Melnikov_V.B._i_dr._Tehnologicheskiy_raschet_adsorbcionnoy_osushki_prirodnogo_gaza

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

имени И.М. ГУБКИНА

Кафедра оборудования нефтегазопереработки

В. Б. Мельников Е. Б. Федорова Н. П. Макарова Э. Б. Гафарова

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АДСОРБЦИОННОЙ ОСУШКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Учебное пособие

Москва 2018

Введение

Курсовой проект (курсовая работа) «Технологический расчет адсорбционной осушки природного газа» по дисциплинам «Процессы и аппараты химической технологии», «Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии» предназначен для:

закрепления знаний и развития способности самостоятельно обрабатывать, изучать, анализировать и обобщать необходимую информацию из различных источников;

использования основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности;

применения прикладных программных средств при решении практических вопросов с использованием персональных компьютеров с программными средствами общего и специального назначения;

планирования и обработки результатов исследований, оценки погрешности, выдвижения гипотез и границ их применения, методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;

целенаправленного применения свойств химических элементов, соединений и материалов на их основе для решения задач профессиональной деятельности;

умения разрабатывать проекты в области переработки нефти

игаза.

3

1.ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1)Курсовой проект должен содержать следующую структуру

иразделы

Титульный лист.

Титульный лист является первой страницей курсовой работы и не

нумеруется.

Задание на курсовую работу.

Реферат.

В нем должны быть:

сведения об объеме курсовой работы (количество страниц, иллюстраций, таблиц, приложений, использованных источников;

цель работы;

краткое содержание работы курсовой работы и основные полученные результаты.

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов измерений, принятых в курсовой работе.

Содержание (оглавление).

В содержании перечисляются все части, разделы и подразделы курсовой работы, начиная от «Введения» и кончая «Приложениями», с указанием страницы их начала.

Введение.

Должна быть отражена актуальность темы курсовой работы, сформулирована основная её цель, конкретные задачи по реализации, объект и предмет работы.

Литературный обзор.

Должен включать теоретические основы темы, её современное состояние и перспективное развитие, заключение с обоснованием выбора технологии процесса и адсорбента для последующего технологического расчета.

4

Технологический расчет.

Выполняется в соответствии с заданием и требованиями данного учебно-методического пособия.

Заключение по проекту.

Должно содержать выводы и рекомендации по результатам выполненной работы.

Список использованных источников.

Приложения.

Материалы, не вошедшие в основной текст курсового проекта, приводятся в конце работы в виде приложений:

таблицы вспомогательных цифровых данных;

инструкции, методики, разработанные при выполнении курсовой работы или взятые из литературных источников;

иллюстрации вспомогательного характера, в том числе из литературных источников и других материалов дополнительного характера.

2) Курсовой проект должен быть оформлен в соответствии с ГОСТ 7.32-2001 «Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследователь- ской работе. Структура и правила оформления» и требованиями университета.

Курсовой проект представляется автором в распечатанном виде на белой бумаге размера А4 (одна страница на листе), в папке в сшитом виде и электронном варианте на CD-диске в формате pdf или doc.

Текст курсового проекта набирается в Microsoft Word кеглем 14; межстрочные интервалы 1,5; поля: нижнее – 20 мм от номера страницы; верхнее, правое и левое – 25 мм. Нумерация страниц внизу по центру.

Иллюстрации – с подрисуночными подписями и таблицы с названиями размещаются по мере упоминания в тексте со ссыл-

5

кой на них (таблицы набираются кеглем 10). Номера рисунков и таблиц могут быть сквозными по всему тексту (например: рис. 2, табл. 4).

Формулы набирается в Microsoft Word кеглем 14; межстрочные интервалы 1,5: латинские символы в математических и физических формулах набираются курсивом; греческие символы, как и русские, а также цифры – прямым; химические формулы – прямым.

В тексте курсового проекта обязательно делаются ссылки на использованные литературные источники.

6

2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Адсорбционная осушка природного газа предназначена для удаления влаги из газа до требуемых значений в соответствии с нормативными и технологическими документами. Адсорбционная осушка природного газа состоит в избирательном поглощении активными центрами на поверхности пор адсорбента, молекул воды с последующим извлечением их из пор повышением температуры или снижением давления среды, различными видами энергии, десорбирующим агентом.

Содержание паров воды в углеводородных газах обусловлено контактом газа и воды в пластовых условиях, составом добываемого флюида, количеством солей в воде, контактирующей с данным газом, и условиями их обработки промысловый трубопроводный транспорт, сепарация, очистка от примесей и др.

Влажность газа характеризуется концентрацией воды в паровой фазе системы «газ – вода». Обычно она выражается массой паров воды в единице массы сухого газа (массовая влажность, г/кг) или в единице объема сухого газа (массово-объемная влажность, г/м3 или кг/1000м3), а также числом молей паров воды в 1 моле сухого газа (молярная влажность, моль/кмоль).

