Повышение эффективности процессов очистки газов от дисперсной фазы и вредных примесей в комбинированных аппаратах Исхаков Альберт Рифкатович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Очистка газов от дисперсной фазы и вредных примесей в промышленности 14

1.1. Виды моделирования и математических моделей 14

1.2. Моделирование переноса аэрозолей 22

1.3. Механизмы очистки газов от дисперсной фазы 24

1.4. Эмпирические подходы 26

1.5. Модели турбулентного осаждения частиц 28

1.6. Модели процессов переноса в двухфазных средах 32

1.7. Абсорбция газов 38

ГЛАВА 2. Численные исследования эффективности очистки газов от дисперсной фазы в цилиндрическом канале

2.1 Постановка задачи моделирования 46

2.2 Двумерная модель переноса частиц 49

2.3 Определение параметров модели 53

2.4 Результаты расчета 55

2.5 Одномерная диффузионная модель 58

2.6 Результаты расчета 61

2.7 Модель сепарации в канале с ленточным завихрителем 62

ГЛАВА 3 Определение эффективности очистки газов от дисперсной фазы в распыливающих и насадочных газосепараторах

3.1 Эффективность очистки газов от тонкодисперсной фазы в насадочных газосепараторах 65

3.2 Сравнение эффективности сепарирующих контактных устройств в демистерах 71

3.3 Эффективность очистки газов от тонко дисперсной фазы в распыливающих газосепараторах 80

ГЛАВА 4. Метод расчета эффективности и конструкция комбинированного сепаратора очистки газов от капельной влаги 85

4.1 Сепаратор осушки газов от капельной влаги 85

4.2 Порядок расчета эффективности сепарации 89

4.3 Результаты расчета эффективности процесса сепарации 93

ГЛАВА 5. Повышение эффективности очистки углеводородньгх газов от сероводорода в нефтепереработке 100

5.1. Процесс хемосорбции газов 100

5.2 Эффективность абсорбции в полых распыливающих аппаратах 101

5.3 Очистка углеводородного газа от сероводорода в промышленном насадочном аппарате 105 Заключение 115

Список литературы 118

Акт о внедрении 130

Справка об использовании результатов диссертационной работы 131

• Механизмы очистки газов от дисперсной фазы
• Двумерная модель переноса частиц
• Сравнение эффективности сепарирующих контактных устройств в демистерах
• Порядок расчета эффективности сепарации

Введение к работе

Актуальность работы. В химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности используются природные и технологические газы для различных целей. Газы часто содержат нежелательные примеси в виде твердых и жидких дисперсных частиц, а также нежелательные компоненты, например, такие как сероводород и др. При движении гетерогенной газовой среды в трубопроводах и аппаратах происходит осаждение дисперсной фазы на поверхностях оборудования, в результате повышается гидравлическое и термическое сопротивления. Со временем количество этих отложений увеличивается вследствие коалесценции и коагуляции. Таким образом, при турбулентном движении неоднородных газовых сред мелкие капельки в результате различных механизмов переноса сталкиваются между собой, со стенками оборудования и образуют более крупные капли, прилипающие к стенке и увеличивающие тем самым толщину отложений. Удаление этих примесей осуществляется в специальных аппаратах различной конструкций. В связи с разнообразием составов газовых смесей, режимами работы установок и требованиями к качеству очистки, актуальной задачей является разработка методик расчета с минимальным привлечением экспериментальных данных. За последние годы в области газоочистки опубликовано несколько монографий и справочников авторов: Колесник А.А., Войнов Н.А., Зиганшин М.Г., Николаев А.Н., Холпанов Л.П., Фарахов М.И., Ладыгичев М.Г., Швыдкий В.С., Бернер Г.Я. и др. Но несмотря на достигнутые результаты требуется развитие методов определения эффективности очистки газов и разработка высокоэффективных импортозамещающих аппаратов.

Работа выполнена в рамках проектной части государственного задания министерства образования и науки РФ в сфере научной деятельности: задание № 13.405.2014/К «Энерго- и ресурсосбережение и снижение техногенного воздействия на окружающую среду на предприятиях топливно-энергетического комплекса» (2014-2016 гг.), а также в рамках гранта Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ от 28.04.2016 (2016-2017 гг.) № 129 НШ-9771.2016.8 «Математические модели и импортозамещающие модернизации аппаратов разделения смесей и очистки газов и жидкостей в нефтехимическом комплексе и энергетике».

