E‑BOOK

Spis treści

• Co to jest absorpcja i adsorpcja?DZy53xHN7Co to jest absorpcja i adsorpcja?

• Rodzaje adsorbentów stosowanych w procesach osuszania gazu ziemnegoD1ZOHo48YRodzaje adsorbentów stosowanych w procesach osuszania gazu ziemnego

• Właściwości adsorbentów stosowanych w instalacjach osuszania gazu ziemnegoD3uLTTc86Właściwości adsorbentów stosowanych w instalacjach osuszania gazu ziemnego

• Charakterystyka adsorbentów stosowanych do osuszania gazu ziemnego

  • Żel krzemionkowy1Żel krzemionkowy

  • Sita molekularne (zeolity)2Sita molekularne (zeolity)

• Netografia i bibliografiaDGLlCDbk5Netografia i bibliografia

Charakterystyka adsorbentów stosowanych do osuszania gazu ziemnego

Żel krzemionkowy

Regeneracja żelu krzemionkowego jest łatwa, ale gdy stosuje się go wielokrotnie w temperaturze ponad $200°\mathrm{C}$ i jednocześnie zmniejsza ciśnienie, następuje obniżenie zdolności adsorpcyjnej. Jest to wynikiem zmniejszania się liczby powierzchniowych grup hydroksylowych. Uznaje się to za niewątpliwą wadę żelu krzemionkowego. W czasie trwania eksploatacji instalacji aktywność adsorpcyjna żeli krzemionkowych zmniejsza się dwa, a niekiedy trzy razy szybciej niż aktywność sit molekularnych. Spadek aktywności na sitach molekularnych jest szybki, gdy wzrośnie zawartość pary wodnej w gazie kierowanym do osuszania. Na poniższym rysunku widać procesy osuszania gazu o dużej wilgotności względnej.  Zdolność pochłaniania wody przez żel krzemionkowy jest duża, znacznie większa niż sit molekularnych. Dlatego dla gazów o dużej wilgotności względnej, sięgającej $100°\mathrm{C}$ stosuje się osuszanie się na żelu krzemionkowym.

RhaQtj2GgmoCy

Na rysunku przedstawiono wykres równowagi adsorpcji pary wodnej w temperaturze dwudziestu pięciu stopni na różnych adsorbentach. Oś odciętych opisana jest jako względna wilgotność gazu przed osuszeniem która jest wyrażona w procentach. Oś odciętych jest w zakresie od zera do stu z krokiem dwadzieścia. Oś rzędnych jest opisana jako równowagowa zdolność adsorbowanej pary wodnej wyrażonej w procentach masowych. Oś rzędnych jest w zakresie od zera do czterdziestu z krokiem dziesięć.
Na wykresie są cztery linie. Pierwsza linia oznaczona cyfrą jeden i kolorem niebieskim dotyczy sit molekularnych. Wykres szybko wzrasta w przedziale od zera do około osiemnastu procent dla wilgotności około dziesięciu procent. Następnie dla wilgotności do stu procent następuje powolny przyrost zdolności adsorbowania. Zdolność osiąga wartość około dwudziestu dwóch procent.
Dla wykresu drugiego oznaczającego drobnoziarnisty żel krzemionkowy kropkowana czarna linia ulega stopniowemu wzrostowi. Dla całego przedziału wilgotności od zera do stu.
Dla wykresu trzeciego oznaczającego aktywny tlenek glinu kropkowana żółta linia ulega nagłemu wzrostowi w przedziale wilgotności od zera do około pięciu procent osiągając wartość około ośmiu procent zdolności adsorpcyjnej. W dalszym zakresie wykres ulega stopniowemu wzrostowi osiągając wspólny punkt dla wszystkich wykresów wynoszący około trzydziestu ośmiu procent zdolności.
Czwarty wykres dotyczący żelu krzemionkowego o dużej średnicy porów, czerwona linia ulega powolnemu wzrostowi w zakresie wilgotności zero do około pięćdziesięciu procent osiągając zdolność około pięciu procent. Następnie linia ulega nagłemu wzrostowi osiągając zdolność trzydziestu ośmiu procent dla wilgotności stu procent.

