СПОСОБ ОЧИСТКИ РАСТВОРА ГЛИКОЛЯ - ОСУШИТЕЛЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2002 года по МПК B01D53/14 B01D3/10 B01D53/26 

Изобретение относится к газовой промышленности и предназначено для использования на установках промысловой подготовки природного газа к магистральному транспорту методом абсорбционной осушки, в частности, изобретение может быть использовано для регенерации отработанного абсорбента - загрязненного гликоля.

Абсорбционная осушка природного газа гликолями характеризуется накоплением в них различных вредных примесей, как нелетучих и малолетучих (минеральные соли, механические примеси, тяжелые фракции углеводородов, осмолы - продукты термоуплотнения гликолей, различные реагенты), так и легколетучих (кислоты, альдегиды - продукты термоокислительного разложения гликолей, метанол, вода, легкие фракции углеводородов), что снижает осушающую способность гликолей и предопределяет необходимость очистки образовавшихся растворов гликолей от примесей.

Известные физические и физико-химические способы очистки предусматривают, как правило, избирательную очистку от определенного вида примесей.

Известен способ очистки растворов гликолей от минеральных солей дистилляционным способом, включающий в себя выпарной аппарат, испаритель (с принудительной циркуляцией раствора), дефлегматор и конденсатор, солесборник, сборник обессоленного раствора гликолей и вспомогательное оборудование, где выпарной аппарат работает под вакуумом, создаваемым вакуумным насосом [1].

Недостатки данного способа
1. Из очищаемых растворов гликолей выделяются только минеральные соли и механические примеси в виде суспензии солей.

2. Необходима добавка воды на всас циркуляционного насоса для интенсификации процесса очистки, что увеличивает в 3-8 раз содержание воды в очищенном гликолевом растворе и пропорционально увеличивает расход греющего агента в испаритель и в систему регенерации абсорбента для испарения добавленной воды.

3. После очистки гликолевые растворы должны быть поданы в систему регенерации для удаления излишне добавленной воды.

Наиболее близким техническим решением является способ очистки растворов гликолей от минеральных солей, включающий в себя выпарной аппарат, испаритель (с принудительной циркуляцией раствора), узел двухступенчатой конденсации паров, первый сборник концентрированных гликолей и второй сборник разбавленных водогликолевых растворов, линию вывода смеси минеральных солей и механических примесей из нижней секции выпарного аппарата, где выпарной аппарат работает под вакуумом, создаваемым вакуумным насосом [2].

Согласно данному способу очистки растворов гликолей сырьевой раствор гликоля подают в рекуперативный теплообменник для предварительного нагрева, а затем в выпарной аппарат. Из низа выпарного аппарата смесь раствора гликоля и упаренной кубовой жидкости подают на всас циркуляционного насоса, где она смешивается с частью потока разбавленного водогликолевого раствора для поддержания состояния кипения смеси и нагнетается в испаритель, где происходит испарение части циркулирующего потока; образовавшаяся парожидкостная смесь выбрасывается из испарителя в выпарной аппарат для сепарации и удаления паровой фазы (смеси паров воды, гликоля и легкокипящих примесей).

Минеральные соли и механические примеси, выпадающие в осадок в выпарном аппарате, охлаждают, частично конденсируют в рекуперативном теплообменнике (первая ступень конденсации) и подают в первую сборную емкость, где собираются концентрированные гликоли, подаваемые потребителю. Паровую фазу из первой емкости охлаждают и конденсируют в холодильнике-конденсаторе (вторая ступень конденсации) и образовавшийся конденсат - разбавленный водогликолевый раствор - подают во вторую сборную емкость, из которой неконденсирующуюся газовую фазу отсасывают вакуумным насосом, а часть образовавшегося конденсата возвращают на всас циркуляционного насоса для поддержания кипения в испарителе упариваемой смеси.

