Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция 5
Борьба с пенообразованием на установках очистки газов
Одной из серьезных трудностей, встречающихся при эксплуатации установок очистки газов от кислых компонентов, является пенообразование, причины возникновения которого могут быть следующие:
-повышение скорости коррозии в системе; поступление на установку различных ингибиторов, используемых при добыче газа;
-разложение аминов под воздействием высоких температур; накопление в растворе амина продуктов побочных реакций; попадание в абсорбер тяжелых углеводородов в виде капель;
-наличие в газе минерализованной капельной воды на вход в абсорбер;
ввод в систему минеральных солей с технической водой, используемой для приготовления поглотителей кислых компонентов.
Внешним признаком пенообразования является резкое увеличение перепада давления в колонне.
На практике может иметь место каждый из указанных факторов, чаще всего воздействуют сразу несколько факторов, и выдача рекомендаций по борьбе с пенообразованием становится трудной задачей. Нередко эти рекомендации сводятся к борьбе с последствиями пенообразования, а не его причиной.
Наличие в системе интенсивного пенообразования приводит к увеличению потерь абсорбента и ухудшению качества товарного газа. Эти факторы, а также повышенный перепад давления в абсорбере могут служить подтверждением пенообразования в системе.
Интенсивность пенообразования зависит также от поверхностного натяжения абсорбента.
Плохо смачиваемые вещества (механические примеси, продукты коррозии и т. д.) прилипая к поверхности пузырьков газа, препятствуют их сращиванию и вместе с ними переходя в пену способствуют ее стабилизации.
Для защиты трубопроводов сырьевого газа и промыслового технологического оборудования от коррозии и наводороживания металла на Оренбургском газохимическом комплексе при меняют ингибиторы И-1-А, «Виско» и «Серво», часть которых вместе с газом поступает в абсорбер и поглощается аминовым раствором. Эксперименты показали, что эти ингибиторы вызывают пенообразование раствора ДЭА при их концентрации в нем 0,01% (масс.). Высота слоя пены увеличивается с повышением концентрации ингибитора в растворе.
С увеличением температуры кипения углеводородов их влияние на вспениваемость раствора возрастает. Наибольший эффект оказывают парафиновые углеводороды.
На установках очистки газов от кислых компонентов борьба с пенообразованием ведется в основном по двум направлениям:
применение специальных реагентов для гашения пены;
очистка растворов от побочных примесей.
Большое значение придается также подбору реагентов для интенсификации добычи и борьбы с коррозией с тем, чтобы их попадание в поглотители кислых компонентов не вызывало интенсивного пенообразования.
Применение пеногасителей. В качестве пеногасителей могут использоваться полиметилсилоксаны или их смеси, вещества на основе кремнеорганического полимера — «Антиадгезив АС», высокомолекулярные спирты (полиалкиленгликоль, октилфен-оксиэтанол, стеариновый спирт, олеиловый спирт и т. д.).
Из силоксановых соединений применяют ДЦ антифоам А, спластик, компаунд (США), антифрон (ГДР), Родорсил-426Р(Франция).
Из отечественных антивспенивателей можно указать эмульсии ВНИПИГАЗ-1, КЭ-10-12, КЭ-10-21, И-1-А. Они нетоксичны, взрывобезопасны, негорючи, их активные вещества имеют температуру кипения более 300 °С.
Полисилоксаны (iRe2SiO)n представляют собой бесцветные маслянистые жидкости с различной молекулярной массой и вязкостью. Силоксановые жидкости имеют высокую термическую стабильность. Их пеногасящая способность проявляется в кислой, щелочной и нейтральных средах при самых незначительных массовых долях (0,0001—0,001%).
На основе полиметилсилоксанов (ПМС) приготавливают эмульсии КЭ-10-12 и КЭ-10-21. Эмульсии КЭ-10-12 и КЭ-10-21 очень близки между собой и различаются лишь тем, что КЭ-10-12— водоэмульсионная композиция на основе полиметилсилоксановой жидкости ПМС-200А, а КЭ-10-21 — на основе ПМС-1000А. Обе содержат 30% полиметилсилоксана и несколько процентов продукта ОС-2.
Пеногасители снижают прочность поверхности пленок, разделяющих газовые пузырьки и жидкую фазу. Противопенные свойства пеногасителей проявляются только при концентрациях, превышающих пределы их растворимости в пленке.
На установках сероочистки для пеногасителей устанавливаются специальная емкость и дозировочные насосы. По мере необходимости с помощью дозировочных насосов пеиогаситель -нагнетается в поток регенерированного раствора перед входом в абсорбер. За счет подачи пеногасителя в трубопровод обеспечивается его равномерное распределение в абсорбенте.
