авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Совершенствование технологии очистки газа от примесей с использованием жидких поглотителей и защитного слоя адсорбента

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Шеин Андрей Олегович

Совершенствование технологии очистки газа от примесей
с использованием жидких поглотителей
и защитного слоя адсорбента

Специальность 05.17.07 – "Химия и технология топлив и специальных продуктов"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа – 2009

Работа выполнена в ОАО "Научно-исследовательский и проектный институт
по переработке газа" (г. Краснодар).

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Аджиев Али Юсупович.
Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Самойлов Наум Александрович; доктор технических наук, старший научный сотрудник Сахабутдинов Рифхат Зиннурович.
Ведущая организация Волжский научно-исследовательский институт углеводородного сырья.

Защита диссертации состоится "30" сентября 2009 года в 15-30 на заседании диссертационного совета Д 212. 289. 03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного
нефтяного технического университета

Автореферат разослан "___" _______ 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета. Абдульминев К.Г.

Общая характеристика работы

Актуальность диссертационной работы

Одной из проблем при подготовке и переработке попутного нефтяного газа являются повышенное старение сорбентов и износ оборудования, обусловленные воздействием агрессивных примесей, поступающих с сырьем на газоперерабатывающие заводы (ГПЗ).

К агрессивным примесям, присутствующим в газе, относятся: нефть, мехпримеси, поверхностно-активные вещества (ПАВ), ингибиторы коррозии, соли щелочных и щелочноземельных металлов (в основном хлориды), содержащиеся в пластовой воде. Перечисленные примеси поступают на ГПЗ в виде капельных взвесей и аэрозолей. В том или ином количестве в газе на входе ГПЗ содержатся все виды аэрозольных примесей, образующихся в результате введения в нефтяные скважины и трубопроводы реагентов и ингибиторов коррозии трубопроводов. Поэтому проблема защиты оборудования и сорбентов от агрессивных примесей является для газоперерабатывающей подотрасли важной и актуальной.

В данной работе рассматриваются вопросы защиты от агрессивных примесей компрессорных станций, сорбентов и оборудования установок абсорбционной и адсорбционной осушки и очистки газа методом водной промывки газа, а также применением защитного слоя для адсорбентов.

Цель диссертационной работы: разработка технологий очистки газа от примесей с использованием жидких поглотителей и защитного слоя адсорбента.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

  • провести экспериментальные исследования влияния защитного слоя на динамику снижения емкости основного слоя адсорбентов осушки газа;
  • разработать математическую модель изменения динамической емкости адсорбента при осушке газа, насыщенного примесями;
  • провести экспериментальные исследования процесса промывки газа от агрессивных примесей;
  • разработать математическую модель процесса промывки газа, насыщенного примесями (хлориды, ПАВ, тяжелые углеводороды).

Научная новизна работы заключается в следующем:

  • исследована динамика падения адсорбционной емкости синтетического цеолита (на примере СаА) под воздействием ПАВ (ОП-10) и капельной влаги, содержащей хлорид-ионы, без защитного слоя и с защитным слоем из природного сорбента – клиноптилолита;
  • разработана математическая модель изменения динамической емкости адсорбента с защитным слоем и без него при осушке газа, насыщенного примесями;
  • разработана математическая модель процесса промывки газа в тарельчатом скруббере, позволяющая рассчитать содержание примесей в очищенном газе, которая дает возможность проведения поверочного и проектного расчетов процесса промывки;
  • Определено влияние технологических параметров процесса промывки (расход и качество орошения скруббера и подпитки поглотителя) на содержание примесей в очищенном газе;
  • разработана технология очистки газа циркулирующей водой, регенерация которой происходит за счет рекуперации тепла скомпримированного газа (патент РФ
    № 2224581).

Практическая ценность работы заключается в том, что результаты работы использованы в проектах реконструкции Губкинского и Южно-Балыкского ГПК, в исходных данных для проектирования узла промывки на Муравленковском ГПЗ, в проекте строительства УКПГ Кошехабльского газоконденсатного месторождения.

