автореферат диссертации по энергетике, 05.14.16, диссертация на тему:Технологические основы комплексной очистки углеводородных газов в пенодинамическом слое жидким поглотителем на основе бишофита

РГ& он 2 О НОЯ тп

Министерство образования РФ ^ >м

Волгофадская государственная архитектурно-строительная академия

АКСЕНОВ АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ В ПЕНОДИНАМИЧЕСКОМ СЛОЕ ЖИДКИМ ПОГЛОТИТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ БИШОФИТА

Специальность 05.14.16 —Технические средства и методы защиты окружающей среды (строительство)

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

/

Волгоград, 2000

Работа выполнена в Волгоградской государственной архитектурнс строительной академии

Научный руководитель

Научный консультант

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Доктор технически наук, профессор Диденко В.Г.

Кандидат химических наук, доцент Остроухов С. Б.

доктор технических наук, профессор Желтобрюхов В.Ф. кандидат технических наук, доцент Плужников А.И. "Прикаспий" ВНИИГАЗа

Защита диссертации состоится ' г/Л" ЦЮМЯгт г. в 14 часов на заседанш диссертационного совета К 064.63.04 при Волгоградской государственной ар хитектурно-строительной академии по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Акаде мическая, 1 (ауд. 806, корп. В)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградской государст венной архитектурно-строительной академии.

Автореферат разослан' /МЯгш г.

Учёный секретарь диссертационного совета,

к-х.н., доцент ОСТРОУХОВ С.Б.

НШ.03,0

А //П / п

Введение

Актуальность проблемы. Непрерывно растущий спрос на природный газ как эффективный и экологически более безопасный вид котельно-энергетического топлива и сырья для газохимической и нефтехимической промышленности делает необходимым интенсивное развитие объемов его товарного производства. По последним оценкам начальные потенциальные ресурсы природного газа составляют 250 трлн. м3. Анализ структуры разведанных запасов газов по компонентному составу показывает, что из общего объема на начало добычи метановыми (сухими газами) являются 55,3%, этаносодержащими (этана 3% и более) - 44,7%. При этом в разведанных запасах газа 15,8% явля-~ ются сероводородсодержащими, а 50% запасов газа следует отнести к конден-сатсодержащим.

Прогнозы показывают, что на перспективу до 20] 1 года структура запасов газа по компонентному составу будет существенно изменяться в сторону уменьшения доли метановых газов и роста доли этансодержащих газов вследствие интенсивной добычи газа севера Западной Сибири и возрастающей доли таких газов в Прикаспийской впадине и в юрском комплексе Среднеазиатского региона.

Характерной тенденцией повышения объемов производства углеводородного газового топлива является возрастающая интенсивность эксплуатации месторождений сернистых газов - Астраханского, Тенгизского, Карачанганского. Все более широкое применение в газовых хозяйствах находит добавление к природному газу попутных нефтяных газов и газов нефтепереработки, качественный состав которых может меняться в значительной степени. В этой же перспективе следует рассматривать возможность использования малодебитных и расконсервированных региональных источников, в большей степени содержащих сернистые примеси и конденсат.

Таким образом, учитывая что доля конденсатных, а также сероводородо- и этаносодержащих газов в общем объеме углеводородного газового топлива в перспективе увеличивается, одной их актуальных проблем развития газовой отрасли и, в частности, строительства систем газоснабжения, становится разработка новых технологий очистки газа уже на стадии его распределения и пода-га коммунально-бытовым и промышленным потребителям.

Особая значимость названной проблемы состоит в том, что тенлоэнергеп ческие, жилищно-коммунальные и крупные промышленные потребители предприятия стройиндустрии и т.д., использующие малосернисгые углеводе родные газы в качестве топлива, являются источниками выброса в атмосфер значительных количеств оксидов серы. В целом их суммарный мировой выбрс к концу 2000 года по данным ВОЗ составит 700 млн. тонн в год.

Столь же существенным по экологическим последствиям является и нал* чие конденсата, проявляемое как в увеличении выхода двуокиси углерода дымовыми газами, так и в интенсификации коррозионных процессов, следстш-ем которых является нарушение герметичности газопроводов. В результате с) щественно возрастают утечки газа, метановая составляющая которых, наряду двуокисью углерода выбросов отходящих дымовых газов, способствует пост) плению в атмосферу значительных количеств "парниковых газов", лимитируЕ мых международными соглашениями.

Таким образом, решение названной проблемы имеет важное экологическо и одновременно экономическое народнохозяйственное значение, так как позве ляет сократить выбросы в атмосферу сернистых и "парниковых" газов, а такж расконсервировать и вовлечь в разработку региональные серосодержащие г: зовые и газоконденсатные месторождения с малыми запасами ушеводородно продукции, что существенно увеличит суммарные объемы добычи газа.

Вполне очевидно, что решение названной проблемы может быть успешн реализовано лишь с учетом двух определяющих факторов. Первый состоит том, что для повышения уровня экологической безопасности извлечению пог лежат РЬЯ, пары Н2О (конденсата), гидраты и, возможно, смолистые веществг т.е. в процессе очистки необходимо извлечение нескольких неоднородных ком понентов. Второй фактор заключается в том, что формирование потока пода ваемого (распределяемого) потребителю газа осуществляется посредство; смешивания потока, транспортируемого от основного источника (месторожде ния) с потоками от региональных источников - месторождений сернистых га зов, газокоцденсаткых и нефтеперерабатывающих заводов, состав газов коте рых может существенно варьировать. Поэтому, для исключения поступлени потребителю некондиционного газового топлива, наряду с системами промы еловой очистки должна быть предусмотрена его эффективная комплексная очи

стка и при подаче в газораспределительные сети промыцгленяо-городских комплексов.

При этом, реализуемая в газораспределительных сетях технология газоочистки должна отличаться от известных устойчивой эффективностью работы при очистке газа с любым содержанием сероводорода и других извлекаемых компонентов в широком диапазоне температурного режима, высокой экологич-ностью, простотой аппаратурного оформления и надежностью эксплуатации.

Из анализа функциональных возможностей основных методов извлечения неоднородных компонентов из углеводородных газовых сред и сложившейся практики следует, что наиболее оптимально эта цель может быть достигнута в аппаратах мокрой очистки на основе реализации абсорбционных процессов. Поэтому определяющей задачей одновременно является и нахождение типа окислительной жидкой технологической среды, обладающей высокой поглотительной способностью к сероводороду и возможностью регенерироваться до уровня первоначального состава. Решение названных выше задач является предметом разработки настоящей диссертации.

Работа выполнялась в соответствии с планом программы "Экологические проблемы Нижней Волги" - Е.11.01.96, а также тематическим планом научно-исследовательской работы Волгоградской Государственной архитектурно-строительной академии.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является защита атмосферы от загрязнения выбросами теплоэнергетических и коммунально-бытовых источников посредством разработки технологии комплексной очистки природного газа от серосодержащих, кислых и балластных примесей в пенодинамическом слое жидким поглотителем на основе бишофита.

Для достижения указанной цели решалась следующие основные задачи:

- обоснование физико-математических моделей гидродинамики, теплообмена и массопереноса неоднородных загрязняющих веществ в активном объеме пеноданамического слоя с вихреинжекционным механизмом формирования контактной поверхности;

- исследование, анализ и обобщение закономерностей процессов очистки от сероводорода и кислых примесей углеводородных газов абсорбционно-окислительным методом в комплексе с извлечением твердо-и жидкофазных компонентов;

— разработка состава поглотительного раствора для извлечения сероводорода и кислых газов в широком температурном диапазоне, обладающего свойством эффективной регенерации;

— разработка технологических основ реализации и аппаратурного оформления комплексных процессов очистки углеводородных газов.

Научная новизна работы:

— теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены зависимости физико-химических свойств поглотительных растворов на основе природного бишофита от составляющих композиционных ингредиентов;

— получены кинетические характеристики окислительных процессов абсорбции сероводорода из углеводородных газов в пенодинамических реакторах, определяющие зависимость регулируемых технологических факторов от состава-поглотительного раствора жидкой технологической среды на основе бишофита;

— составлены математические модели, обобщающие режимно-технологические .условия реализации абсорбционно-разделительных процессов комплексной очистки углеводородных газов от сероводорода и жидко-и твердофазных компонентов;

— впервые обоснован и экспериментально подтвержден принцип подбора состава окислительного раствора жидкой технологической среды на основе бишофита, эффективно реализующего процесс очистки углеводородных газов от сероводорода в пенодинамическом слое.

Практическое значение:

— разработаны технологические основы способа реализации абсорбционных и разделительных процессов комплексной очистки углеводородных газов от сероводорода и твердо-и жидкофазных включений в пенодинамическом слое;

— предложена принципиальная и технологическая схема системы реализации способа комплексной очистки от сероводорода и твердо-и жидкофазных включений углеводородных газов;

— экспериментально установлен эффективный состав поглотительного раствора жидкой технологической среды на основе бишофита для очистки углеводородных газов от сероводорода в условиях комплексного извлечения твердо-и жидкофазных компонентов (получено положительное решение по за-

явке № 99032148, приоритет от 24.08.99);

- разработана методика подбора состава поглотительного (окислительного) раствора жидкой технологической среды на основе бишофита для очистки углеводородных газов в зависимости от термодинамических параметров и состава очищаемого потока;

- определены оптимальные условия регенерации окислительного раствора жидкой технологической среды на основе бишофита в зависимости от ре-жимно-технологических параметров процесса очистки углеводородных газов в пенодинамическом слое.

Реализация результатов работы:

-НПО "ВолгоградЭкохимпроект" на основе научных результатов работы вставлены рекомендации по технико-экономическому обоснованию выбора методов очистки углеводородных газов для использования при разработке мероприятий ООС на предприятиях нефтегазового комплекса;

-разработаны рекомендации для ПСО "Волгоградгражданстрой" по со-:таву технико-эксплуатационных мероприятий по обеспечению экологической Зезопасности эксплуатации газораспределительных сетей и установок при использовании малосернистых газов региональных промыслов;

- результаты диссертационной работы переданы ОАО "Волгоградгоргаз" з качестве основы разработки целевой научно-технической программы обеспе-гения экологической безопасности коммунально-бытовых и промышленных ютребителей газового топлива в условиях использования источников серосодержащих газов и газов нефтепереработки с нестабильным компонентным со-;тавом;

- разработка ЖТС прошла испытания и внедряется в эксплуатационную тоактику ОАО "Волгоградгоргаза" по программе техмероприятий обеспечения жологической безопасности газораспределительных систем и установок;

- материалы диссертационной работы использованы кафедрами ТГС и ЭВиОВС ВолгГАСА в курсах лекций, лабораторных циклах, курсовом и ди-тломном проектировании по дисциплинам специальностей 2907 'Теплогазоснабжение и вентиляция" и 3320 "Инженерная защита окружающей ;реды (в строительной индустрии и ЖКХ)".

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы до-гожены и обсуждены на: научно-технической конференции "Достижения в тео-

рии и практике теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха" (г. С-Петербург, 1997 г.); Международной научно-практической конференции "Экологическая безопасность и экономика городских и теплоэнергетических комплексов" -(г. Волгоград, 1999 г.); Межрегиональном научно-техническом семинаре "Экологическая безопасность регионов России" (г. Пенза, 2000); Международной научно-практической конференции "Строительство-2000" (г. Р/на-Дону); Научно-технической конференции "Проблемы охраны производственной и окружающей среды" (г. Волгоград, 2000 г.); ежегодных научно-технических конференциях ВолгГАСА (г. Волгоград, 1997-2000 г.).

