Схема очистки газа от диоксида углерода
Абсорбция диоксида углерода (CO2) водой имеет промышленное значение для очистки некоторых газов высокого давления, в частности, применяемых для синтеза аммиака. Водная очистка представляет собой типичный процесс физической абсорбции. Основными преимуществами воды как абсорбента для удаления примесей из газа является ее доступность и дешевизна. Применение любого абсорбента, кроме воды, связано с необходимостью создания герметичной системы и рекуперации, т.к. в процессе очистки он улетучивается и отходящие газы загрязняют атмосферу. Воду можно применять в простых скрубберах с меньшей опасностью утечки газа и во многих случаях без рециркуляции со сбросом насыщенного раствора. Часто, чтобы увеличить растворимость CO2 в воде, процесс проводят при повышенном давлении.
Принципиальная схема процесса приведена на рис. 5.1.
Рис. 5.1. Схема установки для очистки газа от диоксида углерода водой
1 — абсорбер; 2 — рекуперационная турбина; 3 — десорбер
В простейшем варианте установка состоит только из абсорбера 1, работающего при повышенном давлении, десорбера 3, в котором вследствие снижения давления из воды выделяется CO2. На схеме показана также рекуперационная турбина 2, позволяющая ис-пользовать часть энергии пу-тем снижения давления жидкости и последующего расширения абсорбированного газа.
Такой процесс обычно применяется для очистки газов с парциальным давлением CO2 более 3,4 атм, так как только при таком давлении достигается эффективная поглотительная емкость воды. Так как газы синтеза аммиака обычно содержат около 25% CO2, этот фактор практически ограничивает применимость процесса системами, избыточное давление абсорбции в которых выше примерно 14 атм.
Основные преимущества водной очистки: простота конструкции установки, отсутствие теплообменников и кипятильников; отсутствие расхода тепла; дешевизна растворителя; отсутствие паров дорогого или токсичного растворителя, переходящего в газовую фазу.
Основные недостатки процесса водной абсорбции: чрезмерно большие потери газа при высоком давлении вследствие значительного
Источник статьи: http://www.chem-astu.ru/chair/study/engmet-ooc/?p=77
Схема очистки газа от диоксида углерода
условиях и присутствующих в газовой фазе в значительных количествах. Удаление таких загрязнителей реализуется в конденсаторах с водяным и воздушным охлаждением. Для более летучих загрязнителей используют двустадийную конденсацию — водяное охлаждение на первой стадии и низкотемпературное захолаживание на второй. охлаждение до низких температур только с целью удаления загрязнителей не является целесообразным, так как процесс очистки не удается провести достаточно полно. Так, например, даже при температуре 213 К и атмосферном давлении остаточные концентрации различных растворителей равны; для ацетона — 1775, метанола — 275, толуола — 8, изопропанола — 0,75 мг/м3. В большинстве случаев конденсацию целесообразно рассматривать как предварительную стадию, служащую для выделения ценных растворителей и уменьшения количества загрязнителей при последующей обработке газов.
Конденсацию проводят как при непосредственном контакте, так и путем косвенного охлаждения. В первом случае очищаемый газ непосредственно контактирует с охлажденной жидкостью, во втором — используется поверхностный трубчатый конденсатор. При непосредственном охлаждении большое значение имеет последующее разделение теплоносителя и уловленных примесей. Для этого подбирают такие компоненты, которые при определенных температурах за счет фазовых переходов образуют легко разделяющиеся составляющие. Конденсацию проводят также путем адиабатического расширения газов, подаваемых под давлением на очистку. Для разделения различных примесей, содержащихся в охлаждаемых газах, используют ионизацию и фракционирование в электрическом поле.
