CC BY
103
УДК 665.627
А.Ю. Аджиев (д.т.н., зам. дир. по науке), А.О. Шеин (инж.)
Применение защитного слоя адсорбента на установках осушки газа
ОАО «НИПИгазпереработка», лаборатория переработки углеводородного сырья и разработки
технологического оборудования 350000, Краснодар, ул. Красная, 118, тел. (861) 259-00-24, 255-76-11, факс (861) 275-09-71, 275-05-70,
e-mail: alchemic@yandex.ru, Nipigas@kragaz.ru
A.Y. Adzhiev, A.O. Shein
The protection layer application on an adsorbent within the adsorbtion gas drying installation
««NIPIgazpererabotka»
350000, Krasnodar, st. Krasnaya, 118, phone (861) 259-00-24, 255-76-11, fax (861) 275-09-71, 275-05-70,
e-mail: alchemic@yandex.ru, Nipigas@kragaz.ru
Исследовано влияние примесей, присутствующих в газе (ПАВ ОП-10 и хлорида натрия) на динамику падения адсорбционной емкости цеолита СаА с защитным слоем (клиноптилолитом) и без него. Установлено, что использование защитного слоя адсорбента позволит продлить срок службы адсорбента в 1.5—2 раза (до 3 лет).
Ключевые слова: адсорбент, защитный слой, нефтяной газ, падение адсорбционной емкости цеолита, примеси.
Нефтяные газы, поступающие на газоперерабатывающие заводы (ГПЗ), содержат различные примеси — жидкие углеводороды, вода, твердые частицы и дрЛ3. Присутствие примесей в газе приводит к разрушению и за-коксовыванию адсорбентов, используемых для осушки газа.
Содержание примесей в нефтяных газах, поступающих на ГПЗ Западной Сибири (Белозерский, Сургутский и Нижневартовский ГПЗ), составляет при установившемся режиме работы: мехпримеси — 0.5—5.0 мг/м3, нефть, масло, смолы — 1.7—4.0 мг/м3, хлориды — 1.0—20.0 мг/м3, ПАВ (поверхностно-активные вещества) — 0.2—0.8 мг/м3. Срок службы адсорбента при таком содержании примесей в газе не превышает одного года.
Нами проведены исследования падения динамической емкости адсорбента, которое происходило в процессе циклов «осушка-регенерация» в присутствии примесей в осушаемом газе при использовании защитного слоя и без него.
Падение динамической емкости адсорбента в присутствии примесей может происходить
Дата поступления 03.02.09
In this work the research of influence of gas impurity to the dynamics of CaA zeolite adsorbtion capacity falling with the protection layer (klinoptilolit) or without it took place. The author established that usage of adsorbent protection layer will allow to increase the service period of adsorbent from 1.5—3 times (up to 3 years).
Key words: adsorbent, the decrease of adsorbtion capacity of zeolite, impurities, petroleum gas, protection layer.
за счет либо образования на его поверхности отложений кокса, либо его разрушения под воздействием химически активных веществ. В экспериментах использованы ПАВ ОП-10 и хлорид натрия — как наиболее часто применяемый в нефтедобыче ПАВ и самый распространенный компонент минерализованной пластовой воды. В качестве испытуемого адсорбента осушки газа выбран синтетический цеолит СаА (ТУ 38.10281 — 88), а защитного слоя — клиноптилолит Холинского месторождения (ТУ 2163-002-12763074-97). Воздействие на адсорбент каждого вида примесей исследовалось в отдельности.
Исследование изменения динамической емкости адсорбентов включало определение исходной динамической емкости адсорбента, проведение серии циклов осушки-регенерации газа, насыщенного примесями (20 циклов), определение динамической емкости адсорбента после каждых 5 циклов. Осушку газа прекращали при достижении влагосодержания осушенного газа 100 ррm (0.08 г/нм3), что соответствует точке росы минус 42 оС при атмосферном давлении. Содержание примесей в
газе, поступающем на осушку, подбиралось таким образом, чтобы в течение 10 циклов в условиях эксперимента на 1 г адсорбента поступало такое же количество примесей, как в промышленных условиях в течение года. Насыщение газа примесями проводилось путем барботажа его через водный раствор, содержащий примеси. Диаметр адсорбера и расход газа подобирались таким образом, чтобы линейная скорость газа в адсорбере была не более 0.2 м/с, что соответствует скорости газа в промышленных адсорберах. Регенерация адсорбента проводилась при следующих условиях: постепенный подъем температуры слоя адсорбента до 350 оС — 1.0—1.5 ч; время регенерации с момента достижения температуры 350 оС — 3.0—4.0 ч; газ регенерации — азот; скорость продувки — 0.7—1.0 дм3/мин. Условия, при которых проводилась осушка газа при испытании адсорбентов, приведены в табл. 1.