Публикации. Основные результаты работы изложены в 10 печатных статьях и 3-х научно-технических отчетах.

На защиту выносятся:

- теоретическое обоснование возможности реализации, кинетические и основные технологические параметры окислительных процессов абсорбции сероводорода из углеводородных газов в пенодинамических реакторах растворами на основе бишофита;

- результаты экспериментальных исследований, определяющих зависимость регулируемых технологических факторов управления абсорбционно-разделительными процессами комплексной очистки углеводородных газов от сероводорода и жидко-и твердофазных компонентов;

- принципиальная схема аппаратурного оформления ресурсосберегающей технологии абсорбционной и разделительной комплексной очистки от сероводорода и жидко-и твердофазных включений в пенодинамических реакторах;

- результаты экспериментального определения оптимального режима регенерации окислительного раствора на основе бишофита для процессов комплексной очистки углеводородных газов в пенодинамических реакторах;

- результаты кинетических исследований и методика подбора состава окислительного раствора жидкой технологической среды на основе бишофита для эффективной комплексной очистки углеводородных газов в пенодинамических реакторах.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объём

работы 167 страницы, в том числе 153 основного текста, включающего 53 рис., список литературы из 119 наименований, 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность темы диссертации, определены цель и задачи исследований, их научная новизна и практическое значение.

В первой главе проведен анализ современного состояния проблемы защиты атмосферы от загрязнения продуктами сгорания при использовании для топливно-энергетических нужд природного и нефтяных газов с содержанием серистых соединений, кислых и других балластных примесей.

Продуктами полного сгорания чистого природного газа являются: диоксид углерода, водяные пары, некоторое количество избыточного кислорода и азот, г.е. вещества относящиеся к естественному составу атмосферного воздуха. При юполном сгорании газа в атмосферу могут дополнительно поступать - оксид таерода, несгоревшие водород и метан, тяжелые углеводороды, сажа. Кроме ■ого, могут образовываться канцерогенные вещества, носителями которых яв-[яются полициюпгческие соединения типа бензпирена С2<Д)2- В присутствии ¡ензпирена, являющегося наиболее распространенным канцерогенным продухом, оксид углерода, сернистый ангидрид и другие компоненты, не являющиеся янцерогенными, приобретают канцерогенные свойства, т. е. становятся ко-анцерогенными. Этот факт усиливает опасность загрязнения атмосферного оздуха.

Многочисленные анализы показывают, что концентрации и других загряз-яющих веществ в уходящих газах котельных установок, технологических пе-ей, газотурбинных установок при нарушении режима горения достигают су-Юстеешшх значений, что вызывает загрязнение атмосферы при одновремен-ом снижении КПД установок.

Очевидно, что включение в товарный оборот серосодержащих углеводо-одных газов без их предварительной очистки и соответствующей доводки до ормативных требований к качеству станет фактором дополнительного техно-эгического воздействия на окружающую сред)'.

В настоящее время перспективные технологические системы подготовки 1за предназначены в основном для работы в условиях ГПЗ или УКГ1ПГ круп-

нодебитных промыслов. Для включения в товарный оборот большого числа региональных промыслов необходимо создание унифицированных модульных -по схеме аппаратурного оформления, и интенсивных — по принципу организации контакта кондиционируемой и рабочей сред, установок комплексной очистки и обработки газа.

При этом доминирующей тенденцией является стремление к применению высокоинтенсивных аппаратов, имеющих небольшие габариты, что позволяет создавать не только конструкции с низкой металлоемкостью, но и экономить производственные площади при размещении газоочистных установок. Последнее особенно важно при очистке больших объемов газовых потоков на базе уже функционирующих производственных систем из-за дефицита производственных площадей. В то же время стоимость эксплуатации таких абсорберов может быть высокой из-за повышенного расхода энергии. Однако анализ показывает, что использование энергии давления обрабатываемого газа позволит решить вопрос без привлечения дополнительных ее источников.

Очевидно, что существенное значение в эффективной реализации всех перечисленных условий имеют состав и свойства жидкой технологической среды (ЖТС).

По составу ЖТС должна представлять собой раствор достаточно универсального многофункционального действия - как осушитель и одновременно поглотитель серосодержащих и кислых компонентов (главным образом - Н>8 и С02) с выраженными каталитическими свойствами и низкой коррозионной агрессивностью. При этом на реализацию процессов осушки и поглощения серосодержащих и кислых примесей не должно оказывать существенного влияния извлечение твердо- и жидкофазных компонентов. Так же, реализуемая в рассматриваемых условиях технология обработки газа, должна обеспечивать достаточно эффективную регенерацию ЖТС, ее отвод и восполнение в зоне активного контакта с потоком обрабатываемого газа.

По предварительным оценкам известных результатов в качестве перспективной основы формирования композиционного состава ЖТС может быть принят бишофит. Как продукт природного происхождения, разведанные запасы которого только в Волгоградской области составляют 250-300 млрд. т, он целиком отвечает условиям ценовой доступности и недефицитности.

и

Во второй главе рассматриваются теоретические основы гидродинамики и процессов массо- и теплообмена при формировании пенодинамического слоя на основе механизма вихревой инжекции

Структура пенодинамического слоя как и любой двухфазной газожидкостной системы характеризуется перепадом давления в объеме слоя, результирующей скоростью сплошной фазы и ее удерживающей способностью по дисперсной фазе, оцениваемой как отношение объема газовой фазы Уг к жидкой V, . Его оптимальное для интенсификации процессов межфазного перенога, значение зависит от режима движения газожидкостных потоков.

• По В.В. Кафарову, именно при вихреинжекционном механизме формиро-гания слоя достигается режим, когда происходит наиболее интенсивный обмен количеством движения, теплотой и массой между газом и жидкостью.

Строгая формулировка системы уравнений, описывающих закономерно-;ти перечисленных процессов, может быть дана только для сравнительно продых форм движения двухфазной системы, например движения одиночного пу-;ыря или капли, а также движения газа и системы с одной непрерывной по-|ерхностью раздела.

В более сложных случаях, при неоднородном распределении фаз по сече-ию потока и наличии усложняющих задачу нестационарных явлений на гра-ице раздела фаз, точное математическое описание двухфазной системы пред-тавляется достаточно сложным.

Более рациональный подход, получивший широкое распространение в об-асти аэрогидродинамики, гидротехники и тепломассообмена, основан на ана-изе общих уравнений, описывающих процесс, исходя из положений теория подобия. 1 том случае вывод уравнений, описывающих двухфазные потоки, основьшает-I на допущении, что все взаимодействия, возникающие в двухфазной системе, ля каждой отдельной ее области описываются обычными уравнениями гидро-инамики. Системы дифференциальных уравнений, написанных отдельно для идкой и газовой фазы, связываются между собой краевыми условиями, реали-щия которых сводится к следующему:

- скорость газа равна скорости жидкости;

- сила трения, возникающая вследствие движения газа, равна аналогичной ше, вызванной движением жидкости;

- давление со стороны газа уравновешивается давлением со стороны жидкости и ее поверхностным натяжением.

Использование методологических подходов теории подобия позволяет посредством масштабных преобразований названной системы дифференциальных уравнений и краевых условий с последующим интегрированием получить выражение в безразмерной форме, описывающие зависимость структурных характеристик

Н

5

Уж-Уг г*

Уг Ч

а также гидравлических потерь а пенодинамическом слое

АР,

Л™ г

WKS о- уж-уг уж ^

> 2 > 9 )

Уж* БЭ уг vr;

(1)

(2)

от режимных параметров его формирования.

В рассматриваемых условиях очистки углеводородных газов формирование 1 «нединамической системы осуществляется, когда разность температур между газом и жидкостью не превышают 70°С и можно допустить, что теплообмен определяется в основном вынужденной конвекцией и переносом тепла при изменении агрегатного состояния теплоносителя.

Тогда, при дополнении системы дифференциальных уравнений, описывающих процесс движения фаз, уравнениями теплолроводимости и распределения теплоты критериальное уравнение теплообмена в газо-жидкостном пенодинамическом слое при установившемся режиме представляется в виде

кт^г. _/™г5 Гж-Уг ^ ^ тж_ Ьк д] г,1»

— У ' > > > ' 2'т-о' ' ' 1 ' т ' * г Г '

Сг,ггё I К аг аж Гг УС К Тг аг Б ]

Исследованиями Л.Д. Бермана, В.В. Кафарова, Д.А. Франк-Каменецюго и других установлено, что между процессами обмена количеством движения, тепла и массы, лимитируемого диффузией в газовой фазе, существует аналогия, базирующаяся на сходстве элементарных законов теплопроводности (закон Фурье) и диффузии (закон Фика).

При этом экспериментально доказано, что для совместно протекающих процессах тепло-и масоообмена, когда уравнение движения является общим, область, в которой сохраняется приближенная аналогия, достаточно широка.

У.

Принимая во внимание сказанное, система дифференциальных уравнений гассообмена для установившегося режима динамического пенообразования ¡ключает уравнения движения, сплошности, диффузии и распространения мас-:ы, соответственно записанные для газа и жидкости и связанные краевыми ус-ювиями. Их совместное преобразование дает критериальное уравнение массо->бмена

vv,.s w я к v.,. с D, Н

(4)

Dr D, сЖ11р. Dr S

Согласно исследованиям Мухленова И.П., Тарата Э.Я., Богатых С.Л, Ди-[енко В.Г., Серманизова С.С., Балабекова О.С., Вальдберга А.Ю. и др. очистка аза от твердо- и жидкофазных аэрозольных включений посредством промывки го потока при прохождении через высокотурбулизированный слой динамиче-кой пены в виде газовых пузырьков, основана на возможности интенсивной еализации инерционного и, частично, диффузионного механизмов разделения

fTlinryrt TTUrtTV ■ I ('Г. t ^ , . . ~ . , ~ .. ^. . .

Допуская, что основным препятствием на пути высокодисперсных частиц поверхности осаждения внутри газовых пузырьков является пограничный га-овый слой, а режим их движения через пограничный газовый слой в силу вы-окой дисперсности ламинарный, в рассматриваемых условиях можно исполь-овать критерий Стокса для оценки влияния физических свойств пыли.

Тогда из аналогии тепло- и массообменного переноса критериальное урав-ение, характеризующее процесс улавливания аэрозольных частиц в газожид-остной пенодинамической системе, для установившегося режима можно запи-ать в виде:

' 2 1 j2 wrs wÄs О- Wr Гж-Гг ¿,Awr Н

г =.//

S

(5)

У У gs уг vr Arvrs S Из структурной аналогии выражений следует, что энергозатраты (АР), эф-сктивность комплексной очистки и обработки газа в общем случае яв.'.чегся ункцией его скорости (отнесенной к активному сечению пенодинамического лоя), кинетического коэффициента межфазного обмена и геометрических ха-актеристик слоя. При этом для заданных условий формирования пенодинами-еского слоя (wr — const; V„ = const; Нп = const) определяющее значение имеют

свойства жидкой технологической среды, формирующей жидкую фазу пеноди-намического слоя. -

В третьей главе рассмотрены результаты исследования состава и физико-химических свойств жидкой технологической среды (ЖТС) для селективной очистки углеводородных газов от сероводорода.

Конверсия сероводорода в элементарную серу протекающая, но известной реакции

2Н28+02 -> 8°+Н,0 , является наиболее эффективной в процессе очистки углеводородных газов от сероводорода и имеет ряд существенных преимуществ перед другими методами. Но при этом данный окислительный процесс имеет ряд недостатков (за счет " протекания побочных реакций), приводящих к снижению эффективности очистки. _

Основу нейтрализующего сероводород агента ЖТС составляет гидро-ксид железа г'е(ОН)3 . Величина изобарно -изотермического потенциала реакции с его участием (АО) обеспечивает высокую скорость процесса.

