Технология удаления влаги из газовых потоков реализуется преимущественно двумя методами: абсорбционным и адсорбционным. В рамках абсорбционной осушки процесс происходит в специальных колонных аппаратах, где в качестве жидких поглотителей (абсорбентов) применяются гликоли. Это водные растворы двухатомных спиртов, среди которых наиболее распространены диэтиленгликоль (ДЭГ) и триэтиленгликоль (ТЭГ). ДЭГ характеризуется молекулярной массой 106, плотностью 1.118 и температурой кипения 244.8 °C. Для ТЭГ эти показатели составляют 150, 1.126 и 278.3 °C соответственно. Оба вещества имеют температуру замерзания около -7 °C и отличаются относительно низкой токсичностью.
Регенерация гликолей и условия процесса
Для восстановления поглотительной способности насыщенных водой гликолей используются различные методы регенерации. К ним относятся атмосферная и вакуумная ректификация (с остаточным давлением до 0.011–0.013 МПа), азеотропная ректификация, а также десорбция с помощью сухого отдувочного газа, нагретого до 200 °C. Качественная регенерация, например, ТЭГ позволяет добиться его чистоты на уровне 99.95–99.98% по массе. Давление в абсорбере может варьироваться в широких пределах, от 6.5–7.6 МПа и выше. Интересно, что повышение давления, например, до 13.1 МПа, приводит к снижению требуемого удельного расхода гликоля на 35–40% по сравнению с работой при 6.5 МПа. Существенным ограничением применения гликолей является их повышенная вязкость при температурах ниже 0 °C, что делает низкотемпературную абсорбцию проблематичной. Для решения этой задачи в гликоли могут добавляться специальные органические растворители-осушители, не склонные к пенообразованию.
Технологическая схема осушки
Типичный процесс осушки организован следующим образом: влажный газ с температурой 15–35 °C поступает в нижнюю часть вертикального аппарата – абсорбера – и движется вверх навстречу потоку регенерированного поглотителя. Гликоль подается на верх аппарата и стекает вниз, проходя через систему контактных устройств (тарелок), где происходит интенсивный массообмен между газовой и жидкой фазами. В результате с верхней части колонны отводится осушенный газ, а с нижней – насыщенный водой гликоль. Этот насыщенный абсорбент сначала подогревается в теплообменнике до 190–200 °C, а затем направляется на регенерацию, например, в атмосферную ректификационную колонну. После восстановления поглотитель охлаждается в холодильнике и возвращается в начало цикла, на верх абсорбера. При стандартных условиях (температура абсорбции около 30 °C и концентрация ТЭГ 99–99.5%) достигается точка росы осушенного газа в диапазоне от -18 до -25 °C.
Усовершенствованные схемы для глубокой осушки
Для достижения более глубокой степени осушки применяются многоступенчатые схемы. Например, двухступенчатая регенерация поглотителя может включать первую ступень – обычную ректификацию до концентрации гликоля около 99%, и вторую ступень – десорбцию в отдельном аппарате (десорбере). В низ десорбера подается сухой газ, нагретый до 200 °C, который выступает в роли десорбента, снижая парциальное давление водяного пара и способствуя его удалению из гликоля. Такая схема позволяет повысить чистоту гликоля до 99.9%, что, в свою очередь, дает возможность понизить точку росы газа при абсорбции (при 15–30 °C) до впечатляющих значений -45…-55 °C.
Альтернативным методом для второй ступени регенерации является азеотропная ректификация с использованием веществ типа толуола. Толуол образует с водой, содержащейся в гликоле, азеотропную смесь, которая выводится из системы и затем разделяется на воду и рециркулирующий толуол. Этот подход также позволяет достичь концентрации гликоля 99.9%. Кроме того, возможна организация двухступенчатой самой абсорбции: на первой ступени газ предварительно осушается гликолем чистотой 99%, а на второй – проходит глубокую доосушку с использованием гликоля концентрацией 99.9%. Важно отметить, что процесс гликолевой осушки попутно обеспечивает и частичную очистку газа от примесей, таких как сероводород и другие сернистые соединения.