Анализ особенностей фазового равновесия между газом и абсорбентом

Анализ особенностей фазового равновесия между газом и абсорбентом Сафаров Б. Ж.1, Элов И. И.2

1 Сафаров Бахри Жумаевич /Safarov Bakhri Jumayevich - кандидат технических наук,

старший преподаватель;

2Элов Илёс Илхомович /Elov Ilyos Ilkhomovich - магистрант, кафедра технологии нефтехимической промышленности, факультет химической технологии, Бухарский инженерно-технологический институт, г. Бухара, Республика Узбекистан

Аннотация: в данной статье рассмотрены взаимосвязи равновесных концентраций воды в гликолях при абсорбционной осушке газа в зависимости от температуры и давления массообменной части абсорбера.

Ключевые слова: концентратция, температура, гликоль, точки росы, деструкция, абсорбер, осушка газа, высокомолекулярные вещества, метанол.

Анализ имеющейся литературы показывает необходимости более детального рассмотрения качественных особенностей фазового равновесия между осушаемым газом и абсорбентом в реальных массообменных аппаратах, на УКПГ и головном участки МГ.

Для предварительной оценки показателей качества осушки газа обычно применяют равновесные диаграммы точки росы газа по влаге над раствором гликоля (в зависимости от концентратция гликоля и температуры). При их использовании утверждается, что в реальных аппаратах равновесие между газом и регенерированным гликолем не достигается или же в принципе недостижимо [1]. Поэтому фактическая точка росы на несколько градусов выше равновесного значения, получаемого по этим диаграмма [2] или же соответствует гликолю, концентраций воды и выходи абсорбера.

Рис. 1. Качественное представление взаимосвязи концентраций воды в гликолях при абсорбционной осушке газа в зависимости от эффективности массообменной части абсорбера, выраженной в терминах теоретических ступеней контакта

33

На рисунке 1. представлен качественный график зависимостей концентрации воды в гликоле на верхней теоретической тарелке, в насыщенном гликоле, а также в гликоле, находящемся в равновесии с газом, покинувшим массообменную часть абсорбера, от числа теоретических тарелок при постоянном удельном расходе и концентрации воды в регенерированном гликоле (концентрация воды в гликоле, находящегося в равновесии с газом, приведена при температуре и давлении процесса осушки). Для наглядности в представленных графических зависимостях концентрации воды при эффективности аппарата в две теоретические тарелки заметно отличаются от концентраций воды при более высокой эффективности (что характерно не для всех режимов, а лишь при достаточно малой удельной подачей абсорбента). Также учитываем, что температура входного газа и подаваемого абсорбента почти одинаково.

Когда поступающий в абсорбер газ насыщен парами воды, то равновесной с газом жидкой фазой является чистая вода (при тех же температуре и давлении). Недонасыщенность входного газа парами воды (этот случай приведен на рисунке формально может рассматриваться как равновесие газа с раствором гликоли-вода концентрация воды в котором отлична от 100%) на практике может иметь место после компримированные сырого газа с последующим охлаждением до темпера туры выше ТТР газа по влаги или после ступени предварительной осушки газа, в.т.ч. и в случае использования, ДЭГ в качестве антигидратного реагента при охлаждении в АВО компримированного сырого газа.

Если достигнуто (или почти достигнуто) фазовое равновесие между капельным дисперсным гликолем и осушенным природным газом, то отбор пробы этого гликоля с последующим анализом содержания воды в ней позволяет с учетом термобарических условий в потоке газа в месте отбора определить расчетным путем остаточное влагосодержание осушённого газа и далее пересчитать влагосодержание на точку росы газа по влаге. Погрешность пересчета массовой концентрации воды в пробе гликоля на точку росы газа по влаге, по нашим оценкам не превышает 2-3 0С, при 3-5%-ной погрешности определения содержания воды в гликоле. Наличие в пробе гликоля примесей низко и высокомолекулярных веществ (являющихся продуктами деструкции гликоля при регенерации) практически не влияет на коэффициент активности воды в концентрированном гликоле исследовательно на результ такого термодинамического пересчета.

Следует отметить, что на точность такого метода определения точки роси газа по водной фазе оказывает некоторое влияние содержание метанола в осушенном газа. Поскольку на большинстве действующих установок абсорбционной осушки в осушенном газе метанола остается немного, то его влиянием можно практически пренебречь или же учесть при соответствующих расчетах в виде поправки. Так, для установок осушки газа, Газлинской и Мубарекского месторождений учет влияния метанола не актуален (исключение составляют отдельные, УКПГ Мубарекского месторождения в зимний период) Однако этот момент оказывается более существенным для новых месторождений, например для Сургильского месторождения, а также для ПХГ.