Для установления оптимальных условий проведения процесса (температура, рН,, степень растворимости Н^Б в ЖТС, концентрация и форма окислителя) была разработана специальная методика проведения эксперимента и проведены лабораторные исследования.

Полученные данные показывают, что эффективность процесса окисления сероводорода дисперсным гидроксидом железа повышается в кислой среде с повышением кислотности, т.е. в области существования в водных растворах недиссоциированного сероводорода

рН57 . рКШ

Н25 -> Ш1' -»• Б При этом бьГло установлено, что высокая реакционная способность комплекса железа по сероводороду достигается в области существования гидросульфид-ионов. Реакция восстановления и окисления сорбентов, соответственно сероводородом и кислородом, в значительной степени зависит от рН среды, разности окислительно-восстановительного потенциала и растворимости взаимодействующих реагентов.

Результаты исследования эффективности нейтрализующей способности дисперсного гидроксида трехвалентного железа к сероводороду выявили ее за-

висимость от способа получения. Из различных форм гидроксида трехвалентного железа, полученных из разбавленных растворов хлорного железа РсСЬ при взаимодействием с гидроксидами щелочных и щелочноземельных элементов, наибольшую эффективность показала форма, полученная при взаимодействии с суспензией гидроксида магния М§(ОН)2. Поглотительная способность ее превышает в среднем в 5 раз остальные формы.

Из литературных источников следует, что возможна дополнительная интенсификация нейтрализующей способности гидроксида трехвалентного железа с помощью различных неорганических и органических добавок ( хлориды щелочных и щелочно-земельных металлов, комнлексообразующие добавки и т.п. переводящие нерастворимые соединения железа в растворимые РеЬ~'.

■ - В связи с этим основное место в исследовании было уделено подбору основы ЖТС. Требование к основе ЖТС в первую очередь опредлялось на хорошем взаимодействии состава жидкой среды с гидроксидом трехвалентного железа и активизации его свойств по отношению к сероводороду, обладанием высокой работоспособностью в широком диапазоне температур (от -30 до +80°С) ,а также способностью к быстрой регенерации своих свойств и активных добавок.

Наиболее эффективной средой среди составов на базе водных растворов ИаС!, 2пС12, М^СЬ (синтетический), оказался раствор природного волгоградского бишофита (М^СЬ »ЮНгО). Экспериментальные данные показали увеличение эффективности процесса нейтрализации сероводорода более чем на 5 % . Это можно объяснить универсальным составом волгоградского бишофита за счет наличия в нем более 20 различных макро- и микроэлементов, которые в добавление к М£С1г обладают, видимо, активными каталитическими свойствами и способны создавать с железом дополнительные комплексы РеЬ1".

Плотность бишофитного раствора, составляющего основу ЖТС и определяющего его физико-химические свойства, находится в пределах 1150-1180 кг/м3 с содержанием соли бишофита в пределах 35-41 масс.%. Эксплуатационные свойства данной ЖТС остаются стабильными при отрицательной температуре до -30°С.

Непрерывный процесс очистки углеводородных газов от сероводорода с участием ЖТС состоит из двух основных этапов: селективное извлечение серо-

водорода из газовой среды с последующим переводом его в элементарную серу и поддержание технологических свойств ЖТС.

Данные этапы можно представить в следующем виде:

1. нейтрализация извлеченного сероводорода: Н2Б + РеЬ1- -> РеЬ2' + 2Н20 + Б0 31-у> + Ре(ОНЬ Ре^з + 6Н>0

2. регенерация ЖТС

02 + РсЬ2'+ 2НгО-> Рс!,1' +40Н" 302 + Ре^ + 6Н20 -> 4Ре(ОН)з + На основе экспериментальных данных по определению как нейтрализующей эффективности, так и регенерационной способности ЖТС при различных температурах, были рассчитаны степени нейтрализации сероводорода (т}!\) и регенерации сорбентов кислородом (т]11), представленные на рнс.1.

1 $ ) ? т 1 1 т 1 . .

Ь- 1 а 1 1

1

1

1

1

)

г ^ [

1 Ч Г

л» .« «з в > «» « а и я Э5 *в « » к и и те

Рис. 1 Зависимость степени нейтрализации Н28 (г|м) т| и регенерации (г)к) сорбентов кислородом

На основании полученных данных можно отметить, что эффективность процесса нейтрализации сероводорода разработанным составом ЖТС достигает максимальных величин в интервале температур от -10 до +50°С (область благоприятных температур проведения процесса).

При температурах ниже минуса Ю°С и выше 50°С степень очистки газа за счет нейтрализации сероводорода стремительно падает. Из этого следует, что процесс нейтрализации сероводорода из углеводородных газов до требований отечественных стандартов необходимо проводить в интервале температур от минус 10°С до плюс 50°С

В отличие от процесса нейтрализации сероводорода процесс регенерации сорбентов кислородом (восстановление ЖТС) имеет другую картину, где степень регенерации достигает наибольшую величину в интервале температур от 30 до 60 °С. Выше и ниже данных температур наблюдается плавное снижение эффективности. При этом, при температуре ниже +30°С процесс регенерации сорбентов имеет прямолинейную зависимость, и чем ниже температура раствора, тем хуже происходит регенерация отработанных сорбентов кислородом.

Следовательно, регенерацию сорбентов кислородом воздуха желательно проводить в интервале стандартных температур (10- 50°С). Поэтому технологический режим полной очистки газа при непрерывном и одновременном проведении процессов нейтрализации и регенерации желательно проводить также в интервале стандартных температур.

При непрерывном процессе очистки небольших объемов малосернистых газов нет необходимости в непрерывном проведении процесса регенерации :орбентов (ЖТС), т.е. процесс регенерации сорбентов можно проводить периодически. В этом случае нейтрализацию Н25> можно проводить в интервале температур от -10°С до +50°С, а регенерацию сорбентов проводить в интервале от 10 до 50°С.

Несмотря на то, что суммарная реакция окисления сероводорода идет с образованием элементарной серы и воды, постоянство рН и плотность ЖТС можно объяснить непрерывной регенерацией сорбентов, т.е. восстановлением первоначального состава раствора. Элементарная сера, образующаяся в виде водяной пулыты, не влияет на физико-химические параметры ЖТС.

В четвертой главе изложены результаты экспериментального исследования закономерностей процессов гидродинамики, тепломассообмена и извлече-дия твердофазных включений при пенодинамическом режиме контакта газа с зодными растворами бишофита.

Исследования выполнялись на опытном образце (модуле), воспроизводящем размеры промышленной установки пенодинамического скруббера с осу-

ществлением режима ценообразования при соблюдении равенства критерия Рейнольдса воспроизводимых условий и эксперимента.

В общем виде процесс образования пенодинамической системы описывается критериальным уравнением (1). В результате математической обработки на основе экспериментальных данных получен явный вид критериального уравнения ценообразования в контактной камере модуля

зУ0-26/и V.26

—^ = 7,468 2

в

(6)

где Ьж - высота "светлой" жидкости, м; \¥г - скорость газа в сечении камеры, м/с; ус - коэффициент динамической вязкости, м2/с; Н„ - высота пены, м; б — диаметр камеры (исходя из отмеченных выше условий.

Проверка уравнения (6) показала, что оно хорошо отражает среднее значение искомой величины Ьж - (рис. 2). Отклонение величины определенной по уравнению, от ее экспериментальных значений лежит в пределах 12%.

ЙжОЦЫТ,ММ ЭООт

250 200 133

та а о

! ! : I !

I |

О ! '

! | I |

I

Ьжрасч,мм

33

1ГО

150

2Ю

293

300

Рис. 2. Корреляционный график для значений Ьж.

Из обобщения на основе уравнения (2) данных эксперимента для определения величины гидравлических потерь в пенодинамическом слое получена зависимость

АР

= 11,33-10

(7)

Влияние определяющих факторов на процесс извлечения твердофазных дисперсий изучалось на примере двух предельных по смачиваемости веществ. В качестве гидрофобной дисперсии применялся борнеол (порошок) с удельной плотностью 1,011 г/см3, а в качестве гидрофильной использовался карбамид с удельной плотностью 1,335 г/см3.

На рис. 3 и рис. 4 представлена зависимость коэффициента эффективности извлечения дисперсий от скорости газа и высоты пены. Из этих рисунков видно, что наиболее интенсивно процесс улавливания протекает в нижних слоях пены и с увеличением ее высоты возрастает, достигая при Нп > 500 мм практически предельного состояния. Максимального эффективность очистки достигалась при скорости газа равной 6 м/с. очевидно, при этой скорости создается

наиболее благоприятное сочетание инерционных сии, сил турбулентного Перепал*. тт ____ .... ,____Т______ _______ ___________

»1 роош! 1Г1Л 11 ,'!:■>. 11.411 у;^ I 11 кишадш. ЮЧС1 йИИС 1 V1 >иV ДС(! П1Ш и ЦсрСНО-

са и направленных центробежных сил позволяет достичь высоких значений кинетической энергии частиц пыли, необходимой для преодоления пограничного сопротивления на границе газ-жидкость.

7,%

» Н = 100 мм

• Н = 300 мм ° Н = 500 мм

№г,м/с

Зис. 3. Зависимость эффективности улавливания карбамида от скорости газа 1ри сЗк = 100 мм.

Обработка экспериментальных данных на основе уравнения (3) позволи-ю получить зависимость степени извлечения твердофазных включений от оп-зеделяющих факторов процесса

V >% юо

98 96 94 92 90

А

/Ж] ГИг

(8)

т - 5! ' 1

\

\ ;■ ;

1 ! 1 " 1 ! ! I

АН = 100 мм • Н = 300 мм ; о Н = 500 мм .

10 12 14

Рис. 4. Зависимость эффективности улавливания борнеола от скорости газа пои й,- =100 мм.

Эксперименты по исследованию процессов охлаждения газа были выполнены на системах "воздух-вода" и "воздух" — 50-ный бишофигный раствор. При этом влияние процесса массообмена на процесс теплообмена отдельно не учитывалось и приводимые ниже коэффициенты теплопередачи определялись по количеству явного тепла.

Температура газа, выходящего из зоны контакта? зависит при этом от скорости газа, высоты пены и начальной температуры. Разность между температурой воды и температурой выходящего газа достигает минимального значения при скорости газа 7-9 м/с (рис. 5) и уменьшается с увеличением высоты пены. При постоянной скорости газа эта разность увеличивается с повышением начальной температуры воздуха (рис. 6). № рисунков 5 и 6 следует, что наиболее интенсивное снижение температуры газа происходит в слое пены высотой до 200 мм.

В результате математической обработки экспериментальных данных получен явный вид критериального уравнения теплопередачи

зл

к - \у щ

г =3,70

сг Г&

/ Чаг^ Ч'ГУ/ 3 о,

0,33

0.71

(9)

где кх.„5. — коэффициент теплопередачи, ккал/м С; уг - удельный вес газа на входе в аппарат, кг/м3; сг - теплоемкость газа, м2/с; аг - коэффициент темпера-

туропроводности газа, м2/с; - температура жидкости в аппарате, °С; - температура газа на входе в аппарат.

О

2

4

6

8

1Л', м

10 12

14

Рис. 5. Зависимость разности температур между водой и газом на выходе из слоя от скорости газа

Д1°С

Рис. 6. Зависимость разности температур между газом и водой на выходе из слоя от начальной температуры воздуха при \УГ = 10 м/с: 1- Н„ = 100 мм; 2- Н„ = 200 мм; 3- Н„ = 300 мм; 4- Нп = 400 мм; 5- Нп = 500 мм;

Уравнение (9) с точностью до 10% отражает экспериментальные значения коэффициентов теплопередачи (рис. 7).