Недостатки данного способа
1. Неполная очистка гликолей от легколетучих примесей, в том числе кислот с нормальной температурой кипения 70-105^oС, которые способствуют разложению гликолей и увеличивают коррозионную активность технологической среды, поскольку они конденсируются в холодильнике-конденсаторе вместе с парами воды и поступают с конденсатом во вторую сборную емкость, откуда часть кислого конденсата повторно направляется в испаритель.

2. Образование большого количества разбавленного водогликолевого раствора (около 55% от массы исходного сырья), содержащего около 25 мас.% воды. После возврата 30% по объему этой фракции на вход в испаритель остается 70% остатка, который не может быть непосредственно использован в установке промысловой подготовки газа к магистральному транспорту и должен быть регенерирован в системе регенерации вместе с насыщенным влагой (на 5-10%) абсорбентом, поступающим из абсорберов осушки природного газа, что потребует значительного увеличения энергозатрат.

3. Необходимость испарения в испарителе выпарного аппарата кроме очищаемых гликолей и воды, содержащейся в исходном сырье, гликолей и воды, содержащихся в той части разбавленного водогликолевого раствора, которая подается в испаритель из второй сборной емкости, что потребует повышенной на 15% подачи греющего агента в испаритель установки очистки.

4. Интенсивная циркуляция кубовой жидкости выпарного аппарата через испаритель, необходимая для предотвращения отложения солей и осмолов в трубах испарителя, не позволит обеспечить гидродинамические условия, необходимые для отстоя и вывода всех взвешенных солевых кристаллов из нижней части выпарного аппарата.

5. Подача части разбавленного водогликолевого раствора на вход в испаритель будет определять (и регулировать) температуру кипения смеси, поступающей в нижнюю часть испарителя, но никак не будет влиять на температуру кипения упаренной смеси на выходе из испарителя (из которой испарены все гликоли и вода, подаваемые в выпарной аппарат с сырьевым потоком и потоком разбавленных гликолей из второй сборной емкости), которая будет определяться конечным составом упаренной смеси и величиной остаточного давления в кубовой секции выпарного аппарата, то есть температура кубовой жидкости в выпарном аппарате будет значительно выше температуры, поддерживаемой на входе в испаритель.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа очистки гликоля - осушителя природного газа от всех видов примесей путем испарения и ректификации очищаемого гликоля, обеспечивающих более полную очистку при снижении энергозатрат.

Предлагаемый способ очистки гликолей от примесей заключается в следующем: сырьевой раствор гликоля - осушителя природного газа - предварительно нагревают в рекуперативном теплообменнике, после чего испаряют в кубовой секции ректификационной колонны и очищают образовавшиеся пары гликоля от примесей (как летучих, так и малолетучих и нелетучих) в массообменной секции ректификационной колонны с отбором концентрированного гликоля с контактных устройств в средней части массообменной секции; испарение очищаемого гликоля производится за счет подвода тепла с кубовой жидкостью, нагреваемой в испарителе в жидкофазном состоянии; выходящие сверху ректификационной колонны пары охлаждают и конденсируют, а необходимый вакуум в установке очистки создают путем откачки неконденсирующихся газов и паров вакуумным насосом.

Кубовая жидкость ректификационной колонны подвергается циркуляции в контуре: куб ректификационной колонны - промежуточная емкость-отстойник твердой фазы - циркуляционный насос - испаритель - регулятор давления "до себя" - куб ректификационной колонны, в котором производится ее нагрев и частичное испарение.

В качестве испарителя может быть использована трубчатая печь.

Предлагаемый способ очистки загрязненных гликолей отличается от известного тем, что очистку гликоля - осушителя природного газа - осуществляют в ректификационной колонне с отбором концентрированного гликоля с контактных устройств в средней части массообменной секции; нагрев кубовой жидкости проводят в испарителе, в частности в трубчатой печи, с поддержанием нагреваемого раствора в жидкофазном состоянии. При этом кубовая жидкость ректификационной колонны циркулирует в контуре: куб ректификационной колонны - промежуточная емкость-отстойник твердой фазы - циркуляционный насос - испаритель - регулятор давления "до себя" - куб ректификационной колонны, в котором производится ее нагрев и частичное испарение.

