Лапидус и др. Газы 2 части

ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

ГЛАВА 3.

ПОДГОТОВКА ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ К ПЕРЕРАБОТКЕ

3.1. Очистка газов от механических примесей

Источники и негативные последствия присутствия в газах примесей

Природные и попутные нефтяные газы в своем составе со­ держат кислые газы (H2S и С 02), пары воды, механические при­ меси (песок, окалина из труб и т.д.), малые количества машин­ ного масла, нефти, углеводородного конденсата.

Кислые газы (особенно в присутствии влаги) проявляют высокое коррозионное действие, отравляют катализаторы. Се­ роводород и продукты его сгорания ядовиты и оказывают вред­ ное воздействие на окружающую среду.

В присутствии паров воды при определенных условиях (по­ нижение температуры, рост давления) возможно образование газовых гидратов, которые способны (особенно в зимнее время) забивать трубы, вентили и другое оборудование, что может при­ вести к авариям.

Капли жидкости и механические примеси оказывают удар­ ное воздействие на движущиеся части газовых компрессоров, затрудняют дальнейшую переработку газа, могут забить трубы и оборудование, что приведет к нарушению их нормальной работы.

Для обеспечения нормальной работы газовых трубопрово­ дов, компрессоров и газоперерабатывающих установок, необхо­

- 112-

..АЛ. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ

димо проводить очистку газа от содержащихся в нём примесей и влаги.

Методы очистки газов от механических примесей

В практике газоочистки известны разнообразные методы и аппараты для удаления механических примесей из газов. При выборе метода учитывают вид загрязнений, их химические и физико-химические свойства, характер производства, возмож­ ность использования соответствующих веществ в качестве по­ глотителей, целесообразность утилизации отделенных приме­ сей, затраты на очистку.

Очистка газа от механических примесей осуществляется сухим и мокрым методами. Для сухой очистки применяют ци­ клоны, осадительные аппараты и электрофильтры. Действие ци­ клонов основано на осаждении механических примесей из газа под действием центробежных сил. Осадительные аппараты представляют собой горизонтальные цилиндры диаметром 0,5-1,5 м, в которых примеси осаждаются вследствие уменьше­ ния скорости движения газа. Мокрая газоочистка основана на улавливании механических примесей из газа при их смачивании жидкостью (обычно минеральным маслом). Для этого исполь­ зуются мокрые циклоны, скрубберы и т.д. Наиболее эффектив­ ны так называемые пенные аппараты, в которых образуется большой слой пены, улавливающей взвешенные в газе частицы. Наиболее эффективно осаждение механических примесей в электрофильтрах, где очистка осуществляется вследствие воз­ действия электрического тока.

Устройства для очистки газов от механических примесей можно разделить на следующие группы:

-устройства для механической очистки газов, в которых твердые частицы отделяются под действием силы тяжести, инерции или центробежной силы;

-аппараты мокрой очистки газов, в которых твердые части­ цы улавливаются жидкостью;

-фильтры из пористых материалов, на которых оседают частицы пыли;

-электрофильтры, в которых частицы осаждаются в резуль­ тате ионизации газа и содержащихся в нем твердых частиц.

2. Первичная переработка углеводородных газов.

- 113-

Метод очистки и тип аппарата выбирают с учетом степени запыленности газа, размеров частиц и требований к очистке газа.

Эффективность очистки характеризуется так называемой эффективностью по массе или коэффициентом улавливания. Этот коэффициент показывает, какая доля общей массы частиц улавливается, т.е. является обобщенным параметром, отражаю­ щим эксплуатационные качества газоочистного устройства. Ко­ эффициент улавливания рассчитывают по формуле:

т|= (Сн - Ск)'100/Сн, где Сн и Ск — концентрация пыли в газе до и после очистки.

Устройства для механической очистки газов от твердых частиц

Основное достоинство этих устройств - простота конструк­ ции. Они пригодны, главным образом, для предварительной, грубой очистки.

Пылеосадительные камеры. Это наиболее простые уст­ ройства для улавливания твердых частиц. Они предназначены для предварительной очистки газов с улавливанием грубодис­ персных частиц размером от 50 до 500 мкм. Взвешенная в пото­ ке газа пыль осаждается под действием силы тяжести.

