Адсорбционная осушка СПБТ от метанола

На рис. 2.11 представлен вариант исполнения пульсационного клапана, продольный разрез. Пульсационный клапан представляет собой корпус 41, размещенный на основании 42. Корпус снабжен отверстием для входа или выхода сырьевого или «сухого» газа соответственно, а основание - отверстиями для входа/выхода управляющего газа. В корпусе расположена поршневая группа, состоящая из гильзы 43, имеющей окна для входа/выхода сырьевого или сухого газа, золотника 44 и штока 45. Шток также снабжен отверстием для входа/выхода управляющего газа.2.4 Конструкция установки адсорбционной очистки СПБТ от метанолаНа рисунке 2.13 представлена принципиальная технологическая схема адсорбционной очистки СПБТ от метанола.Согласно технологической схеме установка адсорбционной очистки состоит из промежуточной емкости (Е-1) для пропановой фракции, трех адсорберов А-1 (1-3), двух насосов Н-1 для подачи сырья в адсорберы, печи П-1 подогрева газа регенерации, воздушного охладителя газа регенерации ВХ-1, рекуперативного теплообменника газа регенерации Т-1, подогревателя газа с СГПЗ (газа регенерации) Т-2, отделителя водометанольного конденсата С-1, сепаратора газа С-2.СПБТ забирается из емкости Е-1 и насосом Н-1 подается в нижнюю часть одного из трех адсорберов А-1 на очистку от метанола и осушку от воды. В адсорберах замеряется температура на входе и на выходе, давление и уровень жидкости. С верха адсорбера очищенная СПБТ подается в резервуарный парк. Рис. 2.13 - принципиальная технологическая схема адсорбционной очистки СПБТ от метанолаКонтроль требуемой степени очистки СПБТ от метанола должен осуществляться с помощью поточного хроматографа по остаточном содержанию метанола (не более 0,005 % масс.). После восьмичасового цикла адсорбции (рисунок 2.14 – циклограмма работы адсорберов А-1) на очистку переводится подготовленный к работе другой адсорбер, а отработанный переводится в режим регенерации.Для регенерации и охлаждения адсорбента, а также для продувки адсорберов после слива пропано-бутановой фракции используется осушенный газ. Перед регенерацией закрываются вентили на входе и на выходе СПБТ из адсорбера. Открываются клапан и соответствующие вентили для подачи газа регенерации (при давлении 1,6-1,8 МПа и температуре 10-30оС)в верх адсорбера и слива жидкого пропана и бутана из него в емкость Е-1.Процесс слива контролируется по уровнемерам в адсорберах и емкости Е-1, не допуская перелива жидкости в ней выше верхнего уровня и заброса газа из адсорбера.После полного опорожнения адсорберов открываются вентили на линиях продувки сухим газом. Продувка адсорбера осуществляют в течение 10-15 минут, при этом продувочный газ сбрасывается в топливную линию завода. Давление газа в адсорбере в процессе продувки уменьшается до 0,6 МПа. Обще время слива и продувки составляет 1 час. Затем клапан продувки и дренажный вентиль закрывают. Для проведения восьмичасового цикла тепловой регенерации (десорбции из слоя адсорбента метанола) открывают соответствующие вентили и подают в адсорбер сверху вниз горячи газ регенерации из печи П-1 при давлении 0,6-0,7 МПа. Адсорбер считается отрегенерированным, если температура газа регенерации, выходящего из его нижней части составляет 200оС. За 10-20 минут перед концом регенерации нагрев газа в печи П-1 снижают.После окончания цикла регенерации и переключения вентилей, силикагель охлаждают тем же, но уже холодным потоком газа, подаваемого в адсорбер снизу вверх при давлении 0,6-0,7 МПа и температуре 10-30оС.Период охлаждения силикагеля считается законченным, когда температура газа на выходе мз верхне части адсорбера снизится на 30-40оС. Расчетный период охлаждения адсорбера – около 6 часов.