Применение методов конденсации осложняется образованием тумана при глубоком охлаждении очищаемого газа. Это происходит, когда скорость теплопередачи значительно превышает скорость массопе-реноса и основная часть газа охлаждается до температуры значительно ниже точки росы конденсируемых примесей. Для предотвращения ту-манообразования используют непосредственную конденсацию, так как в этом случае основная масса газа находится в контакте с холодными поверхностями (каплями или пленкой жидкости) и частички конденсата в объеме не образуются.
ГЛАВА 5. ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
5.1. АБСОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
5.1.1. Абсорбция диоксида углерода водой
Источник статьи: http://www.chem-astu.ru/chair/study/engmet-ooc/?p=76
Очистка газа от углекислого газа
Обычно очистка газа от СО2 проводится одновременно с его очисткой от сероводорода, т.е. этаноламинами (рис. 7.44).
Рис. 7.44. Принципиальная схема очистки газа от сероводорода:
1 — абсорбер;2 — выпарная колонна (десорбер); 3 — теплообменник; 4, 8 — холодильник; 5 — емкость — сепаратор; 6,7 — насосы
Рис. 7.45. Принципиальная схема очистки газа от двуокиси углерода водой под давлением:
1 — реактор; 2 — водоотделитель; 3,6 — насосы; 4 — экспанзер; 5 — дегазационная колонна
При высоком содержании СО2 ( до 12. 15 %) и незначительной концентрации сероводорода применяют очистку газа водой под давлением (рис. 7.45). Газ, содержащий СО2 подается в реактор 1, заполненный железными или керамическими кольцами Рашига, которые орошаются водой под давлением. Очищенный газ проходит затем водоотделитель 2 и идет по назначению.
Вода, насыщенная углекислым газом, насосом 3 подается в экспанзер 4 для отделения СО2 методом разбрызгивания. Для полного удаления СО^ вода подается в дегазационную градирню 5, откуда насосом 6 возвращается в емкость 1.
Выделяемый углекислый газ используется для производства соды, сухого льда и т. п.
7.11. Система подготовки и закачки воды в продуктивные пласты
При разработке нефтяных и газовых месторождений значительные объемы воды расходуются на поддержание пластового давления, что позволяет продлить период фонтанирования скважин и значительно увеличить коэффициенты нефтегазоотдачи. Ориентировочный расход воды для добычи одной тонны нефти составляет в среднем: 1,5. 2 м ! — при площадном заводнении и 2. 2,5 M J — при законтурном заводнении.
Воды, используемые для закачки в пласт. Необходимость их подготовки
Для поддержания пластового давления в залежь можно нагнетать как природные(пресные или слабоминерализованные), так и сточные(дренажные) воды, состоящие в основном, из пластовых (-85 %), пресных (
Природные и сточные воды могут содержать примеси органического и неорганического происхождения. В природных водах могут содержаться различные газы, механические примеси, гидрозакись Fe(OH)2 и гидроокись Ре(ОН)3 железа, а также микроорганизмы, в той или иной степени влияющие на процесс заводнения пластов. В сточных водах, кроме того, могут присутствовать капельки нефти, а также большое количество солей, доходящее до 300 г/л.
Частицы водорослей, ила и соединения железа, содержащиеся в нагнетаемой воде, закупоривают поровые каналы продуктивного пласта, снижая приемистость нагнетательных скважин. Присутствующие же в закачиваемой воде микроорганизмымогут образовать нежелательные соединения. Так, сульфатовосстанавливающие бактерии при своей жизнедеятельности вырабатывают сероводородв количестве до 100 мг/л. В последующем этот коррозионно-активный газ вместе с нефтью извлекается на поверхность и подвергает разрушению трубопроводы, аппараты и оборудование.
Сероводород вместе с углекислым газом может присутствовать в пластовых водах и в растворенном состоянии. Углекислый газ,находящийся в воде приводит к разрушению защитных окисных пленок на металле, чем интенсифицирует его коррозию. Растворенный в поверхностной воде кислородтакже является нежелательным компонентом, поскольку он является обязательным элементом реакции кислородной деполяризации, протекающей при электрохимической коррозии трубопроводов и оборудования.
