5.2.3. Влияние различных параметров и процесс абсорбционной осушки

Температура. Как уже отмечено выше, процесс абсорбции проводят при температурах от 10 до 40-70 ⁰С. Чем ниже температура процесса, тем эффективнее идет процесс абсорбции. Однако более низкие, чем +10 ⁰С, температуры процесса приводят к значительному увеличению вязкости абсорбента и к росту затрат на его охлаждение. Верхний предел температур объясняется снижением эффективности процесса и уменьшением депрессии точки росы, а также высокой испаряемостью абсорбента.

Процесс десорбции проводят, наоборот, при высоких температурах (до 160-200 ⁰С), которая ограничена температурой разложения гликолей (см. табл. 5.3).

Давление. Давление в абсорбере сравнительно мало влияет на процесс осушки газа и в основном определяется требуемым давлением осушенного газа. Давление на промышленных установках достигает 14 МПа.

Процесс десорбции проводят практически под атмосферным давлением или даже под вакуумом.

Кратность циркуляции абсорбента. Кратность циркуляции абсорбента определяется требуемой депрессией точки росы; чем выше депрессия, тем больше должна быть кратность циркуляции. Однако влияние этого параметра на глубину осушки газа уменьшается свыше некоторого ее значения (например, для ТЭГа это влияние уменьшается при кратности свыше 55-65 л на 1 кг извлекаемой влаги), но при этом возрастают эксплуатационные и капитальные затраты. Большинство установок осушки ТЭГом эксплуатируются при кратности циркуляции абсорбента 10-35 л на 1 кг извлекаемой из газа влаги [16].

Расход подаваемого в абсорбер абсорбента определяется из формулы:

G_а = , (5.3)

где G_а - расход абсорбента, кг/ч;

V_г - количество осушаемого газа, м³/сут;

DW - количество влаги, извлекаемой из газа, кг/м³;

g - удельный расход абсорбента, кг/кг влаги.

Кратность подачи абсорбента зависит также от конструкции абсорбера и эффективности контактных устройств в нем.

Концентрация регенерированного абсорбента. Наибольшее влияние на величину депрессии точки росы осушаемого газа оказывает концентрация гликоля в растворе абсорбента, подаваемого в абсорбер. Значения равновесной точки росы газа, которые можно в принципе обеспечить водными растворами гликолей, определяются по специальным графикам, построенным для каждого абсорбента в отдельности (рис. 5.3). Эта равновесная точка росы является минимально возможной на выходе газа из абсорбера.

На промышленных установках осушить газ до равновесной точки росы невозможно, так как он контактирует с гликолем расчетной концентрации только на одной верхней тарелке, а на остальных тарелках – с более разбавленным раствором гликоля (разбавление происходит в результате насыщения абсорбента водой). Поэтому на технологических установках фактическая точка росы осушенного газа на 5-11 ⁰С выше равновесной, при этом достигаемая точка росы обычно бывает не ниже минус 25¸ минус 30 ⁰С, а депрессия – 30-40 ⁰С при концентрации регенерированного абсорбента – 98,0-98,7 %). При использовании низких температур в дальнейшей переработке газа такая осушка газа оказывается недостаточной.

Для более глубокой осушки необходимы гликоли с высокой концентрацией в растворе (до 99,8-99,9 %). В этом случае депрессия точки росы может достигать 85-90 ⁰С.

При регенерации под атмосферным давлением и рибойлерным подводом тепла в куб десорбера можно достичь концентрацию ДЭГа до 97,5 %, а ТЭГа - 98,7-99,0 % [17].

Для повышения концентрации регенерированного абсорбента, а следовательно, и эффективности осушки применяется:

- регенерация под вакуумом;

- ввод отпарного газа в десорбер;

- азеотропная перегонка.

Для регенерации гликолей под вакуумом используется обычно давление 0,006-0,008 МПа. При этом температура регенерации ДЭГа составляет 120-150⁰С и достигается его 98,5-99,3 %-ная концентрация, при температуре регенерации ТЭГа не выше 204 ⁰С достигается концентрация раствора до 99,5 %. При применении таких высококонцентрированных растворов депрессия точки росы достигает 50-70 ⁰С.

Вакуум в десорбере или испарительной камере создается с помощью вакуум-насоса или пароструйного эжектора.

