Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
Расчет числа контактных ступеней продолжают до тех пор, пока на его ординате не будет обеспечена заданная степень извлечения того или иного компонента. Упрощенная блок-схема ступенчатого расчета абсорбера приведена на рис. 4.43.
В процессе абсорбции H2S и CO2 растворами аминов происходит резкое изменение концентрации H2S в газе, что связано с быстрой (мгновенной) реакцией H2S с аминами. Поэтому в большинстве практических случаев скорость абсорбции H2S на большей высоте абсорбера контролируется диффузионным сопротивлением в газовой фазе, т.е. К)л = ?,.
Ввиду этого, ориентировочное число тарелок в абсорбере, необходимое для обеспечения требуемой степени извлечения по ключевому компоненту (сероводороду), может быть рассчитано по приближенному уравнению:
Р, « Hn " і
^ = е и' , (4.52)
где г/а1, у„2 - содержание H2S в газе на входе и выходе из абсорбера, % об.; ?, - коэффициент массопередачи в газовой фазе, м/ч; а - удельная поверхность контакта фаз на тарелке, м2/м2; Hn - высота газожидкостного слоя на тарелке, м; п -число тарелок, шт; аз, - скорость газа в свободном сечении абсорбера, м/ч.
Приведенное уравнение предусматривает равенство среднего коэффициента извлечения на каждой тарелке и не учитывает равновесное давление H2S над раствором (рн^, МПа).
Изменение концентрации CO2 в газе по высоте абсорбера происходит плавно и скорость массопередачи определяется сопротивлением в обеих фазах. Коэффициент ускорения при хемосорбции CO2 (%в) рассчитывается в этом случае последовательно от тарелки к тарелке по уравнению для однокомпо-нентной хемосорбции [58] с учетом снижения концентрации свободного амина на реакцию с H2S.
313
Исходные данные
ж 'ж1
.V3 ~Уа ср У»=УнсР
«а —ср СХВ—ОСв Ср
—'l Cp
/" = "-ж ср
Физико-химические параметры
Гидродинамические параметры
^ГнІет
•Ja ср Уъ ср ^ж ср ^¦аср О-вср 'і ср ^жср
УЯ=УЯ1 Уа=Уш ^a ^a/ ^в/
Рис 4 43 Блок-схема ступенчатого расчета профиля концентраций H2S и СОу в газе по высоте тарельчатого абсорбера
Gi > ^aI- УпІ> Уя2 > Ув2> Сж О-а р> о-в р ' 'ж реї
При незначительном изменении коэффициента ускорения %„ по высоте аппарата извлечение CO2 может быть определено по приведенному выше для H2S уравнению (4.52) при среднем (между верхом и низом абсорбера) коэффициенте массопередачи:
Kn = ---. (4.53)
1 , "»„
?r РжХв
По практическим данным в зависимости от содержания кислых компонентов в исходном газе и требуемой степени очистки газа в абсорбере устанавливают 25-30 шт. контактных тарелок с расстоянием между ними 500-600 мм. При этом применяют клапанные, ситчатые, S-образные и другие виды тарелок.
Расчет процесса экспанзии насыщенного раствора амина. При абсорбции H2S и CO2 из углеводородных газов растворами этаноламинов растворяется некоторое количество углеводородов и других компонентов газовой смеси. Для вывода из насыщенного раствора основной массы физически растворенных углеводородов раствор подвергают экспанзии (выветриванию) с целью обеспечения концентрации углеводородов в потоке кислого газа, поступающего на установку получения серы по методу Клауса, менее 2 % об. При невысоком насыщении раствора кислыми газами (а < 0,5 моль/моль) эта цель достигается при одноступенчатой экспанзии. Газы экспанзии, состоящие в основном из углеводородов, либо сжигаются на факеле, либо после предварительной очистки от сероводорода направляют в топливную сеть завода. С увеличением насыщения раствора кислыми компонентами в первом случае возрастают потери сероводорода с газами экспанзии, а во втором - непроизводительные затраты на их очистку. Поэтому при высоком насыщении раствора амина (а > 0,5 моль/моль) рациональной является схема двухступенчатой экспанзии.
Расчет процесса экспанзии насыщенного раствора основан на равновесной растворимости компонентов газа и сводится к определению давления экспанзии, состава газовой и жидкой фазы после дросселирования, а также температуры частично десорбированного раствора амина.
Выбор оптимального давления на I и II ступенях экспанзии проводится по методике, изложенной в работе [99]. В практике при очистке природного газа при высоком давлении (5,0-7,0 МПа) и высоком насыщении амина кислыми газами, давление раствора на I ступени экспанзии снижается до
315
1,5-2,0 МПа, а на II ступени и при одноступенчатом дросселировании - 0,2-1,0 МПа.
Математическая модель и метод расчета процесса экспан-зии насыщенного амина подробно описаны в работе [111].
Расчет процесса десорбции кислых компонентов. Концентрация удаляемых компонентов в регенерированном абсорбенте обычно бывает задана условиями очистки в абсорбере. Достижение нужных концентраций кислых компонентов в очищенном газе возможно путем эффективной регенерации абсорбента, обеспечивающей необходимую положительную величину движущей силы абсорбции.
Расход теплоты на регенерацию насыщенных растворов аминов равен [58]:
Q =Он+Од«+Оогд. (4.54)
где QH - теплота, необходимая на нагрев насыщенного раствора; Одес - теплота, необходимая для десорбции кислых компонентов из раствора; 00ТД — теплота, затрачиваемая на образование отдувочного пара.