Для оценки антивспенивающей способности эмульсий были проведены исследования в лабораторных условиях, на опытной и промышленной установках.
Лабораторные исследования проводили в стеклянном абсорбере емкостью 500 мл с впаянной на расстоянии 20 мм от дна стеклянной пористой пластинкой (тарелкой). Газовой фазой служил воздух, предварительно очищенный и осушенный в колонне с ангидридом. Воздух подавался под тарелку, где контактировал с исследуемым раствором, а затем отводился из системы. Расход воздуха замеряли ротаметром.
В качестве рабочей жидкости были исследованы 10- и 25% -ые водные растворы МЭА и ДЭА. Для приготовления рабочих растворов использовали МЭА по МРТУ 6-02-471—68, ДЭА по МРТУ 6-02-196—68.
Эффективность антивспенивателей определялась высотой газожидкостного слоя, образующегося из постоянного начального объема раствора в абсорбере в результате барботирования через него воздуха до и после ввода эмульсии: Концентрация-антивспенивателей составляла 0,005—0,01% (масс.).
Очистка растворов аминов от различных примесей
Как было указано выше, при эксплуатации установок очистки газов от кислых компонентов происходит поглощение абсорбентом продуктов коррозии и побочных реакций, механических примесей, минеральных солей, вносимых в систему пластовой водой и водой, используемой для поддержания состава абсорбентов, и т. д. Эти примеси частично выделяются в буферных емкостях и при десорбции кислых компонентов. Другая часть примесей осаждается на поверхностях аппаратов и коммуникаций и накапливается в растворах, что приводит к снижению поглотительной емкости растворов, повышению их потерь и ухудшению качества товарного газа.
Серьезные осложнения в работе установок очистки газов вызывает также осаждение различных примесей на поверхностях труб и оборудования: повышаются потери давления в системе, снижается эффективность теплообменных процессов, увеличиваются потери тепла и т. д. Поэтому во всех установках переработки кислых газов предусматривается очистка растворов поглотителей от посторонних примесей. Для этой цели применяют процессы вакуумной перегонки и фильтрации, а в ряде случаев оба процесса.
Процесс вакуумной перегонки основан на разности давлений насыщенных паров примесей и самих поглотителей. С целью повышения четкости разделения примесей, как правило, процесс ведут под вакуумом. При этом часть раствора непрерывно подается на тонкую очистку, или же периодически все количество циркулирующего раствора подвергается очистке.
Недостатком такого способа очистки является то, что ряд примесей и сами поглотители имеют весьма близкие температуры кипения. Поэтому для их выделения из абсорбентов требуется колонна с большими флегмовым числом и числом теоретических тарелок, что увеличивает эксплуатационные затраты и капитальные вложения на установку. Кроме того, при разгонке раствора происходит концентрирование твердых примесей в кубовом остатке, непрерывный вывод которого также вызывает большие трудности. Требуется также специальная установка для обезвреживания самого кубового остатка.
Наиболее распространенным для очистки поглотителей кислых компонентов от различных примесей является процесс фильтрации. Этот процесс включает в себя как правило две ступени: на первой производится грубая очистка раствора от твердых примесей на различных фильтрах, а на второй — его тонкая очистка от растворенных примесей. Последний процесс осуществляется с применением различных адсорбентов или ионитных фильтров. Чаще всего применяется адсорбционный способ. При этом только часть раствора после грубой очистки подвергается дополнительной фильтрации с целью извлечения из него более мелких частиц и растворенных веществ.
В качестве адсорбентов для очистки растворов от примесей используют активные угли различных марок.
Такие активные угли представляют собой мелкопористые вещества в виде зерен, состоящих в основном из аморфного углерода и содержащих примеси — золу и смолистые вещества. Активирование адсорбентов осуществляют двумя путями: карбонизацией гранул действием окислителей при высоких температурах и пропиткой различными органическими веществами.
Количество раствора, подаваемого на различные ступени очистки, зависит от степени его насыщения различными примесями, состава самих примесей, а также конкретных условий эксплуатации установок очистки газов от кислых компонентов.
Блоки фильтрации различаются конструкцией аппаратов, применяемыми фильтрующими материалами, периодичностью циклов и т. д., а схемы фильтрации — также способом приготовления фильтрующих материалов. В ряде схем фильтрующие слои изготавливают в заводских условиях, а другие предусматривают использование материалов полной готовности для загрузки в аппараты.