Цель работы – разработать методики расчета очистки газов от дисперсной фазы и нежелательных компонентов (сероводород) с применением соответствующих математических моделей для повышения эффективности промышленных аппаратов газоочистки с новыми контактными устройствами с внедрением их в нефтегазопере-работке.

Задачи:

1. На основе применения теории турбулентной миграции частиц получить уравнения для расчета эффективности процесса очистки газов от тонкодисперсной фазы в цилиндрическом канале для сухой, шероховатой и орошаемой внутренней поверхностей. Получить уравнение для расчета эффективности процесса очистки газов от жидких аэрозольных частиц в насадочном слое газосепараторов.

2. Произвести выбор более рациональных конструкций контактных устройств для газосепараторов, опираясь на энергетический коэффициент.

3. Разработать высокоэффективную конструкцию и алгоритм расчета комбинированного сепаратора осушки газа от капельной влаги. Внедрить газосепараторы на промышленном предприятии.

4. Разработать алгоритм расчета комбинированного абсорбера с новыми насадками для очистки газов от сероводорода. Повысить эффективность абсорбции за счет внедрения новых контактных устройств в промышленной колонне.

Объектами исследования являются промышленные аппараты очистки газов от капельной влаги и сероводорода в нефтеперерабатывающем комплексе «ТАНЕКО» (г. Нижнекамск) и других предприятиях нефтехимии.

Научная новизна.

5. На основе применения теории турбулентной миграции частиц получены уравнения для расчета эффективности турбулентного переноса аэрозолей в цилиндрическом канале с различными возмущениями. Рассмотрены двумерные и одномерные уравнения переноса в цилиндрических каналах с сухой и орошаемой стенками (прямоток), где перенос дисперсной фазы учитывается источниковым членом и коэффициентом турбулентного переноса частиц.. Выполнены численные исследования и получены профили концентрации частиц по длине канала при различных скоростях газа и размерах частиц. Показано согласование с экспериментальными данными. Вычислена эффективность осаждения аэрозольных частиц в каналах.

6. Разработана методика расчета эффективности массопереноса аэрозольных частиц в канале (аппарате) с хаотичной мелкой насадкой. Дифференциальное уравнение записано в виде диффузионной модели структуры потока, где перенос частиц учитывается объемным источником и коэффициентом обратного перемешивания. Численно исследована эффективность осаждения частиц на элементах насадки при различных режимных и конструктивных характеристиках.

7. На основе применения диффузионной модели структуры потока разработан алгоритм расчета очистки углеводородных газов от сероводорода в абсорбере с различными насадками.

Практическая значимость.

8. С применением математических моделей расчета эффективности осаждения аэрозолей разработана и запатентована конструкция комбинированного насадочно-вихревого газосепаратора аэрозолей, характеризуемого высокой эффективностью очистки (98-99%).

9. Разработана и зарегистрирована программа для расчета запатентованного сепаратора осушки газов.

10. Выполнены расчеты и разработаны научно-технические решения по повышению эффективности колонного аппарата очистки газа от сероводорода, внедренного на АО «ТАНЕКО» (г. Нижнекамск).

11. Выбраны конструктивные характеристики сетчатых демистеров, внедренных на АО «ТАНЕКО», что привело к повышению их эффективности.

Методы исследования.

Расчеты проводились с использованием языка программирования Pythonи библиотек NumPy, SciPy, Pandas. Для визуализации данных использовалась библиотека Matplotlib, а также средства Microsoft Office 2016.

Положения, выносимые на защиту.

12. Методика расчета и результаты численных исследований эффективности очистки газов от дисперсной фазы (аэрозолей) в полом сухом и орошаемом цилиндрическом канале.

13. Применение диффузионной модели для расчета эффективности очистки газов от дисперсной фазы в хаотичном насадочном слое.

14. Алгоритм и результаты расчета эффективности комбинированного газосепаратора аэрозольных частиц.

15. Запатентованные конструкции газосепараторов и абсорберов, и технические решения по повышению эффективности процессов.

