автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Низкотемпературное разделение кислого газа с применением вихревой трубы

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИСВДДОВАТЕЛЬСКИИ ШСТИТУТ ПРИРОДШХ ГАЗОВ (ВНШГАЗ)

На правах рукописи

Климов шко.ш ттшши

УДК 66.074.34:532.527

НИЗКОТЕШЕРАТУРНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ КИСЛОГО ГАЗА С ШШНШИКЛ БИХРЗВОЙ 1ТУШ

Специальности: 05.17.07 - Химическая технология

топлива и газа

05.17.08 - Процессы я аппараты

химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте природных газов (ВНИИГАЗ)

Научные руководители: доктор технических науи, профессор Берго Б.Г. кавдвдат технических наук Жидков М.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, с.н.с. Халиф к.Л.

кавдвдат технических наук, доцент Мартынов A.B.

Ведущее предприятие Астраханский научно-исследовательский и проектный институт газовой промышленности (АотраханьНИПИгаз)

Защита состоится 1991 г. в

13 час. 30 мин. на заседании Специализированного совета К 070.01.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук во Всесоюзном научно-исследовательском институте природных газов (ВНИИГАЗ).

Адрес: I427I7, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка, ВНЖГАЗ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНЖГАЗа. Автореферат разослан 1991 г.

Ученый секретарь Специализированного совета,

к.т.н. Н.Н.Кисленкс

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Перспектива развития газовой промышленности связана с освоением месторождений, содержащих кислые компоненты (сероводород и диоксид углерода). Переработка природного газа таких месторождений включает стадия ввделения этих компонентов методом абсорбции (с получением так называемого кислого газа) и производства товарной серы по методу Клауса.

Известно, что процесс Клауса требует значительных капитальных затрат и уязвим в экологическом отношении. В настоящее время разработан альтернативный экологически чистый процесс с меньшими затратами, состоящий в термическом разложении сероводорода плаз-мохимическим методом, с получением наряду с серой и водорода.

Для эффективного осуществления данного процесса необходима фракция с концентрацией сероводорода не ниже 90$ об. Можно использовать способ разделения кислого газа методом низкотемпературной ректификации с получением фракции с содержанием сероводорода 98-95$ об., но этот способ, в свою очередь, также требует значительных капитальных и энергетических затрат.

В настоящей работе разработан низкотемпературный метод разделения кислого газа с применением вихревой трубы Ранка-Хилша, который позволяет увеличить концентрацию сероводорода до 90$ об. о меньшими энергозатратами и о незначительными капитальными вложениями по сравнению о ректификационной колонной.

Данный метод может быть применен не только для получения сырья, используемого в плазмохимической технологии, но и для обогащения кислого газа о низким содержанием сероводорода (например, кислый газ, полученный после переработки природного газа Карача-ганакского месторождения).

Цель работы.

Целью работы является теоретическое и экспериментальное изучение процесса разделения квелого газа с применением трехпо-точной вихревой трубы; отработка конструкции аппарата для его широкого внедрения в промышленности; проработка вопроса использования вихревой трубы на сырьевом потоке в технологических схемах ректификации кислого газа в колонне с двумя вводами сырья

Научная новизна.

1. Впервые экспериментально и теоретически исследован процесс обогащения кислого газа по сероводороду о применением трехпоточ-ной вихревой трубы.

2. Определено влияние технологических и конструктивных параметров на степень обогащения кислого газа сероводородом с помощью вихревой трубы.

3. Впервые отработана конструкция промышленной вихревой трубы производительностью 25 тыс. нм3/чао по кислому газу с регулируемой площадью проходного сечения сопла,

4. Впервые изучена возможность и эффективность использования вихревой трубы на сырьевом потоке в схеме низкотемпературной ректификации кислого газа в колонне с двумя вводами сырья.

Практическая ценность.

Обогащение кислого газа по сероводороду при помощи вихревой трубы позволяет проводить процесс плазмохимической переработки сероводородосодержащего газа в товарную серу с малыми энергетическими и капитальными затратами по сравнению с процессом Клауса.

Использование вихревой грубы в сочетании с ректификационной колонной дает возможность снизить затраты тепла на процесс разделения кислого газа методом низкотемпературной ректификации.

