Melnikov_V.B._i_dr._Tehnologicheskiy_raschet_adsorbcionnoy_osushki_prirodnogo_gaza

Важными эксплуатационными характеристиками адсорбентов являются его насыпная масса, т.е. количество в единице объема (кг/м3, г/см3), механическая прочность гранул на раздавливание (кг/гранула) и износ в динамическом режиме (%).

Газ в нормальных условиях имеет давление 0,101 МПа, темпе-

ратуру 20 С.

11

3. ОСУШКА ПРИРОДНОГО ГАЗА

При транспортировке или при технологических процессах подготовки или переработки природного газа (например, при сжижении) пары влаги, вследствие изменения температуры или давления, могут выпадать в виде капельной жидкости или гидратов, в т.ч. с углеводородами, осложняя работу транспортной системы, запорно-регулирующих устройств, АСУ и КИП, технологических процессов.

Различают техногенные (искусственные) и природные (естественные) газовые гидраты. Техногенные могут образовываться при добыче газа (в призабойной зоне, стволе скважины, шлейфах

ивнутрипромысловых коллекторах), при промысловой и заводской переработке газа, производстве и хранении СПГ, в технологических и магистральных трубопроводах.

Формирование техногенных гидратов явление негативное, т.к., отлагаясь на стенках труб и аппаратов, они снижают пропускную способность последних, увеличивая гидравлическое сопротивление, и могут вызвать гидроудар, разрыв трубопроводов

ивывести установку из технологического режима.

Образование газовых гидратов зависит от температуры, давления, влагосодержания, состава газовой смеси, воды, соотношения воды и газа.

Условия образования газовых гидратов показывают фазовые диаграммы гетерогенного равновесия систем в координатах Р–Т

(рис. 1).

Рассматривая диаграмму фазового состояния газовых гидратов (рис. 1), можно отметить, что точка С характеризует одновременно четыре фазы I – газообразный гидратообразователь, II – раствор гидратообразователя в воде, III – раствор воды в гидратообразователе, IV – гидрат, и является критической точкой образования газовых гидратов.

12

телей в полостях между узлами ассоциированных молекул воды гидратной решетки удерживаются с помощью Ван-дер-Вааль- совых сил притяжения.

Характеристикой образования газовых гидратов является температура точки росы по влаге и углеводородам. В настоящее время при технологических расчетах используется, в основном, температура точки росы по влаге.

Так, например, если на выбранном технологическом участке переработки природного газа температура точки росы по влаге будет выше равновесного её значения, то образование гидратов возможно. Место их формирования будет в точке пересечения линии изменения температуры в газопроводе с кривой равновесной температуры. Если температура точки росы по влаге меньше её равновесного значения при гидратообразовании, но выше минимальной на её кривой зависимости по всей длине газопровода, то гидраты будут образовываться при температуре точки росы. В случае же, когда температура точки росы по влаге меньше равновесного её значения и ниже чем на кривой её зависимости по длине газопровода, то гидратообразование не будет.

При образовании гидратов влагосодержание газового потока уменьшается адекватно снижению упругости паров воды, находящихся в термодинамическом равновесии с жидкой её фазой и образовавшимся гидратом. Если в результате газогидратного отложения температура точки росы по влаге уменьшается ниже минимального её значения на кривой зависимости по длине газопровода, то образование газогидратного отложения может не происходить, а если температура точки росы по влаге не снижается ниже минимального значения на кривой её зависимости по длине газопровода, то газовые гидраты могут образоваться.

Влага нежелательна в природном газе, если последующая его

14

переработка ведется при низких температурах, при этом его температура точки росы должна быть ниже таковой технологической переработки газа. Влага может также отравлять некоторые катализаторы, используемые при переработке газа.

Степень осушки газа (депрессия температуры точки росы) задается в зависимости от того, куда предполагается его направлять – потребителю или на дальнейшую переработку. Если он направляется потребителю, то температуру точки росы осушенного газа выбирают так, чтобы она по влаге была на несколько градусов ниже минимальной, до которой газ может охлаждаться в процессе переработки (например, при производстве СПГ) и транспортировки во избежание конденсации влаги и образования жидкостных пробок в трубопроводе. Если же газ предполагается направлять на дальнейшую переработку, например, на разделение методом низкотемпературной конденсации или ректификации, то температура точки росы осушенного газа также задается из предполагаемой рабочей температуры последующих стадий переработки.