Настоящее изобретение направлено на достижение более качественной очистки растворов гликолей и снижение эксплуатационных затрат, а именно:
- очистки загрязненного гликоля - осушителя природного газа - от всех видов примесей с получением очищенного концентрированного гликоля, содержащего не менее 99,5 мас.% основного вещества в количестве, составляющем не менее 90% от его содержания в загрязненном осушителе;
- обеспечения оптимальных условий для отстаивания и осаждения твердых примесей из кубовой жидкости ректификационной колонны;
- снижения до минимума отложений солей и малолетучих примесей в аппаратах установки очистки;
- снижения энергозатрат на процесс очистки за счет реализации оптимальных технологических решений по нагреву кубовой жидкости и выводу примесей из технологической схемы установки очистки.

Реализация способа очистки загрязненного гликоля - осушителя природного газа - способом вакуумной ректификации представлена на чертеже.

Способ реализуется следующим образом.

Загрязненный раствор гликоля - осушителя природного газа - из установки промысловой подготовки природного газа к магистральному транспорту, содержащий вышеперечисленные примеси, накапливающиеся при обработке природного газа, используя метод абсорбционной осушки, подается по трубопроводу 1 в емкость 2. Насосом 3 раствор подается через рекуперативный теплообменник 4, где нагревается и по трубопроводу 5 поступает в кубовую секцию вакуумной ректификационной колонны 6 на очистку. Подача загрязненного раствора в ректификационную колонну устанавливается клапаном 7.

Кубовая жидкость колонны, содержащая сконцентрированные нелетучие и малолетучие растворимые примеси и взвешенные кристаллы минеральных солей, по трубопроводу 8 направляется в промежуточную емкость-отстойник твердой фазы 9, в которой происходит осаждение взвешенных твердых примесей, которые в виде суспензии выводятся из нижней части емкости насосом 10 по трубопроводу 11 в емкость промстоков 12. Вывод суспензии твердых примесей из емкости 9 регулируется клапаном 13 по температуре в кубе колонны 6. Осветленная кубовая жидкость по трубопроводу 14 поступает на всас циркуляционного насоса 15 и далее по трубопроводу 16 нагнетается в испаритель, в качестве которого может быть использована трубчатая печь с огневым нагревом 18. Расход кубовой жидкости в трубчатую печь устанавливается клапаном 17.

Часть осветленной кубовой жидкости из промежуточной емкости 9 по трубопроводу 41 отбирается в емкость промстоков 12 для удаления нелетучих и малолетучих растворимых примесей, выделенных из очищаемого осушителя природного газа. Величина отбора регулируется клапаном 42 по температуре в кубе колонны 6.

В трубном пространстве трубчатой печи производится нагрев осветленной кубовой жидкости в жидкофазном состоянии (без образования паровой фазы). Необходимое для осуществления этого процесса давление (на 0,02-0,03 МПа большее давления начала кипения жидкости при температуре на выходе из печи) поддерживается клапаном-регулятором давления "до себя" 19. Скорость течения нагреваемой кубовой жидкости в трубном пространстве печи обеспечивает гидродинамические условия, препятствующие заметному образованию осадка минеральных солей и малолетучих примесей на теплопередающей поверхности.

