Процесс очистки природного газа от сероводорода ЭЛСОР

 

 

МИНОБРНАУКИ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ФИЛИАЛ В Г. СЫЗРАНИ

Кафедра «Автоматизация технологических процессов и производств»

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная записка к

курсовому проекту на тему:

 

«Процесс очистки природного газа от сероводорода ЭЛСОР»

 

 

Исполнитель:

 

Проверил:

 

 

 

_____________

    (оценка работы)

_____________

                (дата)

 

 

 

 

 

Сызрань 2014 год

 

Реферат

Проект состоит из графической части, объемом … листов и пояснительной записки объемом … листов, содержащей … таблиц, … рисунков.

Ключевые слова: ……………………..

Рассматриваемый объект – ЭЛСОР, один из методов очистка природного газа от сероводорода.

Цель работы – проектирование автоматизированной системы управления процессом очистки природного газа от сероводорода методом ЭЛСОР и эксплуатационных особенностей системы с применением современных средств.

Рассмотрен процесс очистки природного газа от сероводорода методом ЭЛСОР.

 Определены основные  технические характеристики объекта.

Предъявлены требования к проектируемой системе.

Разработана алгоритмическая и функциональная схемы управления процессом.

Определен состав аппаратной части проектируемой системы. Спроектирован внешний вид щита управления.

Построена структурная схема АСУ ТП  очистки газа от сероводорода.

     Выполнены технико-экономические расчеты.

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

Введение            4

1.Описание технологического  процесса и конструкции аппаратов  и оборудования           5

1.1.Описание технологического  процесса       5

1.2. Описание конструкции аппаратов и оборудования    9

2.Описание технических требований к проектируемой системе          18

2.1.Требования к технологическому процессу             18

2.2.Требования к оборудованию                                                                          19

2.3.Требования к датчикам                                                                                   19

3.Разработка алгоритмической схемы автоматизации                                      20

4. Разработка функциональной схемы автоматизации                                      25

4.1.Описание функциональной  схемы                                                                26

4.2.Спецификация на приборы, средства автоматизации и    аппаратуру       27

5.Расчет и выбор приборов  и средств автоматизации                                       28

6.Разработка общего вида  щита (пульта)                                                           44

7.Разработка структурной схемы средств автоматизации (или АСУ) технологического процесса. Описание состава, функций и классификационных признаков системы.                                                         45

7.1. Описание состава АСУ                                                                                45

7.2.Функции АСУ                                                                                                47

7.3.Описание классификационных  признаков АСУ                                        47

8.Экономическое обоснование спроектированной автоматизированной системы                                                                                                                 49

Библиографический список                                                                                54

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время для очистки природного газа от H2S и СО2 используют следующие процессы:

- хемосорбционные процессы, основанные на химическом взаимодействии H2S и СО2 с активной частью абсорбента;

- процессы физической абсорбции, в которых извлечение кислых компонентов происходит за счет их растворимости в органических поглотителях;

- комбинированные процессы, использующие одновременно химические и физические поглотители;

- окислительные процессы, основанные на необратимом превращении поглощенного сероводорода в серу;

- очистка природного газа от сероводорода может производиться и с использованием адcорбционных процессов, основанных на извлечении компонентов газа твердыми поглотителями — адсорбентами.

Очистка природного и других газов от сероводорода может осуществляться разными методами. Выбор процесса очистки природного газа от сернистых соединений в каждом конкретном случае зависит от многих факторов, основными из которых являются: состав и параметры сырьевого газа, требуемая степень очистки и область использования товарного газа, наличие и параметры энергоресурсов, отходы производства и другие.

Анализ мировой практики, накопленной в области очистки природных газов, показывает, что основными процессами для обработки больших потоков газа являются абсорбционные с использованием химических и физических абсорбентов и их комбинации.

Окислительные и адсорбционные процессы применяют, как правило, для очистки небольших потоков газа, либо для тонкой очистки газа.

 

 

1. Описание технологического процесса и конструкции аппаратов и оборудования

 

1.1Описание технологического процесса

 

Способ очистки газа от серосодержащих примесей включает приготовление раствора гидроксида щелочного металла из исходного раствора сульфата щелочного металла, контактирование газа с раствором гидроксида щелочного металла с получением насыщенного раствора гидроксида щелочного металла, его регенерацию. Исходный раствор сульфата щелочного металла с концентрацией 10-15% подают в анодную и катодную камеры диафрагменного электролизера с использованием микропористой диафрагмы из керамики на основе оксида циркония или из керамики на основе оксида циркония, содержащей добавки оксидов алюминия и иттрия. При этом раствор гидроксида щелочного металла, полученный в катодной камере, направляют на контактирование с газом, а раствор кислоты, полученный в анодной камере, подают на регенерацию насыщенного раствора гидроксида щелочного металла. Такой метод позволяет повысить степень очистки от серосодержащих примесей и снизить энергозатраты.

Метод «ЭЛСОР» относится к области химической технологии, а именно к процессам абсорбционной очистки газов от серосодержащих примесей, и может быть использовано в процессах очистки газов различного состава и различного происхождения, в том числе природных, попутных и технологических газов, в частности биогаза, попутного газа нефтяных месторождений, топливных газов, поступающих на объекты теплоэнергетических хозяйств, вентиляционных и технологических газовых выбросов (залповых и регулярных) на объектах химической, нефтехимической промышленности, а также в производстве спецтехники и боеприпасов, содержащих сероводород и меркаптаны.

