Расчёт аппаратов установки очистки природного и жирного газа от сероводорода и углекислого газа

`

Министерство образования и науки Российской Федерации

Пермский национальный исследовательский политехнический институт

Химико-технологический факультет

Кафедра «Химические технологии»

 

 

 

 

 

 

 

Расчётно-пояснительная записка по курсовому проекту ХТТУМ

Тема: «Расчёт аппаратов установки очистки природного и жирного газа от сероводорода и углекислого газа»

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. ХТТ-10-2с

Баженов И.Н.

Проверил: доцент

Тархов Л.Г.

 

 

 

Пермь 2014

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1. Литературный обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
1. Описание технологической схемы установки «Сероочистка» . . . . . 12
2. Расчетная часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
1. Состав сырья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
2. Расчет абсорбера А-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
3. Рачет десорбера Д-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
3. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Список использованной литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Результаты расчетов в DESIGN II FOR WINDOWS . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Технологическая схема установки «Сероочистка» . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

Чертеж абсорбера А-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Чертеж тарелки типа ТКП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38

 

Введение

Строительство установки сероочистка обусловлено необходимостью очистки попутных нефтяных газов получаемых на местах добычи нефти и при деструктивных процессов переработки нефти на ООО “ПНОС”. Очистка газов в основном осуществляется от сероводорода и диоксида углерода, в качестве абсорбента используется 25% водный раствор метилдиэтаноламина(МДЭА).

Переработка попутного нефтяного газа обусловлена экономической составляющей и в настоящее время актуальна для России и Пермского Края в целом.

Установки для очистки газа от сернистых соединений в настоящее время особенно необходимы в России, занимающей первое место в мире по объемам сжигания попутного нефтяного газа, что связано с отсутствием развитой системы газопроводов и сложностью локальной переработки попутного нефтяного газа на месторождениях.

Попутный нефтяной газ отличается от природного газа метана более высоким содержанием тяжелых углеводородов, что делает его ценным сырьем для нефтехимических производств. В результате переработки ПНГ на газоперерабатывающих заводах получают продукт под названием "широкая фракция легких углеводородов" (ШФЛУ) и сухой газ, сходный с природным. Из ШФЛУ непосредственно на газоперерабатывающих заводах получают сжиженные газы (пропан, бутан и пропан-бутановая смесь), используемые населением.

В процессе дальнейшей переработки из ШФЛУ может быть получен практически весь спектр нефтехимической продукции: каучуки для шинной и резинотехнической промышленности, пластмассы, компоненты для высокооктанового бензина.

В данной работе проводился расчёт основных аппаратов установки СО и анализ процессов очистки попутного нефтяного газа от сероводорода и углекислого газа. Расчёт производился в программе DESIGN II FOR WINDOWS. При расчёте в программе использовались технологические данные аппаратов и состав исходного газа и абсорбента взятые из регламента установки СО. По заключении расчётов производилось сопоставление данных полученных при расчёте в программе DESIGN II FOR WINDOWS и данных материального баланса установки СО полученных в процессе прохождения летней практики, а также технологических характеристик основных аппаратов: расчётных,и взятых из регламента.

 

1.Литературный  обзор

Основные применяемые и разрабатываемые технологии очистки природного газа от сероводорода

В настоящее время для очистки природного газа от H2S и СО2 используют следующие процессы:

• хемосорбционные процессы, основанные на химическом взаимодействии H2S и СО2 с активной частью абсорбента;
• процессы физической абсорбции, в которых извлечение кислых компонентов происходит за счет их растворимости в органических поглотителях;
• комбинированные процессы, использующие одновременно химические и физические поглотители;
• окислительные процессы, основанные на необратимом превращении поглощенного сероводорода в серу;
• очистка природного газа от сероводорода может производиться и с использованием адcорбционных процессов, основанных на извлечении компонентов газа твердыми поглотителями — адсорбентами.