Таблица 1 Условия проведения осушки газа
Показатели Значение
Осушаемый газ азот
Температура осушки, °С 18-23
Давление осушки атмосферное
Диаметр адсорбера, мм 30
Размер гранул адсорбента, мм 2-3
Высота основного слоя адсорбента, см 20
защитного слоя адсорбента, см 2
Расход газа на осушку, л/мин 8
Скорость газа в адсорбере, м/с 0.19
Исходная динамическая емкость клиноп-тилолита значительно меньше, чем у СаА (810 г/100г и 18.8 г/100г соответственно). Так как соотношение количества защитного слоя к основному составляло ~ 10% по высоте загрузки, можно считать, что суммарная адсорбционная емкость комбинированного слоя зависит только от адсорбционной емкости синтетического цеолита.
В присутствии в газе 0П-10 динамическая емкость адсорбента заметно уменьшается (рис. 1). Причем с увеличением числа циклов разница между динамическими емкостями цеолита СаА с защитным слоем и без него возрастает. Так, после 10 циклов осушки газа, содержащего ПАВ, адсорбционная емкость цеолита СаА без защитного слоя уменьшилась на 10%, с защитным слоем на 3%, после 20 циклов — без защитного слоя на 16%, с защитным слоем на 6%. Анализ адсорбентов на содержание кокса показал, что на цеолите без защитного слоя
содержание кокса — 1.37% мас., на цеолите при варианте загрузки с защитным слоем — 0.48% мас., на защитном слое 5.05% мас. Таким образом, использование защитного слоя в количестве 10% об. от общей загрузки позволяет снизить образование кокса на адсорбенте, что отражается на стабильности его динамической емкости.
Скорость падения адсорбционной емкости цеолита СаА без защитного слоя в процессе осушки газа, содержащего хлорид натрия, значительно выше, чем у адсорбента с защитным слоем (рис. 2). После 10 циклов опытов динамическая емкость адсорбента без защитного слоя уменьшилась на 39%, с защитным слоем на 12%, а после 20 циклов — на 65% и 24%. Падение динамической емкости адсорбента является следствием его разрушения, о чем свидетельствует изменение фракционного состава основного слоя адсорбента. До проведения опытов основной слой на 100% состоял из цеолита СаА фракции 2—3 мм. После 20 циклов осушки газа, содержащего хлорид натрия, первоначальной фракции цеолита осталось 97.3% мас. (при использовании защитного слоя) и 95.2% мас. (без защитного слоя) (табл. 2). Разрушение адсорбентов при взаимодействии с капельной влагой сырьевого газа, содержащей хлорид натрия, по всей вероятности, является следствием образования хлористого водорода при высоких температурах (температура регенерации адсорбента составляет 280-350 °С)4.
Таблица 2 Фракционный состав цеолита СаА
Адсорбент Адсорбент
с защитным слоем без защитного слоя
Фракция, % мас. Фракция, % мас.
мм мм
2-3 97.30 2-3 95.20
1-2 2.62 1-2 3.62
0.25-1 0.08 0.25-1 0.81
пыль нет пыль 0.37
Следует отметить, что совместное присутствие в сырьевом газе нескольких различных по природе примесей может приводить к более значительной потере емкости цеолитов. В настоящее время срок службы адсорбентов осушки газа на ГПЗ составляет 1-2 года, использование защитного слоя адсорбента позволит снизить эксплуатационные затраты и продлить срок службы адсорбентов не менее, чем до 3 лет (срок, который обычно гарантируют производители адсорбента).
о о
.0 н
о
0
iC
2 ф
к га
1 I
о
S
ю
CL О О
d
<
19.0
18.5
18.0
17.5
17.0
16.5
16.0
15.5
0
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Количество опытов
Рис. 1. Динамика падения емкости цеолита СаА под действием ОП-10
19
18
о о
.0 н
о о
а 2 ш к га
j
ю о. о о
ч <
14 15 16 17
8 9 10 11 12 13 Количество опытов
14 15 16 1
Рис. 2. Динамика падения емкости цеолита СаА под действием NaCl
Литература
Дубина Н.И., Ефимов Ю.Н. Очистка абсорбента на УКПГ Уренгойского ГНКМ // Обзорная информация — серия: Подготовка и переработка газа и газового конденсата. — М, 2003.— 40 с. Бекиров Т.М. Первичная переработка природных газов. — М: Химия, 1987. — 253 с.
4.
Карелин И.Н. // Химическое и нефтехимическое машиностроение.— 1999.— №4.— С 28. Павлов Н.Н. Неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 1986.— 336 с.
0
1
2
3
4
5
6
7
