Осушка природного и нефтяного газа. Способы осушки

Содержание.

1. Введение
2. Теоретическая часть
3. Методы осушки

1. Абсорбционный метод 

1.1 Основы процесса

1.2 Физическая и химическая  абсорбция

1.3 Применение абсорбционной  очистки

1.4 Недостатки и преимущества  абсорбционного метода очистки  газов

2. Адсорбционный и хемосорбционный метод

2.1 Основные понятия

2.2 Активные угли 

2.3 Силикагели 

2.4 Алюмогели

2.5 Цеолиты 

2.6 Иониты 

4. Заключение
5. Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Начиная со второй половины ХХ в. газовая промышленность становится наиболее быстро развивающейся  отраслью топливно-энергетического  комплекса. Продукция этой отрасли обеспечивает потребность всей промышленности (около 45% общего народнохозяйственного потребления), тепловой электроэнергетики (35%), коммунального бытового хозяйства (более 10%). Газ – самое экологически чистое природное топливо и ценное сырье для производства химической продукции. За последние десятилетия мировое потребление природного газа росло более высокими темпами по сравнению с другими видами энергии. В России, имеющей свыше 40% прогнозных топливных ресурсов планеты, доля природного газа в топливно-энергетическом балансе страны за последние 50 лет увеличилась с 1 до 50%. В настоящее время энергетическая стратегия России, несмотря на снижение общего объема добычи газа, предусматривает дальнейшее увеличение его удельного веса в производстве первичных энергоресурсов.

Интенсивные темпы развития газовой промышленности обусловлены высоким уровнем  развития ее подотраслей – добычи, подготовки, транспорта и системы распределения (газоснабжения). В последние годы введены в эксплуатацию гигантские газовые и газоконденсатные месторождения с высокопроизводительными установками комплексной подготовки газа (УКПГ) к транспорту, расположенные в районах Сибири и Крайнего Севера.

Помимо  использования природного газа в  качестве топлива, он находит применения в различных областях промышленности. Эффективно используется газ в сельском хозяйстве. Система газового инфракрасного  отопления с применением жидкого  газа создает благоприятные микроклиматические и зоологические условия на животноводческих фермах. Жидкий газ используется в  сушилках с газовыми горелками или  инфракрасными излучателями для  сушки зерна, фруктов и т.д. Газ  используют в теплицах при выращивании  ранних овощей. Газ, сгорая в теплице, не только поддерживает необходимую температуру, но и повышает содержание углекислоты внутри теплицы, что значительно увеличивает урожайность огурцов, помидоров, а также ускоряет их созревание. Большие возможности для химической промышленности открылись с появлением газа. Путем различных способов переработки из газа получают синтетические материалы и пластмассы, органические кислоты, каучук, лекарственные и моющие вещества, минеральные удобрения и ядохимикаты, водород, этилен и ацетилен, окись углерода, спирты и красители.

В связи  с возрастающим спросом на природный  газ необходимы конструктивные решения, направленные на усовершенствование подотраслей газовой промышленности (добычи, подготовки, транспорта и системы газораспределения), что позволит рационализировать поставку газа на внутрироссийские нужды и на экспорт для дальнейшего улучшения энергетической и экономической эффективности. Также необходимы разработки, связанные с увеличением количества извлекаемых полезных компонентов из добываемого природного газа. Разумеется, все эти действия не должны противоречить экологическим нормам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретическая часть

 Природный газ, поступающий из скважин, содержит механические примеси (песок, пыль), которые увеличивают абразивный износ газовых тракторов компрессоров, а углеводородный конденсат, пары воды и свободную влагу с растворенными в ней солями – они вызывают трудности (главным образом – коррозию, образование гидратов или льда, что является причиной возникновения пробок в нем) при транспортировки газа по трубопроводу.

Для удаления механических примесей используются сепараторы различных конструкций. Для предотвращения конденсации воды из газа при его  охлаждении и образовании гидратов одним из наиболее важных звеньев  в процессе подготовки газа транспорту является искусственная осушка, с  помощью которой добиваются состояния  газа, когда его точка росы ниже, чем температура транспортировки.

