СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ АБСОРБЦИОННО-ДЕСОРБЦИОННОГО БЛОКА

Абсорбционно-десорбционные процессы широко применяются в газоперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности для выделения целевых компонентов из газовых смесей, очистки газов от примесей (сероводорода, диоксида углерода, влаги) и регенерации абсорбента. Классическая схема включает абсорбер (поглощение компонентов из газа жидким абсорбентом) и десорбер (выделение поглощённых компонентов и регенерация абсорбента). Эффективность работы всего блока в значительной степени определяется конструкцией контактных устройств – тарелок или насадок, а также системой распределения потоков газа и жидкости [1].

В большинстве промышленных абсорберов и десорберов используют насадочные колонны с неупорядоченной керамической или металлической насадкой (кольца Рашига, седла Берля и др.) либо тарельчатые аппараты с ситчатыми, колпачковыми или клапанными тарелками. Однако традиционные конструкции имеют ряд недостатков:

• неравномерное распределение жидкости по сечению колонны при повышенных нагрузках по газу;
• образование «мёртвых зон» и застойных областей на тарелках и в насадке;
• склонность к забиванию мелких отверстий (у ситчатых тарелок) и каналов в насадке при наличии взвешенных частиц;
• рост гидравлического сопротивления с течением времени.
• Особенно остро проблема забивания стоит в блоках, где абсорбент регенерируется многократно и постепенно накапливает механические примеси и продукты разложения [2].

В связи с этим предлагается усовершенствовать конструкцию абсорбционно-десорбционного блока, а именно – модернизировать контактные устройства в обеих колоннах. В качестве базового элемента предлагается использовать ситчатую тарелку с коническими фасками на отверстиях, конструкция которой ранее была предложена для ректификационных колонн [4]. Однако для абсорбции и десорбции требуется дополнительная доработка: фаски выполняются только с нижней стороны (со стороны подвода газа) для ускорения входа газа в слой жидкости и предотвращения обратного прорыва жидкости в отверстия. Дополнительно тарелка снабжается направляющими дефлекторами над отверстиями.

Рисунок 1. Схема предлагаемой конструкции тарелки [4]

1 – корпус; 2 – перфорированный лист; 3 – отверстие; 4 – фаска; 5 переливное окно; 6 – гидрозатвор

Для десорбера, где преобладает обратный процесс (выделение газа из жидкости), предлагается аналогичная тарелка, но с фасками сверху, чтобы ускорить выход пузырьков газа из отверстий и снизить риск их слипания.

На входе в абсорбер устанавливается щелевой распределитель с регулируемыми наклонными пластинами, обеспечивающий равномерное орошение даже при переменных расходах. В десорбере предлагается использовать встроенный сепаратор капель с жалюзийными насадками, установленными над верхней тарелкой, для снижения уноса абсорбента с газом [3].

В таблице 1 приведены сравнительные характеристики традиционной ситчатой тарелки и предлагаемой модернизированной тарелки для условий работы абсорбера – десорбера аминовой очистки газа.

Таблица 1.

Сравнение характеристик контактных устройств

Предлагаемая модернизация позволяет одновременно решить несколько проблем. Во-первых, конические фаски на отверстиях увеличивают скорость прохождения газа и предотвращают залипание отверстий твёрдыми частицами за счёт турбулизации потока у кромки. Во-вторых, дефлекторы над отверстиями создают мелкодисперсный пузырьковый режим, что повышает эффективность массопередачи на 15–20%. [4].

Предложенные конструктивные решения могут быть реализованы как при строительстве новых абсорбционно-десорбционных блоков, так и в ходе модернизации действующих установок (например, очистки природного газа от кислых компонентов, регенерации метанола в блоках осушки и т.д.).