Вернуться в библиотеку

Рекострукция абсорбера очистки природного газа от сероводорода и диоксида углерода

Химия и технология топлив и масел. 2001. - №3

В.М. Бредников, Ю.Н. Лебедев,
К.В. Баклашов, Б.И. Белинский,
Е.М. Прохоров, Т.М. Зайцева

Очистка природного газа от сероводорода и диоксида углерода на Астраханском ГПЗ осуществляется в абсорбере 72CO1 водным раствором амина. Этот абсорбер, спроектированный французской фирмой «Technip», оснащен 33 ситчатыми (дырчатыми) тарелками с переливами.

В верхней части абсорбера диаметром 2,6 м расположены 10 двухшпоточных тарелок, в нижней части диаметром 4 м - 23 четырехпоточные. Давление в абсорбере - 6,9 МПа, средняя плотность газа при рабочих условиях - 49 кг/м³, массовое отношение жидкость:газ = 6,5. Недостаток этого абсорбера - попадание в водный раствор амина поверхностно-активных веществ - ингибитора коррозии, продуктов коррозии, жидких углеводородов C₇ - C₈ и др., что приводит к образованию устойчивой пены и преждевременному захлебыванию аппарата.

Научно-производственной компанией (НПК) «Кедр-89» совместно с Acтpaxaнcким ГПЗ для улучшения работы абсорбера предложена его реконструкция: замена ситчатых тарелок барботажного типа новыми контактными устройствами - тарелками центробежного типа [1] и структурированной насадкой ВАКУПАК [2]. В этих устройствах взаимодействие гпзп с жидкостью происходит в каплях и пленках, благодаря чему пена активно paзрушается. Их производительность по сравнению с барботажными тарелками на 30 - 50 % выше.

Перед началом реконструкции были проведены сравнительные испытания контактных устройств названных старой и новых конструкций на экспериментальной установке с использованием модельной системы [3]. В результате получены данные для гидродинамического расчета абсорбера.

Масоообменные (кинетические) характеристики процесса абсорбции определяли путем компьютерного моделировании с использованием программы «Hysim» фирмы «Hyprotch». В качестве абсорбента использовали водный раствор диэтаноламина (ДЭА) и диэтаноламина в смеси с метилдиэтаноламином (МДЭА). В табл. 1 и 2 приведены параметры работы абсорбера и его газо-жидностные нагрузки в различных сечениях.

Таблица 1

Номер теоретической тарелки	Давление, МПа	Температура, •С	Расход потоков на тарелках, кг/ч
			жидкости	пара
Секция I
1	0,610	47,3	363532,8	124329,0
2	0,611	47,9	363585,7	124626,3
3	0,611	50,8	0,0	124679,2
Секция II
4	0,612	62,1	1031310,8	117004,6
5	0,613	63,3	1033070,0	117910,7
Секция III
6	0,614	71,1	1434508,5	119669,9
7	0,614	86,4	1503221,9	157291,2
8	0,615	88,1	1500000,0	226004,7

Таблица 2

Номер тарелки	Молекулярная масса	Плотность (при рабочих условиях, кг/м3)	Расход
			кг/ч	м3/ч (реальный)
Паровая фаза
1	18,40	46,221	124328,91	2689,871
2	18,41	46,126	124626,29	2701,891
3	18,41	45,605	124679,18	2733,912
4	18,42	43,529	117004,63	2687,948
5	18,43	43,344	117910,71	2720,321
6	18,56	42,356	119669,89	2825,337
7	21,25	46,384	157291,20	3391,064
8	24,60	54,660	226004,68	4134,727
Жидкая фаза
1	27,12	1030,75	363532,78	352,687
2	27,12	1030,36	363585,67	352,872
3	27,12	1028,74	0,00	0,000
4	23,17	1012,22	1,031•106	1018,856
5	23,19	1013,14	1,033•106	1019,672
6	24,34	1036,40	1,434•106	1384,126
7	24,76	1077,34	1,503•106	1395,310
8	24,92	1091,56	1,533•106	1404,607

С использованием экспериментальных данных и результатов компьютерного моделирования был предложен технический проект реконострукции абсорбера 72CO1 на установке ЗУ-272. Общий вид абсорбера показан на рис. 1. В верхней его секции 1 установлено 8 тарелок центробежного типа с 16 центробежными элементами на каждой. Над центробежными тарелками расположен сепаратор с каплеуловителями струнного типа. В средней секции 2 смонтировано 8 центробежных тарелок с 52 центробежными элементами.

Рис. 1 - Схема абсорбера Астраханского ГПЗ: 1, 2, 3 - соответственно верхняя, средняя и нижняя секции; 4 - сборно-распределителтная тарелка; I - очищенный газ; II, IV - соответственно тонко- и груборегенерированный раствор ДЭА; III - газ регенерации; V - газ на очистку; VI - насыщенный раствор ДЭА

Рис. 2 - Блок регулярной насадки ВАКУПАК

Рис. 3 - Схема контактного элемента центробежной тарелки

Для подачи груборегенерированного раствора абсорбента используется распределительная тарелка специальной конструкции. В нижней секции 3 абсорбера установлены два слоя структурированной насадки ВАКУПАК высотой 3,5 и 2,6 м; над верхним и нижним слоями размещены распределители жидкости желобчатого типа. Под нижним слоем насадки смонтированы сборно-распределительные тарелки 4 для равномерного распределения по площади насадки сырого газа, поступающею в абсорбер, сбора насыщенного раствора абсорбента и перепуска его в куб колонны.

