2. Очистка углеводородных газов от механических примесей

1. Введение

Углеводородный газ поступающий, на переработку обычно содержит различные примеси в виде капель жидкости и пыли. Если ранее на входе на ГПЗ предусматривалась очистка газа от капельной жидкости, то сейчас газ очищается как от капельной жидкости, так и от механических примесей. Это обусловлено широким внедрением на новых ГПЗ центробежных компрессоров и новых видов теплообменного оборудования, требующих тщательной очистки газовых потоков.

Для очистки углеводородных газов от механических примесей используются аппараты следующих типов:

1. Сухой очистки – осадительные камеры, циклоны, жалюзийные аппараты.

2. Мокрой очистки – распылительные скрубберы, пенные и турбулентные промыватели, ударно-инерционные сепараторы.

3. Фильтры – тканевые, керамические, масляные, электрофильтры.

2. Методы сухой очистки

Простейшим методом очистки газа от твердых компонентов является очистка его в отстойных камерах, которые применяются для удаления грубых частиц путем их осаждения.

Для более полной очистки газа используют действие центробежной силы, развиваемой в частицах газовым потоком в аппаратах называемых циклонами.

Циклон представляет собой цилиндрический аппарат с конической нижней частью и выводом газа через центральную часть. Запыленный газовый поток со скоростью 20 м/с поступает через патрубок, установленный тангенциально в цилиндрическую часть аппарата. Газы в цилиндрической части циклона приобретают вращательное движение и движутся по винтовой линии в сторону ее конической части, а затем выходят из циклона по центральной трубе. При вращательном движении газа в частицах развивается центробежная сила, и под ее действием частицы осаждаются на стенках циклона, а затем ссыпаются в его нижнюю часть. Циклоны эффективно очищают газ, однако возможность их приминения ограничена размером частиц – частицы менее 1 мкм в циклонах практически не улавливаются.

Обычно циклоны имеют следующие конструктивные размеры:

Диаметр цилиндрической части - D

Диаметр входного патрубка – 0,25-0,5 D

Диаметр выходного патрубка 0,5 D

Высота цилиндрической части 2D

Обычно циклоны используются в виде так называемых «батарей», состоящих из большого количества параллельно работающих циклонов.

3. Фильтры

В фильтрующих аппаратах газ очищается путем фильтрации. В качестве фильтрующих материалов применяют различные ткани, пористые перегородки, стекловолокно и т.д.

Важное преимущество фильтрующих аппаратов – высокая степень очистки – значительно более высокая, чем в циклонах. Недостатки - большое гидравлическое сопротивление и низкая производительность.

Матерчатые фильтры применяются только при низких температурах не более 120 градусов Цельсия, но не ниже температуры конденсации, содержащихся в газе компонентов, например воды, так при увлажнении ткани, резко возрастает сопротивление аппарата.

При применении в качестве фильтрующего материала стекловолокна температура очистки газа может составлять 300⁰С.

Для особенно тонкой очистки применяют керамические фильтры, в которых газ проходит через пористые фильтрующие элементы из керамики.

Для тонкой очистки газа служат также масляные фильтры. Основной частью такого фильтра является слой насыпанных колец или пакет сеток смоченных вязким маслом. При движении газа через этот слой твердые частицы прилипают к масляному покрытию. Масло периодически меняется по мере загрязнения.

Аппарат имеет несколько полок, на каждой из которых уложены 3-4 сетки. Газ проходит параллельно через все полки.

Действие электрофильтров основано на осаждении твердых частиц, которые, проходя через электрическое поле, приобретают заряд и осаждаются на осадительном электроде. В электрофильтрах установлены электроды двух типов – осадительные и коронирующие. Осадительные выполняются из пластин или труб, коронирующие из проволоки круглого или фасонного профиля. К электродам подводится постоянный ток высокого напряжения (40-75 кВ). Осадительный электрод подсоединяется к положительному полюсу, коронирующий соответственно к отрицательному. Когда между электродами фильтра пропускают газ, то содержащиеся в нем частицы заряжаются отрицательно и движутся к положительнозаряженному осадительному электроду и осаждаются на его поверхности. По мере накопления они стряхиваются с электрода. Осадительные электроды имеют диаметр 150-300 мм и длину 3-4 метра. Обычно устанавливают несколько электрофильтров или один многосекционный, чтобы в процессе работы можно было отключить часть фильтров или секций для очистки их от пыли. Электрическая очистка газов обладает рядом преимуществ: высокая степень очистки, очень малое (15 мм вод ст) гидравлическое сопротивление, могут работать при температуре до 500⁰С. Недостатки: высокая стоимость и сложное электрическое хозяйство. Электрофильтры нашли широкое применение в технологии переработки углеводородного сырья: для отделения катализатора от реакционных газов.

Выбор разделительной аппаратуры для тех или иных целей определяется следующими основными показателями: эффективность разделения, габаритно-массовые показатели, гидравлическим сопротивлением.

4. Мокрая очистка

В мокрых аппаратах очистка газа происходит путем промывки его водой в распылительных скрубберах и пенных аппаратах, которые получили наибольшее распространение в нефтехимической промышленности.

Распылительный скруббер представляет собой полый цилиндрический аппарат с установленными внутри распылительными соплами. Водяная завеса, создаваемая соплами обеспечивает очистку газа. Газовый поток в аппарате обычно направляется снизу вверх. Нижняя часть аппарата служит также для отстаивания твердых частиц от жидкости.

В пенных аппаратах жидкость, взаимодействующая с газом, приводится в состояние подвижной пены. Это создает большую поверхность контакта между жидкостью и газом и обеспечивает высокую степень очистки.

 Пенный аппарат представляет собой камеру с горизонтальной решеткой внутри. Число решеток может достигать 4-5 штук. Газ движется в аппарате снизу вверх, вода подается и отводится через боковые штуцеры.  Уровень жидкости регулируется переливным порогом. Часть жидкости обычно протекает сквозь решетку. В многополочных аппаратах газ проходит последовательно через все полки снизу вверх. Скорость газа в сечении аппарата принимается в пределах 1-3 м/с, а скорость газа в отверстиях решетки составляет 6-13 м/с. При таком режиме имеет место стабильный слой пены.

Наиболее эффективным является очистка газа в турбулентном промывателе. Принцип его действия заключается в том, что в поток газа, движущегося с большой скоростью (60-150 м/с), впрыскивают воду, которая вследствие большой скорости дробится на мелкие капли, что значительно увеличивает поверхность контакта газа с жидкостью.

Турбулентный промыватель представляет собой трубу Вентури, в узком месте которой установлена форсунка, распыляющая воду. Турбулентный промыватель позволяет улавливать частицы до 1 мкм и менее и имеет гидравлическое сопротивление до 1000 мм рт ст.

Мокрые методы требуют большого расхода воды, поэтому работают, как правило, с циркуляцией орошаемой воды.