СПОСОБ ОСУШКИ И ОЧИСТКИ ЭТАНОВОЙ ФРАКЦИИ Российский патент 2004 года по МПК B01D53/02 B01D53/26 

Изобретение относится к технологии адсорбционной осушки и очистки углеводородных газов и может быть использовано в газовой, нефтяной и нефтехимической промышленности для осушки и очистки этановой фракции от сернистых соединений (сероводорода, меркаптанов, сероокиси, сероуглерода) и углекислого газа.

Известен способ осушки и очистки этана или этан-пропановой фракции от углекислого газа цеолитами, который реализуется на установках в США, включающих один или два адсорбера на стадии адсорбции, один - на стадии регенерации, один - на стадии охлаждения. Согласно известному способу для регенерации цеолита используют часть очищенного продукта или природный газ (Н.В.Кельцев. Основы адсорбционной техники. Москва, "Химия", 1984 г., с.381).

Однако использование природного газа для регенерации и охлаждения цеолита приводит к поглощению цеолитом на стадии охлаждения углекислого газа, тяжелых углеводородов, сернистых соединений, что снижает адсорбционную емкость цеолита; затем в процессе адсорбционной осушки и очистки поглощенные на стадии охлаждения компоненты природного газа попадают в очищаемый продукт - этан или этан-пропановую фракцию, снижая качество продукта. В случае использования для регенерации и охлаждения цеолита очищенного продукта (этана или этан-пропановой фракции) возникает необходимость его повторной осушки и очистки для достижения требований к готовому продукту.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ осушки и очистки этановой фракции от сернистых соединений и углекислого газа по патенту US 4857078 A1, кл. В 01 D 53/22, 18.08.1989 (с.1).

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности способа за счет увеличения продолжительности стадии адсорбции и срока службы цеолита при стабильном обеспечении требуемого качества получаемой этановой фракции, а также за счет исключения необходимости повторной осушки и сероочистки газа регенерации.

Поставленная задача согласно заявляемому способу осушки и очистки этановой фракции от сернистых соединений и углекислого газа решается за счет того, что его осуществляют путем адсорбции цеолитом под давлением с последующими регенерацией и охлаждением цеолита с помощью газа регенерации и охлаждения, при этом в качестве газа регенерации и охлаждения цеолита используют метановую фракцию, в качестве цеолита - цеолит СаА, регенерацию последнего осуществляют при температуре 210-230^oС и давлении на 1-3 кг/см² ниже давления адсорбции, а насыщенный газ регенерации цеолита подают на всас компрессора магистрали товарного газа.

Технический результат, получаемый за счет применения для адсорбционной осушки и очистки этановой фракции цеолита СаА, состоит в обеспечении возможности увеличения продолжительности стадии адсорбции. Известно, что цеолит СаА обладает большей адсорбционной способностью по отношению к углекислому газу в присутствии паров воды - компонентам, составляющим большую часть загрязнений, содержащихся в этановой фракции. Кроме того, цеолит СаА обладает по сравнению с цеолитом NaA большим размером входных окон (5 ангстрем), что позволяет адсорбировать остаточное количество углеводородов С₃₊ из очищаемой этановой фракции.

Кроме известного результата использование в предлагаемом техническом решении известного признака позволяет получить новый технический результат - обеспечение доочистки этановой фракции от углеводородов С₃₊.

Технический результат, получаемый за счет применения в заявляемом способе метановой фракции для регенерации и охлаждения цеолита, состоит в следующем:
- содержание в метановой фракции незначительного остаточного количества сернистых соединений и углеводородов С₃₊, несопоставимого с содержанием этих компонентов в товарном газе, позволило, несмотря на больший размер входных окон пор цеолита СаА по сравнению с цеолитом NaA, применить для очистки этановой фракции цеолит СаА, как обладающий большей адсорбционной способностью по отношению к углекислому газу - основному загрязняющему компоненту этановой фракции; поглощение тяжелых углеводородов из метановой фракции цеолитом в процессе его охлаждения происходит, но на уровне, не оказывающем на стадии адсорбции заметного отрицательного влияния на качество очищаемой этановой фракции;
- вследствие низкого уровня поглощения цеолитом из метановой фракции сернистых соединений и углекислого газа на стадии его охлаждения (по сравнению с использованием для этих целей товарного газа) предотвращается снижение адсорбционной емкости цеолита, восстановленной в процессе его регенерации, что позволяет изменить циклограмму работы адсорбера в сторону увеличения продолжительности цикла адсорбции, сократить количество циклов регенерации в год и увеличить срок службы цеолита.

Известно использование метановой фракции для регенерации цеолита процесса осушки и очистки природного газа от сернистых соединений с целью сохранения восстановленной в процессе регенерации адсорбционной емкости цеолита, что позволяет изменить циклограмму работы адсорберов в сторону увеличения стадии адсорбции.

В заявляемом техническом решении применение метановой фракции для регенерации и охлаждения цеолита, кроме известного технического результата, позволяет, несмотря на применение цеолита с большим размером входных окон, предотвратить попадание в очищаемый продукт - этановую фракцию тяжелых углеводородов и других примесей, по которым этановая фракция имеет жесткие ограничения. Таким образом, в заявляемом способе данный признак обеспечивает появление нового технического результата.

