В статье рассмотрена работа абсорбционной установки, описана сущность процесса осушки углеводородного газа, проведен сравнительный анализ по основным характеристикам абсорбентов.
Ключевые слова: осушка природного газа, этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, газовые гидраты, абсорбер,подготовка и переработка.
На сегодняшний день в России газовая промышленность является одной из самых передовых отраслей. Развитие газовой промышленности обуславливает большая потребность в данном виде топлива, потому что основная часть добытого газа в России идет на экспорт. Природный газ считается экологически чистым и с точки зрения добычи наиболее экономически выгодным относительно других видов топлива. Как топливо газ применяется во многих отраслях промышленности и практических заменил или частично заменил уголь, кокс, мазут, а в химической отрасли является сырьем.
Парообразная влага или в виде капель в газе приводит к образованию гидратов в магистралях и нефтегазовом оборудовании. На практике о влагосодержании природного газа судят по его точке росы, понимая под этим температуру, ниже которой водяной пар конденсируется (выпадает из газа в виде «росы»). Газовые гидраты — это твердые кристаллические соединения органических и неорганических компонентов газа и молекул воды. Возникновение гидратов в виде льда на внутренних стенках корпусов аппаратов и трубопроводов приводят к уменьшению внутреннего сечения, а в противном случае к полной закупорке. А присутствие таких неорганических компонентов в газе как сероводород или диоксид углерода способствуют появлению коррозии. Следовательно, предотвращение образования гидратов является актуальной задачей. Осушка природного газа считается обязательной частью в технологии подготовки и переработки газа.
При осушке углеводородного газа чаще всего применяют абсорбционные и адсорбционные методы. Главным отличием данных методов является, вид поглотителя, который будет поглощать воду из углеводородного газа. При абсорбции применяется поглотитель в жидком виде (гликоль C₂H₄(OH)₂, диэтиленгликоль C₄H₁₀O₃ и триэтиленгликоль C₆H₁₄O₄), а при адсорбции в твердом (силикагели или цеолиты). Для реализации этих процессов используют абсорбционные и адсорбционные установки соответственно.
На отечественных производствах наиболее широко распространены абсорбционные установки осушки газа (рисунок 1). Процесс абсорбции предполагает подачу природного газа в нижнюю часть абсорбера, а в верхнюю часть аппарата поглотитель, который при контакте на тарелках абсорбера поглощает влагу из газа. После этого насыщенный газ отправляется в сепаратор разделения газа и жидкости. В установке также предусмотрен подогрев и регенерация абсорбента, и затем цикл повторяется.
|
|
|
Рис. 1. Установка осушки газов гликолями: 1 — сепаратор; 2 — абсорбер; 3 — десорбер; 4 — теплообменник; 5 — кипятильник; 6 — холодильник; I — исходный газ; II — осушенный газ; III — гликоль; IV — обводненный гликоль; V — вода |
Гликоли применяются чаще всего в роли абсорбента для осушки природного газа, а для извлечения тяжелых углеводородов — углеводородные жидкости. Одним из первых абсорбентов, применявшихся еще в 1929 г. для осушки топливного газа, был глицерин [1]. С 1936 г. для этих целей стали применять диэтиленгликоль, а несколько позже и триэтиленгликоль. Все абсорбенты, которые используются в процессе, должны иметь следующие характеристики:
– высокая взаиморастворимость с водой;
– стабильность при регенерации;
– низкая вязкость при заданной температуре абсорбции;
– низкой коррозионной способностью;
– малое пенообразование.
Основными абсорбентами на современных производствах считаются диэтиленгликоль (ДЭГ) и триэтиленгликоль (ТЭГ), а в качестве ингибитора гидратообразования применяют этиленгликоль (ЭГ). Основные свойства гликолей приведены в таблице 1 [2].
Таблица 1
Физико-химические свойства гликолей
|
Показатели |
ЭГ |
ДЭГ |
ТЭГ |
|
Молекулярная масса |
62,07 |
106,12 |
150,18 |
|
Относительная плотность |
1,116 |
1,118 |
1,126 |
|
Температура кипения, °С |
197,3 |
244,8 |
278,3 |
|
Давление насыщенных паров при 20°С, мм рт ст |
-0,06 |
0,01 |
0,01 |
|
Температура замерзания, °С |
-13 |
-8 |
-7,2 |
|
Вязкость при 20°С, МПа с |
20,9 |
35,7 |
47,8 |
|
Удельная теплоемкость, кДж/(кг • К) |
2,35 |
2,09 |
2,20 |
|
Критическая температура, °С |
376 |
410 |
440 |
|
Критическое давление, МПа |
8,26 |
5,10 |
3,72 |
|
Коэффициент теплопередачи при нагреве или охлаждении жидкости |
0,49 |
0,50 |
0,49 |
|
нагреве или охлаждении паров |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
|
конденсации паров |
0,28 |
0,17 |
0,15 |
|
кипении жидкости |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
|
Температура разложения, °С |
- |
164 |
206 |
Проведя анализ физико-химических свойств гликолей, можно сделать вывод, что большая упругость паров у этиленгликоля, чем у ДЭГ и ТЭГ, это значит, его унос с газом выше, поэтому он не получил широкого распространения. В ТЭГ растворимость газа на 25–30 % выше, чем в ДЭГ, ДЭГ меньше вспенивается, это считается преимуществом перед триэтиленгликолем. Но высокая степень осушки природного газа может быть при использовании ТЭГ и, следовательно, это ведет к снижению «точки росы».
Из таблицы 1 видно, что температура разложения триэтиленгликоля больше чем у остальных гликолей из этого следует, что данный абсорбент можно регенерировать или восстанавливать без вакуума. Процент регенерации ТЭГ может доходить до 98 % при атмосферном давлении, а ДЭГ до 96 %, эффективность восстановления гликоля напрямую зависит от глубины степени осушки. Чем выше концентрация подаваемого гликоля, тем глубже степень осушки. Восстановление абсорбентов данного вида проводится до получения первоначального раствора (свежего). Также гликоли не коррозируют с углеродистыми сталями.
Литература:
- Гуревич, И. Л. Технология переработки нефти и газа [Текст]. Ч.1: Общие свойства и первичные методы переработки нефти и газа / И. Л. Гуревич; Под ред. А. Г. Сарданашвили. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1973. — 360с.
- Мишин В. М., Переработка природного газа и конденсата: Учебник для системы непрерывного фирменного профессионального обучения рабочих в обществах и организациях ОАО «Газпром». М.: Издательский центр «Академия», 1999. 448 с.