Личное участие автора заключается в применении математических моделей, разработке методик расчетов, проведении численных расчетов, обсуждении результатов, формулировке выводов, разработке конструкций аппаратов и их внедрении на производстве, участии в написании статей.

Достоверность и обоснованность использованных в работе математических моделей и алгоритмов расчета подтверждается физической непротиворечивостью, согласованностью результатов численных расчетов с экспериментальными данными и промышленным внедрением, рассчитанных контактных устройств.

По своему содержанию диссертация отвечает паспорту специальности 05.17.08 в части "Способы, приемы и методология исследования гидродинамики движения жидкости, газов; методы изучения и создания ресурсо- и энергосберегающих процессов и аппаратов в химической и смежных отраслях промышленности, обеспечивающие минимизацию отходов, газовых выбросов и сточных вод; методы анализа

(расчета) и оптимизации показателей устойчивости, надежности и безопасности химико-технологических систем".

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: научно-практической конференции студентов и аспирантов «Наука и инновации в решении актуальных проблем города» (Казань, 2010), V и VIII международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2010, 2012), XVII международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2011), XIV международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, 2011), Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ–24, (Пенза, 2011), международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ–24 (Саратов, 2011), международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ–25 (Волгоград, 2012),международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ–29 (Санкт-Петербург, 2016).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 работ, из них 1 патент, 1 программа для ЭВМ, 6статей в журналах из перечня ВАК, 2 статьи в журналах, включенных в базу SCOPUS, и 7 материалов докладов на различных конференциях и семинарах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 115 наименований, акте и справки об использовании результатов работы. Общий объем диссертации –131 страница, включает 43 рисунка и 9 таблиц.

Механизмы очистки газов от дисперсной фазы

При описании изменения процесса (объекта) в конкретный момент времени применяется статистическое моделирование, в то время как динамическое моделирование показывает поведение в течение отрезка времени. Динамические модели дают наиболее полное представление о проведении процесса (объекта), но при их использовании возникает необходимость решения сложных вычислительных задач. В связи с этим

Однако их приводит к довольно сложным вычислительным задачам, поэтому для объектов, инерционностью которых можно пренебречь по сравнению с временным интервалом, на котором решается задача моделирования, или при сравнительно малом спектре возмущений ограничиваются статическими моделями [6].

Дискретное моделирование используется для описания прерывных процессов, в то время как непрерывное моделирование отражает непрерывные процессы, протекающие в системах. Дискретно-непрерывное моделирование используется в тех случаях, когда необходимо одновременно выделить наличие как непрерывных, так и дискретных процессов.

По форме представления изучаемой системы моделирование может быть математическим, натурным, физическим и др.

При проведении исследования на реально существующем объекте и дальнейшей обработкой полученных результатов в соответствии с теорией подобия моделирование называется натурным. В соответствии с поставленной задачей можно выявить закономерности протекания реального процесса при функционировании объекта. Такие виды натурного эксперимента как промышленный эксперимент и комплексные испытания как правило характеризуются высокой степенью достоверности.

В настоящее время возрастает техническая оснащенность при проведении научного эксперимента из-за интенсивного развития техники и более глубокого изучения процессов, протекающих в реальных системах. К отличиям экспериментального исследования от реального процесса относится то, что в реальном процессе зачастую появляются различные критические ситуации и определяются границы устойчивости процесса. При проведении эксперимента в процесс функционирования изучаемого объекта вводят различные возмущающие факторы и воздействия. Также к натурному моделированию относятся комплексные испытания как одна из разновидностей эксперимента. В этом случае в процессе повторения испытаний определяются общие закономерности о различных параметрах качества: качественные и количественные характеристики, надежность и пр. Тогда процесс моделируется через обработку и обобщение данных, являющихся однородными. Когда говорится о промышленном эксперименте, то подразумевается накопление и обобщение опыта, полученного при производственных испытаниях. В этом случае, основываясь на статистических данных, получают обобщенные характеристики процесса с использованием теории подобия [2].

В отличие от натурного физическое моделирование реализуется на установках, характеризующихся физическим подобием, с сохранением физических законов и природы явлений. При физическом моделировании задают различные характеристики внешней среды, и далее изучается поведение или реального объекта, или его физической модели при конкретных условиях и воздействиях внешней среды. Во временных рамках физическое моделирование может рассматриваться в реальном и нереальном масштабах времени или без учета времени. В случае, когда время не учитывается, исследуются «замороженные» процессы, которые зафиксированы в конкретный момент. Наиболее сложной задачей является физическое моделирование при реальном масштабе времени.