Aktywność adsorpcyjna żeli krzemionkowych szybko maleje wskutek dezaktywacji siarkowodorem i tracą one przydatność w procesach osuszania zasiarczonych gazów ziemnych. Dynamiczna aktywność adsorpcyjna żeli krzemionkowych zależy od średnicy ziaren, od szybkości przepływu osuszonego gazu, a także od początkowej zawartości pary wodnej w tym gazie oraz od zawartości wody w żelu po jego zregenerowaniu.  W procesie regeneracji żelu krzemionkowego nie można stosować temperatury wyższej niż $200-250°\mathrm{C}$, ponieważ utraciłby on swoje własności.

Powrót do spisu treści12Powrót do spisu treści

Sita molekularne (zeolity)

Sita molekularne odznaczają się selektywnością działania adsorpcyjnego, którego nie mają inne adsorbenty. Stosuje się je nie tylko w procesach adsorpcyjnego osuszania gazów ziemnych, płynnych i pirolitycznych, ale także w procesach oczyszczania i rozdzielania różnych mieszanin zawierających węglowodory oraz inne związki.

Schemat instalacji adsorpcyjnego osuszania gazu na sitach molekularnych

W instalacji pracują trzy adsorbery z warstwami sit, w których przemiennie przebiegają trzy stadia procesu:

• absorpcji – osuszania ($12 – 24 \mathrm{h}$),

• regeneracji adsorbentu ($4 – 6 \mathrm{h}$),

• ochładzania adsorbentu ($1 – 2 \mathrm{h}$).

Do regeneracji i ochładzania kieruje się część strumienia osuszonego gazu ziemnego (punkt x). Czasy trwania trzech stadiów procesu nie są równe, dlatego automatyczne przełączanie adsorberów jest tak ustawione, że przez pewien czas adsorpcja przebiega w dwóch adsorberach jednocześnie, gdy w trzecim trwa regeneracja lub chłodzenie. Dlatego w celu wyjaśnienia zasady procesu na rysunku przedstawiono każdy adsorber w czasie innego procesu – w adsorberze $2\text{a}$ - osuszanie, w $2\text{b}$ - regeneracja, w $2\text{c}$ - ochładzanie wsadu adsorbentu.