Разработанная конструкция промышленной вихревой трубы может быть использована для обогащения кислого газа Карачаганакского о_вдения-перед-подачей~его в печи Клауса.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на секции НТС ВНЖГАЗа (пос. Развилка, Московской области, 1991 г.), секции НТС АстраханьНИПМгаз (г. Астрахань, 1991 г.), на шестой всесоюзной научно-технической конференции по исследованию вихревого эффекта и его применению в технике (г. Самара, 1991 г.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 3 работы.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и

"списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет страниц, включая/-? рисунков, Я^А таблиц и список литературы из наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении показана роль процессов разделения газовых смесей в химической и газоперерабатывающей технологии, сформулирована актуальность, научная новизна и практическая ценность работы.

Литературный обзор. Представлен анализ литературных данных по применению вихревых аппаратов в химической технологии. Описан процесс плазмохиш ческой переработки сероводородосодержащих газов в товарную серу, который по сравнению с традиционным процессом Клауса является менее энергоемким, экологически чистым и требует незначительных капитальных затрат.

Отмечена возможность использования вихревой трубы как аппарата для разделения газовых смесей и, в частности, для обогащения кислого газа по сероводороду с его дальнейшим использованием в плазмохимической технологии получения товарной серы. На основании анализа литературных данных сформулированы цель и задачи исследований.

МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ФАЗОВЫХ ДИАГРАММ РАВНОВЪСИЯ ВДЮСТЬ-ГАЗ В СИСТЕМЕ СЕРОВОДОРОД-ДИОКСИД УГЛЕРОДА

Для количественных оценок эффективности процесса разделения кислого газа, оптимизации ведения процесса необходимо наличие фазовых диаграмм равновесия жидкость-газ*в сисгег-е сероводород-диоксад углерода.

В работе и Я^г-аг*? приведены Р-Т-/К (дав-

ление-температура-кольная доля) данные равновесия жвдкость-газ в системе сероводород-диоксид углерода в интервале давлений 0,68 + 6,8 МПа и при температурах от 70°С до -48. Однако информация по фазовому равновесию при температурах ниже Ю°С весьма скудны. Поэтому, исходя из условий технологического процесса обогащения кислого газа сероводородом, имеющиеся данные были интерполированы на температуры от 40 до -30°С. Для этой цели был применен метод сечения, позволяющий согласовать ход равновесных кривых давление-

состав лри различных температурах- Составы жидкой и газовой фаз ограничены интервалом 0 + 0,5 мольной доли диоксида углерода в смеси, что связано с условиями проведения процесса обогащения кислого газа сероводородом. Для выбранных составов жидкой и газовой фаз при температурах от 40 до -30°С находились по диаграммам газового равновесия значения равновесных давлений и строились зависимости ^Р - 1/Т при постоянных составах жадкой и газовой фаз. Зависимость - 1/Т для всех составов Скак жадкой так и газовой фаз) прямолинейная.

Уточненная таким образом фазовая диаграмма равновесия в координатах Р-Ж (давление - состав), для температуры -30°С приведена в качестве примера на рис. I (интерполированные точки отмечены крестиками).

ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ

Трехпоточная вихревая труба была смонтирована в блоке ректификации опытного стенда Оренбургского газоперерабатывающего завода (ОГПЗ) по плазмохимической и мембранной переработке кислого газа. Принципиальная схема подключения вихревой трубы к установке ректификации кислого газа приведена на рис. 2. Установка включает существующие аппараты блока ректификации: блоки осушки £0-1 и БО-2, теплообменники ТО-1 и ТО-2, испаритель ИО-1 и новый аппарат-вихревую трубу ВТ-1.

Кислый газ {50-65$ об. ^^ ), поступающий из цеха дизтанолами-новой очистки, сжимался в компрессоре КЮ-1 до давления 2,0 МПа и направлялся в блок осушки БО-1 или БО-2. Осушенный до температуры точки росы (-50°С) газовый поток проходил последовательно рекупе-рационнне теплообменники ТО-1, ТО-2 и пропановый испаритель ИО-1.

