ФІЗИЧНА СУТЬ І ОСНОВНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ПРОЦЕСУ

Абсорбція і десорбція — це два основних масообмінних процеси, на яких базується абсорбційний метод розділення нафтових і природних газів. Фізична суть процесів полягає в досягненні рівноваги між взаємодіючими потоками газу і рідини за рахунок дифузії (переносу) речовини з однієї фази в іншу. Рушійна сила дифузії визначається при інших рівних умовах різницею парціальних тисків компоненту, який вилучається, в газовій і рідкій фазах. Якщо парціальний тиск компоненту в газовій фазі вищий, ніж в рідкій, то відбувається процес абсорбції (поглинання газу рідиною), і навпаки, якщо парціальний тиск компоненту, який вилучається, в газовій фазі нижчий, ніж в рідкій, то протікає процес десорбції (виділення газу з рідини). Для практичних розрахунків зручніше виражати рушійну силу не через парціальні тиски, а через концентрації відповідних компонентів (парціальний тиск пропорційний концентрації, тому в якості визначаючого параметру можна прийняти в даному випадку будь-який з них).

На газопереробних заводах абсорбцію і десорбцію проводять в абсорбційних і ректифікаційних апаратах тарільчатого і насадкового типу. При наявності технологічного контуру "абсорбер — десорбер" можна організувати поглинання з газу відповідних компонентів в абсорбері і виділення їх в десорбері: вилучені з насиченого абсорбенту вуглеводні одержують з верху десорбера і направляють споживачам (або на іншу установку), а регенерований абсорбент відводять з низу десорбера і подають в абсорбер для повторного використання (на ГПЗ в якості абсорбенту застосовують бензинові і гасові фракції або їхню суміш).

Нижче наводяться основні рівняння для розрахунку процесу абсорбції багатокомпонентних сумішей, виведення яких базується на умові досягнення рівноваги взаємодіючих потоків на кожному ступені розділення. Схема матеріальних потоків в абсорбері, необхідна для виведення рівнянь, подана на мал. 19.

Рівняння рівноваги для будь-якої .j- тарілки записується так:

Підвищення температури і зменшення тиску процесу призводить до зменшення коефіцієнту вилучення компонентів з газової суміші. З підвищенням температури на 0.5 °С абсорбційний фактор зменшується приблизно на 2 %.

Суттєво впливає на ефективність абсорбції число теоретичних тарілок — при збільшенні їх кількості до 6—8 (це відповідає приблизно 30 реальним тарілкам) питома витрата абсорбенту зменшується при інших рівних умовах. Це призводить до зниження експлуатаційних затрат. Подальше збільшення числа теоретичних тарілок помітно не впливає на ефективність процесу. Найсильніше вплив цього параметру проявляється при необхідності забезпечення високого ступеня вилучення пропану та інших вуглеводнів.

Ефективність процесу абсорбції залежить також від густини і молекулярної маси абсорбенту — при постійному співвідношенні їх коефіцієнт вилучення компонентів залишається постійним незалежно від зміни абсолютних значень густини і молекулярної маси абсорбенту. Використання абсорбенту з нижчою молекулярною масою приводить до підвищення ступеня вилучення компонентів, а також сприяє підвищенню ефективності абсорбційного методу розділення газів.

Ступінь вилучення різних компонентів при абсорбції багатокомпонентних сумішей неоднакова: абсорбційні фактори і коефіцієнти вилучення компонентів обернено пропорційні константам їх фазової рівноваги.

Абсорбція є, як відомо, екзотермічним процесом. Це значить, що вилучення компонентів з газу рідкими поглиначами супроводжується виділенням тепла і підвищенням температури взаємодіючих потоків, в результаті чого інтенсивність процесу знижується і при певних умовах абсорбція припиняється та починається десорбція вилучених компонентів. На промислових установках для зниження негативної дії екзотермічного ефекту передбачається можливість знімання теплоти по висоті абсорбційного апарату.

Необхідно мати на увазі, що підвищення ступеня вилучення компонентів в абсорбері за рахунок збільшення питомої витрати абсорбенту, підвищення тиску або зниження температури пов'язано з додатковими експлуатаційними затратами. Вплив цих параметрів на результуючу ефективність процесу різний. Тому рішення про вибір технологічного режиму може бути прийняте, як правило, тільки на основі оптимізаційних розрахунків, виконаних в цілому по контуру "абсорбер — десорбер".