Росле охлаждения в адсорбере закрываются вентили по линии газа регенерации. Открываются вентили для заполнения адсорбера жидкими пропаном и бутаном по линии от нагнетания насоса Н-1 из емкости Е-1. Уровень жидкости в емкости снижается с 70-85% до рабочих 20-25%. Адсорбер заполняется очищенным продуктом в течение 1 часа. В нем повышают давление с 0,6 МПа до рабочего (1,5-1,6 МПа). Избыточное давление вытесняемого жидкостью газа и паров сбрасывается в топливную линию. После заполнения жидким пропаном и бутаном (СПБТ) адсорбер может быть подключен в цикл осушки и очистки. Циклограмма процесс очистки подбирается таким образом, чтобы обеспечить непрерывность режима процесса адсорбционно очистки жидких пропана и бутана и подачи горячего газа на регенераци, т.е. непрерывность работы печи без ее выключения и включения. Это облегачает технологическое обслуживание печи, хотя и менее экономично. Рис. 2.14 – Циклограмма работы адсорберов А-1 (1-3) блока очистки пропновой и бутановой фракций от метанола (в течение 24 часов).Условные обозначения режимов работы адсорберов:А – адсорбция воды и метанола из жидких пропана и бутана;С – слив жидких пропана и бутана и продувка газом;Р – разогрев и регенерацияО - охлаждениеЗ – заполнение адсорбера жидкими пропаном и бутаном.Одна клетка соответствует одному часу.Процесс охлаждения адсорбера производится одним и тем же потоком осушенного газа, идущего с ГПЗ при его расходе до 500 ст. м3/ч при давлении 0,8-1,0 МПа. Этот газ в дальнейшем используется в качестве топливного газа в печах завода.Осушенный газ поступает снизу вверх в один из адсорберов А (1-3), находящихся на стадии охлаждения. На ыходе из адсорбера (сверху) газ будет иметь переменную температуру от +180 до +200оС в начальный период охлаждения и от +30 до +40оС в конце него.После адсорбера нагретый газ охлаждения с температурой около +180оС поступает в межтрубное пространство рекуперативного теплообменника, где в начальный период времени охлаждается газом регенерации, который идет на подогрев в печь П-1 с температурой +30-40оС. После этого теплообменник выключается и в остальное время газ охлаждения, проходя через воздушный холодильник, постпает в топливную сеть завода. Теплообменник служит для некторого выравнивания температур регенерационного газа, направляемого в печь П-1 и в воздушный холодильник ВХ-1.После преуращения теплообмена с нагретым газом охлаждения в теплообменнике Т-1 в работу подключается рекуперативный теплообменник, в котором осушенный регенерационный газ с температурой от +15 до +40оС проходит через межтрубное пространство и нагреватеся за счет теплообмена с горячим газом, постпающем с низа регенирируемого адсорбера. Их межтрубного пространства теплообменника газ при температуре около 160оС направляется в печь для подогрева до +250-260оС. Отсюда он поступает сверху вниз в адсорбер, находящийся в режиме нагрева (регенерации), для десорбции осевших на адсорбенте примесей метанола и воды. За 8 часов регенерации температура адсорбента и газа, выходящего из адсорбера, возрастает с +15-40оС до +200оС. Газ из адсорбера, содержащий метанол, поступает в воздушный холодильник, где он охлаждается до температуры +15-40оС. В воздушном холодильнике происходит конденсация большей части метанола и воды. В конце периода регенерации газ перед подачей в воздушный холодильник сначала охлаждается в трубном пространстве теплообменника Т-1 до +70оС. При этом процессе необходимо регулировать температуру газа после воздушного охлажителя ВХ-1 не ниже +10оС при помощи жалюзи или отключения ВХ-1. Отсепарированный таким образом газ содержит равновесное количество метанола и воды и может быть использован в качестве топлива в печах завода. В таблице 2.2 приводятся расходные нормы сырья, энергии и реагентов для процесса адсорбционной очистки СПБТ от метанола и воды.