Методологическую основу проведения экспериментов по изучению закономерностей массообменных процессов, обусловленных испарением или кон-

депсацией паров жидкой фазы, составило положение об их аналогии процессам теплообмена. Обработка, с учетом данной предпосылки, экспериментальных данных по влаго-обмену на основе общего критериального уравнения массообмена (4) позволила привести его к форме, отражающей специфику этих процессов

.к

ы.об.

-=7,42

ч0,67 .

те,

К8

о,зз

0,3

-0.71

(10)

где Ог — коэффициент диффузии паров воды в газе (воздухе), м2/с; <1Ь dp - соответственно начальное и равновесное с упругостью пара влашсодержание газа, кг/кг. Кт.об.опьгт. ,Дж/м5

100000 80000 60000 40000 20000 0

I !

л?7 ; !

К

т.об. расч

,Дж/м"

20000 40000 60000 80000 100000

Рис. 7 Корреляционный график для значений коэффициента теплопередачи

Анализ закономерностей осушения газа раствором бишофита показал, что его начальная концентрация мало""влияет"1кгинтенсивность-процесса-оеущення;— Доминирующим фактором во всех случаях являлась - интенсивность поглощения и отвода влаги сорбентом, с поверхности контакта взаимодействующих сред.

Для выявления основных качественных и количественных закономерностей процесса осушения газа были проведены исследования влагопоглощения исходя из начальной концентрации поглотителя температуры, относительной влажности и скорости движения осушаемого газа, конечной концентрации сорбента.

Рис. 8. График изменения температур газа по высоте слоя 1 - начальный уровень Ьо = 0,02 м; 2 ~ Ь,- 0,03 м; 3 -- ¡ю - 0,05 м.

Поглощение паров воды бишофитным раствором, естественно, сопровождается выделением теплоты сорбции и, как следствие, повышением температуры осушаемого газа - рис. 8. Температура газа, таким образом, является показателем интенсивности процесса влагопоглощения. Очевидно, что наиболее благоприятные условия для эффективного использования сорбционной способности бишофитного поглотителя в рабочем объеме абсорбера создаются на расстоянии 0,15—0,20 м от начального сечения пенодинамического слоя. Из рис. 8 видно также, что протяженность активной зоны влагопоглощения в абсорбере в направлении движения газа, определяемая областью резкого изменения величины отношения АХ/№, составляет 400—600 мм.

Обобщение полученных результатов позволяет рассматривать выявленный эффект осушения газа бишофитным поглотителем в пенодинамическом слое как достаточно эффективный механизм влияния на качество потока газа в составе процессов его комплексной обработки.

Результаты исследования общих физико-химических закономерностей нейтрализации Н2в и регенерации поглотителя показали высокую эффективность предлагаемого композиционного состава поглотителя на основе бишо-фита. Правомерность этого вывода подтверждает сравнение представленных в табл. 1 и 2 экспериментальных данных по эффективности селективного и комплексного с диоксидом углерода (СОг) извлечения сероводорода (Н^) из смеси углеводородных нефтяных газов.

Результат хорошего совмещения данных табл. 1, 2 допустимо рассматривать как проявление практической обоснованности вывода об отсутствии за-

метного взаимного влияния на степень очистки 77а процессов межфазного мас-сопереноса комплексно извлекаемых газообразных целевых компонентов. Тот же результат был достигнут и при испытаниях в опытных условиях запылепия потока углеводородного газа твердофазной дисперсией модельного аэрозоля.

Таблица 1.

Эффективность извлечения Н28 ЖТС на основе бишофита

м» пп Начальный уровень жидкости Ьо, м Степень извлечения Н28

Приведенная скорость потока газа \УГ, м/с

6 8

I +0,02 99,6 99,9

2 -0,04 96,8 94,3

Для обеспечения-сопоставимости результатов этих экспериментов с представленными в табл. 1 и 2 они проводились при тех же режимных параметрах обраво-

поргтдо пено"тшзмцческсн системы в

шлпп

V, —АЛ Л ЛЛ\ .. Л"П —1С о\--<--иу ^ ■ V.', ! п >>г I»-'. о/

Таблица 2

Эффективность комплексного извлечения газообразных компонентов

№№ ПП Приведённая скорость газа XV,, м/с Вид поглотителя Степень извлечения (т]А, %)

сероводород - Н23 диоксид углерода -С02

начальный уровень жидкости Ь0, м

+ 0,02 -0,04 + 0,02 -0,04

1 6.0 бишофит МЭА 99.7 98.8 97,6 96,5 93.8 93,0 87,3 86,9

2 бишофит 99.8 216 94,1 ш

8,0 МЭА 99,1 93,2 92,9 84,3

Испытания выявили отсутствие влияния твердофазных включений на эффективность очистки углеводородных газов от Н28 бишофитным поглотителем в пенодинамическом слое. Таким образом, проведённый анализ показывает очевидную возможность реализации комплексно осуществляемых процессов извлечения неоднородных компонентов и расчёта их функциональной эффективности на основе уравнений с учётом всех целевых составляющих выброса.

В главе пять представлены методологические подходы аппаратурного оформления и разработки технологической схемы комплексной очистки газа бишофитным раствором в пенодинамическом слое (реакторе).

Из анализа общих закономерностей явлений переноса совмещение нескольких процессов извлечения целевых компонентов в технологии комплексной очистки можно представить как решение оптимизационной задачи на основе унификации их аппаратурного оформления. Очевидно, что в общем случае оптимальным может быть признан вариант, который обеспечит достижение заданного результата с наименьшими материальными или энергетическими затратами — обычно в их стоимостном выражении.

Соответствующая данному условию разработки технологическая схема установки комплексной очистки газа бишофитным раствором в пенодинамиче-ском слое представлена на рис. 9.

Процесс осуществляется во взвешенном слое.динамической пены, образуемой раствором бишофита путем его вихревого инжектирования закрученным потоком очищаемого газа.

Рис. 9. Технологическая схема комплексной очистки газа бишофитным поглотителем (в пенодннашгческом реакторе):

1 - камера кондиционирования; 1.1 — циркуляционный сток кондиционирующей ЖТС; 2 - структурные элементы пеиодинамичсского реактора - ИПС; 2.1 - технологический блок; 2.2 - вспомогательной блок; 2.3 - сепарационный блок; 2.4 - циркуляционный сток ЖТС из инжектора; 2.5 — циркуляционный поток (ияжекция) ЖТС в контактную зону инжектора; 2.6 - т/п отвода ЖТС из блока-сепаратора; 2.7 - т/'п отвода ЖТС к блоку-регенератору; 3 - резервно-компенсационный бак активной ЖТС; 4 -.система подачи активной ЖТС в камеру подготовки; 5 — блок-регеиератор ЖТС; 6 - сток, серкой пульпы.

Определяющее значение для эффективности осуществления процессов очистки имеет принцип организации отвода отработавшей ЖТС из зоны активного вихревого контакта. Возможны два варианта: с прямым сбросом отрабо-

тавшей ЖТС в промканализацию промысла с последующей ее регенерацией на локальных или общезаводских сооружениях и с регенерацией ЖТС в автономном цикле, включающем одновременно с коверсией элементарной серы непрерывный возврат отрегенерированной ЖТС на осуществление процессов очистки и кондиционирования потока газа. Второй вариант обеспечивает возможность автономной работы установки ИП очистки газа в составе оборудования магистральных и распределительных газопроводов.

Представленная технологическая схема является базовой для обоих вариантов циркуляции ЖТС и применения различных модификаций ИП реакторов. В состав базовой схемы входит: камера предварительного кондиционирования (при работе в составе УКППГ) потока газа 1 с оборудованием для контроля параметров ввода тумана ЖТС, установка ИП реактора 2 с оборудованием обеспечения заданного режима.его работы и системами отвода отработавшей ЖТС, оборудование 3 и системы 4 подачи активной ЖТС. При реализации второго варианта технологической схемы (осуществлении процесса очистки с непрерывной регенерацией ЖТС) в ее состав включается блок-регенератор ЖТС 5 с соответствующими системами подключения и циркуляции ЖТС в контуре регенератора, а также системой накопления и отвода элементарной серы 6.

Для очистки газа при наличии осложняющих процесс факторов рекомендуется к использованию модификация ИП реактора, агрегатированного с оборудованием для предварительного кондиционирования потока газа, включающего систему пневматического или эжекционного диспергирования ЖТС.

Пилотные испытания модульной газоочистной установки, построенной по данной схеме показали ее эффективную работу.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ ПО РАБОТЕ:

- получены физико-математические модели гидродинамики, теплообмена и массопереноса неоднородных загрязняющих веществ в активном объеме пе-нодинамического слоя с вихреинжекционным механизмом формирования контактной поверхности;

- впервые проведено исследование, анализ обобщение закономерностей процессов комплексной очистки от сероводорода, кислых примесей и твердо-жидкофазных углеводородных газов абсорбционно-окислительным методом в пенодинамическом слое жидким поглотителем на основе бишофита;

- разработан состав поглотительного раствора на основе бишофита для извлечения сероводорода и кислых газов в широком температурном диапазоне, обладающего свойством эффективной регенерации, новизна которого подтверждена положительным решением по заявке № 9902148 с приоритетом от 24.08.99 г.

- дано теоретическое обоснование возможности реализации, кинетических и основных технологических параметров окислительных процессов абсорбции сероводорода из углеводородных газов в пенодинамических реакторах растворами на основе бишофита в присутствии кислых и твердо-жидкофазных балластных примесей;

- экспериментально установлены определяющие зависимости регулируемых технологических факторов управления и оптимизации и абсорбционных и разделительных процессов комплексной очистки углеводородных газов от сероводорода и жидко-и твердофазных компонентов бишофитным поглотителем в пенодинамическом слое;

- принципиальная схема аппаратурного оформления ресурсосберегающей технологии абсорбционной и разделительной комплексной очистки углеводородных газов от сероводорода, кислых и жидко-и твердофазных включений в пенодинамических реакторах;

- экспериментально определены технологические параметры оптимального режима регенерации окислительного раствора на основе бишофита для процессов комплексной очистки углеводородных газов в пенодинамических реакторах;

- определены методологические условия подбора состава окислительного раствора жидкой поглотительной среды на основе бишофита для эффективной комплексной очистки углеводородных газов в пенодинамических реакторах.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Аксенов A.B. Обеспечение экологической безопасности городских газораспределительных сетей // Мат-лы Междунар. научн-практ. конф. Экологическая безопасность и экономика теплоэнергетических комплексов.— Волгоград, 1999 г.-с. 70-73.

2. Аксенов А.В.. Современные аналитические методы и средства коитрол: утечки и выбросов газораспределительной сети // Мат-лы Междунар. научн практ. конф. Экологическая безопасность и экономика теплоэнергетически)

- комплексов.— Волгоград, 1999 г.- с. 111-112.

3. Аксенов А.В. Эколотческие аспекты проблемы одоризации газа II Мат-ль Междунар. научн-практ. конф. Экологическая безопасность и экономике теплоэнергетических комплексов. — Волгоград, 1999 г.- 117-119.

