книги / Переработка углеводородных газов.-1

−испарительный резервуар – сосуд, предназначенный для разделения жидкости ипаров. Онможет быть двухили трехфазным сепараторомииметьвнутренниеустройствадляразделенияфаз;

−ловушка – сосуд небольшой емкости, устанавливаемый на низких участках ниже линии отбора газа для сбора жидкости, скопившейся в линии. Его устанавливают также на трубопроводах, если газожидкостное отношение велико. Жидкость из ловушек периодически удаляют;

−жидкостный сепаратор – сепаратор для разделения несмешивающихся жидких фаз (вода – углеводороды);

−пробкоуловитель – сепаратор для улавливания больших объемов жидкости, уносимых потоком газа;

−коалесцирующий фильтр-сепаратор – сепаратор, предназначенный для отделения от газа капель жидкости микронных размеров, когда газожидкостное отношение велико. Обычно имеет две секции: одну – для коалесценции мелких капель, другую – для улавливания капельной жидкости;

−коалесцирующий фильтр – содержит только фильтр и применяется при низком содержании захваченной жидкости. Содержит только фильтр – одна зона коалесцирующего фильтрасепаратора;

−фильтр для сухого газа – фильтр для удаления пыли из газа, не содержащего жидкости.

Газожидкостные сепараторы. К ним относятся скрубберы,

испарительные резервуары. Рассмотрим их принципы действия и их устройство.

Сосуды этих сепараторов могут располагаться вертикально или горизонтально. Вертикальное расположение сепараторов выбирают при большом газожидкостном отношении и низкой объемной скорости газа (они предпочтительны на морских промыслах – меньше площадь, входные скрубберы на всасывании на компрессорных станциях). Восходящий поток газа в вертикальных сепараторах может затруднять стекание жидкости, для чего увеличивают их диаметр, аэто их удорожаетпо сравнению с горизонтальными.

71

Горизонтальные газожидкостные сепараторы применяются при низком газожидкостном отношении. Меньшая скорость газа и повышенное удержание газа в сепараторе улучшают условия отделения от газа капель жидкости. Большая площадь поверхности улучшает дегазацию жидкойфазы и стабилизирует ееуровень.

На рис. 5.8 показаны схемы газожидкостных сепараторов с указанием зон разделения.

Рис. 5.8. Газожидкостные сепараторы: а – горизонтальный; б – вертикальный; 1 – входное устройство (инерционное разделение); 2 – гравитационное разделение газа и жидкости; 3 – каплеуловитель; 4 – гравитационное разделение жидкостей

Первичное разделение газа и жидкости происходит за счет разности инерционных сил, действующих во входном устройстве. Крупные капли за счет крутого поворота сталкиваются со стенкой входного устройства, мелкие за счет тех же сил сливаются в крупные и быстрее выпадают из газожидкостной смеси.

Для гравитационного разделения поток газа должен иметь небольшую линейную скорость и минимальную турбулентность. Главным фактором при гравитационном осаждении является скорость движения капель через газовую фазу. Максимальная скорость возрастает с увеличением размера капли и разности плотности жидкости и газа.

72

При dк < 1 мкм значимой становится вязкость газа. Частицы диаметром менее 3 мкм не оседают, так как в силу броуновского движения остаются во взвешенном состоянии. Для уменьшения турбулентности осадительная секция может быть оборудована пластинами. Они действуют так же, как коллекторы капель, уменьшая дистанцию капель и способствуя предотвращению их повторного захвата газом.

Секция коалесцирования содержит каплеуловительную насадку, которая, вынуждая проходить газ по сложному пути, способствует слиянию мелких капель жидкости по мере их скапливания на насадке. Насадки могут быть сетчатыми, жалюзийными или циклонными.

Сетчатые каплеуловители изготавливаются из проволочной или плетеной сетки. Материал – нержавеющая сталь или пластмасса. Диаметр проволоки от 1 до 10 мм, что обеспечивает отношение площади поверхности к объему каплеуловителя от 50 до нескольких сотен. Слияние происходит, когда сталкивающиеся капли встречаются на сетке, поэтому для эффектной работы нужна большая поверхность сетки.

Сетчатые каплеуловители устанавливают горизонтально, иногда вертикально, но не наклонно. Сетчатые каплеуловители более эффективны, чем жалюзийные, но больше подвержены забивке мехпримесями и тяжелыми маслами.

На рис. 5.9 показано несколько элементов жалюзийного каплеуловителя.

Секция гравитационного разделения жидкостей играет роль емкости для жидкости, удаленной из потока в расположенных выше секциях. В ней также происходит дегазация жидкости и удаление механических примесей из углеводородной фазы. Наличие в жидкой фазе сульфида железа может препятствовать разделению жидкостей.

Если жидкая фаза содержит много воды, сепараторы оборудуются расположенным на днище отстойником, предназначенном

73

для сбора воды. Время удержания для разделения углеводородов и воды составляет 3–5 мин при отсутствии мелких капель.

Рис. 5.9. Эскиз элементов жалюзийного каплеуловителя (вид сверху) с дренажными ловушками

Фильтры-сепараторы и коалесцирующие фильтры. Исполь-

зуются для удаления мелких капель (менее 3 мкм). Эти фильтры часто располагают перед газоперерабатывающими установками для предотвращения попадания углеводородных жидкостей и компрессорного масла в аминовые абсорберы для решения проблемы загрязнения и вспенивания абсорбента; перед установками осушки для защитытвердыхадсорбентовотаминовогораствора.