Очистка природного и других газов от сероводорода может осуществляться разными методами. Выбор процесса очистки природного газа от сернистых соединений в каждом конкретном случае зависит от многих факторов, основными из которых являются: состав и параметры сырьевого газа, требуемая степень очистки и область использования товарного газа, наличие и параметры энергоресурсов, отходы производства и др.

Анализ мировой практики, накопленной в области очистки природных газов, показывает, что основными процессами для обработки больших потоков газа являются абсорбционные с использованием химических и физических абсорбентов и их комбинации.

Окислительные и адсорбционные процессы применяют, как правило, для очистки небольших потоков газа, либо для тонкой очистки газа.

В нашем случае производится очистка природного газа от H2S и СО2 с использованием метода химической абсорбции.

Абсорбцией называют процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом). Поглощение газа может происходить либо за счет его растворения в абсорбенте, либо в результате его химического взаимодействия с абсорбентом. В первом случае процесс называют физической абсорбцией, а во втором случае – хемосорбцией. Возможно также сочетание обоих механизмов процесса.

В промышленности абсорбция широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов, для очистки технологических и горючих газов от вредных примесей, для санитарной очистки газов и т.д.

При переходе из газовой фазы в жидкую, энергия молекул распределяемого компонента уменьшается. Поэтому процесс абсорбции сопровождается выделением тепла и повышением температуры системы. Кроме того, объем системы в процессе абсорбции уменьшается за счет уменьшения объема газовой фазы. Следовательно, согласно принципу Ле-Шателье, растворимость газа в жидкости увеличивается при повышении давления и уменьшении температуры процесса. Статика процесса абсорбции описывается уравнением Генри, а кинетика – основными уравнениями массопередачи.

При абсорбции процесс массопередачи протекает на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому в аппаратах для поглощения газов жидкостями (абсорберах) должна быть создана развитая поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. В качестве поверхности соприкосновения между газом и жидкостью используют: насадки, тарелки и роторные абсорберы с вращающимися деталями. В нефтяной и химической промышленности наибольшее применение нашли насадочные и тарельчатые колонны.

Современные насадочные аппараты должны обладать высокой разделительной способностью и производительностью характеризоваться высокой надёжностью и гибкостью в работе, обеспечивать низкие эксплутационные расходы, иметь небольшую массу, быть простыми и технологическими в изготовлении.

Значимой частью аппарата является тарелка. Большой выбор тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор оптимальной конструкции тарелки. При этом наряду с общими требованиями (высокая интенсивность единицы объёма аппарата, его стоимость и др.) выдвигаются требования связанные со спецификой производства: большой интервал изменения нагрузок по фазам, возможность использования тарелок в среде загрязнённой жидкости, возможность защиты от коррозии и т.д. Зачастую эти характеристики тарелок являются основными, определяющими пригодность той или иной конструкции для использования в каждом конкретном процессе. При этом учитываются и такие факторы как промышленный опыт эксплуатации, возможность быстрого изготовления и др. Окончательный выбор определяется технико-экономическим анализом. В данном аппарате (абсорбере) применяются клапанные двухпоточные прямоточные тарелки. Данные тарелки могут применятся в процессах протекающих как под вакуумом так и под давлением; обладают большим диапазоном эффективной работы в режимах от барботажного в перекрёстном движении фаз до струйного прямоточного, реализуемого на струйных тарелках. [2] [3].

 

Абсорбенты для очистки газа.

Наиболее известными этаноламинами, используемыми в процессах очистки газа от Н2S и С02 являются:  
• моноэтаноламин (МЭА)  
• диэтаноламин (ДЭА)  
• триэтаноламин (ТЭА)  
• дигликольамин (ДГА)  
• диизопропаноламин (ДИПА)  
• метилдиэтаноламин (МДЭА)

До настоящего времени в промышленности на установках по очистке кислых газов, в качестве абсорбента, восновном, применяется моноэтаноламин (МЭА), а также диэтаноламин (ДЭА). Анализ мировой практики показывает, что наблюдается тенденция по замене МЭА на более эффективный абсорбент -метилдиэтаноламин (МДЭА). Для селективного извлечения Н2S в присутствии СO2 используют третичный амин - метилдиэтаноламин.