4. Аксенов А.В., Диденко В.Г., Остроумов С.Б. Экологическая безопасность развития газовой промышленности // Проблемы производственной окружающей среды. / Материалы международной научно-практической конференции. - Волгоград, 1999 г - с. 48.5. Аксенов А.В., Диденко B.F., Остроухов С.Б. Состав жидкой технологической среды для селективной очистки углеводородных газов от сероводорода // Межрег. науч.-техн. семинар. - г. Пенза, 2000 г.- с. 72

6. Диденко В.Г., Аксенов А.В. Очистка попутных нефтяных газо от серосодержащих примесей. // Certification, ecology, energy-saving.- Program and scientific reports at the International scientific and practical conference. - Kemer, Turkey, 1998,-c. 75.

7. Диденко В.Г., Аксенов А.В. Анализ условий оптимизации процессов очистки углеводородных газов в вихреинжекционном пенном слое // Проблемы производственной окружающей среды. / Материалы международной научно-практической конференции. - Волгоград, 1999 г - с. 48.

8. Диденко В.Г., Аксенов А.В., Остроухов С.Б. Новые технические решения очистки сероводородсодержащих газов // Проблемы производственной ок-ружающе 1^средЫг-АМатериш1Ь}-международтжТ1аучно-црак1ИческшТ конференции. - Волгоград, 1999 г-с. 73.

9. Диденко В.Г, Аксенов А.В., Остроухов С.Б. О перспективах использования серосодержащих углеводородных газов на предприятиях теплоэнергетического комплекса // Межрег. науч.-техн. семинар. - г. Пенза, 2000 г. - 70 с.

Ю.Диденко В.Г., Остроухов С.Б., Аксенов А.В. Очистка малосернистых природных газовых сред в инжекгорно-пенных реакторах // Проблемы производственной окружающей среды. / Материалы международной научно-практической конференции. - Волгоград, 1999 г - с. 66.

1. ПРОБЛЕМЫ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ С СОДЕРЖАНИЕМ СЕРНИСТЫХ И КИСЛЫХ ПРИМЕСЕЙ.

1.1 Основные требования к качеству углеводородных газов.

1.2. Особенности горения и состава продуктов сгорания углеводородных газов.

1.3. Общая характеристика технологических процессов очистки газов.

1.4. Особенности аппаратурного оформления процессов очистки газов.

1.5. Осушка и дегидратация газов.

1.6. Сепарация твердо-жидкостных (смолистых) дисперсных компонентов.

1.7 Основные тенденции перспективного развития методов очистки углеводородных газов.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЧИСТКИ ГАЗА ПРИ ПЕНОДИНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ КОНТАКТА С ЖИДКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДОЙ.

21. Анализ структурных характеристик взаимодействия газа и жвдкосгив потоке.

2.2. Общие закономерности гидродинамики формирования пенодинамического слоя.

2.3. Закономерности теплообмена при контакте газа и жидкости в пенодинамическом слое.

2.4. Закономерности межфазного массообмена в пенодинамическом слое.

2.5. Анализ закономерностей улавливания твердо- и жидкофазных дисперсных компонентов в пенодинамическом слое.

2.6 Зависимость степени обработки газа от кинетики процессов межфазного обмена в пенодинамическом слое.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

3. РАЗРАБОТКА СОСТАВА ЖИДКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА.

3.1. Исследование физико-химических свойств нейтрализации сероводорода в жидких средах.

3.2. Ишвдовшшенешралтующихшйсгв гидроксида трехвалентного железа.

Зависимость концентрации ионов трехвалентного железа.

БИСУЛЬФИД ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ С ГИДРОКСИДОМ ТРЕХВАЛЕНТНОГО ЖЕЛЕЗА ПО РЕАКЦИИ.

3.3.Исследование процесса окисления сульфида железа кислородом воздуха.

3.4. Исследование нейтрализующих свойств различных форм гидроксидов железа.

3.5. Исследование нейтрализующей способности комплекса трехвалентного железа.

3.6. Определение каталитических свойств волгоградского бишофита.

3.7. Оптимизация состава жидкой технологической среды на основе бишофита.

3.8. Экспериментальное изучение очищающей способности ЖТС.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ В ПЕНОДИНАМИЧЕСКОМ СЛОЕ.

4.1. Аппаратурное оформление и методика экспериментов.

4.2. Состав оборудования экспериментального стенда.

4.3. Методика проведения и оценки результатов экспериментов.

4.4. Гидродинамические характеристики образования пенодинамического слоя.

4.5. Извлечение дисперсных включений.

4.6. Охлаждение газа при контакте с жидкостью в пенодинамическом слое.

4.7. Массообмен при контакте газа с жидкостью в пенодинамическом слое.

4.8. Осушка газа бишофитным поглотителем.

4.9 Технологические характеристики очистки газа бишофитным раствором.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АБСОРБЦИОННОЙ И РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ.

5.1. Обобщение режимных параметров комплексного извлечения неоднородных компонентов.

5.2. Условия оптимизации режимных параметров совмещаемых процессов.

5.3. Функциональное модулирование вихрепенных реакторов комплексной очистки.

5.4. Структура компоновочных схем модулированных установок.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

Актуальность проблемы. Непрерывно растущий спрос на природный газ как эффективный и экологически более безопасный вид котельно-энергетического топлива и сырья для газохимической и нефтехимической промышленности делает необходимым интенсивное развитие объемов его товарного производства. По последним оценкам начальные потенциальные ресурсы природного газа составляют 250 трлн. м . Анализ структуры разведанных запасов газов по компонентному составу показывает, что из общего объема на начало добычи метановыми (сухими газами) являются 55,3%, этаносодержащими (этана 3% и более) - 44,7%. При этом в разведанных запасах газа 15,8% являются сероводородсодержащими, а 50% запасов газа следует отнести к конденсат-содержащим.

Прогнозы показывают, что на перспективу до 2011 года структура запасов газа по компонентному составу будет существенно изменяться в сторону уменьшения доли метановых газов и роста доли этансодержащих газов вследствие интенсивной добычи газа севера Западной Сибири и возрастающей доли таких газов в Прикаспийской впадине и в юрском комплексе Среднеазиатского региона [52].

Характерной тенденцией повышения объемов производства углеводородного газового топлива является возрастающая интенсивность эксплуатации месторождений сернистых газов - Астраханского, Тенгизского, Карачанганского [48]. Все более широкое применение в газовых хозяйствах находит добавление к природному газу попутных нефтяных газов и газов нефтепереработки [146], качественный состав которых может меняться в значительной степени. В этой же перспективе следует рассматривать возможность использования мало дебитных и расконсервированных региональных источников в большей степени содержащих сернистые примеси и конденсат.

Таким образом, учитывая что доля конденсатных, а также сероводорода - и этаносодержащих газов в общем объеме углеводородного газового топлива в перспективе увеличивается, одной их актуальных проблем развития газовой отрасли и, в частности, строительства систем газоснабжения, становится разработка новых технологий очистки газа уже на стадии его распределения и подачи коммунально бытовым и промышленным потребителям.

Особая значимость названной проблемы состоит в том, что теплоэнергетические, жилищно-коммунальные и крупные промышленные потребители -предприятия стройиндустрии и т.д., использующие малосернистые углеводородные газы в качестве топлива, являются источниками выброса в атмосферу значительных количеств оксидов серы. В целом их суммарный мировой выброс к концу 2000 года по данным ВОЗ составит 700 млн. тонн в год.

Столь же существенным по экологическим последствиям является и наличие конденсата, проявляемое как в увеличении выхода двуокиси углерода с дымовыми газами, так и в интенсификации коррозионных процессов, следствием которых является нарушение герметичности газопроводов. В результате существенно возрастают утечки газа, метановая составляющая которых, наряду с двуокисью углерода выбросов отходящих дымовых газов, способствует поступлению в атмосферу значительных количеств "парниковых газов" лимитируемых международными соглашениями [123].

Таким образом, решение названной проблемы имеет важное экологическое и одновременно экономическое народнохозяйственное значение, так как позволяет сократить выбросы в атмосферу сернистых и "парниковых" газов, а также расконсервировать и вовлечь в разработку региональные серосодержащие газовые и газоконденсатные месторождения с малыми запасами углеводородной продукции, что существенно увеличит суммарные объемы добычи газа. Вполне очевидно, что решение названной проблемы может быть успешно реализовано лишь с учетом двух определяющих факторов. Первый состоит в том, что для повышения уровня экологической безопасности извлечению подлежат Н^Б, пары Н2О (конденсата), гидраты и, возможно, смолистые вещества, т.е. в процессе очистки извлечение нескольких неоднородных компонентов.

Второй фактор заключается в том, что формирование потока подаваемого (распределяемого) потребителю газа осуществляется посредством смешивания потока, транспортируемого от основного источника (месторождения) с потоками от региональных источников - месторождений сернистых газов, газоконден-сатных и нефтеперерабатывающих заводов, состав газов которых может существенно варьировать. Поэтому, для исключения поступления потребителю некондиционного газового топлива наряду с системами промысловой очистки должна быть предусмотрена его эффективная комплексная очистка и при подаче в газораспределительные сети промышленно-городских комплексов.

При этом, реализуемая в газораспределительных сетях технология газоочистки должна отличается от известных устойчивой эффективностью работы при очистке газа с любым содержанием сероводорода и других извлекаемых компонентов в широком диапазоне температурного режима, высокой экологичностью, аппаратурного оформления, простотой и надежностью в эксплуатации.

Из анализа функциональных возможностей основных методов извлечения неоднородных компонентов из углеводородных газовых сред и сложившейся практики следует, что наиболее оптимально эта цель может быть достигнута в аппаратах мокрой очистки на основе реализации абсорбционных процессов. Поэтому определяющей задачей одновременно является и нахождение типа окислительной жидкой технологической среды, обладающей высокой поглотительной способностью к сероводороду и возможностью регенерироваться до уровня первоначального состава. Решение названых выше задач является предметом разработки настоящей диссертации.

Работа выполнялась в соответствии с планом межрегиональной программы "Экологические проблемы Нижней Волги" - Е. 11.01.96, а также тематическим планом научно-исследовательской работы Волгоградской Государственной архитектурно-строительной академии.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является защита атмосферы от загрязнения выбросами теплоэнергетических и коммунально-бытовых источников посредством разработки технологии комплексной очистки природного газа от серосодержащих, кислых и балластных примесей в пенодинамическом слое жидким поглотителем на основе бишофита. Для достижения указанной цели решались следующие основные задачи:

- обоснование физико-математических моделей гидродинамики, теплообмена и массопереноса неоднородных загрязняющих веществ в активном объеме пенодинамических слоя вихреинжекционным механизмом формирования контактной поверхности;

- исследование, анализ и кислых примесей обобщение закономерностей процессов очистки от сероводорода и кислых примесей углеводородных газов абсорбционно-окислительным методом в комплексе с извлечением твердо-и жидкофазных компонентов;

- разработка состава поглотительного раствора для извлечения сероводорода и кислых газов в широком температурном диапазоне, обладающего свойством эффективной регенерации;

- разработка технологических основ реализации и аппаратурного оформления комплексных процессов очистки углеводородных газов.

Научная новизна работы:

- теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены зависимости физико-химических свойств поглотительных растворов на основе природного бишофита от составляющих композиционных ингредиентов;

- получены кинетические характеристики окислительных процессов абсорбции сероводорода из углеводородных газов в пенодинамических реакторах, определяющие зависимость регулируемых технологических факторов от состава поглотительного раствора жидкой технологической среды на основе бишофита;

- составлены математические модели, обобщающие режимно-технологические условия реализации абсорбционно-разделительных процессов комплексной очистки углеводородных газов от сероводорода и жидко-и твердофазных компонентов;

- впервые обоснован и экспериментально подтвержден принцип подбора состава окислительного раствора жидкой технологической среды на основе бишофита, эффективно реализующего процесс очистки углеводородных газов от сероводорода в пенодинамическом слое.