Здесь он охлаждался до температуры -10 + -30°С и частично или полностью сжижался. Далее газожвдкостная смесь (жидкость) поступала в вихревую трубу ВТ-1, где происходила закрутка потока с одновременным снижением давления. Газовая фаза выводилась из вихревой трубы в ввде "холодного" и "горячего" потоков, которые затем объединялись в смешанный поток. Последний отдавал свой холод в теплообменнике ТО-2 и далее поступал на утилизацию в печь Клауса. Вщкая фракция, обогащенная по сероводороду до 65-9® об. поступала из сборника жидкости вихревой трубы в теплообменник ТО-1 либо напрямую, либо через промежуточную емкость ЕО-1. После рекуперации холода газовая смесь направлялась на плазмохимическое разложение или в печь Клауса.

Уровень жидкости в емкости ЕО-1 поддерживался с помощью регулирующего вентиля В1. Долю горячего потока регулировали вентилем ВЗ. В ходе эксперимента давление кислого газа на входе в вихревую трубу колебалось от 0,8 до 1,8 МПа и зависело в основном от давления на лиши нагнетания компрессора (в ходе эксперимента давление составляло 1,5-2,0 МПа) и сопротивления блока осушки. Оно было минимальным (0,1 + 0,2 МПа) при работе на полностью отреге-нерированном адсорбенте. По мере насыщения адсорбента влагой наблюдалось повышение перепада давлений на адсорбенте и к концу периода адсорбции этот перепад составлял зачастую до 0,8 Ша.

ОгпхоаЬщс/е газб/ н&лечб Лиаусе

Концентра? к

уровень (X) сгмали.з (7) /пе&лернзту/эм (р) доёлешр (у) расход

Рис. 2. Принципиальная схема установки разделения кислого газа с применением вихревой трубы

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ТРЕХПОТОЧНОЙ ВИЯРЕВОЙ ТРУШ

Конструкция трехпоточной вихревой трубы представлена на рис.3.

Вихревая труба изготовлена из нержавеющей стали 08ХГ7Н13М2Т. Она представляет собой цилиндрический аппарат, расположенный вертикально, включающий в себя корпус I, трубу "холодного" потока 2, трубу "горячего" - 3, диффузор 4 с тангенциально расположенным прямоугольным односопловш вводом, диафрагму 5, сборник жидкости 6 и конус-отбойник 7.

Аппарат имеет следующие размеры (мм):

- внутренний диаметр - 32

- длина трубы "горячего" штока -845

- диаметр диафрагмы - 18

- емкость сборника жидкости - 7

Вихревая труба имеет кольцевой зазор между конусом 7 и трубой "горячего" потока 3, который предназначен для отбора кадкой фракции.

В конструкции вихревой трубы предусмотрен также разъем, который позволяет испытывать различные типы диффузоров. Размеры сопловых вводов диффузоров (ширина х высота), мм:

В I 5,6 х 2,8

№ 2 6,0 х 3,0

М 3 9,4 х 4,7

Л 4 12,0 х 6,0

» 5 14,0 х 7,0

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

При исследовании эффекта Ранка-Хилша на кислом газе определялись:

Эффект охлаждения газа в трубе ;

Эффект нагрева "горячего" потока

-<¿5 ;

Рис. 3. Конструкция трехпоточной вихревой трубы I - корпус, 2 - труба холодного потока, 3 - труба горячего потока, 4 - диффузор, Ь - диафрагма, 6 - сборник жидкости, 7 - конус-отбоРник; А - вход газа, Б - выход холодного потока, В - выход горячего потока, Г - выход жидкости

Доля холодного потока

М = - ;

V 5

Отношение давлений

£ = МЪ

Для расчета эффекта Ранка-Хилша определялась экспериментально величина эффекта дросселирования на кислом газе л

Величина эффекта охлаждения Ранка-Хилша определялась по уравнению:

л/вихр. _ ^

X х др.

Эффект нагрева Ранка-Хилша находился по уравнению:

Г Г др.

Доля холодного потока рассчитывалась по уравнению:

_ А ¿У £4 * _ л ¡¿у '¿¿л-

В ходе экспериментов контролировались давления, температуры, расходы и состав технологических потоков. Точки контроля показаны на рис, 2.

Давления потоков регистрировались дистанционно приборами на ЦПУ. Тешературы потоков контролировались по месту нахоздения многоточечным прибором типа КСМ 2-050 с точностью до 1°С.

Расходы газовых потоков измерялись нормальными диафрагмами с выводом показаний по ЦПУ.

