CC BY
140
УДК 665.63:541.182:537
С. К. Искалиева, Н. А. Пивоварова, Г. И. Литвинова
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АДСОРБЦИОННОГО ПРОЦЕССА
В пластовых условиях природные газы находятся в контакте с водой и поэтому всегда насыщены влагой. Количество влаги в газе зависит от его давления, температуры и состава: чем выше температура контакта газа с водой, тем больше паров воды содержит природный газ; чем выше давление, тем меньше паров воды переходит в газ. Повышение содержания в газе тяжелых углеводородных компонентов, диоксида углерода и сероводорода увеличивает содержание воды, а присутствие азота уменьшает [1]. В зависимости от требуемой точки росы осушка газа может осуществляться охлаждением, абсорбцией и адсорбцией паров влаги, а также комбинированием этих способов. Первый из этих методов (охлаждение) применяется на установках низкотемпературной сепарации с впрыском ингибиторов гидратообразования и для предварительного удаления основного количества влаги перед применением других способов осушки. Более распространены абсорбционные и адсорбционные способы осушки, а также комбинирование этих способов в одной установке.
Для получения низких точек росы газа, подвергаемого затем низкотемпературной переработке, используют адсорбционный метод. При адсорбционной осушке на молекулярных ситах -цеолитах точка росы осушенного газа достигает -90 °С [1]. Эффективность осушки зависит от нескольких факторов: качества адсорбента; термодинамических параметров адсорбции; равномерности распределения газового потока по сечению адсорбера; степени регенерации адсорбента; состава, влажности и наличия примесей в осушаемом газе.
В настоящее время на Астраханском газоперерабатывающем заводе процесс осушки и от-бензинивания обессеренного газа проводится на молекулярных ситах - цеолитах КаА-У, изготовленных Ишимбайским и Ярославским заводами катализаторов. На выходе из адсорбера регистрацией температуры точки росы по влаге выявлялись неоднократные случаи повышения влагосодержания природного газа, что могло стать причиной отклонения от нормы технологических параметров работы низкотемпературных технологических аппаратов установки.
Для изучения работы блока осушки обессеренного природного газа был выполнен цикл анализов физико-химических и физико-механических характеристик отработанного адсорбента, в результате которого была получена картина неравномерного распределения газового потока по поперечному сечению адсорбера и его высоте. В каждом исследуемом слое имеются как зоны минимальных и максимальных значений показателей качества цеолитов, так и зоны с неповрежденным цеолитом. Это свидетельствует о наличии так называемых «мертвых зон». Неравномерность загрузки адсорбера по газу приводит к нарушению расчетных гидродинамических характеристик, вследствие чего эффективность осушки снижается, а сам адсорбент вырабатывается неодинаково, что может привести к внеплановой замене всей загрузки адсорбера, в то время как часть цеолита ещё сохраняет свои эксплуатационные свойства.
Статистический анализ данных показывает, что около трети цеолита в адсорбере значительно «переработала» свой срок, в то время как примерно треть цеолита его не выработала. С одной стороны, это приводит к ухудшению качества осушки газа, с другой - к нерациональному расходу адсорбента.
Повышение эффективности работы адсорбционных аппаратов может быть достигнуто за счет выравнивания газового потока (т. е. внедрения распределительного устройства) и применения более эффективных адсорбентов [2].
Для изучения эффективности адсорбционного процесса создана установка, показанная на рисунке.
Экспериментальная лабораторная установка для изучения эффективности адсорбционных процессов:
1 - адсорбер; 2 - входной патрубок со сменным распределительным устройством; 3 - штатив;
4 - загруженный адсорбент; 5 - колба с водой и йодом; 6 - колбонагреватель;
7 - ввод газа в колбонагреватель через барботирующее устройство; 8 - вывод газа из адсорбера;
9 - газовый счетчик
Установка состоит из адсорбера 1, снабженного в нижней части металлической опорной сеткой. В верхней части установлен входной патрубок со сменным распределительным устройством 2. Высота слоя адсорбента при данном диаметре адсорбера моделирует гидродинамические условия потока промышленного аппарата и определена по критериям подобия (число Рейнольдса) [3]. Двугорлая колба с дистиллированной водой и йодом 5, колбонагреватель 6 и барботирующее устройство 7 предназначены для насыщения газового потока парами воды и йода с целью окрашивания адсорбента для наблюдения за распределением газового потока. Все элементы установки крепят на штативе 3. Для измерения количества проходящего газа предназначен барабанный газовый счетчик 9. В адсорбер загружают цеолит, предварительно отрегенерированный при температуре 350 °С и обработанный раствором крахмала. Загрузку проводят постепенно, тщательно распределяя и уплотняя каждую засыпаемую порцию сорбента. Температуру в колбонагревателе регулируют с помощью терморегулятора, скорость подачи воздуха КИП регулируют игольчатым вентилем тонкой регулировки. Устанавливают температуру паровоздушной смеси (85-90 °С). При открытом в атмосферу кране устанавливают заданную скорость паровоздушной смеси (50 дм3/мин). По этой схеме воздух КИП через газовый счетчик пропускают через барботирующее устройство в двугорлую колбу, заполненную дистиллированной водой и йодом, а далее воздух, насыщенный парами йода, поступает в адсорбер. Направление паровоздушной смеси - сверху вниз через входной патрубок с распределительным устройством. Во время контакта паров йода с цеолитом в адсорбере оценивается равномерность распределения потока с помощью цифровой видеокамеры.
Устройство установки позволяет загружать различные адсорбенты для изучения их эффективности. После завершения экспериментов адсорбент может быть выгружен для последующего анализа.
Таким образом, лабораторная установка позволяет оценивать эффективность распределительных устройств и природу адсорбентов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Балыбердина И. Т. Физические методы переработки и использования газов: учеб для вузов. -М.: Недра, 1988. - 248 с.
2. КельцевН. В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия, 1984. - 592 с.
3. Технологический регламент. Установка осушки и отбензинивания обессеренного газа У-274. - Астрахань, 1997. - 229 с.
Статья поступила в редакцию 20.10.2008
EXPERIMENTAL INSTALLATION TO STUDY THE EFFICIENCY OF AN ADSORPTION PROCESS
S. K. Iskalieva, N. A. Pivovarova, G. I. Litvinova
The analysis and processing of the statistical data received as a result of a cycle of analyses of physical - chemical and physical - mechanical characteristics of waste adsorbent shows that about third of zeolite in the adsorber considerably "overprocesses" its term, while about third of zeolite - "underprocesses" It results in deterioration of gas dewatering and irrational consumption of adsorbent. The increase of operation efficiency of adsorption devices can be achieved by balancing of a gas flow (i. e. introduction of a distributive device) and application of more effective adsorbents. The created laboratory installation allows using various adsorbents to study their efficiency. After experiments an adsorbent can be unloaded for the following analysis. Thus, the offered laboratory installation lets estimate the efficiency of distributive devices and nature of adsorbents.
Key words: adsorption methods of gas dewatering, zeolites, adsorber, distributive device.