Абсорбер работает следующим образом: сырой газ поступает вниз аппарата под распределительную тарелку, проходит два слоя насадки, 16 центробежных тарелок и сепаратор струнного типа. Тонкорегенерированный раствор амина - смесь 60% ДЭА с 40% МДЭА полается на верхнюю центробежную тарелку, выводится с 8-ой тарелки (считая сверху) и перепускается в нижнюю секцию на орошение насадки.

Груборегенерированный paствор амина поступает в среднюю секцию абсорбера на центробежную тарелку, проходит 8 центробежных тарелок и направляется на распределитель жидкости верхнего слоя насадки, где смешиваются два потока жидкости: переток с верхней секции тонкорегенерированного раствора амина и поток груборегенернрованного раствора амина из средней секции. Таким образом, на cтpyктурированной насадке ВАКУПАК создается самая высокая плотность орошения - до 120 м³/(м²ч), однако работа ее при этом эффективна.

На рис. 2 показан общий вид блока насадки ВАКУПАК, который представляет собой пакет вертикальных пластин, параллельных оси колонны. Пластины состоят из просечного листа с горизонтальными гофрами, имеющими отогнутые выступы с отверстиями, направленными вниз. Выступы обеспечивают определенное расстояние между пластинами.

Блоки насадки размером 350 × 440 × 1000 мм через люк укладывают на опорную решетку слоями с поворотом на 90", плотно заполняя поперечное сечение аппарата. Нижний слой общей высотой 3,5 м состоит из 8 рядов (высотой по 440 мм каждый), верхний слой - из6 рядов общей высотй 2,64 м.

Жидкость в виде пленки стекает по гофрам, причем пленочное движение сохраняется при любых нагрузках по жидкости и газу. Благодаря этому в широком диапазоне нагрузок обеспечивается стабильная эффективность. Газовая фаза движется снизу вверх по зигзагу, причем расстояние между листами обеспиечивает низкое гидравлическое сопротивление насадки. Благодаря выступам на наклонных сторонах гофров обеспечивается интенсивное внутреннее перемешивание фаз.

Основным узлом центробежной тарелки является контактный элемент диаметром 380 мм (рис. 3). Этот элемент состоит из завихрителя, отражателя и сепарационной обечайки. Переток жидкости с тарелки на тарелку осуществляется по трубам, расположенным в межэлементной области тарелки. Тарелки работают следующим обраюм. Газ поступает снизу в контактный элемент, закручивается в завихрителе, подхватывает жидкость, стекающую из переливной трубы, и отбрасывает ее на сепарационную обечайку.

Повышенная производительность тарелки по газу обеспечивается благодаря тому, что центробежные силы, оозникающие при вихревом движении фаз, способствуют эффективной сепарации жидкости после контакта и снижают унос капель на вышележащую ступень. Одновременно актикно разрушается пена на сепарационной обечайке, в результате пропускная способность тарелки по жидкой фазе по сравнению с барботажными тарелками увеличевается в 1,5 - 2 раза.

Помимо высокой производотельности преимуществом центробежных тарелов является широкий диапазон устойчивой эффективной работы: при изменении производительности в 2 - 3 раза высокая эффективность разделения сохраняется.

НПК «Кедр-89» в соответствии с техническим проектом, согласованным с Астраханским ПГЗ, изготовил для абсорбера установки ЗУ-272 все внутренние контактные устройства. После монтажа этих устройств в марте 2000 г. началась эксплуатация абсорбера.

Промышленные испытания реконструированного абсорбера, прошедшие с 20 по 27 апреля 2000 г. по согласованной с Астраханским ГПЗ программе, покаpли:
- максимальная производительность по обессеренному газу составила 130 тыс. м³/ч (или 196-200 тыс. м³/ч по отсепарированному газу) при нормальных условиях, что на 8-10% выше проектной;
- содержание сероводорода в очищенном газе не превышало 0,0073 г/м³ при допустимом 0,012 г/м³;
- максимальное содержание диоксида углерода - 2,68 млн^-1 при норме 150 млн^-1.

После года эксплуатации абсорбер 72C01 работает устойчиво, обеспечивая требуемую четкость разделения и перепад давления в колонне не более 0,025 МПа.

Список литературы
1. Пат. 2122881 (РФ).
2. Пат. 2118201 (РФ).
3. Лебедев Ю.Н., Владимиров А.И., Косьмин В.Д. - ХТТМ, 1997, №10, с.20-21.

ООО "Астрахантгазпром",
ОАО "ГАЗПРОМ",
НПК "Кедр-89",
E-mail: kedr@kedr-89.ru