Способы осушки углеводородных газов

В основе процессов подготовки и переработки природных газов лежат процессы массообмена.

Массообменные процессы – это процессы, заключающиеся в переходе вещества из одной фазы в другую. К ним относятся:

- абсорбция;

- адсорбция;

- перегонка и ректификация;

- сушка;

- экстракция;

- кристаллизация;

- растворение.

Массопередача – процесс переноса вещества из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия.

Основы массопередачи составляют некоторые законы.

Закон Генри определяетзависимость между растворимостью газа и его парциальным давлением

Р_H2S= K*С_H2S(р)

где С_H2S(р) – концентрация растворенного газа в растворе, мол.доли;

К – константа Генри, ат, МПа, кгс/см². (по справочнику) [Плановский, Рамм, Коган. Процессы и аппараты химической технологии, М. Химия, 1968].

Таблица - Константы Генри

газ	Коэффициент Генри, атм
0оС	10оС	20оС	30оС	40оС	50оС	60оС
NH3	0.274	0,485	0,823	1,36	2,15	3,36	5,06
SO2	1,48	2,24	3,67	5,72	8,03	11,2	16,3
CO2
O2
H2S

Зная парциальное давление компонента в газовой смеси Р_H2S можно рассчитать равновесное содержание поглощенного газа в газовой смеси

С_H2S(г) =

Р – давление газа.

Равновесие – это термодинамическое состояние системы, при котором скорости прямого и обратного процессов равны.

Закон Рауля-Дальтона. Позволяет произвести расчет равновесной концентрации растворенного газа в газовой смеси.

С_H2S(г) = С_H2S(р)

где Р_H2S(ч) – давление паров чистого компонента

Р – общее давление газа

С_H2S(р) – содержание компонента в растворе, доли

Существует четыре способа осушки газа:

- физическая осушка основана на охлаждении (вымораживание влаги из газа), так как снижение температуры при постоянном давлении снижает влагосодержание;

- абсорбционная осушка, т.е. поглощение влаги абсорбентом (жидким поглотителем);

- адсорбционная осушка;

- осушка комбинированием указанных выше способов.

Осушка охлаждением основана на том, что если при постоянном давлении охлаждать газ, то избыточная влага будет конденсироваться, а точка росы – соответственно снижаться. Если, например, газ при давлении 5 МПа охлаждается от +20 до -20 °С, то содержание влаги в нем снижается примерно от 0,3 г/м³ до 0,04 г/м³, т.е. почти в 10 раз.

Абсорбционная осушка газа основана на использовании влагопоглощающих абсорбентов – жидкостей. Физические основы абсорбции (сущность абсорбции) заключаются в растворимости газов в жидкостях. Растворимость газов в жидкостях зависит от свойств газа (например, аммиак и метан), свойств жидкости, температуры, давления и подчиняется закону Генри

Статика абсорбции.

Статика определяет равновесие и материальный баланс массообменных процессов. Статика абсорбции – равновесие между фазами определяется правилом фаз Гиббса (число степеней свободы, т.е. параметров, процесса равно числу компонентов минус число фах плюс 2):

С= К – Ф + 2

где К – количество компонентов;

Ф – количество фаз.

Для абсорбции: число фаз – 2 (газ-жидкость), число компонентов – извлекаемый компонент в газе, очищенный газ, жидкий поглотитель (трехкомпонентная система) – 3.

Тогда С= 3-2+2=3. Таким образом для абсорбции это значит, что можно изменять 3 параметра (Р, Т, состав одной из фаз), не нарушая при этом равновесия в системе.

Уравнение равновесия y = k*x

Материальный баланс массообменных процессов G*y₁ + L*x₂ =G*y₂ + L*x₂ или

G*(y₁ – y₂) = L*(x₁- x₂)

У – газовая фаза (G), х – жидкая (L)