Таблица 1 - Физико-химические свойства МЭА и МДЭА (содержание основного вещества - 99% масс.)

Показатели	МЭА	МДЭА
Формула	HOC2H4NH2	(HOC2H4)2CH3N
Молекулярный вес	61,1	119,2
Плотность при Т=20 С oС (г/см3)	1,015	1,018
Температура кипения при атмосферном давлении (oС)	170	240
Температура замерзания	10,5	-21
Давление паров при температруе Т=60 С (Па)	660	24
Динамическая вязкость при Т=25 oС 103(Па*с)	19	80
Удельная теплоёмкость при Т=30 oС (кДж/ кг С)	2,27	2,32
Массовая доля амина в рабочем ра-ре %	10-20	30-50
Тепло реакции (кДж/кг)
С H2S	1511	1047
С СО2	1919	1340

 

 

МДЭА (третичный амин) по сравнению с МЭА (первичный амин) заключается в меньшей коррозионной активности, что позволяет применять более концентрированные растворы МДЭА (30-50% масс.) по сравнению с МЭА (12-18%). Коррозионные исследования, проведенные в условиях, близких к промышленным, подтвердили низкую коррозионную активность растворов МДЭА. Степень насыщения МЭА ограничена величиной 0,30-0,35 моль/моль, в то время как для МДЭА она составляет до 0,8 моль/моль. Это означает, что количество циркулирующего раствора абсорбента, а следовательно, и расход энергии на его циркуляцию и регенерацию в 1,5 раза меньше при использовании МДЭА. Использование МДЭА обеспечивает экономию энергозатрат (греющий пар) также за счет меньшей теплоты десорбции МДЭА по сравнению с МЭА, при регенерации абсорбента. Сравнительные расчеты показывают, что потребное количество тепла на регенерацию растворов МДЭА на 30-40% меньше, по сравнению с МЭА. При применении МДЭА наблюдается значительное снижение деструкции абсорбента по сравнению с растворами МЭА. Происходит снижение пенообразования. Отмечено, что на внутренних поверхностях оборудования отсутствуют отложения, возникавшие ранее за счет деструкции применявшихся абсорбентов на основе МЭА.

Эти положительные моменты, наряду с отмеченной ранее низкой коррозионной активностью растворов МДЭА приводят к тому, что упрощается плановый ремонт оборудования, сокращается время его проведения. Отсутствие отложений на внутренней поверхности оборудования повышает эффективность теплообмена, что также снижает энергозатраты. При применении растворов абсорбентов на основе МЭА наблюдаются потери МЭА за счет уноса паров на стадии десорбции, где температура потоков достигает 115°С - 130°С. При применении МДЭА, температура кипения которого (247°С) значительно выше чем у МЭА (170°С), унос амина при регенерации раствора, при рабочих температурах абсорберов, значительно снижается, до величины близкой к нулю. Таким образом, замена МЭА на МДЭА обеспечит экономию материальных ресурсов на очистку газа за счет:

А. Снижение энергозатрат до 30% за счет:

• снижения циркуляционного расхода рабочего раствора;

• повышения степени насыщения рабочего раствора;

• меньшей теплоты десорбции МДЭА;

Б. Снижения затрат на обслуживание и ремонт оборудования за счет низкой коррозионной активности абсорбентов и отсутствия смолообразования.

В. При сложившемся уровне цен на МЭА (до 1400 долларов США за тонну) и на МДЭА (до 1000 долларов США за тонну), за счет более длительного срока работы абсорбента без снижения его характеристики добавления свежего МЭА в процессе эксплуатации, будет достигнута значительная экономия средств на закупку абсорбента.