Математическое моделирование является наиболее обширным методом моделирования. Эпоха математического моделирования началась в 1950 году, когда Д. Нейман и Р. Рихтмайнер опубликовали метод расчета ударных волн, который они создали и применили для расчетов ядерного оружия США [7]. Данный метод моделирования не требует больших затрат. В последние десятилетия вследствие значительного роста производительности и доступности ЭВМ, а также большого количества различного специализированного программного обеспечения время, затрачиваемое на проведения расчетов, существенно снижается.

Математическое моделирование заключается в установлении соответствия с реальным объектом какого-либо математического объекта. В этом случае используется термин математическая модель. Описание реального объекта математической моделью производится с некоторой степенью приближения. Математическое моделирование включает в себя аналитическое, имитационное и комбинированное [1].

Аналитическое моделирование основывается на косвенном описании реального объекта с помощью набора математических выражений, которые образуют аналитическую модель. Компьютер при аналитическом моделировании используется в качестве вычислителя.

Двумерная модель переноса частиц

За пределами пристенного слоя, т.е. в ядре потока примем коэффициент Dd = const (у 5), определяемый по формуле (2.3), где DT vT [46, 65-66]. Задание граничных условий для двухфазного потока на стенке к уравнению (2.4) является затруднительным, поэтому в данном случае используем подход, когда влияние переноса дисперсной фазы к поверхности стенки (или межфазной поверхности) в уравнении переноса учитывается в виде объемного источника массы [46, 65].

Структура двухфазных потоков определяется размерами и распределением элементов дисперсной фазы в сплошной имеющими общую границу раздела. Для описания таких систем применяются модели гомогенного течения, раздельного течения фаз, потока дрейфа и др. (Дейч М.Е. [67], Филлипов Г.А. [67], Coy С. [51], Слеттери Дж. [50], Нигматулин Р.И. [48-49] и др.). Движение аэрозолей характеризуется практически однородным распределением дисперсной фазы, поэтому далее использован известный подход, когда перенос дисперсной фазы к стенке (или межфазной поверхности) учитывается в виде объемного источника массы [21,61, 68-69].

В общем виде источник массы записывается в следующей форме Локальный поток массы (2.1) можно записать в форме аналога уравнения массоотдачи [16]: Скорость турбулентного осаждения частиц является мерой интенсивности осаждения частиц из турбулентного потока газа на стенках. Под ней подразумевается количество частиц (весовое или численное), осаждающихся из аэрозольного потока на 1 м поверхности стенок за 1 с, отнесенное к единичной (по весу или числу) концентрации частиц [16]. С учетом вышеизложенного подхода уравнение (2.4) получит вид [77] u - = Dd - + utC(z)a, (2.7) oz ду где у — поперечная координата к стенке канала, м. и — находится используя логарифмический профиль скорости; а — удельная поверхность, м /м . Граничные условия к уравнению (2.7): z = 0, С = СИ; z = H, dC/dz = 0; у = 0,дС/ду = 0. Данное уравнение справедливо для стационарного процесса и не учитывает входной участок гидродинамической стабилизации.

Уравнение (2.7) решается численным методом с соответствующими граничными и начальными условиями. Из решения получается профиль концентрации частиц по длине канала и концентрация на выходе Ск. Далее, можно рассчитать эффективность очистки газа от дисперсной фазы: С -С n,=bL_bL. (2.8) Коэффициент турбулентной диффузии частиц вычисляется по модели Прандтля с учетом наличия частиц [16, 28] (у 5): Dd= AyL= } (2.9) 1 + сотр 1 + сотр где к = 0,4 - константа турбулентности Прандтля-Кармана. Время релаксации: Ь- . (2-Ю) Частота пульсаций, характеризует число изменений амплитудных значений пульсационнои скорости в секунду. Ее численное значение зависит от масштаба вихря. Наиболее энергоемкими являются низкочастотные пульсации крупномасштабных вихрей. По Таунсенду угловая частота энергоемких пульсаций определяется по формуле: (2.11) и (oF = Е 0,05 з Для широких каналов угловая частота энергоемких пульсаций исчисляется десятками и сотнями, а для узких - сотнями и тысячами рад/с. Для оценки размера частиц получено следующее выражение [70-75]:

