СПОСОБ АДСОРБЦИОННОЙ ОСУШКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 1997 года по МПК B01D53/26 

Изобретение относится к области газовой промышленности, а именно к технологии подготовки газа к дальнему транспорту, и может быть использовано в системах адсорбционной осушки газа.

В газовой промышленности в технологии подготовки газа к дальнему транспорту известны способы адсорбционной осушки газа силикагелем, последующей регенерацией нагретым газом и охлаждением ненагретым газом при давлении равном, давлению адсорбции.

Известен способ адсорбционной осушки природного газа, включающий адсорбцию паров воды силикагелем с последующей регенерацией нагретым газом и охлаждением ненагретым газом, при котором во время регенерации нагретым газом процесс в начале производится при давлении, равном давлению адсорбции, а затем, в конечной стадии нагрева, давление снижают при сохранении циркуляции газа регенерации. Снижение давления производят в конце стадии нагрева для предотвращения разрушения силикагеля, так как в конце стадии нагрева пары воды и основная часть паров углеводородов уже десорбированы из силикагеля [1]
Недостатком данного способа является то, что происходит недостаточное восстановление емкости силикагеля, т.к. снижение давления при регенерации нагретым газом происходит неполное. Отрицательным фактором является также сложность осуществления технологического процесса, кроме этого, газ регенерации приходится сжигать в атмосферу.

Наиболее близким способом, выбранным в качестве прототипа, является способ осушки природного газа, включающий адсорбцию паров воды силикагелем, последующую его регенерацию нагретым газом, при котором регенерация происходит нагретым до 453-473 К газом в течение 8-10 ч при давлении, равном давлению осушки, а затем без прекращения циркуляции газа регенерации снижают давление до 0,9-0,25 МПа на 1,5-2 ч [2]
Перед охлаждением ненагретым газом давление поднимают до давления осушки.

Недостатком этого способа является неполное снижение давления в конце стадии нагрева, из-за невозможности сделать это без прекращения циркуляции. Неполное снижение давления приводит к тому, что происходит недостаточно полное восстановление емкости силикагеля. Эксплуатационные затраты при применении этого способа будут выше, чем при заявляемом способе.

Кроме этого, срок эксплуатации силикагеля при этом способе будет меньше из-за более интенсивного снижения емкости силикагеля. Нагретый газ регенерации использовать невозможно, и он сжигается в атмосферу. Технологическое осуществление этого способа характеризуется значительными сложностями.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение срока службы силикагеля путем более полного восстановления его емкости при цикле процесса регенерации. При этом решалась как задача регенерации (выделение жидкости), так и частичной реактивации силикагеля путем выделения из него углеводородов.

Поставленная задача решалась следующим образом: в известном способе адсорбционной осушки природного газа, включающем адсорбцию паров воды силикагелем, последующую его регенерацию нагретым газом, при давлении, равном давлению адсорбции, в отличиe от прототипа после регенерации горячим газом давление в адсорбере постепенно снижают до атмосферного, проводят глубокое вакуумирование, выдерживают под вакуумом, затем продувают адсорбер сухим газом, продолжая вакуумирование, после чего поднимают давление до давления осушки и охлаждают силикагель ненагретым сухим газом.

Кроме того, время снижения давления адсорбера до атмосферного составляет 30-40 мин, время выдержки адсорбера под вакуумом составляет 30-35 мин, а продувку сухим газом проводят при одновременном вакуумировании при давлении
0,4-0,2 кг/см², в течение 50-60 мин и расчета 3 4-кратного превышения объема адсорбера.

Технический результат достигается за счет того, что под вакуумом в адсорбере происходит выделение паров углеводородов, которые при вакууме удаляются сухим газом. Все существенные признаки, а также последовательность операций находятся в причинно-следственной связи: постепенное снижение давления до атмосферного позволяет без негативных последствий для целостности силикагеля выйти на режим вакуумирования, выдержкой вакуумирования достигается полная регенерация и существенная реактивация силикагеля, продувка сухим газом под вакуумом решает задачу полного удаления продуктов выделения, повышение давления и охлаждение подготавливает адсорбер к рабочему режиму.

Кроме того, указанные режимы способствуют оптимальной реализации заявляемого способа и позволяют достичь желаемый технический результат.

Изобретение отвечает всем критериям патентоспособности, включая изобретательский уровень, неизвестно использование вакуумирования для полной регенерации и реактивации силикагеля, приводящее к увеличению его срока службы и как следствие снижению эксплуатационных затрат.

На чертеже представлена технологическая схема способа. Рассмотрим реализацию заявляемого способа на конкретном примере двухадсорбционном цехе с открытым циклом регенерации. Производительность цеха 6 млн м³/сутки обеспечивается адсорбером диаметром 2,57 м, массой загрузки 15 т силикагеля. Объем адсорберов 30 м³. Длительность циклов адсорбции от 12 до 36 ч на проектных режимах, а регенерация (нагрев + охлаждение адсорбента) от 8 до 16 ч. Расход газа регенерации 8 тыс. н. м³/ч. Нагрев адсорбента осуществляется осушенным газом, нагретым в трубчатой огневой печи до температуры 200^oС. Состав газа колеблется в пределах СН₄ 96-99% C₂H₆ 0,07-1,32% С₄H₁₀ 0,001-0,008 С₃H₈ 0,001-0,02 С_5+высш. 0,001 CO₂ - 0,01-0,4 0,4 3,7
Параметры осушки газа следующие:
расход газа при осушке 180-200 тыс. н. м³/ч
давление осушки 54-60 кг/см²
температура осушки 20-25^oС
влажность газа после осушки 0,00749-0,18725 г/нм³
расход газа нагрева и охлаждения 8100-8500 н.м³/ч
давление при регенерации 54-60 кг/см²
температура адсорбера при нагреве 170-190^oС
Технологическая схема способа адсорбционной осушки газа включает два адсорбера 1, 2, осушаемый (сырой) газ 3, осушенный (сухой) газ 4, нагретый на регенерацию 5, ненагретый газ на охлаждение 6, газ после регенерации 7, запорные краны 8, 9, 10, 11, 12, 13, 8¹, 9¹, 10¹, 11¹¹, 12¹, 13¹, холодильник газа регенерации 14, сепаратор регенерации 15, сепаратор вакуумный 16, байпасный вентиль с дросселем 17, 17¹, вакуум-насос 18, запорные краны системы вакуума 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28.