Присутствие солейв закачиваемых в пласт водах также может стать причиной образования коррозионно-активных компонентов. Так, при взаимодействии сульфатов кальция CaSO1 с метаном может образовываться сероводород.
Согласно существующим правилам и инструкциям, вода, предназначенная для закачки в пласты, должна содержать не более 2 мг/л взвешенных твердых частиц и 0,3 мг/л железа.
Подготовка воды для закачки в пласт
Подготовка вод, закачиваемых в пласт, предусматривает: 1) осветление мутных вод коагулированием; 2) декарбонизацию; 3) обезжелезивание; 4) ингибирование.
Осветление мутных вод коагулированиемосуществляется с целью удаления очень мелких взвешенных частиц, которые практически не осаждаются под действием силы тяжести. Для этого в воду добавляют реагенты (сернокислый алюминий, хлорное железо, железный купорос и др.), называемые коагулянтами.В результате реакции коагуляции происходит укрупнение взвешенных частиц и образуются хлопьевидные соединения, которые оседают в воде.
Декарбонизациявыполняется с целью удаления из воды бикарбонатов кальция и магния. В противном случае, отлагаясь в пласте, соли кальция и магния могут существенно затруднить фильтрацию нефти и газа. Сущность декарбонизации состоит в подщелачивании воды гашеной известью с тем, чтобы вызвать коагуляцию ненужных примесей.
Обезжелезиваниемназывается удаление солей железа из воды с целью предотвращения загрязнения фильтрующих поверхностей скважин железистыми осадками. Для этого применяют аэрацию, известкование и другие методы.
В ходе аэрации— процесса обогащения воды кислородом воздуха — из солей железа образуется нерастворимый гидрат окиси железа, оседающий в воде в виде хлопьев. Однако при аэрации из воды удаляются не все соли железа, а сам процесс требует использования весьма громоздкого и сложного оборудования. Кроме того, аэрация повышает коррозионную активность воды.
При известкованиив воду добавляют известковое молоко, что также приводит к образованию нерастворимого осадка гидрата окиси железа.
Ингибированиемназывается обработка воды ингибиторами -веществами, замедляющими процесс коррозии. По направленности действия различают ингибиторы сероводородной, кислородной и углекислотной коррозии.
Реагенты-бактерициды используют для подавления жизнедеятельности сульфатовосстанавливающих бактерий. Одним из наиболее эффективных реагентов является формалин.
Типовая схема установки подготовки природных водпоказана на рис. 7.46. Насос 1 забирает воду и подает ее в смеситель 3. По пути дозировочное устройство 2 вводит в нее коагулянт. В смесителе 3 коагулянт интенсивно перемешивается с водой, после чего обработанная вода поступает в осветлитель 4, где образуются и задерживаются хлопья. Окончательная очистка воды от хлопьев осуществляется в фильтре 5, откуда она самотеком направляется в резервуары 6. Затем насос 7 перекачивает воду на кустовые насосные станции (КНС), которые через нагнетательные скважины закачивают ее в пласт. Насос 8 служит для периодической очистки фильтра 5 от взвешенных частиц путем прокачки через него чистой воды.
Для предупреждения коррозии и стабилизации химического состава воды в нее при помощи дозировочных насосов добавляют реагент гексаметафосфат натрия в количестве 2. 3 г/м :! . С целью уничтожения бактерий и других микроорганизмов применяют обработку воды хлором — ее хлорирование.
В отличие от природных сточные водымогут содержать нефть, углекислый газ, сероводород и микроорганизмы. Соответственно их подготовка предусматривает: 1) отстаивание от нефти и газа; 2) уничтожение микроорганизмов.
Для подготовки сточных вод на промыслах используют схемы открытого и закрытого типа.