Технический результат, получаемый за счет осуществления регенерации цеолита при пониженном давлении и, вследствие этого, при пониженной температуре (210-230^oС) состоит в обеспечении возможности сохранения адсорбционной емкости цеолита в процессе регенерации вследствие предотвращения деструкции тяжелых углеводородов и меркаптанов, поглощенных в процессе адсорбции. Кроме того, проведение регенерации и охлаждения цеолита при давлении, незначительно отличающимся от давления адсорбции, и исключение таким образом перепада давления при переходе со стадии адсорбции в режим регенерации, снижает динамическую нагрузку на цеолит, уменьшает истирание его частиц и разрушение вторичной пористости. Уменьшение физического износа цеолита наряду с сохранением его адсорбционной емкости в процессе регенерации (за счет исключения закоксовывания) позволяет увеличить срок службы цеолита.

Незначительное превышение давления адсорбции над давлением потока газа регенерации и охлаждения (на 1-3 кг/см²) позволяет предотвратить попадание насыщенного газа регенерации через возможные неплотности вентилей в поток очищаемой этановой фракции на стадии адсорбции.

Возможность подачи насыщенного газа регенерации в магистраль товарного газа обусловлена тем, что по содержанию загрязнений насыщенный газ регенерации цеолита процесса осушки и очистки этановой фракции соответствует требованиям к товарному газу, согласно которым содержание сероводорода в товарном газе не должно превышать 0,02 г/м³, меркаптанов - 36 мг/л.

Технический результат, получаемый за счет подачи насыщенного газа регенерации цеолита в магистраль товарного газа, в заявляемом техническом решении состоит не только в исключении необходимости повторной переработки значительного объема газа регенерации и получении дополнительного объема товарного газа, но и в обеспечении возможности проведения регенерации при давлении, незначительно превышающим давление всаса I ступени компрессоров магистрали товарного газа, которое составляет обычно 14-16 кг/см², что сопоставимо с давлением адсорбции: 21-25 кг/см²; соответственно снижению давления появляется возможность снизить температуру регенерации до 210-230^oС.

Таким образом, новая совокупность взаимообусловленных признаков, новый технический результат позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена блок-схема установки адсорбционной осушки и очистки этановой фракции, иллюстрирующая предлагаемый способ.

Способ осуществляют следующим образом.

Этановая фракция, получаемая путем низкотемпературного разделения на блоке 1 природного газа, предварительно осушенного и очищенного от основного количества сернистых соединений на блоке 2, по линии 3 под давлением 21-25 кг/см² поступает в адсорберы 4, заполненные цеолитом СаА. Метановая фракция, полученная на блоке 1 низкотемпературной конденсации и ректификации, направляется по линии 5 на всас компрессоров 6 магистрали 7 товарного газа, широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ) - на дальнейшую переработку. В качестве газа регенерации на блоке 2 адсорбционной осушки и очистки природного газа используется метановая фракция, полученная на блоке 1 низкотемпературной конденсации и ректификации. Насыщенный газ регенерации блока 2 адсорбционной осушки и очистки природного газа направляется на повторную осушку и сероочистку на блоке 8 низкотемпературной масляной абсорбции, откуда направляется в магистраль 7 товарного газа.

Контактируя с цеолитами СаА в адсорберах 4, этановая фракция осушается и очищается от остаточных количеств сернистых соединений (сероводорода, меркаптанов, сероокиси и сероуглерода) и от углекислого газа. Одновременно поглощаются цеолитом также содержащиеся в этановой фракции остаточные количества углеводородов С₃₊. Осушенная и очищенная этановая фракция (марка А) в соответствии с требованиями ТУ 0272-022-00151638-99 содержит следующие компоненты (мас.%):
- C₁≤2,0;
- С₂≤95,0;
- С₃≤3,0;
- С₄-0,0;
- СO₂≤0,02;
- общая сера ≤ 0,002
- H₂S≤0,002
Осушенная и очищенная этановая фракция направляется по линии 9 потребителю.

Регенерация цеолита СаА в адсорбере, прошедшем цикл адсорбции, производится путем подвода тепла с помощью нагретой в печи 10 до температуры 210-230^oС метановой фракции, полученной путем низкотемпературного разделения на блоке 1 предварительно осушенного и очищенного природного газа; газ регенерации - метановую фракцию направляют в адсорбер по линии 11 под давлением 20-24 кг/см² (на 1-3 кг/см² ниже давления адсорбции). При регенерации цеолита десорбируются поглощенные в процессе адсорбции тяжелые углеводороды, углекислый газ, сероводород, меркаптаны и пары воды. Вследствие пониженной температуры газа регенерации деструкция тяжелых углеводородов и меркаптанов не происходит (массовое разложение меркаптанов с образованием "кокса" идет при температуре ложение меркаптанов с образованием "кокса" идет при температуре 250^oС), адсорбционная емкость цеолита восстанавливается практически полностью. Насыщенный газ регенерации цеолита процесса осушки и очистки этановой фракции под давлением 18-20 кг/см² (несколько сниженным по сравнению с первоначальным после прохождения через цеолит) направляется по линии 12 на всас компрессоров 6 (где давление составляет 16-18 кг/см²) магистрали 7 товарного газа. Содержание в насыщенном газе регенерации сероводорода, меркаптанов и углекислого газа не превышает уровень, установленный требованиями на товарный газ. После проведения регенерации адсорбер переключается на охлаждение, которое производится путем подачи газа охлаждения (метановой фракции) по линии 13 под давлением на 1-3 кг/см² ниже давления адсорбции. Газ охлаждения, нагретый при охлаждении цеолита, с верха адсорбера направляется по линии 14 для подогрева в печи 10 до температуры 210-230^oС и далее по линии 11 в другой адсорбер, прошедший стадию адсорбции, для регенерации цеолита.

