Расчет установки сжижения природного газа.

Исходные данные: Молярная масса газа - 20,2

Производительность по сжижаемому газу - 17500 нм3/час Удельная теплоемкость газа – 1,467 кДж/кг*град Температура - 30 0С Давление - 5,7 МПа (абс.)

Содержание вредных примесей: Вода - 41 кг/час (на сжижаемый газ) Диоксид углерода - 0,7% об.

П ринципиальная блок-схема установки подготовки природного газа пред-ставлена на рис. 6.9. Для удаления из цеолитов воды и диоксида углерода на стадии десорбции используем часть очищенного газа. Поэтому на стадии ад-сорбции очистке подвергается сырьевой газ, который предназначен для сжи-жения, плюс количество газа, используемое на стадии десорбции.

Тогда расход газа на десорбцию составит , где Gg - расход газа на десорбцию

Gсж - расход газа, подлежащего сжижению. Решая это уравнение, получаем Gg=10450 нм3/час

Суммарный расход газа, проходящего через адсорбер составит Gсж+Gg=17500+10450=27950 нм3/час.

Рис. 6.4 дает возможность определить минимальный диаметр. При рабочем давлении 5,7 МПа максимальная линейная скорость с определенным запасом составит 10,3м/мин. Соответствующее этой скорости поперечное сечение составит:

минимально-допустимый диаметр будет равен: S=(П Д2)/4 или Д= =1,06 м.

Поглощаемое количество диоксида углерода при совместной адсорбции с водой составит:

рис. 6.6 находим количество цеолита, требуемое для проведения адсорб-ции в течение одного часа.

Gц=5900 кг Исходя из плотности цеолита, равной 730 кг/м3, определяем его общий объем, необходимый для проведения адсорбции в течение одного часа Vц=Gц/Pц=5900 кг/730 кг/м3=8,1 м3

Учитывая, что максимальная высота д ля этого типа адсорберов не должна превышать 7,6 м [4], уточняем его поперечное сечение (S): S=8,1/7,6 =1,07. Такая площадь сечения нас устраивает, так как при этом линейная скорость газа будет меньше максимально допустимой. Диаметр, соответствующий этой площади будет равен:

стандартный диаметр 1,2 м.

Тогда площадь поперечного сечения адсорбера составит S=3,14 1,22/4=1,13 м2, а высота слоя цеолита Нц=8,1/1,13=7,17 м.

Далее необходимо выбрать количество адсорберов и структуру цикла их работы. Обычно типовые аналогичные установки для обеспечения непрерывности включают 2 или 3 адсорбера. Их схемы и структура цикла приведены на рис. 6.10 и 6.11.

Рис. 6.10 Принципиальная схема и структура цикла двухадсорберной установ-ки

Рис. 6.11 Принципиальная схема и структура цикла трехадсорберной установки

1. Для установки с 3 адсорберами (рис. 6.11) длительность стадии адсорбции будет в два раза больше времени требуемого на нагрев и охлаждение цеолита. Длительность каждой стадии адсорбции составляет 1 час. Расчет адсорберов в этом случае аналогичен приведенному выше. Таким образом, для очистки 27950 нм3/час газа требуется 5900х3=17700 кг адсорбента, загруженного в 3 адсорбера, каждый из которых имеет внутренний диаметр 1,2 м, а высоту слоя цеолита 7,17 м.

В этом случае необходимо только определить количество тепла (Q) необхо-димое для нагрева газа во время стадии десорбции. Его можно найти, исполь-зуя уравнение:

Q = [Gg M Cp (Td-Ta)]/Vm, где Gg - расход газа на десорбцию, нм3/час M - молекулярная масса газа (20,2) Vm - объем одного кмоля газа (22,4 м3 ) Cp - удельная теплоемкость газа, кДж/кг град (1,467)

Td, Ta - соответственно температура десорбции и адсорбции, 0С (350 и 30) Q = 10450*20,2*1.467*(350-30)/22,4=4423843,3 кДж/час=1,23 МВт

2. Для установки с 2 адсорберами (рис. 6.10) длительность стадии адсорбции выбираем 2 часа. Это обусловлено тем, что в другом адсорбере нам за это время необходимо нагреть слой до 3500С, а затем его охладить. В более ко- роткие сроки осущест вить это очень сложно. Длительность стадии нагрева (десорбции) принимаем 5/8 от стадии адсорбции, а продолжительность охла- ждения – 3/8 от стадии адсорбции. Таким образом, весь цикл будет склады- ваться из 2 часов адсорбции, 1 час 15 минут - нагрева и 45 минут охлаждения. Поскольку продолжительность нагрева не равна длительности адсорбции, то для этого случая необходимо откорректировать количество газа на десорб - цию.

Gg=0,374 (Gсж+Gg) (2/1,25) Решая это уравнение, получим Gg=26100 нм3/час

Таким образом, для двухадсорберной установки суммарный расход газа со-ставит: 17500+26100=43600 нм3/час.

Минимальные площадь сечения и диаметр адсорбера с учетом ограничения по линейной скорости будут равны

S=(43600 0,1 303)(60 5,7 273 10,3)=1,37 м2

диоксида углерода

Gco2=(43600 0,7 44)/(100 22,4)=599,5 кг/час По рис. 6.6 находим требуемое количество цеолита. Оно составит 9100 кг на 1 час или 18200 кг на 2 часа работы. Объем цеолита Vц=18200/7,6=24,93 м3

При максимальной высоте в 7,6 м поперечного сечения слоя составит

значение диаметра

Стандартный диаметр 2,0 м, а высота слоя

Нц=24,93/3,28=7,6 Количество тепла необходимое для нагрева на стадии десорбции

Q=26100*20,2*1,467*(350-30)=11049025кДж/час= 3,07 МВт Cравним технические показатели двух вариантов установок (таблица 6.5).

Таким образом, можно сделать вывод, что установка с 3 адсорберами является экономически более предпочтительной, чем 2-х адсорберная.