Индекс инерционности частицы в пульсирующем поле показывает степень увлечения частицы турбулентными пульсациями газа, и тем самым ее инерционность в турбулентном поле. При высоких значениях индекса инерционности соТр 100 степень увлечения частиц близка к нулю. По аналогии с (2.11) выражение для частиц, не увлекаемых турбулентными пульсациями, запишется следующим образом: 9цг Отсюда записано [70] ч 30І-Ь-=іЗ,4рЬі. (2.14) Динамическую скорость w в выражениях (2.12), (2.14) следует вычислять учитывая шероховатость поверхности сепарирующих пластин, которая появилась в результате оседания дисперсных частиц. Для этого можно воспользоваться известными диаграммами и полуэмпирическими зависимостями. Более того, наличие в газе твердой и жидкой дисперсной фазы также увеличивает гидравлическое сопротивление канала. Для этого используется известная зависимость t,d = Щ. + 2,5С) , где b,d и с, коэффициенты сопротивления с учетом дисперсной фазы и для гомогенной среды, соответственно; С — концентрация дисперсной фазы в канале, кг/кг.

Из уравнений (2.12) и (2.13) следует, что частица, взвешенная в турбулентном потоке, тем точнее следует за пульсациями среды, чем меньше ее радиус и плотность, чем больше вязкость среды и ниже частота ее пульсаций.

В результате, весь спектр осаждающихся частиц можно разделить на три основные группы [16, 74]: I группа - полностью увлекаются турбулентными пульсациями среды. Диаметр частиц должен удовлетворять условию (2.12); II группа - обладают некоторой инерционностью по отношению к увлечению турбулентными пульсациями: 0Д34І 13,4 . (2Л5) VP4w \p4w III группа - не увлекаются турбулентными пульсациями среды; Диаметр частиц должен удовлетворять условию (2.14). Каждая из групп частиц характеризуется действием на них определенных сил и факторов, и тем самым определенным поведением в турбулентном потоке. За пределами пристенного слоя, т.е. при у 8, принимается у = д и vT «const , где - толщина гидродинамического пограничного слоя на стенке канала, м. Среднее значение 6 можно вычислить используя логарифмический профиль скорости в канале (т.е. при у = 8, и = и ):

Сравнение эффективности сепарирующих контактных устройств в демистерах

Профили концентраций для трубки с кольцами Рашига и полого канала: 1 - трубка с насадками; 2 - полая трубка. На рис. 3.2 приводится зависимость эффективности сепарации (3.1) от длины канала при различных числах Рейнольдса. В расчете использовалась трубка с нерегулярными насадками [88]. В качестве контактных устройств используются стальные кольца Рашига. Газожидкостной системой является воздух с каплями воды. Исходные данные: Сн =5% масс; d4=9 мкм. Видно, что чем меньше длина канала, тем больше должно быть число Рейнольдса для обеспечения высокой степени очистки. И наоборот, с увеличением длины канала, число Ренольдса можно уменьшать, при этом сохраняя высокую эффективность сепарации. числа Рейнольдса при различной длине трубки / . Трубки загружены стальными кольцами Рашига 25x25. В качестве газожидкостной смеси использовался воздух с каплями воды. Исходные данные аналогичны.

Зависимость эффективности сепарации от числа Рейнольдса при различных размерах извлекаемых частиц d4: 1-1 мкм; 2-2 мкм; 3 - Змкм; 4-4 мкм; 5-5 мкм. На рис. 3.4 представлена зависимость эффективности сепарации частиц разного размера от числа Рейнольдса. Трубки загружены стальными кольцами Рашига. В качестве газожидкостной смеси использовался воздух с каплями воды. Исходные данные: Сн = 5 % масс; / = 0,2 м. Установлено, что с увеличением размера частиц и числа Рейнольдса, происходит увеличение эффективности сепарации частиц.

Аппараты для очистки газов могут иметь различную конструкцию и режимные характеристики. Так, насадочные газосепараторы обеспечивают относительно эффективную очистку, но, как правило, имеют большее гидравлическое сопротивление по сравнению с аппаратами других конструкций, что требует больших энергетических затрат [89].