Пример. Проводились опытно-промышленные испытания предлагаемого изобретения на установке адсорбционной осушки и очистки этановой фракции от сернистых соединений и углекислого газа Гелиевого завода ООО "Оренбурггазпром". Этановую фракцию, получаемую на блоке низкотемпературной конденсации и ректификации, подвергали осушке и очистке от сернистых соединений, углеводородов С₃₊ и углекислого газа на установке адсорбционной осушки и очистки этановой фракции.

В адсорберы загрузили цеолит СаА. Давление на стадии адсорбции составляло 21-25 кг/см².

В качестве газа регенерации использовали метановую фракцию, полученную на блоке низкотемпературного разделения природного газа.

Давление регенерации поддерживали на уровне 20-24 кг/см², при этом всегда на 1-3 кг/см² ниже конкретного уровня давления на стадии адсорбции. Как показали испытания, давление регенерации всегда должно быть немного ниже давления адсорбции, чтобы не было подмешивания насыщенного газа регенерации в поток этановой фракции, подаваемый на осушку и очистку при переключении адсорбера из режима регенерации в режим адсорбции. Разница в давлении адсорбции и регенерации больше, чем 3 кг/см², не требуется, превышение этой величины нежелательно из-за вредного влияния перепада давления на структуру цеолита. Разницу в давлении ниже 1 кг/см² проконтролировать сложно по технологическим причинам. Нижняя граница давления регенерации была обусловлена также давлением на всасе компрессоров магистрали товарного газа, куда направляли насыщенный газ регенерации после адсорберов. Давление на всасе составляло 14-16 кг/см². Давление насыщенного газа регенерации на выходе из адсорберов составляло 18-20 кг/см². Состав насыщенного газа регенерации - метановой фракции - на выходе из адсорберов соответствовал требованиям к товарному газу, а именно: максимальное содержание сероводорода в нем составило 4 мг/м³ (в товарном газе максимальное содержание сероводорода регламентировано на уровне 20 мг/м³), а максимальное содержание меркаптанов - 8,53 мг/м³ (в товарном газе - 36/ мг/м³).

Испытания установки с применением заявляемого способа показали его высокую эффективность:
- качество получаемого этана соответствует марке А согласно ТУ 0272-022-00151638-99. При этом максимальное содержание пропана в этановой фракции, полученной по известному способу, составило 1,5 мас.%, бутан отсутствует;
- за счет снижения физического износа и исключения закоксовывания цеолита норма его расхода составила 0,14 кг/т этановой фракции;
- продолжительность стадии адсорбции по предлагаемому способу составила 18 ч;
- снизились расходы на получение товарного газа за счет исключения необходимости повторной сероочистки газа регенерации на 180 руб. на 1000 м³.

Изобретение относится к технологии адсорбционной осушки и очистки углеводородных газов. Способ осушки и очистки этановой фракции от сернистых соединений и углекислого газа включает адсорбцию цеолитом под давлением с последующими регенерацией и охлаждением цеолита с помощью газа регенерации и охлаждения, в качестве газа регенерации и охлаждения цеолита используют метановую фракцию, в качестве цеолита - цеолит СаА, регенерацию последнего осуществляют при температуре 210-230^oС и давлении на 1-3 кг/см² ниже давления адсорбции, а насыщенный газ регенерации цеолита подают на всас компрессора магистрали товарного газа. Изобретение позволяет повысить эффективность осушки и очистки этановой фракции за счет увеличения продолжительности стадии адсорбции и срока службы цеолита при обеспечении требуемого качества получаемой этановой фракции, а также за счет исключения необходимости повторной осушки и сероочистки газа регенерации. 1 ил.

Способ осушки и очистки этановой фракции от сернистых соединений и углекислого газа, отличающийся тем, что осуществляют путем адсорбции цеолитом под давлением с последующими регенерацией и охлаждением цеолита с помощью газа регенерации и охлаждения, при этом в качестве газа регенерации и охлаждения цеолита используют метановую фракцию, в качестве цеолита - цеолит СаА, регенерацию последнего осуществляют при температуре 210-230°С и давлении на 1-3 кг/см² ниже давления адсорбции, а насыщенный газ регенерации цеолита подают на всас компрессора магистрали товарного газа.