По технологической схеме способа адсорбционной осушки газа, когда адсорбер 1 находится в стадии адсорбции (фиг. 1), поток осушаемого газа из линии 3 через открытый запорный кран 8 попадает в адсорбер 1 на осушку и затем через открытый запорный кран 9 попадает в линию осушенного газа 4.

Запорные краны 10, 11, 12, 13, служащие для регенерации и охлаждения, в это время закрыты. За время насыщения силикагеля в адсорбере 1 другой адсорбер 2 проходит стадию регенерации нагретым газом путем циркуляции нагретого газа с температурой 473 К по линии 5 через открытый запорный кран 10¹ через адсорбер 2 и через открытый запорный кран 11¹, затем попадает в линию 7, проходит через холодильник газа регенерации 14, через сепаратор 15 и возвращается в технологическую схему на осушку в линию 3. В этом время запорные краны 8¹, 9¹, 12¹, 13¹ закрыты. После проведения горячей регенерации при давлении, равном давлению осушки, в течение 10-14 ч и нагрева до 453-473 К циркуляция нагретого газа через адсорбер 2 прекращается.

Запорные краны 10¹ и 11¹ закрываются. Затем перед стадией охлаждения в адсорбере 2 снижают давление до атмосферного за 30-40 мин по следующей схеме: запорный кран 13¹, линия 7, запорный кран 19, холодильники 14, запорный кран 20, 24, сепаратор 16, запорный кран 25, 26 на факел.

После достижения давления, в адсорбере 2, атмосферного, закрывается запорный кран 25 и открывается 26, 27. Включается вакуум-насос 18. Производится вакуумирование адсорбера 2 в течение 30-35 мин до достижения максимального вакуума в адсорбере 2.

В адсорбере 2, где силикагель нагрет до температуры 453-473 К и максимально снижено давление, происходит максимальная десорбция поглощенных веществ и более полное восстановление емкости силикагеля. Выдержка адсорбера 2 под максимальным вакуумом 50-60 мин.

Для удаления десорбированных веществ из полости адсорбера 2 на запорном кране 12¹ открывается байпасный вентиль с дроссельной шайбой 17¹. Диаметр шайбы обеспечивает циркуляцию малого количества сухого газа из линии 6 через адсорбер 2 и запорный кран 13¹ по линии 7, холодильник 14, сепаратор 16, вакуум насос 18 на факел в течение 50-60 мин при давлении 0,4-0,2 кг/см².

После циркуляции через адсорбер 2 трех-четырех объемов "Сухого" газа выключается вакуум насос 18 и закрывается запорный кран 24. В адсорбер 2 и линию 7 набирается давление с 0,6-0,8 кг/см² до 54-60 кг/с² за 20-30 мин через запорный кран 12 до давления осушки. Открывается запорный кран 21, закрывается байпас на кране 12¹.

Охлаждение проводится при давлении, равном давлению 54-60 кг/см² осушки, путем циркуляции ненагретым газом по линии 6, запорный кран 12¹, адсорбер 2, запорный кран 13¹, линии 7, холодильник 14, сепаратор 15 в технологию.

Процесс вакуумирования с продувкой осуществляется один раз в квартал, для восстановления текущей емкости силикагеля и при необходимости продления срока его эксплуатации.

Предлагаемый способ позволит уменьшить затраты при эксплуатации силикагеля и увеличить срок его службы путем более полного восстановления его емкости.

Использование: в газодобывающей промышленности при подготовке газа к дальнему транспорту. Сущность изобретения: в способе адсорбционной осушки природного газа после регенерации горячим газом давление в адсорбере постепенно снижают до атмосферного, проводят глубокое вакуумирование, выдерживают под вакуумом, затем продувают адсорбер сухим газом, продолжая вакуумирование, после чего поднимают давление до давления осушки и охлаждают силикагель ненагретым газом сухим. Время снижения давления адсорбера до атмосферного составляет 30-40 мин, время выдержки адсорбера под вакуумом 30-35 мин, а продувку сухим газом проводят при одновременном вакуумировании при давлении 0,4-0,2 кг/см² в течение 50-60 мин и расчета 3-4-кратного превышения объема адсорбера. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ адсорбционной осушки природного газа, включающий адсорбцию паров воды силикагелем, последующую его регенерацию нагретым до 453 473К газом при давлении, равном давлению адсорбции, отличающийся тем, что после регенерации нагретым до 453 473К газом давление в адсорбере постепенно снижают до атмосферного, производят вакуумирование до 0,3 0,1 кг/см³, выдерживают под вакуумом, затем продувают адсорбер сухим газом, продолжая вакуумирование, после чего поднимают давление до давления осушки и охлаждают силикагель ненагретым сухим газом с температурой 15 25^oС. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время снижения с давления адсорбции до атмосферного составляет 30 40 мин. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что время выдержки адсорбера под вакуумом составляет 30 35 мин. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что продувку сухим газом при одновременном вакуумировании ведут при давлении 0,4 0,2 кг/см³ в течение 50 60 мин из расчета 3 4-кратного превышения объема адсорбера.