Парожидкостная смесь, образующаяся в трубопроводе 20 после клапана-регулятора давления 19, поступает в верхнюю часть кубовой секции ректификационной колонны очистки 6, где происходит сепарация паровой и жидкой фаз. Частично упаренная жидкая фаза, в которой из-за перенасыщения происходит кристаллизация минеральных солей, стекает в нижнюю часть кубовой секции, где смешивается с новой порцией загрязненного раствора гликоля - осушителя природного газа, подаваемого на очистку. Отсепарированная паровая фаза, содержащая очищаемый гликоль и все легколетучие примеси, поступает в нижнюю часть массообменной секции ректификационной колонны очистки, где осуществляется процесс ректификационного взаимодействия паров со стекающей флегмовой жидкостью на контактных устройствах колонны. Результатом указанного взаимодействия будет обогащение поднимающихся паров легколетучими примесями и отпарка этих примесей из стекающей жидкости - очищаемого гликоля. Данная характерная особенность протекания ректификационного процесса приводит к образованию в средней части массообменной секции колонны очистки зоны, включающей несколько соседних контактных устройств, жидкая фаза на которых практически не содержит как легколетучих, так и малолетучих примесей, исчерпанных из отсепарированной паровой фазы на нижних контактных устройствах массообменной секции. Отбор части жидкой фазы с контактных устройств указанной зоны в средней части массообменной секции ректификационной колонны по трубопроводу 21 позволяет выделить фракцию очищенного гликоля с содержанием основного вещества 99,5-99,8 мас.%. Величина отбора очищенного гликоля регулируется клапаном 22 по уровню жидкости в кубовой секции ректификационной колонны очистки 6. Горячий, очищенный от всех видов примесей гликоль направляется в рекуперативный теплообменник 4, после которого поступает в емкость 23 готового продукта. Из емкости 23 очищенный гликоль - осушитель природного газа - насосом 24 нагнетается в установку промысловой подготовки природного газа.

Пары, выходящие из верха колонны, содержащие гликоль, воду и все легкокипящие примеси, отпаренные из очищенного гликоля - осушителя природного газа, а также неконденсирующиеся инертные газы - воздух, природный газ - поступают в холодильник-конденсатор 25, например аппарат воздушного охлаждения. Образовавшаяся в холодильнике-конденсаторе газожидкостная смесь поступает в разделительную емкость 26, где происходит сепарация несконденсированной фазы, а также разделение жидкой водогликолевой фазы и углеводородного конденсата. Газовая фаза, содержащая часть водяных паров и неконденсирующихся легколетучих примесей, по трубопроводу 27 поступает на всас вакуумного насоса 29, где захватывается рабочей жидкостью и после сепаратора 30 по трубопроводу 31 направляется на факельное устройство. Разрежение, создаваемое вакуумным насосом 29 в верху ректификационной колонны очистки 6, регулируется клапаном 28. Жидкость из сепаратора 30 и рабочая жидкость вакуумного насоса 29 по трубопроводу 32 направляются на охлаждение и после охлаждения по трубопроводу 33 возвращаются в вакуумный насос.

Углеводородный конденсат, отслоившийся в разделительной емкости 26 от водогликолевого раствора, по трубопроводу 34 выводится из разделительной емкости потребителю. Отбор углеводородного конденсата регулируется клапаном 35 по уровню в углеводородной камере разделительной емкости 26. Водогликолевый раствор из разделительной емкости по трубопроводу 36 откачивается насосом 37 и направляется на флегмирование в массообменную секцию ректификационной колонны очистки 6. Расход флегмовой жидкости регулируется клапаном 38 по уровню водогликолевого раствора в гликолевой камере разделительной емкости 26. Часть водогликолевого раствора по трубопроводу 39 направляется в емкость промстоков 12 для вывода легколетучих примесей, отпаренных из очищенного гликоля - осушителя природного газа. Величина отбора регулируется клапаном 40 по температуре в верхней части массообменной секции колонны очистки.

Вывод растворимых малолетучих и нелетучих примесей из установки очистки осуществляется отбором части кубовой жидкости по трубопроводу 41 в количестве не более 2,5-3,5% от количества загрязненного гликоля, подаваемого на очистку. Вывод легколетучих примесей из установки очистки осуществляется отбором части водогликолевого раствора из разделительной емкости 26 по трубопроводу 39 в количестве не более 2,5-3,0% от количества загрязненного гликоля, подаваемого на очистку. Вывод суспензии осажденных минеральных солей из установки очистки осуществляется отбором из нижней части промежуточной емкости-отстойника твердой фазы 9 по трубопроводу 10 в количестве не более 1,0-1,5% от количества загрязненного гликоля, подаваемого на очистку. Отходы, содержащие примеси, выделенные из загрязненного раствора гликоля при очистке, из емкости промстоков 12 откачиваются насосом 43 на утилизацию.