Практическое значение:

- разработаны технологические основы способа реализации абсорбционных и разделительных процессов комплексной очистки углеводородных газов от сероводорода и твердо-и жидкофазных включений в пенодинамическом слое;

- предложена принципиальная схема реализации способа абсорбционно-разделительной комплексной очистки от сероводорода и твердо-и жидкофазных включений углеводородных газов;

- экспериментально установлен эффективный состав поглотительного раствора жидкой технологической среды на основе бишофита для очистки углеводородных газов от сероводорода в условиях комплексного извлечения твердо-и жидкофазных компонентов (получено положительное решение по заявке № 99032148, приоритет от 24.08.99);

- разработана методика подбора состава поглотительного (окислительного) раствора жидкой технологической среды на основе бишофита для очистки углеводородных газов в зависимости от термодинамических параметров и состава очищаемого потока;

- определены оптимальные условия регенерации окислительного раствора жидкой технологической среды на основе бишофита взависисомости от ре-жимно-технологических параметров процесса очистки углеводородных газов в пенодинамическом слое.

Реализация результатов работы.

-НПО "Волгоградэкохимпроект" на основе научных результатов работы составлены рекомендации по технико-экономическому обоснованию выбора методов очистки углеводородных газов для использования при разработке мероприятий ООС на предприятиях нефтегазового комплекса.

-разработаны рекомендации для ПСО "Волгорадгражданстрой" по составу технико-эксплуатационных мероприятий по обеспечению экологической безопасности газораспределительных сетей и установок при использовании малосернистых газов региональных промыслов;

- результаты диссертационной работы переданы ОАО "Волгоградгоргаз" в качестве основы разработки целевой научно-технической программы обеспечения экологической безопасности коммунально-бытовых и промышленных потребителей газового топлива в условиях использования источников серосодержащих газов и газов нефтепереработки с нестабильным компонентным составом;

- разработка ЖТС прошла испытания и внедряется в эксплуатационную практику ОАО "Волгоградгоргаза" по программе техмероприятий обеспечения экологической безопасности газораспределительных систем и установок;

- материалы диссертационной работы использованы кафедрами ТГС и ОВиОВС ВолгГАСА в курсах лекций, лабораторных циклах, курсовом и дипломном проектировании по дисциплинам специальностей 2907 "Теплогазо-снабжение и вентиляция" и 3320 "Инженерная защита окружающей среды (в строительной индустрии и ЖКХ)".

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: научно-технической конференции "Достижения в теории и практике теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха" (г. С-Петербург, 1997 г.); Международной научно-практической конференции "Экологическая безопасность и экономика городских и теплоэнергетических комплексов" (г. Волгоград, 1999 г.); Межрегиональном научно-техническом семинаре "Экологическая безопасность регионов России" (г. Пенза, 2000); Международной научно-практической конференции "Строительство-2000" (г. Р/на-Дону); Научно-технической конференции "Проблемы охраны производственной и окружающей среды" (г. Волгоград, 2000 г.); ежегодных научно-технических конференциях ВолгГАСА (г. Волгоград, 1997-2000 г.).

Публикации. Основные результаты работы изложены в 10 печатных статьях и 3-х научно-технических отчетах.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объём работы 167 страниц, в том числе 151 основного текста, включающего 53 рис., список литературы из 152 наименований, 5 приложений.

Общие выводы

На основе проведенных исследований:

- получены физико-математические модели гидродинамики, теплообмена и массопереноса неоднородных загрязняющих веществ в активном объеме пе-нодинамических слоя с вихреинжекционным механизмом формирования контактной поверхности;

- Впервые проведено исследование, анализ обобщение закономерностей процессов комплексной очистки от сероводорода, кислых примесей и твердо-жидкофазных углеводородных газов абсорбционно-окислительным методом в пенодинамическом слое жидким поглотителем на основе бишофита;

- разработан состав поглотительного раствора на основе бишофита для извлечения сероводорода и кислых газов в широком температурном диапазоне, обладающего свойством эффективной регенерации, новизна которого подтверждена положительным решением по заявке № 9902148 с приоритетом от 24.08.99 г.

- дано теоретическое обоснование возможности реализации, кинетических и основных технологические параметров окислительных процессов абсорбции сероводорода из углеводородных газов в пенодинамических реакторах растворами на основе бишофита в присутствии кислых и твердо-жидкофазных балластных примесей;

- результатами экспериментальных исследований установлены определяющие зависимости регулируемых технологических факторов оптимизации и управления абсорбционными и разделительными процессами комплексной очистки углеводородных газов от сероводорода и жидко-и твердофазных компонентов бишофитным поглотителем в пенодинамическом слое;

- принципиальная схема аппаратурного оформления ресурсосберегающей технологии абсорбционной и разделительной комплексной очистки углеводородных газов от сероводорода, кислых и жидко-и твердофазных включений в пенодинамических реакторах;

- экспериментального определения технологические параметры оптимального режима регенерации окислительного раствора на основе бишофита для процессов комплексной очистки углеводородных газов в пенодинамических реакторах;

- определены методологические условия подбора состава окислительного раствора жидкой поглотительной среды на основе бишофита для эффективной комплексной очистки углеводородных газов в пенодинамических реакторах.

1. Александров И. А. Массопередача при ректификации и абсорбции многокомпонентных смесей. — Л.: Химия, 1975. — 320 с.

2. Алиев Г.М. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. М.: Металлургия, 1986. — 544 с.

3. Арис Р. Оптимальное проектирование химических реакторов. — М.:1. ИЛ, 1963, — 238 с.

4. A.c. 830691 СССР, МКИ В01 Д53/14. Способ очистки газа от кислых компонентов.

5. A.c. 1287924 СССР, МКИ В01 Д53/14. Способ очистки углеводородного газа от сероводорода./ Галанин И.А., Толстокорова Л.М.; Сев.- Кав. НИИ природных газов №374 2670/23 - 26; Заявлено 22.05.84; Опубл. 07.02.87; Бюл. №5.

6. A.c. 1375299 СССР МКИ В01Д 53/14. Способ очистки природного газа otH2S.

7. A.c. № 915914, МПК В 01 D 53/14, С 01 В 17/14. Состав для чистки углеводородного газа от сероводорода, 1982.

8. A.c. 854425 СССР, МКИ В01 Д53/14. Способ очистки природного газа otH2S .

9. A.c. 1162467 СССР. Состав для предотвращения гидратообразования

10. A.c. 831053 СССР, МКИ В01 Д53/14. Способ очистки природного газа otH2S и С02.

11. А.С. 1011202 СССР, МКИ В01 Д53/14. Способ очистки природного газа от H2S.

12. Алексеев В.Н. Количественный анализ.— М.: Госхимиздат, 1958.— с.380-383.

13. Афанасьев А.И., Стручков В.М., Подлегаев М.И. и др. Технология переработки сернистого природного газа. М.: Недра, 1993. — с. 152.

14. Балабеков О.С., Балтабаев Л.Ш. Очистка газов в химической промышленности. Процессы и аппараты. — М.: Химия, 1991. — 256 с.Батарейные циклоны. Руководящие указания по проектированию, монтажу и эксплуатации.1. Госхимиздат, 1955.

15. Банит Ф.Г., Мальгин А.Д. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных Материалов. — М.: Стройиздат, 1979. — 351 с.

16. Беделл С.А., Кирби Л.Х., Буэнгер С.У., Макгоф М.С. Очистка газов при помощи хелатных комплексонов || Нефть, газ и нефтехимия за рубежом.— 1988, №1.

17. Бекиров Т.М., Шаталов A.M. Сбор и подготовка к транспорту природных газов. М.: Недра, 1986.—261с.

18. Беккер Р. Теория теплоты. — М.: Энергия, 1974. — 504 с.

19. Белевицкий A.M. Проектирование газоочистных сооружений. — Л.: Химия, 1990. —288 с.

20. Беннет К.О., Майерс Дж.Е. Гидродинамика, теплообмен и массообмен.1. М.: Недра, 1966. — 726 с.

21. Бердт Р, Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. М.:Химия,1974. -688 с

22. Берлин А.Л. Выбор рациональных параметров пенного способа гидрообеспыливания на основе исследования его механизма: Автореф. Дисс. канд. техн. наук. — Караганда, 1990.— 24 с.

23. Берман Л. Д. Об аналогии между тепло-и массообменом. — Теплоэнергетика, 1955, №8.

24. Богатых С.А. Комплексная обработка воздуха в пенных аппаратах. — Л.: Судостроение, 1964. — 316 с.

25. Богатых С.А. Циклонно-пенные аппараты.-Л.Машиностроение, 1978. -224 с

26. Богатых С.А. Циклонно-пенный контактный аппарат для обработки воздуха в установках кондиционирования |j Судостроение, 1961, №4, с. 17-22.

27. Богатых С.А. Циклонно-пенный пылеуловитель || Водоснабжение и санитарная техника, 1961, № 8, с. 32-34.

28. Богатых С.А., Николаев Е.В. Исследование интенсификации пылеулавливания посредством уплотнения динамического двухфазного слоя || Тр. Лен-НИИхиммата. — 1976, № 10, с. 96-100.

29. Богатых С.А., Сидоров В.М., Уманский М.П. Исследование и разработка аппарата для очистки и охлаждения газов, выходящих из печей сушилок || Тр. ЛенНИИхиммаша. — 1971, № 6, с. 60-70.

30. Бойков Г.П.,Алексеев М.В., Меньшикова Д.А. О методах научного исследования в строительной технике. Волгоград,1999- 51с.

31. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. — М.: Химия, 1969. — 564 с.

32. Брайнес Я.М. Введение в теорию и расчёты химических и нефтехимических реакторов. — М.: Химия, 1976. — 232 с.

33. Броунштейн В В., Фишбейн Г.А. Гидродинамика, массо- и теплообмен в дисперсных системах. — JL: Химия, 1977. — 280 с.

34. Броунштейн Б.И., Щеголев В.В. Гидродинамика, массо- и теплообмен в колонных аппаратах. — JL: Химия, 1988. — 336 с.

35. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. — М.: Наука, 1978.— 400 с.

36. Бутвел К.Ф., Кабик Д.Д., Зигмунд П.У. Очистка синтез-газа алканола-минами || Нефть, газ и нефтехимия за рубежом.— 1982, №3, с.90-93.

37. Бухчитер Э.Б. Основные направления развития ресурсосберегающей технологии в процессах промысловой обработки нефти и газа. Итоги науки и техники ВИНИТИ. Серийная разработка нефтяных и газовых месторождений. -1989, т.21, с.3-75.

38. Бык С.Ш., Фомина В.Н. Газовые гидраты. — М.: Недра, 1970. — 128с.

39. Вальдберг А.Ю. Методы расчёта и конструкции аппаратов мокрого пылеулавливания: Дис. докт. техн. наук. — М., 1985. — 413 с.

40. Веников В.А. Теория подобия и моделирования,- М.: Высшая школа, 1976,- 469с.

41. Викторов Г.В. Гидродинамическая теория решёток. М.:Высшая школа, 1969 -368 с

42. Вилесов Н.Г., Костюковская A.A. Очистка выбросных газов. — Киев.: Техника, 1971. — 196 с.

43. Газовая промышленность оценивает новые пути удаления малых количеств H2S. Gas indastry assesses new ways to remove small amaents of H2S/ Dar-lymple Denmis A.; Trofe Timothy W//. Oil and gas I 1994.-, 92, № 21 - c. 57-58, 60.

44. Гвоздев Б.П., Гриценко А.И. Эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений: Справочное пособие М.: Недра, 1988.—575с.

