УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ И ОСУШКИ ПРИРОДНОГО И ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗОВ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ СЕРОВОДОРОДА Российский патент 2003 года по МПК B01D53/52 

Предлагаемое изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности, в частности к устройствам для комплексной очистки газов от сернистых соединений и влаги.

Известно устройство для очистки газа от сероводорода и его осушки, содержащее адсорберы с твердым адсорбентом (цеолитом), печь для сжигания серы, рекуперативный и охлаждающий теплообменники для нагрева и охлаждения адсорбента, дымосос для подачи диоксида серы в адсорбер, сепаратор для разделения серы и воды, а также насос для подачи суспензии серы в печь и потребителю [1].

Основной недостаток устройства заключается в том, что в процессе химической регенерации адсорбента на его поверхности выделяется и осаждается элементарная сера, которая заполняет микропоры адсорбента, снижает его адсорбционную способность и срок службы твердого поглотителя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к разработанному устройству является устройство для очистки и осушки природного и попутного нефтяного газов, содержащее печь для сжигания серы и получения диоксида серы, колонну для смешения диоксида серы и растворителя, абсорбер для промывки исходного газа от сероводорода, сепаратор для отделения элементарной серы от растворителя. В качестве растворителя используется водный раствор гликоля или этиленгликоля, который, кроме растворения диоксида серы, активно поглощает воду из газа, обеспечивая одновременно осушку и очистку газа [2].

Основной недостаток вышеуказанного устройства заключается в том, что в процессе очистки и осушки не может быть достигнута высокая степень очистки и осушки газа, а для хемсорбции сероводорода применяется трехкомпонентная смесь, состоящая из гликоля, воды и диоксида серы, для регенерации и повторного использования которой требуются большие энергозатраты и сложное аппаратное оформление. Кроме того, применение в качестве растворителя диоксида серы гликоля или этиленгликоля приводит к удорожанию процесса очистки и осушки газа из-за большого его уноса с очищенным газом.

Решаемая задача - повышение глубины очистки и осушки газа от сероводорода и влаги при упрощении самого процесса.

Решение поставленной задачи заключается в том, что устройство для очистки и осушки природного и попутного нефтяного газов от сероводорода и влаги, содержащее абсорбер для промывки и очистки исходного газа раствором диоксида серы, печь для сжигания серы и сернистых газов и получения диоксида серы, колонну для смешения диоксида серы с растворителем, сепаратор для отделения элементарной серы от растворителя, дополнительно оснащено, по крайней мере, тремя адсорберами с молекулярными ситами с рибойлером и рекуперативным теплообменником для глубокой очистки и осушки газа и регенерации адсорбента, а колонна для смешения диоксида серы с растворителем выполнена в виде скруббера с многослойными каталитическими насадками, орошаемыми водой, при этом абсорбер для промывки исходного газа также оснащен каталитическими насадками для интенсификации процесса хемсорбции.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию "новизна".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема устройства очистки и осушки природного и попутного нефтяного газов от сероводорода. Устройство содержит фильтр 1 для очистки газа от механических включений и жидкости, установленный перед входом газа в абсорбер 2, в котором производят предварительную очистку исходного газа от сероводорода, бак 3 для отвода водяной суспензии серы из абсорбера 2, после которого по ходу газа установлены три адсорбера 4, 5 и 6 с адсорбентами - молекулярными ситами. Устройство очистки также оснащено рекуперативным теплообменником 7 для утилизации тепла регенерационных газов, рибойлером 8 для нагрева газа, подаваемого на регенерацию адсорбента, водяным холодильником 9 для охлаждения газа перед его подачей в сепаратор 10 и отделения конденсата воды и тяжелых углеводородов.

Регенерационный газ после сепаратора 10 направляют в топку котла 11 на сжигание. Образовавшиеся дымовые газы дымососом 12 подают в скруббер 13, насадки которого орошаются водой из бака 14 с помощью насоса 15. Образовавшийся слабый раствор сернистой и серной кислоты сливают в бак 14 и оттуда насосом 16 подают на орошение насадки абсорбера 2. Водяная суспензия серы разделяется в центробежном сепараторе 17, воду возвращают в бак 14, а серу - в отстойник 18.

Рибойлер 8 и котел 11 могут быть объединены в один блок, что позволит сократить количество применяемого оборудования.

Принцип работы устройства очистки и осушки газа заключается в следующем. Исходный газ с высоким содержанием сероводорода вначале очищают от твердых частиц и жидкой фазы в фильтре 1, а затем подают его в абсорбер 2, заполненный кольцами Рашига, изготовленными из боксита, которые ускоряют химическую реакцию хемсорбции. Насадку абсорбера 2 орошают слабым раствором сернистой и серной кислот, который подают насосом 16 из бака 14. В процессе взаимодействия сероводорода и сернистой кислоты на поверхности колец Рашига образуются элементарная сера и вода. Химическая реакция протекает в следующем виде: 2H₂S+Н₂SO₃=3Н₂О+3S.

