Моделирование процесса сероочистки и оценка эффективности его модернизации

УДК 66.074.371

А. З. Гарипов, А. А. Хоменко

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СЕРООЧИСТКИ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЕГО МОДЕРНИЗАЦИИ

Ключевые слова: моноэтаноламин (МЭА), очистка газа от сероводорода, абсорбер- контактор, колонна регенерации.

Изучена модернизация схемы процесса очистки газа от включений сероводорода и углекислого газа водным раствором МЭА. Схема спроектирована в программе CHEMCAD 6.3. В качестве глобальной модели константы равновесия была принята модель давления аминов (amine). В качестве глобальной модели энтальпии была принята модель аминов (amine). В результате моделирования были получены сравнительные данные до и после модернизации .

Keywords: monoethanolamine (IEA), gas purification from hydrogen sulfide, the absorber - contactor, regeneration column.

Studied the modernization of scheme of gas purification process of inclusions of hydrogen sulfide and carbon dioxide with an aqueous solution of the IEA. The scheme is designed in the program CHEMCAD 6.3. As a global model constants the equilibrium model was assumed pressure of amines (amine). As a global model enthalpy model was assumed amines(amine). As a result of modeling were obtained the comparative data before and after the upgrade.

Введение

В связи с неудовлетворительной очисткой газа от включений сероводорода на предприятии «SC Petrotel LUKOIL SA» (г.Плоешти, Румыния) было принято решение модернизировать блок МЭА -очистки.

В результате обследования блока МЭА - очистки были выявлены основные причины неудовлетворительной очистки газа от включений сероводорода:

1) недостаточный расход поглотительного раствора;

2) недостаточная концентрация циркулирующего раствора.

Ограничение параметров привело к перенасыщению поглотительного раствора, что в конечном итоге приводит к коррозии регенерационного оборудования.

Удельный расход абсорбента до модернизации составлял 2кг раствора МЭА на 1кг серосодержащего газа, что не удовлетворяет расчетных значений.

Ограничение расхода регенерированного раствора приводило к пенообразованию на клапанных тарелках, а орошение более 12,5м3/ч приводило к уносу раствора и к «захлебыванию» аппарата.

В связи с необходимостью повышения пропускной способности по жидкому поглотителю в абсорбере, было принято решение о замене тарелок.

Моделирование процесса сероочистки

Модернизация блока МЭА - очистки на предприятии «SC Petrotel LUKOIL SA» состоит из следующих этапов:

1) Замена клапанных тарелок фирмы «Glitsch» на контактные устройства «ВНИИУС-14».

2) Расчет и подбор оптимальных рабочих параметров.

В результате замены клапанных тарелок фирмы «Glitsch» на контактные устройства «ВНИИУС-14» КПД абсорбер - контактора возрос.

В процессе моделирования и изучения процесса появилась необходимость подбора технологических параметров. Подбор параметров осуществлялся по-

средством изучения характеристик МЭА поглотителя [7]. Схема процесса МЭА - очистки представлена на рисунках рис.1 и рис.2. Она состоит из двух блоков.

В блоке очистки газа от H2S (рис.1) происходит улавливание включений H2S и CO2 водным раствором МЭА. Газ подается снизу в абсорбер - контактор (Sour gas), а водный раствор МЭА подается сверху [11]. Очищенный газ удаляется сверху ко-лонны(Sweet gas).

В блоке регенерации (рис.2) происходит отпарка раствора МЭА от содержащихся в нем H2S и CO2. Кислый газ удаляется сверху колонны регенерации(Acid gas), а отпаренный раствор МЭА снизу колонны поступает на охлаждение и снова подается на орошение в абсорбер - контактор. Параметры абсорбер - контактора: Количество тарелок-20 Давление в колонне- 420 кПа Перепад давления в колонне - 68,95кПа Температура верха-32-40 0С Температура низа- 28 - 40 0С

Параметры колонны регенерации: Количество тарелок-12 Давление в колонне- 180,615 кПа Перепад давления в колонне - 34,47кПа Температура верха-49 0С Температура низа- 125 0С

Параметры и состав входного нефтяного газа были взяты из технологического регламента [1].

Таблица 2

Рис. 2 - Блок регенерации

Параметры и показатели процесса очистки в абсорбер - контакторе до реконструкции и после реконструкции представлены в таблице 1.

Таблица 1

Показатели До реконст- После

рукции реконструкции

Расход очищаемо- 6500 11000

го газа, м3/ч

Рабочее давление, 0,42 0,42

МПа

Температура газа, 21 32

поступающего на очистку ,0С

Характеристика

раствора МЭА

циркулирующего

расход, м3/ч 12,5 42

концентрация, %(масс.) 0,13 0,19

регенерированного

температура,0С 32 40

содержание сульфидов, % (масс.) 0,9 1

Содержание серо-

водорода в газе

в исходном, %(об.) 3,58 3,58

в очищенном, 0,86 0.024

%

Степень очистки 76 99,3

газа, %

Из таблицы 1 видно, что степень очистки газа после реконструкции сильно возросло. Связано это как с повышением эффективности тарелок, так и с повышением КПД всей колонны в целом. Параметры оборудования, такие как температура и давление, отличаются в небольших пределах.

Сравнительный состав кислых газов представлен в таблице 2.

Температура нагрева в теплообменнике 6 (рис.1) составляет 104,44 0С, а перепад давления 68,95 кПа.

Компонент Содержание до Содержание

реконструкции, после реконст-

%

Вода 0.026 0.027

H2S 0.602 0.68

CO2 0.367 0.284

O2 7.863e-006 1.308e-005

n2 0.00026 0.00045

СН4 0.001557 0.002671

С2Н6 0.001133 0.001749

С3Н8 0.001146 0.00155

i-C4H10 6.631e-005 9.831e-005

п-С4НЮ 0.00012 0.00018

ьСзН12 2.456e-014 9.576e-013

п-СзН12 6.332e-015 2.614e-013

С6+в 0 7.223e-016

Моноэтаноламин 6.997e-012 3.309e-011

В результате работы были подобраны технологические параметры и получены результативные данные, сравнимые с заводскими и отличающимися на 0,56 - 1,56%. Это дает возможность дальнейшего исследования схемы.

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 ChemCad: Учебно-методическое пособие/ Н.Н. Зиятдинов, Т.В. Лаптева, А. Д. Рыжов - Казань, 2008. - 160 с.

3. Программа_ChemCad6.3\Documents\

4. My Simulations\Examples-6.31\Gas Processing

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

6. Черноземов Н.С. Химия и технология топлив и масел. 2001. - №5. Модернизация установки сероочистки с применением контактных устройств типа «ВНИИУС-14»/ Н.С. Черноземов, Б.Н. Матюшко, Н.А. Склярова, В.Р. Ахметзянов, Г.З. Нурмухаметова, И. Зырнэ

7. Лапидус А.Л. Газохимия ч.1.Первичная переработка углеводородных газов: учебное пособие/ А.Л. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров - Российский государ-свенный университет им.Губкина, 2004 - 246 с.

8. [Электронный ресурс] URL: http://www.h2s.su/index.php-p=hemo_mea.htm

9. [Электронный ресурс] URL: http://enciklopediya-tehniki.ru/tehnologiya-dobychi-gaza-i-nefti/massoobmennye-apparaty .html

© А. З. Гарипов - магистрант каф. «Машины и аппараты химических производств» КНИТУ, garipov.aza@mail.ru; А. А. Хо-менко - к-т 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.