R1QbHefiXK3HE

Na zdjęciu znajduje się schemat instalacji adsorpcyjnej osuszania gazu na sitach molekularnych. W lewym dolnym rogu rysunku znajduje się element opisany cyfrą jeden. Jest to oddzielacz wilgotny. Oddzielacz jest o kształcie pionowego prostokąta o zaokrąglonym górnym i dolnym boku. Do lewego boku prostokąta dochodzi strzałka. Nad strzałką umieszczony jest napis: gaz wilgotny. Od górnego zaokrąglenia odchodzi niebieska łamana która łączy się z trzema zaworami. Zawory są w kształcie klepsydry .Pierwszy zawór jest zielony. Jest to zawór otwarty. Kolejne dwa zawory są czerwone. Są to zawory zamknięte. Od zaworów odchodzą krótkie proste które łączą się z kolumnami adsorpcyjnymi. Kolumny są oznaczone cyframi dwa a, dwa be, dwa ce. Kolumny są o kształcie pionowych prostokątów z zaokrąglonym górnym i dolnym bokiem. Od dolnego zaokrąglenia prostokąta odchodzą pionowe proste. Na prostych narysowane są otwarte zawory. Proste łączą się z dolną poziomą prostą która biegnie przez element o kształcie szafki na której stoi lampka nocna. Element opisany jest cyfrą trzy. Jest to piec regeneracyjny. Na podstawie pieca widoczna jest łamana przypominająca linie życia w przebiegu EKG. Za piecem nad strzałką znajduje się napis gaz osuszony. Z pieca wychodzi pionowa linia równoległa do linii doprowadzającej. Od poziomej linii odchodzą do góry trzy proste. Proste łączą się z pomarańczowymi liniami między symbolem otwartego zaworu a dna kolumny adsorpcyjnej. Na liniach znajdują się symbole zaworów zamkniętych (czerwony symbol). Od dolnej pomarańczowej linii odchodzą pionowe pomarańczowe proste. Proste biegną po prawej stronie kolumn. Na liniach koło kolumny dwa a oraz dwa c znajdują się zawory zamknięty. Na linii koło kolumny dwa b znajduje się zawór otwarto. Od linii obok zaworu dwa b odchodzi strzałka łącząca się z linią prowadzącą do góry kolumny. Do linii obok kolumny dwa ce odchodzi strzałka która łączy się z pionową linią. Pionowe linie mają na końcu zawory obok kolumny dwa a i dwa b są to zawory zamknięte. Obok kolumny dwa c jest to zawór otwarty. Linie łącza się z poziomą linią prowadzącą do elementu o kształcie okręgu. Element opisany jest cyfrą cztery. Jest to chłodnica. W środku chłodnicy narysowana jest ‘linia życia’. Do chłodnicy prowadzi od góry strzałka nad którą widoczny jest wzór wody. Strzałka wychodząca z chłodnicy prowadzi do oddzielacza oznaczonego cyfrą pięć. Z górnej części oddzielacza wychodzi strzałka prowadząca do elementu o kształcie okręgu w środku którego są dwie linie zbliżone kształtem do litery V. Od dołu okręgu prowadzi strzałka zawracająca do linii wychodzącej z elementu jeden czyli oddzielacza wstępnego.
Po prawej stronie umieszczona jest legenda. Zielona pozioma klepsydra oznacza zawór otwarty. Czerwona pozioma klepsydra oznacza zawór zamknięty. Biały prostokąt z szarą obwódką oznacza strumień gazu osuszonego do regeneracji.

Zasada działania:

Po oddzieleniu unoszonej ciekłej wody w separatorze gaz kieruje się do właściwego osuszania do adsorbera $2\text{a}$. Jest on wprowadzany do góry, podobnie jak suchy gaz, kierowany do ochładzania adsorbentu w adsorberze $2\text{b}$. W tym czasie gaz osuszony odbiera się z dołu aparatu. Taki kierunek przepływu osuszonego gazu przez warstwę  adsorbentu zapobiega jej spulchnianiu, unoszeniu z niej cząstek adsorbentu oraz ich szybszemu zużyciu mechanicznemu. Stadium regeneracji przebiega w ten sposób, że osuszony gaz jest ogrzewany w piecu $3$ do temperatury $250-300°\mathrm{C}$ i kierowany przez adsorber $2\text{c}$ odwrotnie od dołu do góry. To pozwala na lepszą regenerację dolnej części warstwy, dzięki czemu w następnym stadium adsorpcji pozwala dokładnie osuszyć gaz. Podczas regeneracji gorący gaz, który napływa z pieca $3$, jest nasycany parą wodną. Para jest desorbowana dzięki wysokiej temperaturze z warstwy adsorbentu, który znajduje się w adsorberze odstawionym do regeneracji. Strumień gazu pochodzący z regeneracji jest kierowany do chłodnicy $4$. Tutaj wykrapla się woda, która następnie jest odseparowywana w oddzielaczu $5$. Gaz z oddzielacza łączy się ze strumieniem gazu kierowanym do osuszania. Stadium regeneracji adsorbentu, a zwłaszcza osiągana w nim dokładność usunięcia zaadsorbowanej wody, jest kluczowa w procesie adsorpcyjnego osuszania na sitach molekularnych.

Powrót do spisu treści12Powrót do spisu treści

Powiązane materiały multimedialne

• Osuszanie gazu ziemnego metodą adsorpcyjnąDKsBJfZUCOsuszanie gazu ziemnego metodą adsorpcyjną

• Wyposażenie instalacji do adsorpcyjnego osuszania gazu ziemnegoDb3zRgQniWyposażenie instalacji do adsorpcyjnego osuszania gazu ziemnego