Анализы технологических потоков проводились хроматографическим методом.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ КИСЛОГО ГАЗА

Механизм разделения кислого газа с помощью трехпоточной трубы включает три момента:

I. Предварительное охладдение газовой смеси сероводорода и диоксида углерода приводит к конденсации из смеси превде всего сероводорода (как более высококипящего компонента по сравнению

g диоксидом углерода). При этом з вихревую трубу поступает газо- ' жидкостная смесь, жвдкая фракция которой уже обогащена сероводородом.

2. Адиабатическое истечение газожидкостной смеси из сопла происходит за счет снижения давления. В этом случае имеет место десорбция (ввделение из жидкой фазы) прежде всего диоксада углерода, как низкокипящего компонента по сравнению с сероводородом, а значит дополнительное обогащение жидкой фракции сероводородом.

3. Эффект Ранка-1илша, возникающий в вихревой камере, приводит к выделению некоторого количества тепла в трубе 2 "горячего" потока, которое передается через стенку жвдкой .фракции и способствует обогащению её сероводородом. Исследования по разделению кислого газа проводились на диффузорах Jí 3, 4 и 5 (рис. 3). При этом величина кольцевого зазора была максимальной и составляла

7 мм.

В таблице I в качества примера приведены режимы работы установки с диффузором № 5. При этом давление кислого газа на входе в установку составляло в среднем 1,5 МПа (соответственно в вихревую трубу 0,9 МПа), на холодном потоке в среднем 0,6 МПа. Температура на входе в вихревую трубу колебалась в диапазоне - 21 * -28°С, холодного потока - 26 * - 43°С. Расход газа на входе в установку составлял 500-600 нм^/час.

Как ввдно из данных аналитического контроля, концентрация сероводорода в технологическом потоке, поступающем на плазмотрон, составляла 76 * 91,5$ об (среднее 8155), т.е. наблюдалось устойчивое обогащение жвдкой фазы, отделяемой в вихревой трубе, сероводородом. Такое обогащение позволило значительно улучшить показатели работы плазмотрона.

Анализ полученных данных, проведенный по фазовым диаграммам равновесия, построенным в рамках данной работы, показал, что степень концентрирования сероводорода в жидкости в среднем соответствует термодинамическим характеристикам холодного потока. Это означает, что в исследованном процессе играют роль все три вышеуказанных фактора, влияющие на эффект разделения.

Попытки регулировать уровень жидкости в самой трубе не привели к желаемому результату. Однако жидкость эффективно выводилась из вихревой трубы в промежуточную емкость E0-I. Уровень жидкости в ней легко поддерживался в среднем на отметке 80-90$. В самой вихревой трубе при этом уровень жидкости отсутствовал.

х ашщца х

Результаты эксперимента по разделению кислого газа о применением трехпоточной вихревой трубы (диффузор № 5)

Я !' ! ' Темп е р а т УРа Дав лени е, Ша| Концентрация ЕгЛ , %об, ¿8

1 ! ! | ! ! ! ! ¿5 ! 2*6 1 ; ! ^7 | 1 ! ^ ! ¿-10 1 /и Р1 ! ■ »« ! | Р6 !

I 1450 21 -21 -43 -37 -21 -5 1,5 1.0 0,4 83,7

2 1540 21 -24 -42 -24 - - 1,5 1,0 0,4 80,7

3 1645 24 -22 -39 -24 -20,5 -5,5 1,5 1,1 0,4 76,7

4 1705 24 -22 -39 -24 -20,5 -5,5 1.5 1,1 0,4 . 80,0

5 18°° 22 -28 -36 -37 - - 1,5 0,8 0,5 79,0

6 19оо 28 -23 -30 -33 - - 1,55 0,85 0,55 76,0

7 12« 20 -28 -32 -32 - - 1,25 0,9 0,59 '91,5

8 13зо 20 -24 -27 -29 - - 1,35 0,9 0,6 89,4

Э 18оо 19 -24 -26 -31 - - 1,37 0,9 0,6 84,4

.Большая серия экспериментов, проведенная на диффузорах К 3 и М 4 и подробно изложенная в диссертации, показала на значительный унос жвдкости в "холодный" поток вихревой трубы, т.е. наблюдался переток жздкооти по диафрагме из жидкостного кольца в вихревой камере.