Таблица 2.2 - Расходные нормы сырья, энергии и реагентов№№НаименованиеРасходный показательГодовой расходЕд. измер.Уд. Норма расходаЕд. измер.КоличествоБлок предварительной очистки СПБТ от метанола1Пропан и бутан техническиеКг/час23810Тыс.т/год2002Экстрагент: водаКг/час1000 Тыс.т/год8,403МетанолКг/час571Тыс.т/год5,004Водяно пар, Р = 6 кг/см2Кг/час718Тыс.т/год6,035Насосы, 4 шткВт*час386ГВт*час3,20Установка адсорбционной очистки СПБТ от метанола1Пропан и бутан техническиеКг/час23521Тыс.т/год197,62Газ охлажденияКг/цикл (ст м3/цикл)2270(2840)Тыс.т/год(млн.ст. м3/год)3,1(3,97)3Газ регенерацииКг/цикл (ст м3/цикл)3840 (4680)Тыс.т/год(млн.ст. м3/год)4,03 (4,90)4Силикагель (на 1 адсорбер)Кг/цикл1500Кг/цикл15005Насос Н-1кВт*ч200ГВт*ч1,683. РАСЧЕТ АДСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ СПБТ ОТ МЕТАНОЛАадсорбент газ очисткаРасчет адсорбционных установокзаключается в определении конструктивных размеров (диаметр, высоту), объема адсорбента, времени защитного действия гидравлического сопротивления и некоторых других величин.Принимаем для расчета следующие данные:Массапропаново-бутановой смеси для очистки Мспбт = 2 млн.т∕г = 182648кг∕ч, tв = 20°С, Р = 760мм ртст, ун = 0,005 кг∕м3, ук = 0,00005 кг/м3 ,плотность СПБТ в концентрации 50/50 при нормальных условиях ρспбт = 0,536 г/см3 = 536 кг/м3В качестве адсорбента выбираем силикагель КС-Трокенперлен WS, dэ = 3,5 ∙ 10-3м (табл. 1.2).Определим объем СПБТ в час:Vспбт = Мспбт/ ρспбт = 182648/536 = 340,76 м3Отсюда секундный объемный расход смеси СПБТ равен:VГ = 340,76/3600 = 0,0946 м3/с.Определим диаметр адсорбераДиаметр адсорбера 1)(1)Где VГ - объемный расход пороговой смеси м3∕с,- скорость, отнесенная к свободному сечению аппарата, м ∕с.Для аппаратов с неподвижным слоем = 0,25 ÷ 0,3 м ∕с.Принимаем = 0,28м/с, тогда,Площадь адсорбера:.Для построения изотермы адсорбции используем монограмму для определения давления насыщенного пара некоторых веществ, по которой определяем парциальное давление веществ по формуле:(2)где Р1,Р2 - парциальное давление стандартного и исследуемого вещества, мм ртст (Па),РS,1 - давление насыщенного пара стандартного вещества при абсолютной температуре (мм ртст),РS,2 - давление насыщенного пара исследуемого вещества.При расчете точек изотермы исследуемого вещества координаты и берутся по кривой стандартного вещества, значения РS,1, РS,2 - из таблиц давления насыщенного пара. Р2 - вычисляют по формуле (1).Коэффициент аффиктивности для метанола.По табличным данным[8](равновесные данные по адсорбции метанола на силикагеле, ,По данным диаграммы [8] определяем координаты точек изотермы адсорбции метанола, РS- для метанола - 468 мм ртст (62384,4 Па).Объемный коэффициент массопередачи:(3), - объемный коэффициент массопередачи в газовой и твердой фазе соответственно,с-1,m - коэффициент распределения (средний наклона линии равновесия).Т.к. - обычно очень мал, то величиной пренебрегаем.На основании этого и зависит от гидродинамической обстановки в аппарате, физических свойств потока.