Технологическая часть

2.2.1 Описание технологического процесса установки осушки газа

Назначением Установки является удаление влаги из природного газа с целью достижения требуемой точки росы. Проектом предусмотрена абсорбционная осушка природного газа с использованием диэтиленгликоля (ДЭГ). Для осушки природного газа в Полторацком ПХГ используется Абсорбер 1.1290-310.01-00 (см. Приложения 1) [4].

Основные технические параметры Абсорбера 1.1290-310.01-00 приведены в таблице 2.4

Таблица 2.4

Техническая характеристика аппарата.

Аппарат в соответствии с 1.1290-310.01-00 состоит из следующих основных частей:

корпус аппарата, опора, обогреватель, комплекта наружных металлоконструкций;

внутри аппарата смонтированы колпачковые тарелки и сетчатый отбойник;

контрольно-измерительные приборы, установленные на аппарате.

Аппарат оснащен приборами для контроля давления, уровня и температуры.

Аппарат представляет собой стальной сварной цилиндрический аппарат с внутренним диаметром 2000 мм. Аппарат установлен вертикально на опоре. Внутри арата смонтированы колпачковые тарелки и сетчатый отбойник. Аппарат оснащен тремя люками Ду500, обогревателем и технологическими штуцерами, устройствами для контроля уровня, давления, перепада давления, температуры.

Сырой газ из установок предварительной подготовки газа, из блока сепаратора (БС), поступает в абсорбер (А-1) в количестве 5 млн. ст. м³/сутки давлением 5,3МПа и температурой Т=10.13°С по трубопроводу Ду350 направляется на вход блока сепаратора, где происходит улавливание и слив конденсата.

Абсорбер оборудован:

• предохранительным клапаном, предназначенными для защиты аппаратов в аварийных ситуациях;

• дренажными трубопроводами для слива конденсата в общестанционный дренаж и для слива гликоля в емкость Е-1.

Из кубовой части абсорбера отсепарированный газ направляется в его массообменную часть, оснащенную тарелками.

В верхнюю часть абсорбера подается высококонцентрированный ДЭГ, стекающий по тарелкам навстречу потоку газа.

Водяной пар, находящийся в газе, поглощается гликолем, насыщая его. В верхней части абсорбера установлен слой мелкоячеистой сетки, предназначенной для улавливания гликоля, уносимого потоком газа.

Из верхней части абсорбера осушенный газ по трубопроводу направляется в трубное пространство рекуперативного теплообменника AT, предназначенного для охлаждения регенерированного гликоля, поступающего на вход БНГ. Регулирование температуры регенерированного гликоля осуществляется перепуском части расхода газа через кран шаровой с ручным приводом и дроссельную шайбу.

Насыщенный водой ДЭГ (далее нДЭГ) с нижней части абсорбера по трубопроводу отводится в газоотделитель (ГО).

Уровень нДЭГ в нижней части поддерживается клапаном регулятором уровня КРУ.

Клапан-регулятор уровня КРУ снабжен отсекающими клапанами запорными ВН. Для регулирования уровня гликоля в ручном режиме предусмотрены обводные линии Ду40 с ручными регулирующими клапанами и клапаном запорным.

В газоотделителе при давлении 0,5 МПа происходит разгазирование нДЭГа (выделение газа поглощенного в абсорбере). Выделившийся из гликоля газ по трубопроводу Ду50 через КРД направляется в сети Заказчика.

Разгазированный нДЭГ из газоотделителя (ГО) направляется на вход блока регенерации гликоля по трубопроводу Ду50 через фильтры низкого давления "Ф1" "Ф2) и клапаны запорные. При этом часть гликоля по трубопроводам Ду15 с клапаном запорным отбирается на охлаждение электронасосных агрегатов блока насосов гликоля БНГ. Уровень нДЭГ в газоотделителе "ГО" поддерживается при помощи клапана регулятора уровня КРУ. Для регулирования уровня гликоля в ручном режиме предусмотрена байпасная линия Ду50 с клапаном регулирующим и клапаном запорным.

В блоке регенерации (БР) нДЭГ подается в змеевик дефлегматора, установленный в верхней части выпарной колонны и предназначенный для поддержания температуры верха колонны в пределах Т=80.90°С с целью образования "острого" орошения. Количество нДЭГ, подаваемого в дефлегматор, регулируется перепуском части гликоля мимо дефлегматора при помощи клапана регулирующего с ручным приводом (РП). Для защиты дефлегматора выпарной колонны блока регенерации (БР) от повышения давления на линии подачи нДЭГа установлен клапан предохранительный (КП).

В блоке регенерации предусмотрена подача гликоля в качестве дополнительного "холодного" орошения по трубопроводам Ду25 через клапан регулирующий с РП в среднюю часть выпарной колонны.