На расходные характеристики вихревой трубы оказывала влияние, в основном, стадия осушки. При снижении уровня осушки до точки росы -30°С наблвдалось уменьшение расхода газа через сопловый ввод, что связано с его забивкой кристаллами лада.

При увеличении перепада давлений на блоке осушки, уменьшалось давление кислого газа на входе в вихревую трубу.. Это обстоятельство также приводило к снижению расхода газа через вихревую труб (при фиксированной площади проходного сечения сопла).

Таким образом, экспериментально показано, что на вихревой тру бе в лснструктивном исполнении, представленном на рис. 3, можно получить обогащение кислого газа по сероводороду в среднем до 80$. Для улучшения этих показателей необходима модернизация аппарата.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА РАНКА-ХИЛША НА КИСЛОМ ГАЗЕ

Проверка работоспособности вихревой трубы, как устройства для одновременного получения холода и тепла, проводилась на режимах без подачи в испаритель И0-1 жидкого хладоагента-пропана. На эти; режимах жидкость в вихревой трубе, кех правило, отсутствовала. Опыты проводились с диффузором № 3.

Результаты эксперимента представлены в таблице 2. Как ввдно из таблицы, эксперименты по исследованию эффекта Ранка-Хилша проводились при небольших значениях отношений давлений 1,5 - 2,1 а доля холодного потока варьировалась от 0,26 до 0,98.

Максимальная величина эффекта охлавдения составляла 20°С. Эффект "нагрева" газа в вихревой трубе имеет отрицательную величину, т.е. "горячий" поток тоже охлаздался в вихревой трубе. Это говорит о том, что величина эффекта Джоуля-Томсона при исследуемых параметрах на входе и выходе виуравой трубы выше величины нагрева потока за счет эффекта Радка-Хилша.

Максимальная величина эффекта охлавдения Ранка-Яилша при £ = 1,5 и ^пяач = 0,23 составила¿¿'^Р' = 6,7°С, максимальный нагрев ¿/р '= 9,3°С при0,93.

хаолица с

Результаты исследований эффекта Ранка-Хилша (диффузор № 3)

№

оежша

Температура

Ог

г?т

К*

|экоп.) Вих.; Вих. Г !а2др.'Ы2*Х ¡¿¿Г

расч. у"

Давление, МПа -(-,—

Р1 1 Р5 }"Рб

<5

I 17 2 -13 -3 15 -5 14,3 0,7 9,3 0,93 2,0 1,64 0,80 2,05

2 17 1,5 -13 -3,5 14,5 -5 14,3 С ,2 9,3 0,98 2,0 1,64 0,80 2,05

3 13 3 -17 -7,5 20 -10,5 16,8 3,2 6,3 0,66 2,0 1,55 0,56 2,77

4 I? X -14 -5 15 -6 10,9 4,1 4,9 0,54 2,0 1,52 0,68 1,73

5 16 I -12 -3 13 -4 в,8 4,2 4,8 0,53 2,0 1,40 0,В8 1,59

6 17 2 -13 -I 15 -3 7,5 7,5 4,5 0,38 2,0 1,28 0,64 1,52

7 15 I —12,5 -3 13,5 -4 6,8 6,7 2,8 0,29 2,0 1,20 0,80 1,50

Б 14 I -и -3 12 -4 6Д 5,9 2,1 0,26 2,0 1,16 0,80 1,45

9 13 I -и -2,5 12 -3,5 6Д 5,9 2,6 0,31 2,0 1,12 0,76 1,47

10 21 -14 - 15 - 15 0 0 1,0 2,0 1,Ь0 0,92 1,96

Эффект Джоуля-Томсона, необходмый для оценки доли холодного потока, определялся экспериментально при- I, т.е. при полностью закрытом вентиле на горячем потоке. В итоге нашли коэффациея

сравнение результатов исследований по вихревому эффекту на кислом газе с литературными данными, полученными на природном газе, показало, что эффективность испытанной вихревой трубы примерно вдвое ниже эффективности трубы, работающей на природном газе в сопоставимых условиях. Основная причина, по нашему мнению заключается в использовании не оптимальных (с точки зрения вихре вого эффекта) диффузоров с довольно большой относительной площадью соплового ввода.