Фильтры-сепараторы могут быть горизонтальными и вертикальными, наиболее распространено горизонтальное исполнение. На рис. 5.10 показана горизонтальная установка с секцией коалесценции, после которой располагается выходная каплеуловительная секция. Пакет фильтров наполняет трубный пучок теплообменников с вводом газа в межтрубное пространство. Первая секция улавливает крупные капли перед фильтром. Эти капли собираются и стекают

74

через два выходных отверстия. Мелкие капли по мере прохождения через фильтр сливаются в более крупные. Газ со сливающимися каплями покидает фильтры и проходит через выходной каплеуловитель сетчатого или жалюзийного типа. Уловленная в нем жидкость стекает черездва выходных отверстия.

Рис. 5.10. Горизонтальный фильтр-сепаратор (для наглядности показан лишь один фильтр-картридж)

Потери давления в чистом сепараторе составляют обычно 0,07–0,14 бар, когда они возрастают до 0,7 бар, фильтры меняют. Для удобства замены фильтрующих элементов сосуд фильт- ра-сепаратора со стороны фильтров оборудуется быстросъемной крышкой.

Коалесцирующие фильтры схожи с фильтрами-сепара- торами, но обычно имеют вертикальное исполнение и предназначены для использования, когда жидкая фаза представлена в виде аэрозоля.

Втипичный коалесцирующий фильтр (рис. 5.11) газ поступает снизу, проходит через коалесцирующую среду и выходит сверху.

Внижнейсекцииулавливаются каплиразмеромболее 300 мкм.

Всамом фильтре капли размером более 0,1 мкм сливаются в более крупные, которые стекают снаружи фильтра в карман для жидкости.

75

Циклоны эффективны при небольших скоростях газа и хорошо улавливают капли до 10 мкм. Со снижением скорости газа их эффективность падает, вследствие чего они имеют узкий интервал работоспособности. Для них характерны также высокие потери давления и трудности разделения потоков газа с жидкостными пробками. Именно неравномерность скорости потока и наличие жидкостных пробок характерны для газовых потоков.

Жидкостные сепараторы. Данные сепараторы схожи с газожидкостными. Их конструкция зависит от того, две или три фазы требуется разделить. Если поток содержит три фазы и жидкости разделяются под действием гравитации, используются горизонтальные сепараторы (см. рис. 5.8).

Если же капли малы для гравитационного разделения, то применяются сепараторы несколько иной конструкции (рис. 5.12). В них первоначально поток проходит через коалесцирующую среду, а затем применяется гравитационное разделение.

Рис. 5.12. Горизонтальные сепараторы для разделения трехфазного газожидкостного потока с разрушением эмульсии (а) и двухфазной жидкой смеси (б): 1 – входное устройство; 2 – гравитационное отделение газа; 3 – каплеуловитель; 4 – гравитационное разделение жидкостей; 5 – коалесцирующая среда

77

Фильтры. В газопереработке под фильтрованием часто понимают удаление из газового потока не только твердых частиц, но и жидкости. Применяют фильтры для улавливания частиц размером 0,5–1 мкм (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Картриджный фильтр сухого газа (для наглядности показан лишь один фильтр-картридж)

Фильтры в газопереработке решают одну из трех задач:

1)удаление твердых частиц и мелких капель жидкости;

2)удаление твердых частиц из сухого газа;

3)удаление твердых частиц из потока жидкости.

5.7. Конструкции абсорберов

Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называются абсорберами. Поскольку процесс абсорбции протекает на поверхности раздела фаз, такие аппараты должны обеспечивать развитую межфазную поверхность в системе газ – жидкость. По способу образования этой поверхности все абсорберы можно поставить в следующем порядке:

78

−поверхностные и пленочные;

−насадочные;

−барботажные (тарельчатые);

−распыливающие.

Поверхностные и пленочные абсорберы.

Поверхностные абсорберы (рис. 5.14) используются для хо-

рошо растворимых газов. В этом случае газ проходит над поверхностью неподвижной или очень медленно перемещающейся жидкости, а так как площадь соприкосновения фаз в данных аппаратах недостаточна, то устанавливают серию соединенных последовательно абсорберов, в которых жидкость и газ движутся навстречу друг другу. При этом каждый последующий аппарат устанавливается ниже последующего, чтобы жидкость двигалась самотеком. Для отвода тепла в абсорберах устанавливают змеевики охлаждения или их помещают в сосуды с проточной водой. Эти аппараты малоэффективны и применяются ограниченно.

Рис. 5.14. Поверхностный абсорбер

Пленочные абсорберы. Эти аппараты более эффективны, чем поверхностные. В данном случае поверхностью контакта фаз является поверхность перермещающейся пленки жидкости. Подобные аппараты можно подразделить на следующие:

79

−абсорберы трубчатые;

−абсорберы с плоскопараллельной или листовой насадкой;

−абсорберы с восходящим движением пленки жидкости. Абсорбер трубчатый (рис. 5.15). По устройству такой аб-

сорбер сходен с вертикальным кожухотрубчатым теплообменником. Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку (1), распределяется по трубкам (2) и стекает по внутренней поверхности в виде тонкой пленки. В аппаратах с увеличенным числом трубок для осуществления равномерного распределения жидкости используются специальные распределительные устройства. Газ передвигается по трубам снизу вверх навстречу текущей вниз жидкости. Тепло абсорбции отводится за счет пропускания по межтрубному пространству воды или другого хладагента.

Рис. 5.15. Трубчатый абсорбер: 1 – трубная решетка; 2 – трубы

80