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены на XXI Всероссийском межотраслевом совещании "Нефтяной газ: проблемы и перспективы" (г. Краснодар, 2001 г.), семинаре “Проблемы утилизации попутного нефтяного газа и энергетическое обеспечение предприятий нефтегазового комплекса” (г. Санкт-Петербург, 2002 г.), XXII Всероссийском межотраслевом совещании "Сбор, подготовка и переработка легкого углеводородного сырья" (г. Краснодар, 2003 г.), XXIII Всероссийском межотраслевом совещании (г. Краснодар, 2005 г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликованы 3 статьи (в журнале "Нефтяное хозяйство" №1 2003 г., №1 2005 г., и "Башкирском химическом журнале", №1, 2009 г.), тезисы
2 докладов, получено 2 патента РФ № 2224581 от 25.11.02 и № 2236891 от 25.11.02 и.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы, приложений. Работа изложена на 210 страницах, содержит 45 рисунка и 71 таблиц. Список использованных источников включает 158 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы и сформулирована цель работы.

В первой главе представлен обзор данных литературы по теме диссертации.

Одной из причин неудовлетворительной работы оборудования ГПЗ и сорбентов осушки и очистки газа является присутствие в сырьевом газе примесей (капель и твердых частиц). В результате обследований Белозерного, Сургутского и Нижневартовского ГПЗ были определены количественные характеристики примесей в сырьевом газе
(таблица 1), характеризующие наличие в газе примесей при установившемся режиме работы.

Таблица 1 – Содержание примесей в газах, поступающих на ГПЗ Западной Сибири после входных сепараторов, мг/нм

3

Наименование примесей Белозерный ГПЗ Сургутский ГПЗ Нижневартовский ГПЗ
Мехпримеси 2,0 – 5,0 0,5 – 2,0 0,5 – 1,0
Нефть, масло, смолы 2,0 – 4,0 1,7 – 1,9 2,5 – 3,0
Хлориды 10,0 – 14,0 17,0 – 20,0 1,0 – 2,0
ПАВ 0,4 – 0,8 0,4 – 0,6 0,2 – 0,4

Анализ опубликованных данных позволяет установить влияние примесей на работу установок подготовки газа к транспорту и переработке:

  1. Присутствие мехпримесей в газе способствует эрозивному износу и коррозионному разрушению трубопроводов, деталей проточной части компрессоров, преждевременному старению сорбентов осушки газа.
  2. Тяжелые углеводороды в совокупности с мехпримесями образуют шлам, скапливающийся в трубном и межтрубном пространстве теплообменников. Накопление в гликоле тяжелых углеводородов и продуктов разложения гликоля способствуют увеличению его вязкости и уменьшению поглотительной способности по воде. Кроме того, попадание в гликоль тяжелых углеводородов и ПАВ способствует образованию эмульсии и пены, что приводит к значительным потерям гликоля. Попадание ПАВ и тяжелых углеводородов на адсорбенты осушки приводит к образованию отложений высокомолекулярных углеводородов, что влечет за собой падение динамической емкости и сокращение срока службы адсорбента.
  3. Присутствие во взвешенной в газе капельной влаге хлоридов и других солей приводит к увеличению коррозии в емкостях, трубопроводах и сепараторах, где присутствует водная фаза. Наиболее распространенной солью, растворенной в пластовой воде, является хлорид натрия. Хлорид натрия, вследствие высокой растворимости в воде, является наиболее вероятным виновником коррозионного растрескивания под напряжением. Также агрессивными являются такие соли, как MgCl2, AlCl3 и LiCl, которые могут вызывать быстрое растрескивание нержавеющей стали и разрушение сорбентов при высокой температуре и влажности. Разрушение адсорбентов под воздействием хлоридов и других солей происходит во время регенерации.
  4. В процессе эксплуатации установок абсорбционной осушки газа наличие минеральных солей приводит к ухудшению качества гликоля, снижению его осушающих свойств и повышению точки росы осушенного газа, а также к повышенным отложениям на теплопередающих поверхностях.