Природный газ, поступающий на завод, проходит предварительную осушку и очистку от диоксида углерода и соединений серы для удобства его транспортировки по СТО Газпром 0892010 «Газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным газопроводам. Технические условия».

В соответствии с ОСТ 51.40-93 перед подачей газа в трубопровод он должен быть осушен до температуры точки росы не больше минус 20 С (для северных условий).

Природный газ транспортируется при давлении от 5,5 7,5 МПа.

Требуемая степень осушки природного газа (температура точки росы по влаге не может быть выше минус 20 С) при удовлетворительных технико-экономических показателях, как показы-

15

вают современные практические и научно-технические достижения, возможна только при адсорбционной его осушке.

Для выбора термобарических параметров адсорбционной осушки природного газа в табл.1 представлено влагосодержание газа, поступающего по магистральному газопроводу.

Таблица 1

Исходное влагосодержание газа, поступающего на завод по сжижению в зимний период

ТТРB – температура точки росы по влаге; WH – влажность газа при нормальных условиях (давление атмосферное, температура

20 С).

Основным параметром эффективности адсорбционной осушки является активность адсорбента по сорбции равновесной влаги из природного газа.

16

4. ОСНОВЫ И ПРИНЦИПЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТА АДСОРБЦИОННОЙ ОСУШКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

4.1.Этапы технологического расчета

1)Изучение задания на курсовой проект, оформление его в виде таблицы 2.

2)Выбор технологии адсорбционной осушки (на основе анализа литературных научно-технических источников) с обоснованием термобарических параметров процесса, адсорбента, адсорбера (табл. 3).

Таблица 2

Исходные данные для выполнения проекта

Расход поступающего газа, м3/ч [Qг]

Рабочая температура, С [Tраб]

Рабочее давление, МПа (кгс/см2) [Рраб]

Температура газа на входе, C [T1]

Температура газа на выходе, C, [T2]

Давление процесса использования осушенного газа, МПа (кгс/см2) [Рсг]

Характеристика газа*:

●

●

●

Другие параметры:

*Характеристика газа представлена в задании.

17

Таблица 3

Исходные данные для выполнения проекта с учетом литературных научно-технических источников

4.2. Основы технологического расчета

При выполнении п. 4.2 использовать литературные источники

[2 7, 9].

1) Из анализа литературы по теме продолжительность адсорбционной осушки принимается τ = … ч.

18

2) Влагосодержание в исходном природном газе определяется при нормальных и термобарических условиях, а также с расчетом их значений в программном комплексе Aspen HYSYS, Exсel (или другом).

3) Графическую зависимость равновесного влагосодержания природного газа при температуре от минус 20 до минус 90 С и давлении от 2,5 до 7,5 МПа можно построить с помощью программного комплекса Aspen HYSYS (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость равновесной влагоемкости метана от давления и температуры

Если при понижении температуры или увеличении давления равновесная влагоемкость становится меньше текущей, то избыток влаги выпадает в виде жидкой или твердой фазы.

19

4)Разработка материального баланса адсорбционной осушки

сопределением необходимого количества удаляемой влаги из газа до достижения заданной степени его влагосодержания (в расчете на 1000 м3, на производительность адсорбера).

Влагосодержание природного газа, поступающего в адсорбер на осушку, определяется его термобарическими условиями и составом (WН).

Влагосодержание газа, выходящего из адсорбера (WК), опре-

деляется требованиями последующих технологических процессов.

Минимальное удельное количество влаги, которое необходимо удалить при адсорбции из 1 м3 таково:

где QГ − расход поступающего газа, м3/ч.

Чтобы понять данное условие, рассмотрим принципиальную схему сжижения природного газа (рис. 3).

Рис. 3. Примерная расчетная схема к расчету необходимой степени осушки при производстве СПГ:

I – природный газ; II – топливный газ; III – поток СПГ; Др – дроссельное устройство; 1 – блок охлаждения природного газа; 2 – блок адсорбционной осушки; 3 – блок предварительного охлаждения; 4 – блок основного охлаждения; 5 – сепаратор; 6 – резервуар для хранения СПГ

20