Влагосодержание (влагоемкость) газа – это количество паров воды в состоянии их насыщения при данной температуре, давлении и составе газа.

Абсолютная влажность газа – это количество водяного пара в единице объема газовой смеси, приведенной к нормальным условиям (Т = 273 К, р = 0,1 МПа); часто измеряется в г/м3 или кг/1000 м3.

Относительная влажность – отношение массы водяного пара в газовой смеси к массе насыщенного пара, который мог бы находиться в данном объеме при тех же давлении и температуре,

7

т.е. отношение абсолютной влажности к максимальной, соответствующей полному насыщению парами воды, при данной температуре и давлении (в %). Полное насыщение оценивается в 100%.

Относительную влажность также выражают отношением парциального давления водяных паров в газе к давлению насыщенного пара при той же температуре.

Осушка газа – это технологический процесс удаления из газа паров влаги, т.е. снижение абсолютной и относительной его влажности. Степень осушки (остаточное содержание влаги) обычно зависит от температуры точки росы по влаге или влажности газа при рабочих или нормальных условиях.

Температура точки росы по влаге – это её значение при дан-

ном давлении, когда пары влаги приходят в состояние насыщения, т.е. это наивысшая температура, при которой начинают конденсироваться капли влаги.

Также точка росы по влаге может определяться как давление начала конденсации водяных паров при заданной температуре, и в этом случае она называется точкой росы газа по давлению.

Депрессия точки росы – это разность значений температуры (давления) точки росы влажного и осушенного газа.

Основные понятия и определения в области адсорбции

Адсорбция – это массообменный, диффузионный процесс поглощения компонентов газовой или жидкой фазы поверхностью твердого тела.

Твердое тело, которое поглощает вещество, называется адсорбентом, поглощаемое вещество называется адсорбтивом, а поглощенное – адсорбатом.

Адсорбенты представляют собой твердые тела с высокоразвитой пористой структурой и значительной удельной поверхностью. Радиус пор в адсорбентах от нескольких ангстрем до со-

8

тен, а удельная поверхность ̶ от 50 до 2000 м2/г и более. Пористая структура адсорбентов весьма важна в адсорбции молекул газа или жидкости, т.к., при прочих одинаковых условиях (температура, давление, скорость и состав потока газовой, жидкой или газожидкостной фазы и другие параметры), количество сорбируемых молекул в значительной степени зависит от площади поверхности твердого тела, объема и радиуса пор. Поэтому, одной из важных характеристик адсорбентов является их пористость. В свою очередь для пористости адсорбентов весьма важная удельная поверхность, т.е. площадь поверхности, отнесенная к единице массы твердого тела ̶ SУД, м2/г. Другой важной особенностью пористости адсорбентов является объем пор –это свободное пространство внутри твердого тела, приходящееся на единицу его массы ̶ V, см3/г.

Пористость адсорбентов напрямую связана с размером пор. Поры могут значительно отличаться как по размерам, так и по форме, и что более существенно, – от пор другого типа адсорбента. Поэтому в одной из главных характеристик пор является их средний радиус

RСР = 2∙V/SУД

и распределение пор по размерам

∆V/∆R = f(R).

По форме поры могут быть цилиндрическими (открытыми, закрытыми), щелеобразными, бутылкообразными, сфероидальными.

По размерам пор адсорбенты. По классификации М.М. Дубинина, которая считается наиболее признанной, адсорбенты могут иметь поры:

̶ шириной меньше 20Ǻ микропоры (микропористые адсорбенты);

9

̶с шириной больше 200Ǻ микропоры (широкопористые адсорбенты);

̶с шириной от 20 до 200Ǻ мезопоры или переходные поы (мезопористые адсорбенты).

Подавляющее большинство промышленных адсорбентов содержат широкую гамму пор различного размера и являются смешанными структурными типами.

Наиболее важной характеристикой адсорбентов является их активность. Это емкость адсорбента (а) − количество адсорбированного вещества по отношению к количеству адсорбента при данной температуре, давлении и концентрации извлекаемого компонента в исходной газовой или жидкой фазе:

а = GА/gА,

где GА − количество поглощенных компонентов; gА − количество адсорбента.

Адсорбционная активность может быть статической и динамической. Статическая показывает количество адсорбированного вещества по отношению к количеству адсорбента в условиях равновесия при заданной температуре, давлении и концентрации извлекаемого компонента в исходной газовой или жидкой фазе. Динамическая адсорбционная активность показывает количество адсорбированного вещества по отношению к количеству адсорбента в условиях движения потока газа или жидкости через стационарный слой адсорбента при заданной температуре, давлении

иконцентрации извлекаемого компонента в исходной газовой или жидкой фазе до проскока сорбируемого вещества, т.е. до момента, когда концентрации сорбируемого компонента на выходе

ивходе потока будут равны.

Активность (емкость) адсорбентов выражают в единицах измерения г/г, см3/г, см3/см3, моль/г, моль/см3.

10