Из дефлегматора нДЭГ подается в трубное пространство теплообменника, встроенного в буферную емкость блока регенерации (БЕР), при этом охлаждая регенерированный гликоль до температуры Т=80.90°С. Далее нагретый нДЭГ подается на верх отгонной части выпарной колонны. Стекая по насадке в испаритель регенератора (ИР), гликоль дополнительно нагревается парогазовой смесью.

В испарителе ИР в присутствии десорбционного (отдувочного) газа при температуре ДЭГа 140.150°С происходит испарение основного количества влаги и части ДЭГа. Смесь паров воды и гликоля подвергается ректификационному разделению в выпарной колонне блока регенерации. Нагрев гликоля в испарителе производится с помощью продуктов сгорания топливного газа через жаровую трубу.

Подготавливаемый топливный газ поступает к блоку регенерации от блока газоотделителя. Газ к горелкам установленным в БР подается по трубопроводу Ду50 через КРД, отсечные клапаны (Кл). КРД предназначен для регулирования давления газа на горелочном устройстве. Для розжига и поддержания контрольного факела горелок в блоке регенерации предусмотрена подача топливного газа по трубопроводу Ду25 на запальное устройство через отсечные клапаны Кл.

Регулирование расхода топливного газа, после розжига горелок, осуществляется автоматически с помощью клапана регулятора КРТ по температуре гликоля в испарителе.

Регенерированный гликоль (далее рДЭГ) из испарителя (ИР) переливается в буферную емкость регенератора (БЕР) через отпарные массообменные колонны и, проходя по межтрубному пространству теплообменников емкости, охлаждается до температуры 70.80°С и далее по трубопроводу Д100 через задвижку клиновую направляется в буферную емкость гликоля Е5 и далее к теплообменным аппаратам AT. Аппарат теплообменный (AT) оснащен отсекающими задвижками по входу и выходу, соответственно. С выхода (AT), рДЭГ по трубопроводу Ду150 температурой Т=40.45°С направляется на всос насосов гликоля, установленных в блоке насосов гликоля БНГ.

Насосы Н1г. Н2г оснащены:

отсекающей арматурой по входу и выходу;

фильтрами для очистки от механических примесей (Ф1, Ф2,);

пневмогидроаккумуляторами АК1, АК2.

для регулирования подачи БНГ путем перепуска части общего расхода гликоля на всас насосов предусмотрен байпасный трубопровод Ду25 с клапаном запорным и клапаном регулирующим с РП.

Далее рДЭГ по трубопроводу Ду50 направляется в верхнюю часть абсорбера (А-1) через расходомерное устройство PP. Для отключения РР и проведения их технического обслуживания или ремонта при работе установки, расходомерные устройства оснащены отсечной арматурой по входу и выходу, а так же байпасными линиями Ду40 с клапаном запорным.

Парогазовая смесь с верха выпарной колонны ОР по трубопроводу Ду200 направляется в аппарат воздушного охлаждения АВО.

Сконденсировавшаяся жидкость и десорбционный газ по трубопроводу Ду200 направляются в установку разделительных емкостей УРЕ.

Газожидкостная смесь, попадая в емкость ЕЗ установки разделительных емкостей, разделяется на газовую, водную и конденсатную составляющие. Газ по трубопроводу Ду200 сбрасывается на свечу. Вода по достижению верхнего рабочего уровня сливается по трубопроводу Ду50 через кран шаровой в канализацию. Конденсат из емкости ЕЗ по трубопроводу Ду50 сливается в емкость Е4 и далее по трубопроводу Ду50 происходит слив конденсата через клапан запорный.

Для продувки газом трубопроводов и технологического оборудования при пуске, а также для сброса давления при остановах предусмотрены трубопроводы сброса газа на свечу и в атмосферу:

• из абсорбера А-1 по трубопроводу Ду100 с пневмоприводным краном шаровым и шайбой дроссельной Др;

• из газоотделителя ГО по трубопроводу Ду25 с клапаном запорным;

• из емкости дренажной Е-1 по трубопроводу Ду25 с клапаном запорным и по трубопроводу Ду100 с задвижкой;

• от AT по трубопроводу Ду25 с клапаном запорным;

• от емкости Е-3 по трубопроводу Ду200 с задвижкой;

• от блока регенерации ОР по трубопроводу Ду20 с клапанами запорными;

Дренаж гликоля из технологического оборудования осуществляется в емкость Е-1 по трубопроводам:

• Ду25 от абсорбера А-1 с клапаном запорным;

• Ду25 от расходомерного устройства РР с клапаном запорным;

• Ду50 от газоотделителя ГО с клапаном запорным;

• ДуЮО от емкости чистого гликоля Е-2 с задвижкой клиновой;

• Ду50 от испарителя блока регенерации с клапанами запорными;

• Ду25 от аппарата теплообменного АТс клапаном запорным;

• Ду50 от Е-5 с клапаном запорным;

Для предотвращения повышения давления газа в технологическом оборудовании сверх допустимого предусмотрена установка предохранительных клапанов:

• абсорбер А-1 оснащен клапаном предохранительным;

• газоотделитель ГО оснащен клапаном предохранительным Ду80;

• нагнетательная линия блока насосов гликоля БНГ оснащена клапаном предохранительным Ду80;

• испаритель ИР оснащен клапаном предохранительным Ду200;

• трубопровод Ду100 за теплообменником AT оснащен клапаном предохранительным ДУ50;

• трубопровод Ду50 на входе в дефлегматор выпарной колонны блока регенерации оснащен клапаном предохранительным.