По своему классификационному признаку методы осушки газов подразделяются на три основные группы:

1. Физические

В основе лежит искусственное охлаждение газов, компримирование их, а также сочетание компримирования с охлаждением. Осуществляются следующими способами:

• вымораживанием влаги из газа с использованием низких температур атмосферы;
• охлаждением газа с дополнительным компримированием и без него;
• инжекцией химических веществ в газовый поток промысловых газосборных трубопроводов с последующим улавливанием продуктов гидратации на сепарационных и центральных установках;
• низкотемпературной сепарацией (т.е. охлаждением природного газа с последующим разделением газоконденсатной смеси в сепараторе на жидкую и газовую фазы).

 

2. Химические 

Химическая  реакция между водой и химическими  веществами может быть столь полной, что образующиеся при этом продукты гидратации будут иметь чрезвычайно  низкую упругость водяных паров. Имеются химические реагенты, обеспечивающие практически полную осушку газа. Однако эти реагенты очень трудно или  вообще невозможно регенерировать, что  делает их непригодными для использования  в качестве промышленных осушителей. Они широко применяются при лабораторном определении влажности газов.

3. Физико-химические

Основаны  на поглощении влаги различными поглотителями (сорбентами) и делятся на две  основные группы: адсорбция (с применением  твердых сорбентов) и абсорбция (с  применением жидких сорбентов).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Способы осушки

 

1. Абсорбционный метод

1.1 Основы процесса

Абсорбция жидкостями применяется  в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов  азота, паров кислот (НСI, HF, H₂SO₄), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители).

Абсорбционный метод реализует  процессы, происходящие между молекулами газов и жидкостей. Если отсутствует  взаимодействие между распыливающейся жидкостью и орошаемым газом, то эффективность поглощения компонентов из паровоздушной смеси определяется только равновесием пар-жидкость.

Скорость поглощения газа жидкостью  зависит от:

а) диффузии поглощаемых веществ  из газового потока к поверхности  соприкосновения с поглощающей  жидкостью;

б) перехода газовой частицы к  поверхности жидкости;

в) диффузии абсорбированных веществ в промывной жидкости, где устанавливается равновесие;

г) химической реакции (если она имеет  место).

Абсорбционная очистка применяется  как для извлечения ценных компонентов  из газового потока и возврата их снова  в технологический процесс для  повторного использования, так и  для поглощения из выбросных газов  вредных веществ с целью санитарной очистки газов. Обычно рационально  использовать абсорбционную очистку, когда концентрация примесей в газовом  потоке превышает 1%(об). В этом случае над раствором существует определенное равновесное давление поглощаемого компонента, и поглощение происходит лишь до тех пор, пока его парциальное давление в газовой фазе выше равновесного давления его над раствором. Полнота извлечения компонента из газа при этом достигается только при противотоке и подаче в абсорбер чистого поглотителя, не содержащего извлекаемого вещества.

 

1.2 Физическая и химическая абсорбция

 

Принято различать физическую и  химическую абсорбцию (хемосорбцию). При  физической абсорбции молекулы удаляемого газа компонента не вступают в химическое взаимодействие с молекулами поглощающей  жидкости. Однако процесс поглощения газов жидкостями разделяется на физическую и химическую абсорбцию  условно. На самом деле это сложное  физико-химическое явление.

В качестве абсорбента в принципе может быть использована любая жидкость, в которой извлекаемая из газового потока примесь достаточно растворима. Но для эффективного использования жидкий поглотитель должен обладать высокой поглощающей способностью, хорошей избирательностью по отношению к поглощаемому веществу, термохимической устойчивостью, малой летучестью, хорошей способностью к регенерации, небольшой вязкостью и невысокой стоимостью, а также не оказывать коррозионного действия на аппаратуру. Следует отметить, что универсальной жидкости, которая удовлетворяла бы всем приведенным требованиям не существует. В каждом отдельном случае подбирают абсорбент, который наиболее полно удовлетворяет ряду требований.