Водную суспензию серы сливают в бак 3 для предварительного седиментационного сепарирования, а затем разделяют серу и воду в центробежном сепараторе 17. Воду возвращают в бак 14, а серу - в отстойник 18. Степень очистки исходного газа от сероводорода в абсорбере 2 составляет 0,65-0,95. Окончательную глубокую очистку и осушку газа проводят в одном из адсорберов 4, 5 и б, заполненных адсорбентом, в частности цеолитом NaX. После адсорбера очищенный и осушенный газ подают на следующую технологическую операцию, например на сжижение. При этом, когда адсорбер 4 работает в режиме очистки и осушки газа, адсорбер 5 находится в режиме охлаждения, а адсорбер 6 - в режиме регенерации. По мере насыщения цеолита адсорбтивом периодически производят переключение адсорберов с одного режима на другой. Для регенерации адсорбента используют часть очищенного газа (8-10%), который вначале нагревают в рекуперативном теплообменнике 7, а затем в рибойлере 8 до температуры 350^oС и продувают адсорбент в течение определенного времени. Регенерационный газ с высоким содержанием сероводорода после адсорбера охлаждают в рекуперативном теплообменнике 7 и водяном холодильнике 9. Сконденсированную воду и тяжелые углеводороды отделяют от газа в сепараторе 10 и газ сжигают в топке котла 11 в потоке воздуха. Дымовые газы, содержащие диоксид серы (продукт сгорания сероводорода: 2H₂S+3O₂=2SO₂+2Н₂O), окислы азота и кислород подают дымососом 12 в скруббер 13, имеющий полукоксовые насадки, которые орошают водой из бака 14 при помощи насоса 15. В результате взаимодействия диоксида серы и воды на поверхности полукокса, имеющего каталитические свойства, образуется сернистая кислота: SO₂+H₂O=H₂SO₃, а также ввиду наличия в дымовых газах кислорода образуется серная кислота: 2SO₂+O₂+2Н₂O=2H₂SO₄. Кроме того, сам диоксид серы хорошо растворяется в воде (40 объемов SO₂ в одном объеме воды). Образовавшиеся сернистую и серную кислоты подают насосом 16 на насадки абсорбера 2, где происходит контакт сероводорода с кислотой и образование элементарной серы. Степень очистки дымовых газов от диоксида серы может достигать 0,99.

Рибойлер 8 и котел 11 могут быть объединены в один блок, что позволит сократить количество применяемого оборудования.

Таким образом, разработанное устройство для очистки природного газа позволяет произвести глубокую очистку его от сероводорода и влаги с простым аппаратным исполнением без применения дорогостоящих реагентов и без загрязнения окружающей среды продуктами очистки, так как продукт очистки газа используется для получения дешевого реагента, применяемого для хемсорбции сероводорода. Глубокая очистка и осушка природного газа от сероводорода и влаги до требуемой кондиции возможна только адсорбционным способом, но при этом потребность в адсорбенте в десять раз больше, чем в предлагаемом устройстве, и соответственно необходим больший расход газа на регенерацию адсорбента и тепловой энергии для его нагрева, одновременно с этим проблема утилизации продуктов очистки газа без ущерба для окружающей среды остается весьма сложной, требующей дополнительного оборудования и затрат.

Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".

Источники информации
1. Н.В.Кельцев "Основы адсорбционной техники". М.: Химия, 1976.

2. А.П.Клименко "Сжиженные углеводородные газы" (стр. 218-219 и рис. 125 для процесса "Таунсенд"). М.: Недра, 1974.

Устройство для очистки и осушки природного и попутного нефтяного газов относится к газовой и нефтяной промышленности, в частности к устройствам для комплексной очистки газов от сернистых соединений и влаги. Очистку газа производят в два этапа, вначале исходный газ предварительно очищают от сероводорода в абсорбере на каталитических насадках путем его промывки водным раствором сернистой, серной кислот и диоксида серы, полученных при сжигании регенерационных газов и очистки дымовых газов водой в скруббере с каталитическими насадками, на втором этапе проводят глубокую очистку и осушку газов на адсорбентах - молекулярных ситах, которые периодически регенерируют и охлаждают очищенным и осушенным газом, а регенерационные газы после адсорбера направляют на сжигание в печь. Устройство дополнительно оснащено, по меньшей мере, тремя адсорберами 4, 5 и 6 с молекулярными ситами с рибойлером 8 и рекуперативным теплообменником 7 для глубокой очистки и осушки газа и регенерации адсорбента, а колонна для смешения диоксида серы с растворителем выполнена в виде скруббера 13 с многослойными каталитическими насадками, орошаемыми водой, при этом абсорбер 2 для промывки исходного газа также оснащен каталитическими насадками для интенсификации процесса хемсорбции. Устройство позволяет повысить глубину очистки и осушки газа от сероводорода и влаги при упрощении самого процесса. 1 ил.

Устройство для очистки и осушки природного и попутного нефтяного газов от сероводорода и влаги, содержащее абсорбер для промывки и очистки исходного газа раствором диоксида серы, печь для сжигания серы и сернистых газов и получения диоксида серы, колонну для смешения диоксида серы с растворителем, отличающееся тем, что устройство дополнительно оснащено сепаратором для отделения элементарной серы от растворителя, по меньшей мере, тремя адсорберами с молекулярными ситами, рибойлером и рекуперативным теплообменником для глубокой очистки и осушки газа и регенерации адсорбента, а колонна для смешения диоксида серы с растворителем выполнена в виде скруббера с многослойными каталитическими насадками, орошаемыми водой, при этом абсорбер для промывки исходного газа также оснащен каталитическими насадками для интенсификации процесса хемсорбции.