Камера представляет собой пустотелый или с горизонталь­ ными полками во внутренней полости металлический прямо­ угольный короб с бункером внизу для сбора пыли (рис. 12). Площадь короба значительно больше сечения подводящих газо­ ходов. Вследствие этого скорость газового потока резко снижа­ ется, и частицы пыли под действием силы тяжести оседают. Преимущества пылеосадительных камер— малое гидравличе­ ское сопротивление, простота конструкции и низкая стоимость; недостатки — громоздкость, небольшой коэффициент улавли­ вания (не выше 40-45%). Этот коэффициент можно довести до 80—85%, если в камерах установить горизонтальные полки, увеличивающие длительность пребывания газа в камере. Такие камеры громоздки, очистка их затруднена, и поэтому пылеоса­ дительные многополочные камеры не нашли широкого приме­ нения.

- 114-

Л.Л. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ

Инерционные пылеуловители. В этих аппаратах резко из­ меняется направление газового потока, частицы пыли по инер­ ции сохраняют направление своего движения, ударяются о по­ верхность и осаждаются в бункере. Наиболее простые пылеуло­ вители (рис. 13) способны задерживать только крупные частицы пыли размером более 25—30 мкм. Поэтому их используют для предварительной очистки газов. Более мелкие частицы можно выделить из газового потока под действием инерционных сил при изменении направления движения газового потока с помо­ щью жалюзийных пластин. Жалюзийный пылеуловитель (рис. 14) состоит из двух основных частей: жалюзийной решет­ ки и выносного пылеуловителя (обычно циклона). При прохож­ дении через жалюзийную решетку газовый поток разделяется на два: поток, очищенный от пыли (80-90% всего количества газа), и поток, в котором сосредоточена основная масса пыли, улавли­ ваемая затем в циклоне.

Рис. 12. а - Пылеосадительная камера; б - Осадительная камера Говарда: I— запыленный газ, II— очищенный газ; III — пыль

Центробежные обеспыливающиеустройства (циклоны).

Циклоны широко применяют для очистки газов от пыли. Части­ цы пыли выделяются в циклоне под действием центробежной силы в процессе вращения газового потока в корпусе аппарата. Циклон состоит из цилиндрической трубы и суживающегося книзу конуса. Запыленный газ вводится в циклон по спирали (тангенциальный ввод).

Под действием центробежной силы в процессе вращения газового потока в корпусе аппарата частицы пыли отбрасывают­ ся к стенкам циклона и по ним опускаются в коническую часть. Эффективность очистки зависит от скорости газового потока (при прочих равных условиях): чем выше скорость газа, тем выше ее эффективность, тем меньше габариты аппарата.

2. Первичная переработка углеводородных газов.

,	1	5 > > )	I
>"-*7	)	) > О	> )

Очищенный газ

I

>В м

I 2

X

§

g А с в Т>в

X I 3

О I в

•v >

I f

		-	115-
	потока	трубу;
3	газового	боковую
>В
*в
в	распределения	вчерез—
I
в
У
О
	подачи и	трубу;	элементовпылеуловительныхпомощьюсг—
Л	13.Рис.различнымиспылеуловителиИнерционныеспособами	бачерез—перегородки;помощьюс— центральную
Й
л
В
* 3
С

- 116-	А.Л. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ
	Очищенный газ
						узелА
			/	'	/	Г	ff	' Ч
		запыленные газы /						ff&g
нарециркуляцию	г	—	\ f § 8 ?

Рис. 14. Жалюзийный пылеуловитель

В промышленности используют циклоны, рассчитанные на скорость газового потока от 5 до 20 м/с (обычно 15 м/с). В про­ цессе работы установки скорость газового потока может изме­ няться. Поэтому в последнее время широко применяют батареи циклонов (мультициклоны), в которых газовый поток распреде­ ляется по нескольким параллельно работающим циклонам, и в зависимости от расхода газа действует то или иное их число.

КПД циклонов зависит от концентрации пыли и размеров ее частиц и резко снижается при уменьшении этих показателей. Средняя эффективность обеспыливания газов в циклонах со­ ставляет 98% при размере частиц пыли 30-40 мкм, 80% - при 10 мкм, 60% — при 4-5 мкм.

Преимущества циклонов - простота конструкции, неболь­ шие размеры, отсутствие движущихся частей; недостатки - за­ траты энергии на вращение и большой абразивный износ частей аппарата под воздействием пыли. Поэтому наиболее уязвимые части циклона покрывают синтетическими материалами или высокопрочными сплавами.

Аппараты мокрой очистки газов от твердых частиц.

Эти аппараты применяют в тех случаях, когда возможно увлажнение очищаемого газа. Запыленный газ контактирует с жидкостью или орошаемыми ею поверхностями. В качестве орошающей жидкости в мокрых газоочистных аппаратах чаще всего применяется вода.