При физической абсорбции в качестве абсорбента чаще всего используют воду, а также органические растворители и минеральные масла, не реагирующие  с извлекаемым из газа веществом. При химической абсорбции применяют  водные растворы щелочей и химических окислителей (перманганата калия, гипохлорита  натрия, броматов, перекиси водорода и других), а также водные растворы моно- и диэтаноламина, аммиака, карбоната натрия и калия, трикалийфосфата.

Одним из параметров, определяющих выбор  адсорбента, является способность примесей, содержащихся в отработанных газах, растворяться в данном абсорбенте.

 

1.3 Применение абсорбционной очистки

 

Абсорбционная очистка - непрерывный  и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного  раствора и его возвращением в  начале цикла очистки. Применение абсорбционного метода очистки обусловлено высокой  интенсивностью абсорбционных процессов, позволяющей создавать высокопроизводительные газоочистные установки, возможностью применения метода для очистки газов, содержащих и вредные газы, и пыль, и, наконец, наличием огромного опыта  эксплуатации абсорбционного оборудования в различных технологических  процессах и в первую очередь  в химической технологии.

 

1.4 Недостатки и преимущества абсорбционного метода осушки газов

 

Абсорбционный метод очистки газов не свободен от определенных недостатков, связанных, прежде всего, с громоздкостью оборудования. Этот метод достаточно капризен в  эксплуатации и связан с большими затратами. К недостаткам абсорбционного метода следует отнести также  образование твердых осадков, что  затрудняет работу оборудования, и  коррозионную активность многих жидких сред. Однако, не смотря на эти недостатки, абсорбционный метод еще широко применяется в практике газоочистки, так как он позволяет улавливать наряду с газами и твердые частицы, отличается простотой оборудования и открывает возможности для  утилизации улавливаемых примесей

2. Адсорбционный и хемосорбционный метод

2.1 Основные понятия

 

Адсорбционные методы используют для очистки газов  с невысоким содержанием газообразных и парообразных примесей. В отличие  от абсорбционных методов они  позволяют проводить очистку  газов при повышенных температурах.

Целевой компонент, находящийся в подвергаемой очистке газовой фазе, называют адсорбтивом, этот же компонент в адсорбированном состоянии — адсорбатом.

Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При физической адсорбции  поглощаемые молекулы газов и  паров удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, при хемосорбции— химическими силами.

В качестве адсорбентов используют пористые материалы  с высокоразвитой внутренней поверхностью. Последние могут иметь синтетическое или природное происхождение.

Внутренняя  структура наиболее распространенных на практике промышленных адсорбентов  характеризуется наличием 'различных  размеров и форм пустот или пор, среди  которых различают макро-, переходные (мезо-) и микропоры. Суммарный объем последних в единице массы или объема адсорбента определяет в решении задач газоочистки как скорость (интенсивность) поглощения целевого компонента, так и адсорбционную способность (величину адсорбции) твердым поглотителем этого компонента.

Суммарный объем микропор обычно не превышает 0,5 см³/г. Их размеры условно ограничены величиной эффективного радиуса r_эф=1,5*10^-9 м и соизмеримы с r_эф адсорбируемых молекул. Характерной особенностью адсорбции в микропорах в этой связи является заполнение их объема адсорбируемыми молекулами.

Переходные  поры характеризуются величинами эффективных  радиусов от 1,5*10^-9 до 2*10^-7 м. В отличие от микропор в них возможна слоевая моно- или полимолекулярная адсорбция, так как адсорбционные силы здесь не перекрывают всего объема пор ввиду небольших полей их действия. Завершение заполнения объема переходных пор происходит при определенных условиях по механизму капиллярной конденсации, вызываемой понижением давления пара адсорбируемого вещества над вогнутым под действием сил поверхностного натяжения мениском жидкости в порах (капиллярах). Отнесенная к единице массы удельная поверхность переходных пор промышленных адсорбентов обычно находится в интервале 10 — 400 м²/г.

Макропоры промышленных адсорбентов обладают размерами эффективных радиусов, превосходящими 2*10^-7м. Удельная поверхность этой разновидности пор обычно составляет лишь 0,5 -