Результаты этих исследований позволяют сделать вывод, что эффект Ранка-Хилша не оказывает существенного влияния на процесс десорбции диоксида углерода из жидкой фракции за счет подвода тепла с горячим потоком газа. Для получения более глубокого разделения кислого газа целесообразно испйльзойать дополнительный источник тепла.

УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ВИХРЕВОЙ ТРУШ

Результаты проведенных экспериментов позволили разработать новую конструкцию стендовой вихревой трубы, позволяющей более эффективно сепарировать жидкость и предотвратить её унос с газовыми потоками (рис. 4).

С целью получения жадкой фракции более концентрированной по сероводороду, наружная поверхность вихревой трубы обогревается глухим паром. Использование в данной конструкции парового спутни ка дает возможность стабилизировать температуру жвдкой фракции в пленке жидкости, стекающей по стенке вихревой трубы, предусмотре ны два термокармана.

Итогом всех экспериментальных и конструкторских поисков явились рекомендации по конструктивному исполнению трехпоточной вих ревой трубы для промышленного использования на производительность 25 тыс. нм3/час. В отличие от стендовых аппаратов она имеет устройство, позволяющее автоматически менять площадь соплового сечения за счет движущейся диафрагмы. Кроме того, вместо парового спутника предусмотрена паровая рубашка.

Гч~

(паровой спутник)

[>4*

Рис. 4.

Конструкция модифицированной трехпогочной вихревоЯ трубы

ОСУШКА КИСЛОГО ГАЗА СШШГЕЛЕМ

Как указывалось вше, осушка кислого газа при низкотемпературном разделении имеет большое значение. Поэтому в технологической схеме (рис. 2), окомпримнрованный и частично подогретый газ поступает на узел осушки, где из него извлекается влага до точки росы минус 40°С. В качестве адсорбента используется силикагель КСМГ, количество которого в адсорбенте равно 250 кг. Адсорбционная емкость силикагеля по воде принята 7г/100г оиликагеля. Температура регенерации 200°С.

Для анализа работы блока осушки кислых газов силикагелем было проведено лабораторное сравнение свойств проб силикагеля исходного и бывшего в работе, а также была проработана возможность определения глубины осушки кислого газа силикагелем.

На основании полученных данных пр испытанию проб силикагеля в статических условиях можно оделат^ Следующие выводы.

Фракционный состав проб силикагеля отличается тем, что в отработанном силикателе количество фракции менее 2 мм уменьшилось. Оно составляет 0,15$ по сравнению с 1,6|| в исходном. Это может происходить при выносе мелких частиц силикагеля из адсорбера.

Влагоёмкость отработанного силикагеля снизилась. Причем, снижение влагоёмкостк составило:

Таким образом, эксплуатация силикагеля для осушки кислого газа привела к снижению адсорбционной ёмкости по воде в пределах от 3 до 10$ отн., т.е. на 0,5 + 3,9г на ЮОг адсорбента.

Для определения влажности осушенного кислого газа с целью контроля степени осушки его силикагелем был рекомендован конденсационный метод определения точки рооы по "зеркальцу".

Для испытания вихревой трубы в режиме концентрирования кислого газа по сероводороду были проведены замеры точки росы осушенного газа. Давление кислого газа на входе в адсорбер составляло ^0-^2 Ша.

В результате экспериментов была определена продолжительность цикла осушки до проскока влаги, которая составляет около 4,5

при 6С% -"-

при Щ —"-

при 20f. —*'—

при 100$ отн. влажности

- 9,90$ отн.

- 5,28$ отн.

- 2,92$ отн.

- 5,56$ отн.

часа при расходе кислого газа 350 - 400 м^/час. (рис. 5).

-ю-

-SO- *

i ЗГ ? 5 « Т~~Г~ Продомхитъяьчосп a&hofiSyuu, vac

Рис. 5. Глубина осушки кислого газа силакагелем

Таким образом, в данной работе практически показана возможность контроля влажности осушенного кислого газа по "зеркальцу" и получена минимальная точка росы осушенного кислого газа, равная минус 55 + 60°С (при атмосферном давлении).

КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА "ШХРЕВАЯ ТРУБА - РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА"

Способ введения сырья двумя потоками в теории ректификации известен и обеспечивает экономичный режим процесса ректификации.

В данной работе предпринята попытка теоретически обосновать возможность использования вихревой трубы на сырьевом потоке в ректификационную колонну с целью получения двух разных по составу потоков.