Для ориентированных расчетов Ку используют критериальные уравнения: при Re > 30 при Re = 2 – 30(4) при Re < 2где - диффузионный критерий Нуссельта.dэ - эквивалентный диаметр зерен адсорбента, м(5)- скорость газового потока,м/с- порозность неподвижного слоя адсорбента, - плотность, кг/м3- динамическая вязкость, Па·с- диффузионный критерий Прандтля(6)Высота неподвижного слоя адсорбента в аппарате(7)h - высота единицы переноса, (8)где Gг −массовый расход газа, кг∕сSсл- сечение слоя, м2(9)Продолжительность процесса адсорбции определяют путем решения системы, состоящей из трех уравнений:•уравнения баланса поглощенного вещества;•уравнения кинетики адсорбции;•уравнение изотермы адсорбцию. : (по метанолу),:: Изотерма адсорбции для решения уравнений делится на три области:область - линейная зависимость между концентрацией газа и количеством поглощенного вещества и условно принимается, что изотерма адсорбции подчиняется закону Генри.Тогда продолжительность адсорбции:(10)где ун - начальная концентрация адсорбированного вещества, кг∕м3х* - равновесное количество адсорбированного вещества, кг∕кг (принимается по изотерме адсорбции и умножается на насыпную плотность адсорбента ).ук∕ун0,010,030,050,100,20,30,40,50,60,70,80,9х*2,182,021,791,521,371,220,870,530,21-0,08-0,26-0,48Область построения - криволинейная(11)(12)где - содержание вещества в газовом потоке, равновесное с количеством, равным половине вещества, максимально поглощаемого адсорбентом при данной температуре, кг/м3.Высота зоны массопередачи (высота рабочего слоя) находится по формуле: (13)время до равновесного насыщения, секвремя защитного действия при минимальной проскоковой концентрации,неиспользованная адсорбционная емкость, (14)Подставив полученные значения в уравнениеВыразим парциальные давления через объемные концентрации по уравнениюдля воздуха: для метанола:Для других точек составляем таблицу и по координатам точек строим график - изотерму адсорбции (линия 2)Исходные данные:точкиВоздухметанол10,000054116,00,00005100,020,000325144,20,00012130,4130,000725159,80,00045132,7640,000980163,10,00083134,4250,00204167,20,0023137,3460,00451171,20,0050140,09Объем адсорбента:Здесь х*=хк, т.е. на выходе адсорбент будет полностью насыщен поглощаемым компонентам (предполагаем!)при ун=0,00005 кг/м3 по графику хх=59 кг/м3.Фактическое количество адсорбента принимаем на 30% больше. Для определения предварительно найдемт.к. Re>30,то определяем по уравнению .Изотерма адсорбцииВычислим координаты соответствующих точкам на изотерме метанола;=> Диффузионный критерий Прандтля.,Д20, До - коэффициенты диффузии - для температуры 20°С,а До- при t=0°C равен 0,028 м2/ч=0,0778∙10-4 м2/сек - для метанолаа Nu' в свою очередь равен:, отсюда:Высота единиц переноса.(15)(16)Число единиц переноса определяем методом графического интегрирования. Для построения рабочей линии переноса (1 линия) находим из уравнения материального баланса:По координатам точек хн=0, хк=58,98 и ук=5∙10-5, ун=0,005 строим рабочую линию процесса. С помощью построенной диаграммы определяем величины для графического интегрирования. Задаемся рядом значений «у» в интервале ун―уки для каждого значения «у» находим значения х* на рабочей линии и значение у* на равновесной линии.у, кг/кгх*, кг/м3у, кг/м3у-у*1∕(у-у*)0,00558,980,00930,00328304,880,00453,240,00750,00196510,200,00350,890,00560,00104961,540,00248,610,00370,000851176,470,00146,520,00190,000611639,340,000544,920,00090,000382631,580,0000542,3100,000033333,33Масштабы определяются:Высота адсорбента:Продолжительность процесса адсорбции определяется по закону Генри, т.