Основные режимные параметры процесса очистки - величина разрежения, создаваемого вакуумным насосом, и температура в массообменной и кубовой секциях ректификационной колонны - определяются составом загрязненного раствора гликолей, подаваемого на очистку.

Использование предлагаемого способа очистки загрязненного раствора гликолей от примесей рассмотрено на примере Ямбургского газоконденсатного месторождения.

В таблице сравниваются показатели работы установок очистки растворов гликолей по известному и предлагаемому способам при сопоставимых условиях - одинаковой производительности по перерабатываемому сырью. Из сравнения показателей следует, что предлагаемый способ, в сравнении с известным, обеспечивает более полную очистку от разного вида примесей и характеризуется меньшими тепловыми расходами.

Экспертная оценка показала, что в условиях Ямбургского месторождения стоимость очистки одной тонны загрязненного гликоля по предлагаемому способу на установке производительностью 2,2 т/час составит около 150-180 долларов США при годовой производительности до 1000 т. Качество очищенного гликоля (диэтиленгликоля) соответствует товарному продукту высшего сорта (ГОСТ 10136-77). Учитывая стоимость 1 т товарного диэтиленгликоля 600 долларов США, годовой экономический эффект от очистки загрязненного осушителя составит около 420 тысяч долларов США.

Источники информации
1. Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. - М.: Недра, 1999. - с. 240-244.

2. Патент 2110558 Роспатента на изобретение "Способ очистки раствора гликоля от минеральных солей". 1998 г.

Изобретение относится к газовой промышленности и предназначено для использования на установках промысловой подготовки природного газа к магистральному транспорту методом абсорбционной осушки, в частности изобретение относится к способам очистки раствора гликоля - осушителя природного газа. Согласно предлагаемому способу отработанный раствор гликоля направляют в рекуперативный теплообменник и подают в куб ректификационной колонны, из средней части массообменной секции которой отбирают очищенный концентрированный гликоль. Нагрев кубовой жидкости проводят в испарителе с поддержанием нагреваемого раствора в жидкофазном состоянии. При этом кубовая жидкость циркулирует в контуре: куб ректификационной колонны - промежуточная емкость - отстойник твердой фазы - циркуляционный насос - испаритель - регулятор давления "до себя" - куб ректификационной колонны. Выходящие из верхней части ректификационной колонны пары охлаждают и конденсируют. Необходимый вакуум в установке очистки обеспечивают за счет откачки неконденсирующих паров и газов вакуумным насосом. Данный способ обеспечивает более полную очистку раствора гликоля, снижает отложение солей и малолетучих примесей в аппаратах и снижает энергозатраты. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ очистки раствора гликоля - осушителя природного газа, включающий нагрев раствора в рекуперативном теплообменнике, подачу из последнего нагретого раствора в вакуумную колонну, разделение раствора в вакуумной колонне, отвод кубовой жидкости из вакуумной колонны, нагрев ее в испарителе, отвод с верха вакуумной колонны паров с последующим охлаждением и конденсацией паров и создание разрежения в вакуумной колонне путем откачки несконденсировавшихся паров вакуумным насосом, отличающийся тем, что очистку раствора гликоля производят в вакуумной ректификационной колонне с отбором очищенного гликоля из средней части массообменной секции вакуумной ректификационной колонны, а кубовую жидкость после выхода ее из вакуумной ректификационной колонны нагревают в испарителе до температуры ниже температуры ее кипения при поддерживаемом в испарителе давлении. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что организуют циркуляцию кубовой жидкости в контуре: кубовая секция вакуумной ректификационной колонны - емкость-отстойник твердой фазы - циркуляционный насос - испаритель - регулятор давления "до себя" - кубовая секция ректификационной колонны. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве испарителя используют трубчатую печь.