Для расчета эффективности каплеулавливания мелких капель ( 100 мкм), на основе рассмотренной выше модели Медникова [16] явлений переноса тонкодисперсных частиц, получено выражение для насадочного слоя [90]: С -С

Данное выражение позволяет оценить влияние режимных, конструктивных характеристик насадочного слоя и физических свойств смеси на эффективность работы демистера.

Очевидно, что при одинаковых конструктивных характеристиках (d3, av, єсв) и режиме (Re3) эффективность демистера будет отличаться только значением коэффициента гидравлического сопротивления Несмотря на большое разнообразие конструкций, подобрать насадки с абсолютно одинаковыми конструктивными характеристиками практически невозможно [69]. Кроме того некоторые фирмы, занимающиеся разработкой и исследованием насадок, не всегда представляют полную информацию, необходимую для расчетов. Поэтому выберем такие конструкции контактных устройств, по которым имеются необходимые данные. Ниже представлены эмпирические зависимости для нахождения коэффициента гидравлического сопротивления некоторых металлических насадочных элементов [59, 91]. насадка РГН-5. Так, например при d4=\0 5 м; рч=10 кг/м ; Re3 =10 ; єсв = 0,9 ; av =360 м2/м3; d3 =0,01 м, получаем эффективность при Н = 1,0 м 60% (рис. 3.5-3.6). При этом у остальных насадок КПД значительно ниже. С увеличением диаметра частиц от 10 мкм до 20 мкм эффективность сепарации резко увеличивается и составляет почти 100%.

Для комплексной оценки сепарирующих насадок необходимо учитывать и энергозатраты на очистку газов. Для этого получен безразмерный комплекс [92]: Е = Г/ДР, Па" . Значение АР вычисляется по известной формуле: Я prwr2 (3.29) АР = d3 2 Чем больше значение Е, тем больше энергетическая эффективность при условии соблюдения требований по сепарационной эффективности.

На рис. 3.10-3.13 показаны зависимости от соответственно для регулярных и нерегулярных насадок. Так, на рис 3.9-3.10 видно, что рулонная насадка РГН-5 наиболее энергоэффективна по сравнению с прочими исследуемыми насадками. Наиболее рациональны режим обеспечивается при Re = 1000-2000 [91].

Поверхность соприкосновения фаз в распыливающих сепараторах создается путем распыления жидкости на мелкие капли в газе. Такие аппараты обычно изготовляются в виде вертикальной колонны, где сверху распыляется жидкость, а газ движется по направлению снизу вверх. Для эффективной работы аппараты плотность орошения имеет решающее значение, так с ее увеличением возрастает поверхность капель. Также очистка проходит более эффективно с уменьшением размера и скорости движения капель [94].

Рассмотрим движение газовой смеси, содержащей твердые частицы, по высоте цилиндрического канала (аппарата). Навстречу газу в противотоке движутся капли жидкости за счет силы тяжести.

Порядок расчета эффективности сепарации

Углеводородный газ по линии (1) направляется на всас компрессора К. После сжатия в компрессоре газ по линии (2) поступает в водяной холодильник X, где охлаждается до температуры 50 С. Далее газовая смесь по линии (3) поступает в сепаратор С1 для отделения от углеводородного газа конденсата и влаги. В сепараторе С1 предусмотрена возможность приема кислого углеводородного газа с блока стабилизации нафты установки гидроочистки нафты, который в смеси с углеводородным газом установки по линии (4) направляется в абсорбер аминовой очистки газа К1.

Давление в сепараторе С1 контролируется и регулируется системой клапанов: клапаном-регулятором на сбросе очищенного углеводородного газа на факел и клапаном-регулятором на выходе очищенного углеводородного газа с установки.

Очистка углеводородного газа в абсорбере К1 ведется регенерированным раствором метилдиэтаноламина (МДЭА). Параметры работы абсорбера К1: температура верха 40 С; давление верха 0,7 МПа; температура куба 50 С. Регенерированный 40 % раствор МДЭА поступает с установки регенерации и подается на верхний слой насадки абсорбера К1.