45. Германия. Способ удаления сероводорода из потоков газа, содержащего большое количество диоксида углерода. Опубл. 1994г., Бюл. №11.

46. Глинка Ф.Б., Ключников Н.Г. Химия комплексных соединений.— М.: Просвещение, 1982.— 160с.

47. Гриценко А.И., Галанин И.А., Зиновьева JI.M. и др. Очистка газов от сернистых соединений при эксплуатации газовых месторождений.— М.: Недра, 1985,—270с.

48. Гриценко А.И., Истомин В.А., Кульков А.Н., Сулейманов P.C. Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России М.: ОАО "Издательство Недра", 1999 г.

49. Гухман A.A. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло-массообмена. — М. .Высшая школа, 1974.

50. Диденко В.Г. Основы оптимизации процессов мокрой очистки многокомпонентных выбросов. Вестник ВолгГАСА, Вып. 1, Волгоград, 1999 г.

51. Диденко В.Г. Техника мокрой очистки вентиляционных выбросов: Учеб. пособие. —Волгоград: Изд-во ВолгГАСА, 1996. — 128 с.

52. Диденко В.Г. Теория, расчет и оптимизация процессов очистки многокомпонентных выбросов в модулированных вихреинжекционных пенных скрубберах. Дисс. д-ра техн. наук. Волгоград. 1998 г.

53. Джонон Д. Термодинамические аспекты неорганической химии М.: Мир, 1985, — 328с.

54. Диденко В.Г., Малахова Т.В., Богуславский Е.И. Локализация и очистка вентиляционных выбросов вихревыми устройствами. Учебное пособие. Волгоград: ВолгГАСА, 1998 - 175 с.

55. Денисов В.Р. Барботажный скоростной пылеуловитель || Материалы семинара по технологии пылеулавливания на предприятиях цветной металлургии. — М.: Металлургиздат, 1961. С. 113-149.

56. ЕПВ. Удаления H2S из газовой смеси. Опубл. 91. Бюл. № 4.

57. Железняк A.C., Иоффе И.И. Методы расчета многофазных жидких реакторов. Л.: Химия, 1974.—320 с.

58. Заявка № 03 3541370, ФРГ, МКИ В01Д 45/08,45/16. Разделитель смеси газ / жидкость. Опубл. 28.05.86; Бюл.№22

59. Заявка № 0196120, ЕПВ, МКИ В01Д 47/10. Способ и устройство для обработки газов. Опубл. 01.10.86; Бюл.№40.

60. Заявка № 62-32925, Япония, МКИ В01 Д53/14, С01 В17/05, С 10К 1/08. Установка для очистки газа. / Осака Гасу К.К.- № 55 144018; Заявлено 26.04.82; Опубл. 17.07.87; Бюл. 2-825.

61. Заявка № 0331228, ЕПВ, МКИ В01Д 53/14.Способ удаления сероводорода из потока газа. Опубл. 06.09.89; Бюл.№37.

62. Зиновьева Л.М. Исследование поглотительных свойств гидроокисей железа, полученных из различных растворов солей железа. М.: ВНИИОЭНГ, 1977, №8, с.8—13.

63. Иванова H.H. Сероочистка легкого углеводородного сырья.— М.: ЦНТИИТЭнефтехим, 1975,—75с.

64. Ильина E.H., Клямер С.Д. Извлечение сероводорода и углекислоты из природного газа и производства элементарной серы. — М.: ВНИИЭГазпром., 1969, — 84с.

65. Ильинский О.Г. Методы и аппараты для очистки природного газа.— М.: ВНИИЭГазпром, 1970. — 58с. (ТНТО "Геология, разведка и разработка газов, газоконденсатных месторождений ")

66. Исследование процесса нейтрализации сероводорода в скважине при различных технологических операциях: Отчет о НИР / ВолгоградНИПИнефть, руков. А.Г. Потапов, № гр.81050856; Инв. №2343— Волгоград, 1982,— 49с.

67. Карапетянц М.Х. Введение в теорию химических процессов.— М.: Высшая школа, 1981.— 331с.

68. Касимов В.Р., Агаев Г.А., Мухтарова Ш.А., Настека В.И. Исследования коррозионных и абсорбционных свойств концентрированного ДЭА с добавкой присадки "Икасол" || Совершенствование техники и технологии переработки газа.- Сб. научн. тр./ ВНИПИГаз, 1991.

69. Кафаров В.В. Основы массопередачи. — М.: Высшая школа, 1972. — 494 с.

70. Кафаров В.В., Дорохов И.Н. Системный анализпрцессов химической технологии. —М.: Наука, 1976. — 500 с.

71. Кемпбелл Д.М. Очистка и переработка природных газов. /Перевод с англ. под ред. С.Ф.Гудкова. — М.: Недра, 1977.— 229с.

72. Кеннард M.JI., Мейсен А. Борьба с потерями диэтаноламина.Ц Нефть, газ и нефтехимия за рубежом, 1980, № 4, с.63-67.

73. Кинан Дж. Термодинамика. — М.: Энергия, 1963. — 280 с.

74. Киченко Б.В. Оптимизация ингибиторной защиты трубопроводов, транспортирующих коррозионно-агрессивные газожидкостные потоки.// Газовая промышленность. 1990, №4, с.57.

75. Кирпичев М.В. Теория подобия,— АН СССР, 1959.

76. Киченко Б.В. Оптимизация ингибиторной защиты трубопроводов, транспортирующих коррозионно-агрессивные газожидкостные потоки.|| Газовая промышленность.— 1990, №4, с.57.

77. Ключева Э.С. и др. Регенерация адсорбентов. Обзор инф. Сер.: Подготовка и переработка газа и газового конденсата.— М.: ВНИИЭгазпром, 1985, вып.З, 28с.

78. Колюсов В.А., Касперович А.Г. Анализ эффективности работы систем адсорбционной осушки природного газа. Обзор инф. Сер.: Подготовка и переработка газа и газового конденсата.— М.: ВНИИЭгазпром, 1984, вып.9, 53с.

79. Комплекс по переработке высокосернистого природного газа. New Mobile Bay complex explits major sour gas reserse / True Warren R // Oil and Gas J. -1994.- 92, №21.-c.49-51.

80. Ковалёв О.С., Мухленов И.П., Туболкин А.Ф. и др. Абсорбция и пыле-улавление в производстве минеральных удобрений. — М.: Химия, 1987. — 208 с.

81. Козлов В.А. Исследование и совершенствование процесса улавливания пыли и газов при электролизе алюминия: Дис.канд. техн. наук, т. 1. — Волгоград, 1969. — 147 с.

82. Коуль А.Л., Ризенфельд Ф.С. Очистка газа. — М.: Недра, 1963.—392с.

83. Крешков А.П. Основы аналитической химии.— М.: Химия, 1971.— Т.2.—456с.

84. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. — М.: Атомиздат, 1979.

85. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. М.: Энергоатомиздат, 1990.

86. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. — М.: Энергия, 1976. — 296 с.

87. Кутателадзе С.С., Ляховский Д.Н., Пермяков В.А. Моделирование теплоэнергетического оборудования. —М.: Энергия, 1966. — 351 с.

88. Кроу К., Гамилец А., Хоффман Т. и др. Математическое моделирование химических производств. — М.: Мир, 1973. — 391 с.

89. Лазарев В.И. Хемосорбционные методы очистки газов от сероводорода и серо-органических соединений. — М.: ЦНТИХимнефтемаш, 1986.— 44с. (Обзор информации "Промышленная и санитарная очистка газов")

90. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. —М.: Физматгиз, 1959. — 538 с.

91. Левш И.П., Убайдалаев А.К. Тарельчатые абсорберы и скрубберы с псевдоожиженным (подвижным) слоем орошаемой насадки. — Ташкент: Узбекистан, 1981. — 236 с.

92. Левкович М.М., Межов В.Д., Мацота И.П. и др. Исследование коррозионных свойств раствора моноэтаноламина. — Химическая промышленность, 1966, №11, с.832-835. М.: Мир, 1985,— 328с.

93. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. — М.: Наука, 1970. — 904 с.

94. Лукин В.Д., Курочкина М.И. Очистка вентиляционных выбросов в химической промышленности. — Л.: Химия, 1980. — 232 с.

95. Макогон Ю.Ф. Гидраты природных газов. — М.: Недра, 1974. — 208с.

96. Маньковский О.Н., Толчинский А.Р., Александров М.В. Теплообмен-ная аппаратура химических производств. — Л.: Химия, 1976. — 368 с.

97. Мишина Л.А., Юрьев М.Я. Методы химического, физико-механического и метрологического контроля. Л.: Недра, 1988. —192с.

98. Мухленов И.П., Туболкин А.Ф., Тарат Э.Я. и др. Расчёты химико-технологических процессов. — Л.: Химия, 1976. — 300 с.

99. Настека В.Н. Новые технологии очистки высокосернистых природных газов и газовых конденсатов. — М.: Недра, 1966.—107с.

100. Новгородский Е.Е., Широков В.А. Комплексное энерготехнологическое использование газа и охрана воздушного бассейна. — М.: Дело, 1997. — 368с

101. Нефтегазовые технологии, №1, январь-февраль, 1997 г. с. 73-76

102. Островский Г.М., Волин Ю.М. Методы оптимизации химических реакторов. — М.: Химия, 1967. — 248 с.

103. Патент 4714480 США МКИ ВО 1Д 19/00. Способ удаления кислых газов из газовой смеси. Опубл. 22.12.97; т. 1085 №4.

104. Патент 5085839 США. МКИ С01 В 17/16. С01 В 31/20 Способ очистки газа от кислых примесей./ Scott David Е., Celay Phillip, Me Cune Brent A., Wellborn Tom A.; Lyondell Petrochemicfl Co. № 690380; Заявлено 23.04.91; Опубл. 04.02.92.

105. Патент 5147620 США, МКИ COI В 17/16, COI В 31/20 Способ очистки газа в потоке. Procel for the purification of gaseous streams / Linko buterhrises № 363631; Заявлено 08.06.89; Опубл. 15.09.92

106. Позин M.E., Мухленов И.П., Тарат Э.Я. Пенные газоочистители, теплообменники и абсорберы. — Л.: Госхимиздат, 1959.—123с.

107. Переработка газов за рубежом. — М.: ВНИОНГ, 1972.— 80с. (Обзор заруб, лит. сер. "Газовое дело").

108. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. — М.: Стройиздат, 1981. — 296 с.

109. Пирумов А.И., Кузенков Б.А. Очистка вентиляционного воздуха в мокрых пылеуловителях-промывателях с внутренней циркуляцией воды || Обзор по межотрас. тематике. ГОСИНТИ. — М.: 1971. — 57 с.

110. Попов В.И., Хорошилов В.А. Осушка газа. — М.: Недра, 1972. — 112с.

111. Потапов А.Г., Харламов JI.A. Расчет кинетики нейтрализации сероводорода в буровом растворе || Вопросы технологии бурения скважин в условиях аномальных пластовых давлений и сероводородной агрессии.— М.: 1980. — с.10-15.

112. Промышленность химических реактивов и особо чистых веществ. Труды ИРЕА. Выпуск 11, 1968.

113. Процессы переработки сернистого газа и выделения серы из кислых газов. Large-plant sulfur recovery processes stress efficiency / Goar В/ Gene, Nasato Elmol // Oil and gas I.- 1994,- 92, № 21 c.60-61

114. Разработка технологии нейтрализации и контроля сероводорода и сульфидов при бурении скважин: Отчет о НИР / Волгоград НИПИнефть. Руководитель А.Г. Потапов, № ГР 01840074; Инв.№ 1642,— Волгоград, 1984.— 115с.