Оценка качество осушенного газа по фазовому равновесию с абсорбентом не требует специальных приборов и базируется лишь на положениях термодинамики растворов. Основными моментам рассматриваемого метода является отбор представительной пробы гликоля в газе (представительной в том смысле, что она должна отражать текущее состояние качество осушенного газа) и точное определение содержания воды в гликоле (методом Фишера) [3].

Оценка температуры точки росы газа по влаге, исходя из анализа проб гликоля, возможна на различных технологических местах УКПГ, а также на головном участке магистральной газотранспортной системы, который в рассматриваемом контексте можно трактовать как естественное продолжение установки абсорбционной осушки

34

газа. Для определенности под абсорбентом будем понимать ДЭГ как наиболее распространенный осушитель в отечественной газовой промышленности, но все нижеследующие практические выводи, остаются в силе при использовании ТЭГ в качестве абсорбента.

Первым местом отбора пробы капельного гликоля в осушенном газе, является фильтрующая секция после массообменной секции абсорбера. Технологическая возможность отбора проб гликоля из многофункциональных аппаратов осушки (МФА) имеется или может быть реализована практически на всех технологических нитках, так как переток гликоля из фильтрующей секции МФА в насыщенный гликоль осуществляют в основном по наружной трубе. Такой гликоль с фильтрующей секции назовем ФДЭГ (т.е. «ДЭГ с фильтра»).

Вторым местом отбора пробы унесенного капельного гликоля является узел замера газа или концевой фильтр-сепаратор на выходном коллекторе абсорберов или выходе с УКПГ (последнего аппарата может и не быть на УКПГ). Такой гликоль назовем УДЭГ (т.е. «ДЭГ после УКПГ»).

Наконец, третьим местом отбора пробы гликоля являются входные сепараторы на головной и первых линейных компрессорных станциях (КС). Такой гликоль назовем КДЭГ (т.е. «ДЭГ на КС»).

Рассмотрим, что же дает отбор пробы гликоля с фильтрующей секции абсорберов МФА. Унесенный с верхней массообменной тарелки гликоль (в количестве до 50 + 100 г/1000 м3) контактирует на фильтрующей секции с газом, покинувшим массообменную часть абсорбера, и достигает с ним состояния, достаточно близкого к состоянию фазового равновесия. Большая часть такого гликоля улавливается фильтром и затем сбрасывается в НДЭГ, а меньшая часть (иногда до 10 + 20 г/1000 м3) в дисперсной форме уносится с осушенным газом в газотранспортную систему.

Если же на фильтрующей секции фазовое равновесие между дисперсным гликолем и осушенным газом в полной мере еще не достигается, то теоретически равновесная концентрация воды в ФДЭГ должна быть несколько выше, чем фактически определенная. Это означает, что расчет точки росы газа по водной фазе, исходя из фактических данных по концентрации воды в ФДЭГ, может дать только заниженное значение температуры точки росы газа по влаге и соответственно, завышенную оценку эффективности массообменной секции абсорбера, т.е. реальное положение дел на установке может быть только хуже, чем оцениваемое по концентрации воды в ФДЭГ.

Таким образом, анализ пробы «ДЭГ с фильтров» после соответствующего термодинамического пересчета принципиально дает близкую к фактической, но несколько оптимистическую оценку эффективности массообмена в МФА и соответственно, точки росы осушенного газа по влаге.

Литература

1. Бекиров Т. М., Брагин В. В., Тюрина В. В. и др. Современное состояние проблемы очистки гликолей от примесей // Обз. информ. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата. - М.: ИРЦ Газпром, 1997. С. 57.

2. Бекиров Т. М., Ланчаков Г. А. Технология обработки газа и конденсата. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. С. 596.

3. Дубина Н. И., Ефимов Ю. Н. Технологические и экономические аспекты утилизации вторичного ДЭГА на Уренгойском ГНКМ // Обз. информ. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата. - М.: ИРЦ Газпром, 1999. С. 55.

4. Дубина Н. И., Ефимов Ю. Н. Очистка абсорбента на УКПГ Уренгойского ГНКМ // Обз. информ. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата. - М.: ИРЦ Газпром, 2003. С. 39.

35