В настоящее время для очистки раствора используют схему с двумя периодически работающими адсорберами. При этом обеспечивается автономность приготовления фильтрующих слоев и стадий адсорбции и регенерации. Кроме того, предусмотрена фильтрация раствора от угольной пыли.
Выделение каждой стадии фильтрации в самостоятельную ступень хотя и увеличивает металлоемкость установки, но позволяет повысить эффективность очистки раствора.
Очистка газов от сероводорода и диоксида углерода физическими и комбинированными поглотителями. Процессы очистки газов физическими поглотителями
Для очистки газов от сернистых соединений и диоксида углерода применяют также физические процессы, механизм действия которых основан на избирательной растворимости -кислых компонентов в различных жидких поглотителях.
В интервале давлений и температур, при которых производят очистку газов, с повышением давления и снижением температуры растворимость компонентов природных газов в физических поглотителях увеличивается. Поэтому очистку газов от кислых компонентов желательно вести при их высоких парциальных давлениях в газовой смеси. Этого можно достичь путем повышения давления газа перед входом в абсорбер, однако повышение давления газов приводит также к пропорциональному увеличению парциального давления углеводородов в смеси и способствует таким образом повышению их растворимости в физических поглотителях. Поэтому при низких концентрациях кислых компонентов в смеси увеличение давления газа хотя и способствует уменьшению удельного расхода поглотителя, но недостаточно для повышения эффективности процессов очистки газа, так как вследствие повышения растворимости углеводородов избирательность процесса остается на низком уровне. Кроме того, увеличивается выход газов низкого давления на установке. Для обеспечения получения кислого газа, отвечающего требованиям установок получения газовой серы, потребуется перед десорбером произвести многоступенчатую дегазацию насыщенного раствора, что приводит к увеличению металлоемкости установки. Газы, получаемые на различных ступенях сепарации, содержат определенное количество сернистых соединений. Утилизация этих потоков является серьезной проблемой, так как связана с дополнительной очисткой, а в ряде случаев компримированием и подачей в поток сырьевого газа. Поэтому применение физических поглотителей для очистки газов предпочтительно при большой концентрации извлекаемых из смеси компонентов.
Основными характеристиками эффективности физических поглотителей являются их избирательность и поглотительная емкость.
Чем выше значение коэффициента избирательности, тем шире область использования физического поглотителя, т. е. возможность его применения для очистки газов с низкой концентрацией кислых компонентов. От поглотительной емкости абсорбента зависит его удельный расход, она определяет размеры оборудования, в первую очередь блока регенерации (холодильников, рекуперативного теплообменника, испарителя, десорбера, насосов и т. д.), а также расход тепла на подогрев и охлаждение поглотителя.
На технико-экономические показатели установок переработки кислых газов оказывают влияние также такие свойства поглотителя, как давление насыщенных паров, вязкость, температуры кипения и застывания, удельная теплоемкость и др.
Основные требования к физическим поглотителям в целом такие же, как и к химическим.
Очистка газов процессом Селексол
Из физических процессов наиболее широкое применение нашел процесс Селексол, разработанный фирмой «Эллайд Кемикал» где в качестве абсорбента используют вещество под общим названием диметиловый эфир полиэтиленгликоля (фирменное название селексол), фактически являющийся смесью диметиловых эфиров. Так, селексол, используемый на месторождении Дюсте (ФРГ), содержит: триэтиленгликоля—12, тетраэтиленгликоля — 24, пентаэтиленгликоля — 25, гексаэтиленгликоля -19; гептаэтиленгликоля — 3% (масс.).
В зависимости от условий производства содержание эти эфиров в составе селексола может изменяться, что определяет непостоянство некоторых параметров раствора. Кроме того, из-за разности давления насыщенных паров отдельных эфиров, входящих в состав селексола, при эксплуатации установки происходит также изменение его состава — утяжеление поглоти теля.
Селексол может применяться как в чистом виде, так и с добавлением до 5% воды.
Селексол может быть использован без снижения поглотительной способности в течение 10 лет. Он подвергается полному биологическому разложению. Селексол не обладает коррозионной активностью, не токсичен, имеет низкие вязкость и теплоту абсорбции, не вызывает побочных реакций.
Из-за гигроскопичности не вызывает дополнительного увлажнения газа, а, напротив, при его использовании происходит снижение точки росы газа по воде. Возможна осушка и очистка газа до требований ОСТ 51.40—83 в одну ступень. Селексол имеет низкое давление насыщенных паров и менее склонен к пенообразованию, что обеспечивает его низкие потери с очищенным газом при регенерации.
