Моделирование процесса сероочистки

УДК 66.074.371

А. З. Гарипов, А. А. Хоменко

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СЕРООЧИСТКИ

Ключевые слова: метилдиэтаноламин, очистка газа от сероводорода, контактор, колонна регенерации, кислый газ.

Спроектирована и исследована схема процесса очистки сернистого газа от включений сероводорода и углекислого газа. Схема спроектирована в программе CHEMCAD 5.2. Данные для моделирования взяты с производства. В качестве глобальной модели константы равновесия была принята модель давления идеального газа. В качестве глобальной модели энтальпии была принята модель аминов (amine). В результате моделирования были сопоставлены данные программы моделирования с заводскими данными.

Keywords: methyldiethanolamine, gas purification from hydrogen sulfide, contactor, column regeneration, sour gas.

Designed and studied circuit cleaning process of sulfur dioxide and hydrogen sulfide impurities from carbon dioxide. The scheme is designed to program CHEMCAD 5.2. The data for modeling were taken out of production. As a global model has been adopted by the equilibrium constant pressure ideal gas model. As a global model has been adopted enthalpy model amines (amine). As a result of the simulation were compared to data modeling program with factory data.

Введение

В нынешнее время на НПЗ и ГПЗ часто для очистки нефтяного газа используют в качестве поглотителя 15% водный раствор МЭА. Сегодня возрастает число предприятий на которых рассматривается «возможность перехода на поглотительные растворы вторичных (ДЭА) или третичных (МДЭА) аминов»[6]. Причина перехода связана с коррозионной активностью МЭА, ограничивающей его концентрацию в циркулирующем растворе[5].

В настоящее время, большой популярностью обладает водный раствор с содержанием 20-34% метилдиэтаноламина

(МДЭА). Если не установлены жесткие требования по содержанию CO2, целесообразнее использовать раствор МДЭА, имеющий ряд преимуществ:

1) способность выборочного извлечения H2S в присутствии CO2, как следствие, повышения в кислом газе доли Н^;

2) термическая стабильность у МДЭА выше и более низкая коррозионная активность раствора в сравнении с ДЭА;

3) у МДЭА более меньшая реакционная способность по сравнению с CO2 и меньшая теплота реакции с H2S и CO2, что делает возможным понизить количество тепла на восстановление абсорбента;

4) нет образования нерегенерируемых амидов (что служит причиной вспенивания в абсорбере) в результате взаимодействии с ингибиторами коррозии, карбоновыми кислотами, как следствие, отсутствует потеря амина, на внутренних поверхностях теплообменников не образуются твердые отложения;

5) у МДЭА низкое значение давления насыщенных паров, что снижает потери амина при летучести.

В представленной работе показаны результаты очистки сернистого газа от включений сероводорода и углекислого газа. Входные данные для моделирования приняты близкими к технологическому регламенту [1]. Данные

технологического режима взяты с мониторов операторов-технологов.

Описание и моделирование процесса очистки газа

Схема очистки нефтяного газа спроектирована в программе CHEMCAD 5.2 с помощью учебно - методических указаний. [2].

Очистка газа от сероводорода производится водным раствором метилдиэтаноламина (МДЭА). Раствор поглощает сероводород селективно[1].

Модель состоит из двух блоков. На рис.1 представлен блок очистки нефтяного газа от H2S, а на рис.2 - блок регенерации раствора МДЭА.

Рис. 1 - Блок очистки газа от сероводорода

Нефтяной газ с содержанием H2S 3,58% об. поступает из сепаратора очистки от жидкой фазы в нижнюю часть абсорбера КОНТАКТОР под давлением 0,4 МПа и температурой 30 0С. Расход газа 11000 нм3/ч.

Компонентный состав высокосернистого нефтяного газа представлен в таблице 1[1].

Водный раствор с содержанием МДЭА 33,0784% об. подается в верхнюю часть абсорбера под давлением 0,8 МПа и температурой 36,5 0С . Из газа извлекаются H2S и CO2. Расход раствора составляет 38,3 м3/ч.

БПС

[Щ ~

СЕП.204У1 СзЛ АВ0203/1

Рис. 2 - Блок регенерации МДЭА

Параметры контактора: Количество тарелок-30 Давление в колонне- 400 кПа Температура верха-38,66 0С Температура низа- 63,17 0С Газ, очищенный от H2S, из верхней части абсорбера КОНТАКТОР поступает в сепаратор СЕП.207/1 под давлением 400-800 кПа и температурой 38,66 0С. Очищенный газ из сепаратора СЕП.207/1 с давлением 0,25-0,4 МПа направляется на осушку (ГО). Расход очищенного газа с содержанием H2S 1.33*10-11% об. составляет 10233.56 нм3/ч.