Промывные башни. Эти аппараты наиболее просты по кон­ струкции (рис. 15), в них имеется насадка из колец Рашига, оро­ шаемая водой или другой жидкостью. Газ подают в нижнюю

2. Первичная переработка углеводородных газов.

- 117-

часть аппарата, после очистки его выводят сверху. Недоста­ то к - частая забивка насадки при очистке газов.

Скоростные газопромы­ ватели. В этих аппаратах под влиянием движущегося с большой скоростью газового потока капельки жидкости раз­ дробляются, распыляются. В результате этого увеличивается поверхность их соприкоснове­ ния. Образование капель не­ большого размера, высокая турбулизация потока способст­ вуют улавливанию частиц субмикронных размеров.

Наиболее распространен­ ный аппарат этого типа - скруббер Вентури (рис. 16). Он состоит из двух усеченных ко­ нусов: конфузора и диффузора. Наиболее узкая часть трубы Вентури называется горлови­ ной. В конфузор на некотором расстоянии от горловины с по­ мощью форсунок подают жид­ кость, где она под действием движущегося с большой ско­ ростью газового потока раздробляется.В результате воз­ никает хороший контакт газа с жидкостью, что приводит к улавливанию твёрдых частиц.

В зависимости от способа подвода орошающей жидкости различают аппараты с цен­ тральным подводом жидкости в конфузор, периферийным

Рис. 15. Промывная башня 1 - распределитель, 2- корпус,

3 - насадка, 4 - опорная пла­ стина

ч

Рис. 16. Скруббер Вентури

I - запыленный газ, II - очи­ щенный газ, III - шлам, IV - жидкость

- 118-

.A.JI. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ

орошением (в конфузоре и в горловине), пленочным орошени­ ем, бесфорсуночным и форсуночным орошением (рис. 17).

Барботажные и пенные аппараты. В барботажных аппа­ ратах очищаемые газы в виде пузырьков проходят через слой жидкости. Вследствие большой поверхности контакта с жидко­ стью эффективность очистки газов от твердых частиц высокая. Однако сложность изготовления этих аппаратов ограничивает их применение в промышленности.

В пенных аппаратах очищаемый газ движется через слой пены, которая формируется на решетке, куда подают жидкость, при продувке ее снизу воздухом или при ударе воздушного пото­ ка о поверхность жидкости. Эти аппараты просты по конструк­ ции и эффективны. Они представляют собой вертикальный аппа­ рат круглого или прямоугольного сечения, внутри которого рас­ положены перфорированные либо щелевые решетки. Очищаемый газ поступает вниз к решеткам, интенсивно перемешивается с жидкостью в слое пены, в результате чего смачивается и выделя­ ется пыль (рис. 18).

Эффективность мокрых пылеуловителей зависит, в основ­ ном, от смачиваемости механических примесей. При улавлива­ нии плохо смачивающейся пыли в жидкость вводят поверхност­ но-активные вещества. Для частиц размером 5 мкм эффектив­ ность достигает 92-95%, а в пенных аппаратах даже 99%. Не­ достатки мокрых пылеуловителей - большой расход воды при отсутствии ее циркуляции, необходимость иметь отстойники и периодически их очищать в случае циркуляции, возможность щелочной или кислотной коррозии, отрицательное влияние вла­ ги на процесс дальнейшей переработки газа.

Фильтры

В период 50 - 60 годов прошлого века выявилась тенденция к увеличению использования в промышленной очистке газов доли аппаратов фильтрации по сравнению с механическими и мокрыми пылеуловителями. Фильтрация через пористые материалы — один из наиболее совершенных методов очистки газов от твердых час­ тиц. Газовый поток проходит через пористый материал различной плотности и толщины, в котором задерживается основная масса механических примесей. Для очистки газов применяют два вида промышленных фильтров: тканевые и зернистые.

'ис. 17. Скоростные газопромыватели:

- с центральным подводом жидкости; б - с периферийным орошением, в - с пленочным орошением, - с бесфорсуночным орошением, д -с форсуночным орошением

.газов углеводородных переработка Первичная .2

-119 -

- 120-

.A.J1. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ

Рис. 18. Пенные аппараты: а - с провальной решеткой; б - с переливной решеткой, в -скруббер с псевдоожиженной шаровой на­ садкой, I - запыленный газ, II - очищенный газ, III - жидкость; IV - шлам.