При регенерации гликоля отпарным газом в десорбер подается осушенный природный или инертный газ для понижения парциального давления водяного пара. Концентрация гликоля при этом повышается до 99,9 %. Установлено, что влияние газа отпарки больше сказывается на повышении концентрации ТЭГа, чем ДЭГа. Расход газа отпарки составляет 10-60 м³/ м³ гликоля.

Для снижения затрат на регенерацию абсорбентов вместо газа отпарки используются бензол, толуол, ксилол и другие низкокипящие вещества, образующие с водой азеотропные смеси. Ввод этих веществ осуществляется через перфорированную трубу под уровень горячего раствора гликоля в количестве не более 10% от общей массы абсорбента. Равномерно распределяясь по сечению и поглощая влагу, введенное вещество образует азеотропную смесь, кипящую при температуре более низкой, чем вода. При азеотропной регенерации концентрация абсорбента достигает 99,99 %, а точка росы осушенного газа достигает – 75 ⁰С.

В целях сокращения расхода отпарного газа и азеотропного агента иногда применяется двухступенчатая осушка. В этом случае в абсорбер подаются два потока абсорбента: грубо регенерированный – примерно в середину колонны и тонко регенерированный – в верхнюю часть абсорбера.

Грубо регенерированный абсорбент поглощает основную часть влаги из газа в нижней части абсорбера. Частично осушенный газ в верхней части абсорбера контактирует с высококонцентрированным потоком гликоля, где и достигается требуемая точка росы газа. В этом случае для регенерации насыщенного гликоля используются две колонны – в одной осуществляется грубая регенерация всего потока насыщенного гликоля, в другую направляется только часть грубо регенерированного раствора и доводится в ней до высоких концентраций.

Применение двухступенчатой схемы регенерации гликоля снижает энергетические затраты и расход газа отпарки или азеотропного агента. Максимальная депрессия точки росы с использованием ТЭГа в качестве абсорбента по этой схеме достигает 90 ⁰С.

Контактные элементы абсорбера. Общий коэффициент полезного действия ректификационных тарелок в абсорбере находится в пределах 25-40 %. Наилучшими контактными элементами гликолевых абсорбентов являются колпачковые тарелки [16], так как они устойчиво работают при изменяющейся производительности установки по газу. Клапанные тарелки различных конструкций, в которых величина сечения для прохода газа увеличивается с увеличением скорости потока, имеют высокую по сравнению с колпачковыми тарелками производительность, но они малоэффективны при скоростях газа ниже расчетной из-за провала абсорбента через отверстия под клапана. Насадочные абсорберы имеют узкий диапазон устойчивой работы и обычно применяются на небольших промысловых установках, где величина депрессии точки росы, равная 28-34 ⁰С, вполне достаточна.

Количество тарелок в абсорбере составляет 4-20 штук.

Наличие в газе углеводородного конденсата. Наличие в газе углеводородного конденсата (особенно ароматических углеводородов) приводит к его растворению в растворе абсорбента, что снижает его осушающую способность, увеличивает вспениваемость и унос гликоля.

Наличие в газе соленой пластовой воды. Соленая пластовая вода может попадать в газ при его сепарации. Соли растворяются в гликолях, снижая тем самым их осушающую способность, а также осаждаются на поверхностях аппаратов (особенно, теплообменных) и ухудшают энергетические показатели работы установок. При содержании солей в ДЭГе более 5 % он практически непригоден для осушки [17].

Для поддержания высокой эффективности процесса абсорбционной осушки периодически проводят обессоливание гликолей с применением ионитных фильтров и химических реагентов.

Наличие в газе сероводорода. Наличие в газе сероводорода влияет на влагоемкость газа, его температуру гидратообразования, вспениваемость раствора, а также на коррозионную и эрозионную способность газа. Количество влаги в газе, содержащем 10-15 % сероводорода, примерно в два раза больше, чем у бессернистых газов при одних и тех же условиях, а температура гидратообразования выше.

Для предотвращения коррозии при осушке сероводородсодержащих газов перед десорбером обычно устанавливают отдувочную колонну для удаления из насыщенного абсорбента сероводорода, в основном, за счет снижения давления по сравнению с абсорбером.

Для снижения вспениваемости растворов абсорбента при переработке сероводородсодержащих газов их подвергают фильтрации на активных углях. Скорости потоков сероводородсодержащего газа на установках абсорбционной осушки не должны превышать 20 м/с во избежание эрозии.