Рис. 7.46. Принципиальная схема установки подготовки природных вод:
1,7,8 — насос; 2 — дозировочное устройство; 3 — смеситель; 4 — осветлитель; 5 — фильтр; 6 — резервуары
I — неподготовленные природные воды; II — коагулянт;
III — подготовленная вода на кустовые насосные станции;
IV — вода для очистки фильтра
Принципиальная схема установки очистки пластовых сточных вод открытого типаприведена на рис. 7.47. Отделенная при подготовке нефти вода сбрасывается по водоводу в песколовку 1 для удаления механических примесей. Далее вода, содержащая нефть, поступает в нефтеловушку 2, где за счет низкой скорости движения смеси капельки нефти успевают всплыть и откуда она периодически откачивается насосом 3 на УКПН. Далее вода с остаточным содержанием нефти (диаметр капель 70. 80 мкм) самотеком поступает в два параллельно соединенных пруда-отстойника 4, в которых скорость воды не превышает 8 мм/с, в результате чего в ней всплывают практически все оставшиеся капельки нефти. Из прудов-отстойников вода самотеком поступает в приемную камеру 5, из которой забирается насосом 6 и через попеременно работающие фильтры 7 подается в емкость чистой воды 8. Затем эта вода насосом 9 откачивается на КНС. По мере загрязнения фильтры отключают и ставят на промывку чистой водой из емкости 8 с помощью насоса 10. Загрязненную после промывки воду сбрасывают в илонакопитель 11.
Схема водоподготовки открытого типа позволяет очищать пластовые и ливневые сточные воды в одном потоке независимо от состава, давления и газонасыщенности воды, а также совместно закачивать их в нагнетательные скважины. Обычно ее рекомендуют использовать для сточных вод с большим содержанием сероводорода и углекислого газа, а кроме того, для более глубокой очистки воды от капелек нефти и механических примесей. Однако на сооружение нефтеловушек и прудов-отстойников затрачиваются значительные средства. Кроме того, в результате контакта с кислородом воздуха увеличивается коррозионная активность воды.
Принципиальная схема установки очистки пластовых сточных вод закрытого типаприведена на рис. 7.48. Отделенная от нефти в отстойнике предварительного сброса (ОПС) вода по линии сброса 1 направляется в резервуар-отстойник 2, а частично обезвоженная нефть (до 5 %), пройдя УПН, поступает в теплоизолированные отстойники 3. Процесс отделения воды в них ускоряется, благодаря произведенному в УПН нагреву и вводу ПАВ. Отделенная горячая вода поступает на прием насоса 4 и снова подается в отстойник предварительного сброса УПН, что позволяет уменьшить расход деэмульгатора и температуру нагрева эмульсии. Из резервуара-отстойника 2 пластовая сточная водазабирается насосом 5 и подается на КНС.
Применение закрытой системы очистки позволяет интенсифицировать процесс подготовки воды с применением отстоя и фильтрования под давлением, существенно снизить агрессивность сточной воды путем исключения ее контакта с кислородом воздуха, использовать остаточное давление, существующее в системе подготовки нефти. К недостаткам закрытых систем относится необходимость строительства блока для параллельной очистки поверхностных ливневых стоков.
Рис. 7.47. Схема установки очистки пластовых вод открытого типа:
1 — песколовка; 2 — нефтеловушка; 3,6,9,10 — насосы; 4 — пруд-отстойник;
5 — приёмная камера; 7 — фильтр; 8 — емкость чистой воды; 11 —
I — загрязнённая вода; II — мехпримеси; III — нефть на УКПН; IV — вода на КНС
Рис. 7.48. Схема установки очистки пластовых сточных вод закрытого типа:
1 — линия сброса воды из отстойника; 2 — резервуар-отстойник; 3 — теплоизолированный отстойник; 4,5 — насосы;
I — холодная «сырая» нефть; II — обезвоженная нефть; III — горячая вода с ПАВ; IV — подготовленная вода на КНС
Источник статьи: http://infopedia.su/7x9b22.html