к. ун на графике находящиеся в области прямой линии= 0,4 часаКоличество газо-воздушной смеси, проходящей через адсорбент за времяПерепад давления в слоегде Полученные результаты расчетовПараметрЕдиницы измеренияПоказательДиаметр адсорберам0,66Площадь адсорберам20,338Объем адсорбентам37,94*10-6Фактическое количество адсорбентакг/м31,03*10-5Высота адсорбентам0,25Продолжительность процесса адсорбциимин24ЗАКЛЮЧЕНИЕМетанол добавляется в газовый поток для борьбы с гидратами. Дальнейшая очистка газовой смеси от метанола представляет собой не простую задачу. С экологической точки зрения метанол представляет собой ядовитую жидкость. Проблема очистки газа от метанола очень энергоемка и затратна.В работе рассмотрены схемы установок по адсорбционной очистке газов от метанола. Приведены принципы работы этих установок.Приведен расчет основных параметров адсорбционных установок.БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК1 Аналитический обзор 24.08.2012г. // Российские ВИНК. Сила в разнообразии // Велес Капитал.2 Андреев А.Ф., Плотникова Е.А. Две ключевые проблемы риск менеджмента./ А.Ф. Андреев, Е.А. Плотникова// «Нефть, Газ и Бизнес».- 2011.- №7.3Ашпина А. Газохимия. Еще один шанс. Газ – не энергоноситель, а ценное химическое сырье// TheChemicalJournal. 2013. Июнь- июль.4 Васильева К.А., ПНГ: рост по всем статьям.// «Нефть и Капитал».- 2015.5 Вернадский В.И. Особенности современных методов оценки рисков инвестиционных проектов./Ю.Э. Слепухина, Г.В. Харченко// «Известия УрГЭУ».- 2007.- №1.6 Волков И.В. Вероятностные методы анализа рисков [Электронный ресурс] - 17 апреля 2010.7 Годовой отчет ПАО «ЛУКОЙЛ» за 2012, 2013, 2014 гг.8Гумеров А.Г. О возможности достижения уровня утилизации нефтяного газа, равного 95 %, к 2012 г. /А.Г. Гумеров, С.Г. Байжакин, Е.З. Ильясова, Л.А. Авдеева //Нефтяное хозяйство.- 2009.- № 10.- С. 52-549ЖуковС.В. Мировой рынок природного газа: новейшие тенденции/ М., ИМЭМО РАН, 2015.10 Зубарева В.Д. Проектные риски в нефтегазовой промышленности / В.Д. Зубарева, А.С. Саркисов, А.Ф. Андреева - Москва-2005.- 79 с.11 П.М. Левшин Технико- экономические и экологические аспекты утилизации ПНГ// «Территория Нефтегаз».–2011.–№8.12 Ильясова Е.З. Разработка критериев выбора эффективных методов утилизации нефтяного газа: Дис. канд. техн. наук: 05.05.04.- Защищена 29.01.09; Утв. 17.03.10; 05830118135.- М., 2009.- 195 с.13 Карпов В.Г. Методы оценки эффективности инвестиционных проектов и рекомендации по их применению /Карпов В.Г., Крайнова Э.А., Орешак А.Д. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1995.- 92 с.14 Кириллов Н.Г. Нефть, природный газ и альтернативные моторные топлива// Нефтегазовые технологии, 2002.- №4.15 Книжников А.Ю., КутеповаЕ.А., КочиК.В. Проблемы и Перспективы использования ПНГ в России: ежегодный обзор. Выпуск 3.М. WWF-России, КПМГ 2011.16 Скороходов А.А. Энергоэффективные технологии на базе утилизации попутного нефтяного газа /А.А. Скороходов //Экологический вестник России.- 2009.- № 12.- С. 5-1017Соловьянов А.А., Андреева Н.Н, Крюков В.А., Ляте К.Г. Стратегия использования попутного нефтяного газа в Российской Федерации. М.: ЗАО «Редакция газеты «Кворум», 2008.18Халимов Э.М. Управление запасами нефти /Халимов Э.М., Гомзиков В.К., Фурсов А.Я. - М.: Недра, 1991.- 210 с.19Фейгин В.И., Брагинский О.Б. Исследование состояния и перспектив направлений переработки нефти и газа, нефтегазохимии в РФ. М.: Эконинформ, 2011.20 Электронный ресурс. Финансовое состояние ПАО «ЛУКОЙЛ» http://www.lukoil.ru/21 Электронный ресурс. Утилизация попутного газа на предприятии.http://lukoil-zs.ru/projects/project3/22 Электронный ресурс. Требования об утилизации 95% попутного газаhttp://ria.ru/economy/20120101/530926313.html23 Электронный ресурс. Проблемы и перспективы эффективного использования попутного нефтяного газа в России. http://burneft.ru/archive/issues/2012-04/124 GTL производство // «Нефть России».-2006.-№10.