• трубопровод Ду50 подачи топливного газа на горелки блока регенерации оснащен клапаном предохранительным [4].

Абсорбцией называется процесс поглощения газа или пара жидкостью, в которой газ в той или иной степени растворим. В абсорбционных процессах участвуют две фазы - жидкая и газовая.

В промышленности абсорбция с последующей десорбцией широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов (для извлечения из коксового газа аммиака, бензола и др.), для очистки технологических и горючих газов от вредных примесей (например, для очистки отходящих газов от сернистого ангидрида), для получения готовых продуктов путем поглощения газа жидкостью (абсорбция SO₃ в производстве серной кислоты, абсорбция HCl с получением соляной кислоты) и т.д.

По физико-химической сущности абсорбция является типичным массообменным процессом, в котором массообмен происходит на поверхности соприкосновения жидкой и газовой фаз. Поэтому в аппаратах для поглощения газов жидкостями (абсорберах) должна быть создана развитая поверхность раздела фаз.

Широкое распространение в промышленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой - твердыми телами различной формы. В насадочной колонне (рисунок 2) насадка 1 укладывается на опорные решетки 2, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Последняя с помощью распределителя 3 равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерное распределение жидкости по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом - большей плотностью укладки насадки в центральной части колонны, чем у ее стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам. Поэтому для улучшения смачивания насадки в колоннах большого диаметра насадку иногда укладывают слоями (секциями) высотой 2-3 м и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливают перераспределители жидкости 4.

Рисунок 2 - Насадочный абсорбер:

1 - насадка: 2 - опорная решетка; 3 - распределитель жидкости; 4 - перераспределитель жидкости.

В насадочной колонне жидкость течет по элементу насадки главным образом в виде тонкой пленки, поэтому поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхность насадки, и насадочные аппараты можно рассматривать как разновидность пленочных. Однако в последних пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, а в насадочных абсорберах - только по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом часть жидкости проходит через расположенные ниже слои насадки в виде струек, капель и брызг. Часть поверхности насадки бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостью.

Основными характеристиками насадки являются ее удельная поверхность а (м²/м*) и свободный объем е (м³/м³). Свободный объем для непористой насадки обычно определяют путем заполнения объема насадки водой. Отношение объема воды к объему, занимаемому насадкой, дает величину е. Эквивалентный диаметр насадки

(1)

При высоких скоростях газовой фазы возникают проблемы надёжного отделения (сепарации) жидкой фазы от газа после контакта и снижение энергозатрат обусловленных гидравлическими потерями.

В настоящее время учёными разработан ряд новых конструкций абсорбционных аппаратов способных эффективно работать при высокой скорости газовой фазы . Например, тарельчатый аппарат с вихревыми контактными элементами [11]. В этих элементах сепарация жидкой фазы от газа происходит под действием центробежных сил. Вихревой аппарат эффективно работает в диапазоне скоростей газа 5-7 м/с. Однако такой аппарат имеет ряд недостатков. К ним относятся:

высокое гидравлическое сопротивление, что обусловливает большие энергозатраты на проведение процесса;

узкий диапазон рабочих нагрузок по газу (), что при больших колебаниях объёма потребление может привести к неэффективной работе аппарата из-за снижения скорости газа в нём ;

чувствительность к масштабным изменениям (увеличение диаметра аппарата нарушает равномерность распределение жидкого и газового потоков, что снижает эффективность его работы).

К другому типу разработок высокоскоростной конструкции относится абсорбционный аппарат с зигзагообразной насадкой [12]. Этот аппарат имеет более широкий диапазон рабочих нагрузок. Он может эффективно работать в диапазоне скоростей . Гидравлическое сопротивление аппарата на порядок ниже чем в вихревом аппарате. Однако такой аппарат сложен в изготовлении, монтаже и металлоёмок. Поэтому он не нашёл широкого применения в промышленности.

Наиболее полно требованиям подготовки газа отвечает конструкция абсорбционного аппарата с высокоскоростной регулярной насадкой [13], разработанной в ЮКГУ им.М. Ауезова.

4. Высокоинтенсивный абсорбционный аппарат для осушки природного газа

4.1 Конструкция аппарата