Способ очистки “ЭЛСОР”, обеспечивает наивысшее качество очистки, т.к. растворы гидроксидов щелочных металлов являются лучшими абсорбентами Н2S и других серосодержащих примесей, является экономичным, так как расходный материал для процесса очистки - только электроэнергия и процесс очистки проводится при низких температурах, а получение гидроксида натрия из исходного раствора и регенерация насыщенного кислыми газами раствора после очистки осуществляется с помощью одного и того же электрохимического реактора, т.е. электроэнергия, затраченная на получение абсорбента, эквивалентно обеспечивает также и его регенерацию. Кроме этого способ “ЭЛСОР” можно осуществлять как в стационарных, так и в передвижных установках.

 

Рис. 1. Установка для очистки газа от серосодержащих примесей содержит: диафрагменный электрохимический реактор 1, разделенный диафрагмой 2 на катодную 3 и анодную 4 камеры, емкость 5 для накопления щелочного раствора, емкость 6 для накопления серной кислоты, абсорбер 7 и десорбер 8. Установка также содержит смеситель 9, насосы 10 и 11, дроссель-вентиль 12 и газо- и гидравлическую обвязку, включающую подающие и отводящие патрубки.

 

Способ реализуется с помощью установки, изображенной на рисунке 1. Катодная камера 3 реактора 1 и емкость 5 заполняют исходным водным раствором сульфата щелочного металла. Анодную камеру 4 реактора 1 и емкость 6 заполняют исходным раствором - водным раствором сульфата щелочного металла. На электроды реактора 1 (не показаны) подают напряжение и включают насосы 10 и 11. В процессе электролиза исходный раствор сульфата щелочного металла подвергают электрохимическому воздействию в катодной камере 3, превращая его в гидроксид щелочного металла, который накапливают в емкости 5. В емкости 6 в то же время накапливают раствор серной кислоты, образующейся в анодной камере 4 реактора 1.

Раствор гидроксида щелочного металла из емкости 5 насосом высокого давления 10 подают в верхнюю часть абсорбера 7, в нижнюю часть которого поступает сырой газ, подлежащий очистке. Кислые компоненты, содержащиеся в газе, взаимодействуют с поглотителем - раствором гидроксида щелочного металла и очищенный газ выводят из верхней части абсорбера 7.

Насыщенный раствор поглотителя через дроссель-вентиль 12 выводят из нижней части абсорбера 7 и направляют в смеситель 9, в который насосом 11 подают раствор серной кислоты из емкости 6. В смесителе 6 протекают процессы регенерации поглотителя и выделение поглощенных примесей. Газожидкостную смесь из смесителя 6 подают в десорбер 8, из верхней части которого выводят кислые газы, а из нижней части - раствор сульфата щелочного металла, который вновь поступает в катодную 3 и анодную 4 камеры реактора 1.

Таблица 1. Количество NaOH, необходимое для очистки 1000 нм3 газа от сероводорода при любом соотношении CO2:H2S

Содержание сероводорода в газе, %	Содержание сероводорода в 1000 нм3 газа, кг	Количество NaOH для очистки 1000 нм3 газа, кг	Затраты электроэнергии для синтеза NaOH, кВт× ч
0,1	1,5	5,0	14
0,2	3,0	10,0	28
0,3	4,5	15,0	42
0,4	6,0	20,0	56
0,5	7,5	25,0	70
1,0	15,0	50,0	140
5,0	75,0	250,0	700
10,0	150,0	500,0	1400

 

 

Таблица 2. Показатели работы установки для электрохимического синтеза гидроксида натрия и серной кислоты из раствора сульфата натрия производительностью 10 кг NaOH в час

Наименование	Значение
Расход электроэнергии на электрохимический синтез NaOH и H2SO4, кВт× ч	28
Расход электроэнергии на вспомогательные работы (приготовление и очистка подпиточного раствора, подача воды охлаждения, приготовление раствора для очистки электрохимических реакторов), кВт× ч	2
Расход сульфата натрия при пуске установки, кг	120
Расход сульфата натрия на приготовление подпиточного раствора, кг/сут	5
Расход воды (любого качества) для охлаждения электрохимических реакторов, л/ч	200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Описание конструкции аппаратов и оборудования

 

Диафрагменный электрохимический реактор

 

  Установка, изображённая на рисунке 2 состоит из электрохимического реактора 1, выполненный из одной или нескольких электрохимических модульных ячеек, соединенных параллельно. Электрохимические ячейки разделены диафрагмой 2 на анодную 3 и катодную 4 камеры. Вход анодной камеры 3 соединен с линией подачи исходного раствора 5. Вход катодной камеры 4 соединен с линией подачи пресной воды 6. Выход анодной камеры 3 соединен с линией отвода смеси оксидантов 7, а выход катодной камеры 4 соединен линией отвода католита 8.

Рис .2. Диафрагменный электрохимический реактор

 

Электрохимический реактор 1 может быть выполнен по блочному принципу из электрохимических диафрагменных ячеек, катодные и анодные камеры которых соединены параллельно. При этом производительность реактора является суммой производительности каждой ячейки и может быть легко изменена путем изменения числа работающих ячеек. Элементы ячейки закреплены с помощью диэлектрических приспособлений и снабжены средствами подвода и отвода обрабатываемых растворов в электродные камеры.

Таблица 3. Характеристики диафрагменного электрохимического реактора

Параметры:	Кол:	Ед. измерения:
Расстояние ячеек	3	мм
Диаметр анода	8	мм
Диаметр катода	14	мм
Длинна катода	220	мм
Толщена стенок диафрагмы	0,6	мм