На рис. 6 вверху представлена технологическая схема базового варианта, внизу - схема с вихревой трубой. В первом случае сырье подается одним потоком на 11-ю тарелку ректификационной колонны,

Рис. 6. Принципиальные схемы ректификационных установок разделения кислЬго газа

во втором случае сырье подаетоя в ввде двух потоков: верхнего (обогащенному по двуокиси углерода) на 3-ю тарелку и нижнего (обогащенному по сероводороду) на 13-ю тарелку.

Следует отметить, что сырьевые потоки по схеме с двумя вводами должны иметь разные температуры,а именно: верхний охлавден до температуры - 18 -г- -20°С; нижний должен быть натрет до + 10 *

Что касается верхнего потока, то его температура соответствует температуре газового потока на выходе из вихревой трубы. Для обеспечения необходимой температуры нижнего потока,в схеме предусматривается специальный рекуперативный теплообменник ТО-3.

Расчеты, проведенные для давления в ректификационной колонне 2,0 МПа показывают, что обе схемы при одинаковом числе теоретических ступеней разделения позволяют получить удовлетворительное качество продуктов. При этом в колонне практически не изменяется температурный профиль.

В схеме с двумя вводами сырья (при той же температуре в дефлегматоре) тепловая нагрузка-пе&ает на 30$. Этот же показатель в кипятильнике колонны снижается на 68%.

Учитывая, что обе схемы обеспечиваются холодом за счет дросселирования кубового продукта, есть смысл учитывать экономию тепла только в кипятильнике. Она составляет 139 ООО едж/час при расходе 3,7 тонны сырья в час. Соответственно годовой экономический эффект на данную производительность - 30 тыс. рублей в год.

ВЫВОДЫ

1. Разработана технология концентрирования кислого газа по сероводороду с помощью вихревой трубы.

2. Реализована в опытно-промышленном масштабе технологическая схема с трехпоточной вихревой трубой и разработана методика эксперимента.

3. Получены экспериментальные данные, из которых следует, что схема с вихревой трубой позволяет получить концентрат кислого газа с содержанием сероводорода до 90$.

4. Разработаны и испытаны две модификации трехпоточной вихревой трубы. Выданы рекомендации по конструктивному исполнению аппарата для промышленного использования.

5. Построены Фазовые диаграммы равновесия жадкость-газ в

' системе сероводород-диоксид углерода в интервале температур +40 -30°С. Данные диаграммы могут быть использованы дай количественных оценок процесса разделения кислого газа.

6. Получены экспериментальные данные по эффекту Равка-Хилша на кислом газе. Максимальная величина эффекта охлаждения была подучена при доле холодного потоками = С,29 и составила д^Х=7°С

ce>=i.5).

7. Получены экспериментальные данные по процессу осушки кислого газа на снликагеле. Показано, что наиболее эффективная работа вихревой трубы и всей схемы в целом обеспечивается при температуре точки росы - 40 * -50°С.

8. Предложена и рассчитана технологическая Ьхема процесса ректификации природного газа с двумя вводами сырья с использованием вихревой трубы на сырьевом потоке. Это обеспечивает экономию тепла в количестве 139 ООО кцц/час при расходе 3,7 тонны сырья в час.

Основные результаты диссертации излокены в следувдих работах:

1) Климов Н.Т., Комарова Г.А., Еидков f.',. А., Лейтес И.Л., Махонина К.В., Николаев В.В., Никитин В.И., Лабеденко А.К., Райков A.A. Разделение кислого газа в вихревой трубе. Информационный листок о НТД й 90-24. Оренбургский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды.

2) Климов Н.Т., Комарова Г.А., Николаев В.В., Еидков М.А., Мзхонияа Н.В. Применение вихревых труб в области разделения газовых смесей. Информационный листок НТД ß 90-27. Оренбургский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды.

3) Климов Н.Т., йдков М.А., Комарова Г.А., Лейтес И.Л., Гахонина Н.В., Николаев В.В., Никитин В.И., Лабеденко А.К., Райков A.A. Опыт пуска вихревой трубы. Информационный сборник "Научно-технические достижения и передовой отечественный опыт рекомендуемые для внедрения в газовой промышленности". - М.: 1991, й 3, С. 24-32.

Соискатель /Н.Т.Климов

Jf-