Поглощение кислых компонентов селексолом сопровождается выделением незначительного количества теплоты, поэтому при очистке газа не требуется промежуточное охлаждение поглотителя.
Селексол является хорошим поглотителем сероводорода в смеси его с диоксидом углерода. Фактическое отношение растворимостей H2S и СО2 в селексоле при 7,15 МПа и 15,6°С составляет 9,6: 1. Отсюда следует, что в тех случаях, когда из газа, содержащего H2S и СО2, требуется глубокое извлечение только сероводорода, использование селексола в качестве абсорбента может резко улучшить показатели установки производства элементной серы и снизить расход энергии в блоке регенерации.
При некоторых значениях отношения СО2 и H2S аминовые процессы не обеспечивают получение газов регенерации, пригодных для установок Клауса. Достижение таких степеней извлечения возможно лишь при применении селексола.
Процесс селексол применяют также для извлечения H2S из смеси его с диоксидом углерода перед закачкой в пласт с целью повышения нефтеотдачи.
Опыты проводили при давлении 3,6 МПа. Потребность водяного пара при регенерации раствора составляла 0,5 кг на кг кислых компонентов. Малый расход пара объясняется использованием для регенерации воздуха (в количестве 1 м3 на 1 м3 раствора), малой теплоемкостью раствора (почти вдвое меньше, чем у водного раствора амина) и меньшим удельным расходом поглотителя.
При использовании воздуха в качестве отдувочного газа в результате взаимодействия H2S с кислородом образуется элементная сера в тонкодиспергированном виде. Последняя переходит в раствор и при охлаждении раствора в холодильниках выпадает в осадок и закупоривает трубки холодильника. Поэтому часто избегают применения воздуха для интенсификации процесса регенерации растворителя.
Газ перед поступлением в абсорбер проходит входной сепаратор С-1, где очищается от капельной жидкости. На верх абсорбера противотоком подается селексол, .предварительно охлажденный в аммиачном холодильнике.
Объемное содержание сероводорода в очищенном газе составляет 0,0002% или примерно 3 мг/м3. Одновременно производится также очистка газа от сероксида углерода и тиолов: степень их извлечения составляет 66 и 100% соответственно.
Насыщенный селексол наряду с кислыми компонентами содержит также значительное количество углеводородов. Для утилизации газ дегазации с помощью компрессора через холодильник подается в поток сырьевого газа. Частично регенерированный раствор из дегазатора через рекуперативный теплообменник Т-1 поступает в десорбер. Десорбция производится при избыточном давлении 0,05 МПа.
Раствор селексола содержит несколько процентов воды, которая при регенерации раствора частично испаряется. Образующиеся пары выполняют роль отдувочного газа по отношению к жидкой фазе, стекающей навстречу с верхней тарелки. В тех случаях, когда содержание воды в насыщенном селексоле недостаточно для интенсификации процесса регенерации, в десорбер можно специально подавать острый водяной пар. Регенерированный селексол через рекуперативные теплообменники и холодильники подается в верх абсорбера. Содержание воды в регенерированном селексоле не превышает 4%.
Если раствор селексола содержит несколько процентов воды, при его регенерации в кипятильнике десорбера вода частично испаряется. Образующиеся пары выполняют роль отпарного газа по отношению к жидкой фазе, стекающей с верхней тарелки. Выходящая с верха смесь воды и селексола охлаждается и используется как орошение.
Большой интерес представляет сравнение процесса селексол с другими процессами очистки газа. В табл. 3.7 приводятся данные одного из вариантов. В качестве исходных данных были взяты: давление в абсорбере 7,1 МПа; концентрация СО2 в сырьевом газе 30%; содержание H2S в газе до очистки 458 мг/м3; производительность установки 2,83 млн. м3/сут. Во всех вариантах предусматривалась тонкая очистка газа от сероводорода. Худшие показатели имеет процесс очистки газа раствором МЭА, что связано с глубоким извлечением диоксида углерода из газа. Капиталовложения и эксплуатационные расходы на установках, использующих физические поглотители, значительно ниже. Следует отметить, что этот процесс более пригоден для очистки «тощего» газа, поскольку абсорбент поглощает пропан и более тяжелые углеводороды. При большем содержании пропана и более тяжелых углеводородов для очистки газа процессом Селексол следует исключать попадание углеводородов на установки Клауса. Установка очистки газа процессом Селексол может быть выполнена целиком из углеродистой стали. За рубежом эксплуатируется более 35 установок.