Можно выделить следующие основные способы решения проблемы очистки газа от примесей:

  • использование сепараторов тонкой очистки;
  • очистка газа от примесей методом промывки;
  • применение защитного слоя адсорбента в схемах адсорбционной осушки;
  • очистка жидкого сорбента от примесей комплексной фильтрацией, адсорбцией и хемосорбцией в схемах абсорбционной осушки и сероочистки.

Ни один из указанных выше способов не может полностью решить проблему очистки газа от примесей. Только их оптимальное совместное использование обеспечивает максимальную защиту оборудования и сорбентов от воздействия примесей и увеличивает эффективность процессов очистки и осушки газа, а следовательно, и последующей его переработки.

Во второй главе представлены методики экспериментальных исследований.

Проведены следующие экспериментальные исследования:

  • определение влияния примесей на динамическую емкость адсорбентов по воде;
  • определение влияния защитного слоя адсорбента на динамику падения емкости адсорбента по воде;
  • проверка адекватности математической модели промывки.

Определение влияния примесей на динамическую емкость адсорбентов по воде проводилось в 2 стадии. На первой стадии подбирались условия для организации насыщения газа примесями до требуемой концентрации. На второй стадии определялись зависимости изменения адсорбционной емкости цеолита СаА от количества проведенных циклов осушки газа, насыщенного примесями до выбранных концентраций (суммарного количества примесей, попавших на цеолит).

Падение динамической емкости адсорбента в присутствии примесей может происходить либо за счет его разрушения под действием химически активных веществ, либо образования на его поверхности отложений. В качестве примеси, моделирующей разрушение адсорбента, использован хлорид натрия, а вызывающей отложения высокомолекулярных углеводородов на адсорбенте – ПАВ ОП-10.

В качестве адсорбента осушки газа испытывался синтетический цеолит марки СаА (ТУ 38.10281-88) с размером гранул по среднему диаметру 2-3 мм, как аналог адсорбента SP-1335, применяемого ранее на установках осушки газа в промышленных условиях (Белозерный, Сургутский, Нижневартовский ГПЗ).

Концентрация примесей в газе, поступающем на адсорбент, задавалась такой, при которой поступление примесей на адсорбент (г/г адсорбента) в течение 10 опытов будет сравнимо с поступлением, как в промышленных условиях в течение 1 года.

Для определения влияния защитного слоя на динамику падения емкости адсорбента осушки газа проводились экспериментальные исследования осушки газа, насыщенного примесями, комбинированным адсорбентом с защитным слоем. Исследования проводились в той же последовательности и по тем же методикам, что и исследования динамики падения емкости адсорбента осушки газа без защитного слоя, с единственным отличием – в верхнюю часть адсорбера до слоя муллита засыпался защитный слой – клиноптилолит в количестве 5, 8, 10 и 12 % об. от количества основного слоя адсорбента.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований и их обсуждение.

В результате проведенных исследований составлены математические модели:

  • изменения динамической емкости адсорбента с защитным слоем и без защитного слоя под действием примесей, поступающих на адсорбент с газом;
  • промывки газа (влажной очистки газа от примесей).

Модель изменения динамической емкости адсорбента

Модель изменения динамической емкости адсорбента при осушке газа, насыщенного примесями, разработана на основе экспериментальных данных.

Известно, что изменение динамической емкости адсорбента в результате отложения высокомолекулярных углеводородов (кокса) описывается экспоненциальной зависимостью (обзорная информация ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1987). Поскольку процессы отложения углеводородов и отложения солей основаны на блокировании активных центров адсорбентов, то и для математического описания этих процессов могут быть использованы подобные уравнения. Тогда зависимость текущей емкости адсорбента от количества хлоридов, поступивших на адсорбент, и высокомолекулярных углеводородов на его поверхности может быть описана формулой

, (1)

где – текущая динамическая емкость адсорбента (г/100г);

– исходная динамическая емкость адсорбента (г/100г);

и – коэффициенты, зависящие от природы адсорбента и адсорбируемого вещества;

– содержание отложений высокомолекулярных углеводородов на адсорбенте (% масс.);

– количество хлоридов, поступивших на адсорбент, (% масс.).