115. Резуненко В.И. Сырьевая база отрасли.Ц Газовая промышленность.— 1991, №6, с. 12—13.

116. Рябова Т.С., Чемадуров П.А. Очистка природного газа от сероводорода.— М.: ВНИИЭГазпром, 1975.— с.4-6. (Обзор информ. серии "Переработка газа и газ. конденсата").

117. Саркисян JI.M. и др. Применение процесса распыления ингибитора гидратообразования на установках НТС.Ц Газовая промышленность.— 1973, № 6, с.16 -18.

118. Семенова Т.А., Лейтес И.Л. и др. Очистка технологических газов.— М.: Химия, 1969,—392с.

119. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива Л.: Недра, 1988-312 с.

120. Сиротин A.M. Осушка и очистка природных газов.— М.: ВНИИЭГазпром, 1973.— 45с. (Обзор информ. серии "Транспорт и хранение газа).

121. Систер В.Г., Мартынов Ю.В. Исследование процесса сепарации жидких капель в винтовом канале || Теоретические основы химической технологии, 1993, т. 27, №3, с. 264-268.

122. Старк С.Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии. — М.: Металлургия, 1977. — 328 с.

123. Стырикович М.А., Резников М.И. Методы экспериментального изучения процессов генерации пара. — М.: Энергия, 1977. — 279 с.

124. Табачников Г.М. Опыт эксплуатации пылеуловителей ПВБМ при очистке воздуха от пожаро- и взрывоопасной органической и синтетической пыли || Современное оборудование вентиляционных систем: Матер, семин. / МДНТП — М., 1990, — С. 146-149.

125. США. Способ и установка для обессеривания природного газа. Опубл. 89г. Бюл.№ 3.

126. Тарат Э.Я., Балабеков О.С., Болгов Н.П. и др. Интенсивные колонные аппараты для обработки газов жидкостями. — Л.: Изд-во ЛГУ, 1976. — 240 с.

127. Тарат Э.Я., Вальдберг А.Ю., Зайцев М.М. О механизме процесса пылеулавливания в пенных аппаратах с полным протеканием жидкости через отверстия решёток || Теоретич. основы хим. технологии, 1970, t.IV, №3, с.393-399.

128. Тарат Э.Я., Иванов Е.С. Вопросы механизма и расчёта аэрозольного уноса из пенного слоя || Журнал прикладной химии, 1978, т. LI, Вып. 6, № 6, с. 1323-1327.

129. Тарат Э.Я., Ковалёв О.С. Новые конструкции мокрых пылеуловителей II ЭИ. сер. ХМ-14. — М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1979, № 2, с. 10-13.

130. Тарат Э.Я., Мухленов И.П., Туболкин А.Ф., Тумаркина Е.С. Пенный режим и пенные аппараты. — JL: Химия, 1977. — 304 с.

131. Тарат Э.Я., Туболкин А.Ф., Хазан P.M. О связи критерия гидродинамического состояния структуры пенного слоя с процессом массопереноса || Журнал прикладной химии, 1977, т. L, № 4, с. 836-840.

132. Таусенд A.A. Структура турбулентного потока с поперечным сдвигом. — М.: Изд-во ин. лит., 1959. — 399 с.

133. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. — М.: Мир, 1972. 440 с

134. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. — М.: Наука, 1967. — 490 с.

135. Хьюитт Дж., Холл-Тейлор Н. Кольцевые двухфазные течения. — М.: Энергия, 1974. — 408 с.

136. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача М.: Химия. 1982696 с.

137. Шретер В., Лаутеншлегер К., Бибрак X. И др.: Пер. с нем. Химия Спр. изд. М.: Химия, 1989—648с.

138. Эльмермахер Т. Природный газ и выбросы метана в окружающую среду II Экологическая безопасность, эмиссия метана, экомониторинг. // Межд. сем. Нижний Новгород. 27-29 окт. 1997, с.7-8.

139. Япония. Способ удаления H2S из газовых потоков. Опубл. Бюл. № 21.

140. Istomin V.A., Gas Hydraytesa in Russia: Meeting the Challenge, in "Gas in toe CIS", 1996, pp. 56-58.

141. Hammerschmidt E.G. Formation of Hydrates in Natural Gas transmission Lines. Jnd. EndChem., 1934, №4, p. 195-202.

142. Maddox R.N., Michael D. Burns. Solids processes for gas sweetening // Oil and Gas Journal, 1968, Vol. 66. №25, p.90-93.

143. May P.D., Hydrogen sulfide control.- Drilling. 1978, № 4, p.54-58.

144. Minkkinen A., Lsarue J., Patel S., Levier J-F. Metranol Gas Treating Scheme offers econjmics Oil and Gas Journal, June 1,1992, p.65-72.

145. Russian refîner tests new one — Stage H2S removal process // Oil and Gas Journal, 1994, Vol. 92. №10, p.81-82.

146. Whitfill D.L. Calculate the amount of H2S, a drilling mud can neutralize. World oil, 1975. Vol. 181. №7, p.74-75.

147. Основные условные обозначения

148. Яег = ^^ критерий Рейнольдса для газа, являющийся мерой отношения силыинерции к силе внутреннего трения и характеризующий степень турбулизации газовой фазы;

149. Яег = критерий Рейнольдса для жидкой фазы;ж

150. We = а 2 критерий Вебера, характеризующий соотношение сил тяжести и1. Гж*поверхностного натяжения; \у2

151. Ргг = —L критерий Фруда, являющийся мерой соотношения сил инерции газа Еви сил тяжести;

152. Аг = ——— симплекс Архимеда, характеризующий влияние весов жидкости1. Ути газа на пенообразование;у

153. N = — симплекс, характеризующий влияние сил внутреннего трения жидкости и газа;

154. Г = условный симплекс геометрического подобия, характеризующий время и поверхность контакта газа и жидкости. с!отб. диаметр ¿-го патрубка отбора газа (1=1,2,3 .) м;

155. Дк-к~ диаметр корпуса-коллектора устройства, м; Рк-к- площадь поперечного сечения корпуса-коллектора, м2. чу скорость фазы; т - время;

156. V кинематический коэффициент вязкости;р- плотность; % ускорение силы тяжести;

157. Ь радиусы-векторы точек, расположенных во входном сечении;

158. УРф- реакционная способность Рег8з к кислороду воздуха;

159. Ув- объем пропускаемого газа через раствор, см3;

160. СН,СК- массовое содержание кислорода до и после реакции, мае %;1. Мр- масса реагента, мг.уг осевая скорость газа (воздуха), м/сек;аср коэффициент распределения скорости;

161. Р площадь поперечного сечения воздуховода, м2;

162. В барометрическое давление, мм. рт.ст.;

163. Рг давление или разрежение в воздуховоде, мм.рт.ст.;1;г температура газа в точке замера, °С.

164. Ог массовый расход газа, кг/ч;с удельная теплоемкость газа, кДж/кг °С;1;'г,1:" температура газа на входе и выходе, °С.•5

165. Сн концентрация на входе в контактный модуль, мг/нм ;

166. ЛСо2 -разность концентрации кислорода в исходном м отработанном воздухе, г; Ув- объем отработанного воздуха при регенерации, л. 1;ж температура жидкости, °С.

167. Нп высота активного объема пенодинамического слоя, м.

168. УНф- фактическая реакционная способность сорбента к сероводороду;

169. У\, Уг объемы 0,1н раствора натрия серноватистокислого, израсходованногона титрование до и после реакции, мл;

170. V- объем сероводородной воды, участвующей в реакции, см ;

171. Мр- масса реагента-нейтрализатора, мг;

172. Уз- объем пробы сероводородной воды, взятой на анализ, см3.к коэффициент запаса, равный 1,10;

173. С) количество переданного тепла, кДж/ч;

174. V активный объем пенодинамической системы (слоя), м3;

175. Д1;- движущая сила процесса теплообмена, температурный напор, °С.161

176. Р коэффициент массопередачи;

177. Сг концентрация обмениваемого компонента в газовой смеси; Сж - то же самое в жидкости.в количество переданного вещества, кг/ч; АС - движущая сила процесса мас-сообмена, кг/м3.

178. С'Г,С"Г- концентрации передаваемого компонента в газе на входе и выходе из зоны контакта, кг/м3;

179. О количество массы уловленных частиц, кг/ч;о

180. ДСа разность концентраций извлекаемых компонентов, кг/м .

181. ЕРЖДАЮ (главный инженер) гоградгоргаз"

182. И.В. Крапивин ября 1999 г.1. АКТ

183. Об использовании (внедрении) результатов НИР

184. Настоящий акт составлен согласно технического задания и календарного плана выполнения х/д научно-исследовательской работы №281/98 стоимостью 136тыс. рублей, начатой 01.11.1998г. и законченной и принятой заказчиком 30.10.1999г.

185. Результаты работы переданы заказчику для использования в оргтехмероприятиях по обеспечению экологической безопасности эксплуатации систем распределения газа теплоэнергетическим и коммунально-бытовым потребителем.1. От исполнителя:

186. Институт Экологии ВолгГАСА

187. С.н.с., к.х.н., доц. каф. ОВиОВС —^т2-— С.Б. Остроухов

188. С.н.с., к.т.н., доц. каф. ОВиОВС1. Ю.В. Минин

189. ДАЮ нженер адгоргаз" .В. Крапивин 1999 г.1. АКТ

190. Промышленных испытаний модулированной пилотной установки комплексной очистки природного газа на базе пенодинамических вихреинжекционных реакторов (ВИПС) по патенту № 2067019

191. Цель испытаний определение технологических характеристик комплексной »чистки природного газа от неоднородных примесей.

192. По результатам испытаний установлены следующие осредненные технологические гараметры работы установки:

193. Производительность по очищаемому газу 2800 нм3/ч

194. Число контактных камер реактора-абсорбера (и регенератора) 2 ыгг

195. Диаметр контактной камеры 0,2 м

196. Скорость газа в сечении камеры инжектора 8,0 м/с

197. Циркуляционный расход поглотителя 30 м3/с1. Объем воздуха 100 нм3/ч

198. Эффективность извлечения диоксида углерода 94,1%

199. Эффективность извлечения паров воды 19-37,5%

200. Эффективность извлечения твердо-и жидкофазных включений 99,98%

201. З.н.с., к.х.н., доц. каф. ОВиОВСг

202. З.н.с., к.т.н., доц. каф. ОВиОВСинженер

203. С.Б. Остроухов Ю.В. Минин В.И. Лепилов

204. ЕРЖДАЮ га инженер градгоргаз" И.В. Крапивин :я 1999 г.1. АКТ

205. Об использовании (внедрении) результатов НИР

206. Закончена и принята заказчиком 30.05.1999г.

207. Внедрена (использована) путем проведения промышленных испытаний опытной 'становки комплексной очистки природного газа на ГРП №62 ОАО "Волгоградгоргаз", гоказавших соответствие эффекта очистки нормативным требованиям ГОСТ 5542 87 и )СТ 51.40 -93.

208. Установка принята к опытной эксплуатации в автономном режиме для оценки табильности эксплуатационно-технологических параметров работы и составления ехнологического регламента на экспериментальное оснащение ГРП ОАО 'Волгоградгоргаз".

209. При осуществлении внедрения получено положительное решение по заявке на ¡ыдачу патента на состав технологической среды (поглотителя) на основе бишофита.

210. И.н.с., к.х.н., доц. каф. ОВиОВС И.н.с., к.т.н., доц. каф. ОВиОВС Знженер1. С.Б. Остроухов1. Ю.В. Минин1. В.И. Лепилов