Углеводородный газ подается под нижний слой насадки абсорбера К1. Насыщенный сероводородом раствор амина выводится с низа абсорбера через клапан-регулятор по уровню в кубе абсорбера. Очищенный углеводородный газ из абсорбера К1 по линии подачи (5) направляется в сепаратор С2 для удаления унесенного раствора МДЭА.

Из сепаратора С2 очищенный углеводородный газ выводится с установки на К2 для доочистки от сероводорода. Насыщенный раствор МДЭА из сепаратора С2 сбрасывается через клапан-регулятор в трубопровод насыщенного раствора амина с установки. Для дренажа раствора МДЭА с узла аминовой очистки углеводородного газа установлена заглубленная емкость, в которую раствор МДЭА откачивается насосом на установку регенерации амина.

Абсорбционная колонна К2 на АО «ТАНЕКО» предназначена для очистки газов разложения вакуумной колонны от сероводорода водным раствором метилдиэтаноламином (МДЭА). Данная колонна представляет собой аппарат, у которого в рабочей зоне внутренними устройствами до модернизации применялись тарелки.

Требованием к составу очищенной газовой смеси из колонны К2 является содержание сероводорода не выше 50 ппм масс. Однако, данный уровень очистки в существовавшей схеме колонны с тарелками достигался не всегда, особенно при повышении нагрузки более 2,3 т/ч.

Поэтому, руководством АО «ТАНЕКО» поставлена задача проведения модернизации существующей колонны К2 и газосепараторов СІ, С2. Технологическая схема с аппаратами после модернизации представлена на рис. 5.5.

До модернизации аппаратов технологической схемы сепараторы С1 и С2 были пустотелыми и показывали невысокую эффективность сепарации. Поэтому в диссертационной работе разработаны технические решения и выбраны конструкционные характеристики каплеотбойников - демистеров для сепараторов С1 и С2 путем расчетов по уравнениям математической модели (глава 3).

На рис. 5.6 представлен внешний вид демистера «Инжехим» с сеткой в виде спирали. Данный демистер представляет собой элемент, который состоит из пакетов, в которых предварительно гофрированная сетка намотана в виде спирали. В отличие от классической компоновки демистера, в которой данное устройство выполнено с гофрированной сеткой из горизонтальных полос, демистер с сеткой в виде спирали более удобен в обслуживании, а также при его эксплуатации не возникает проблема слеживаемости. Для их изготовления в промышленности применяется сетка из нержавеющей проволоки диаметром от 150 до 300 мкм, а также полимерные материалы, например, фторопласт и др.

Также, до модернизации в данной колонне К2 использовались тарелки, которые не всегда обеспечивали заданную эффективность очистки газов от сероводорода, особенно при повышенных нагрузках. Наблюдалось превышение по H2S в 2-3 раза.

Выполнены расчеты колонны К2 с различными типами контактных устройств и выбраны наиболее эффективные решения. В качестве замены были рассмотрены нерегулярные металлические насадки кольца «Флексиринг», каскадные линии-кольца, насадки «Топ-Пак», «Интерпак» и «Инжехим» [59]. Все эти насадки при одинаковой удельной поверхности обеспечивают примерно равные массообменные характеристики.

По результатам проведенных расчетов разработаны технические решения по модернизации колонн с насадкой «Инжехим» с номинальным размером 35 мм (табл. 5.3) обеспечивающие требуемое качество очистки углеводородного газа от сероводорода. Расчеты высоты насадочнои колонны выполнялись по диффузионной модели при протекании химической реакции, а гидравлические расчеты по известным выражениям.

Кроме этого в верху колонны предложено установить сетчатый демистер для улавливания капель, унесенных с верхнего слоя насадки.

Результаты расчетов конструктивных и режимных характеристик колонны даны в табл. 5.3., а эскиз колонны на рис. 5.3.

Газ поступает в насадочный абсорбер через входной патрубок 2. Далее он проходит через насадочные секции 3 и 6,состоящие из нерегулярных насадок «Инжехим 2003-М».Орошение колонны происходит с применением МДЭА через патрубок 7. Демистер 8 предназначен для улавливания капель для предотвращения их уноса из аппарата. Очищенный газ отводится из абсорбера через патрубок 4. Отработанный МДЭА с примесью H2S выводится через патрубок 5 в нижней части колонны.