Раствор насыщенного МДЭА из куба абсорбера КОНТАКТОР с давлением 0,41 МПа и температурой 63оС поступает в теплообменник ТО.201/1, где подогревается до 91,76оС. Далее с давлением до 0,4 МПа насыщенный МДЭА поступает на четвертую тарелку в колонне регенерации КР.202/1.

В колонне регенерации производится отпарка раствора МДЭА от H2S и Далее после очистки раствора МДЭА, регенерированный раствор(РР МДЭА) снова подается в колонну КОНТАКТОР.

Параметры колонны регенерации: Количество тарелок-25 Давление в колонне- 100 кПа Температура верха-82 0С Температура низа- 100 0С Перед подачей в колонну КОНТАКТОР регенерированный раствор МДЭА проходит через холодильник ХОЛ.208/1.

Отпаренный сероводород и пары воды сверху колонны КР.202/1 поступают в аппарат воздушного охлаждения АВО203/1, где происходит конденсация паров и охлаждение паровоздушной смеси. Газожидкостная смесь с АВО203/1 с давлением до 0,087 МПа и температурой 23 оС поступает в сепаратор СЕП.204/1, где происходит выделение кислого газа из газожидкостной смеси. Режим испарения поддерживается при температуре 20 0С и давлении 0,1 МПа.

Жидкая фаза насосом НАС.205/1 подается на орошение колонны КР.202/1 на первую тарелку. Давление создаваемое насосом составляет 0,45 МПа.

Кислый газ из сепаратора СЕП.204/1 направляется в блок получения серы(БПС) под давлением 0,1 МПа.

Сравнение полученных данных

В таблице 1 указаны составы газа поступающего на очистку, очищенного газа по регламенту [1], очищенного газа в результате моделирования [3].

Таблица 1 - Состав газа

Компонентный состав газа Газ на очистку, % об Очищенный газ (регламент), % об Очищенный газ (модель), % об

H2S 3,58 Не более 0,00147 1,33039* 10-11

ТО2 2,56 1,04 1,1

O2 0,50 0,57 0,54

N2 24,76 25,09 26,8

СН4 23,42 23,78 25,3

С2Н6 15,70 15,02 16,7

С3Н8 20,39 20,98 22,34

3,12 3,4 0,4

П-С4Щ0 4,19 6,8 4,13

ьСзН!2 1,13 1,74 0,44

П-С5Щ2 0,42 1,11 1,88

С6+в 0,23 0,47 0,11

В таблице 2 показаны сравнительные результаты поступающего раствора МДЭА в колонну КОНТАКТОР и регенерированного раствора МДЭА с колонны регенерации РР МДЭА[4].

Таблица 2 - Сравнение содержания раствора МДЭА

Компонентный состав раствора МДЭА. Содержание раствора МДЭА поступающего в КОНТАКТОР, % об. Содержание регенерированн ого раствора , % об. Сравнительные отклонения, %.

МДЭА 33,0784 32,2657 2,5

Вода 66,9216 67,0254 0,15

Из таблицы 2 видно, что содержание раствора МДЭА поступающего в КОНТАКТОР и содержание регенерированного раствора МДЭА почти близки по составу.

В результате сравнения заводских данных с результатами моделирования (табл. 1 и 2) выяснено, что результаты моделирования близки к заводским данным и отклонения не превышают допустимых значений, что дает нам возможность дальнейшего исследования нашей схемы и ее оптимизации.

Литература

1. ОАО «Волжский научно-исследовательский институт углеводородного сырья» (ОАО«ВНИИУС»). Постоянный технологический регламент на производство продукции. Установки очистки высокосернистого нефтяного газа от сероводорода.

2. Зиятдинов Н.Н. Математическое моделирование химико-технологических систем с использованием программы СИешСа!!: Учебно-методическое пособие/ Н.Н. Зиятдинов, Т.В. Лаптева, А.Д. Рыжов - Казань, 2008. - 160 с.

3. nporpaMMa_ChemCad5.2.0./CC5DATA/Examples/mdea.

4. Якушкин М.И. Справочник нефтехимика, т.2/ М.И. Якушкин, В.И. Котов - Л., 1978, с. 290-94.

5. Energyfuture. Электронный научный журнал .Web:http://energyfuture.ru/problema-vybora-aminov-dlya-seroochistki-gazov/1

6. [Электронный ресурс] URL: http://www. gazsertec.ru/articles/ochistka_gazov_aminami.html

© А. З. Гарипов - магистрант каф. «Машины и аппараты химических производств» КНИТУ, garipov.aza@mail.ru; А. А. Хоменко - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, xomenko-aa@mail.ru.

© A. Z. Garipov - M.Sc. student of the department "Mechanical Engineering For Chemical Industry" KNRTU, garipov.aza@mail.ru; A. A. Khomenko - Ph.D., ass. professor in the same department, , xomenko-aa@mail.ru.