Значения коэффициентов и определялись на основании экспериментальных данных.

Зависимости натурального логарифма относительной адсорбционной емкости цеолита от содержания на нем высокомолекулярных углеводородов или от относительной массы поступивших на адсорбент хлоридов носит линейный характер (рисунок 1). Это является еще одним свидетельством в пользу возможности использования одинаковых математических зависимостей для описания процессов.

0 10 20 30 40

Зависимость содержания отложений высокомолекулярных углеводородов на адсорбенте от времени определяется по формуле

,

где – процент высокомолекулярных углеводородов, оставшихся на адсорбенте в виде отложений (% масс.);

– расход газа (нм3/ч);

– содержание высокомолекулярных углеводородов в капельной жидкости, присутствующей в газе (мг/нм3);

– время (ч);

– масса адсорбента (т).

Зависимость количества хлоридов, поступивших на адсорбент, от времени:

,

где – содержание хлоридов в капельной жидкости газа (мг/нм3).

Таким образом, зависимость динамической емкости адсорбента от времени определяется по формуле

. (2)

Сравнение адсорбционной емкости цеолита СaA проведено по данным, полученным при обследовании Сургутского и Нижневартовского ГПЗ и расчете по математической модели (кривые, рисунок 2), показывает удовлетворительное совпадение.

По данным обследования Сургутского ГПЗ установлено, что на момент замены адсорбента (1 год после загрузки) динамическая емкость адсорбента по парам воды составляла 5,24 г/100 г. Согласно расчету по представленной модели, через год эксплуатации адсорбента его динамическая емкость по парам воды должна соответствовать
4,85 г/100 г. Таким образом, относительная ошибка составляет 7 %, что свидетельствует о достаточной адекватности математической модели падения динамической емкости под воздействием хлоридов и высокомолекулярных углеводородов условиям реального протекания адсорбционной осушки газа.

При проведении обследований Нижневартовского ГПЗ были отобраны пробы адсорбента осушки газа в начале эксплуатации, через год работы адсорбента (при остановке на ремонт) и после замены адсорбента (через 2 года после загрузки). Адсорбционная емкость свежего адсорбента составляла 18,5 г/100 г, после года эксплуатации – 9,6 г/100 г, в конце эксплуатации – 5,0 г/100 г. Расхождение с расчетными данными не более 9 %.

В случае использования защитного слоя адсорбента для определения текущей емкости адсорбента в формулу (2) необходимо внести изменения. Для этого принято допущение о том, что количество примесей, поглощенных единицей массы защитного слоя, будет прямо пропорционально концентрации примесей в газе, поступающем в адсорбер, и количеству циклов адсорбции.

,

где – количество примесей, поглощенных защитным слоем (г/т);

– концентрация примесей в газе, поступающем в адсорбер (г/нм3);

– коэффициент защитного слоя (нм3/(т·цикл));

– количество циклов адсорбции.

Коэффициент защитного слоя () определяется экспериментально для каждого вида примесей.

В таблицах 2 и 3 представлены экспериментальные данные, по которым определялся коэффициент защитного слоя по высокомолекулярным углеводородам и хлоридам по формуле:

,

где – относительная масса примесей, поступающих в адсорбер (г/г адсорбента);

– коэффициент защитного слоя или (нм3/(т·цикл)).

Относительная масса примесей, поступающих на основной слой адсорбента, определялась с помощью формулы (1) по фактическому падению адсорбционной емкости цеолита.

Таблица 2 – Расчет коэффициента защитного слоя по высокомолекулярным углеводородам



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.