СПОСОБ ГЛУБОКОЙ ОСУШКИ И ОЧИСТКИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК B01D53/26 B01D53/02 

Изобретение относится к технике и технологии глубокой осушки и очистки углеводородных газов и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности.

Известен способ глубокой осушки нефтяного и природного газов, включающий абсорбцию, десорбцию и сепарацию. После сепарации газ пропускают через трехслойный адсорбент (см. патент РФ №2073330, B 01 D 53/26, B 01 D 53/28, опубл. в официальном бюллетене №4 10.02.97 г.).

Общим признаком известного и предлагаемого способов является пропускание газа через адсорбент.

Недостатками известного способа являются:

- необходимость в частой замене адсорбента, так как после абсорбции газ, поступающий на адсорбцию, содержит в капельном и парообразном виде следы абсорбента, которые при регенерации закоксовывают адсорбент в адсорберах;

- невозможность получения температур ниже минус 70°С;

- высокие эксплуатационные затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является способ глубокой осушки газов, включающий контактирование газа с сорбентом, последующее охлаждение газа с подачей в него паров метанола с влажностью, равной 0,01-0,05 мас.%, и регенерацию (см. авторское свидетельство РФ №1153961, B 01 D 53/26, опубл. в официальном бюллетене №17 07.05.85 г.).

Общими признаками известного и предлагаемого способов являются:

- контактирование газа с сорбентом - синтетическим цеолитом;

- контактирование газа с ингибитором гидратообразования - метанолом.

Недостатками известного способа осушки газов являются большой расход метанола, необходимость частой замены сорбента из-за его разрушения и связанные с этим высокие эксплуатационные затраты.

Техническая задача заключается в расширении функциональных возможностей способа, сокращении расхода ингибитора гидратообразования и снижении эксплуатационных затрат.

Поставленная задача заключается в том, что в способе глубокой осушки и очистки углеводородных газов, включающем адсорбцию и последующее контактирование с ингибитором гидратообразования, газ после адсорбции очищают от следов адсорбента фильтрацией, затем часть от потока газа, выходящего после фильтрации, подают на контактирование в создаваемую зону барботажа через раствор ингибитора гидратообразования, после чего газ, обогащенный парами ингибитора гидратообразования, соединяют с основной частью потока газа, выходящего после фильтрации.

Кроме того, исходный газ перед адсорбцией предварительно очищают от механических и агрессивных примесей путем промывки его абсорбентом, например, водой.

При этом от основной части потока газа, выходящего после фильтрации, отбирают часть потока газа и направляют на стадию регенерации.

Предпочтительным является использование в качестве ингибитора гидратообразования раствора метанола, который имеет хорошую летучесть и растворимость в жидких углеводородах, а также низкие температуры замерзания растворов.

Заявляемая совокупность признаков позволяет расширить функциональные возможности способа, т.е. использовать его как для глубокой осушки, так и для тонкой очистки углеводородного газа. Подача части от потока осушенного и очищенного газа после фильтрации на контактирование в создаваемую зону барботажа через раствор ингибитора гидратообразования, например метанола, и соединение содержащего пары ингибитора гидратообразования газа с основной частью потока осушенного и очищенного газа, выходящего после фильтрации, позволяет сократить расход ингибитора гидратообразования за счет равномерного распределения ингибитора в газовом потоке, а следовательно, снизить эксплуатационные затраты на проведение процесса.

Предварительная очистка исходного газа от механических и агрессивных примесей перед адсорбцией путем промывки газа абсорбентом, например, водой, а также очистка газа фильтрацией после адсорбции позволяет снизить эрозионный износ оборудования и тем самым улучшить работу теплообменного оборудования и трубопроводов.

Известна установка, на которой реализуется способ глубокой осушки газа, включающая адсорберы с синтетическими цеолитами, холодильник и узел регенерации (см. авторское свидетельство РФ №1153961, B 01 D 53/26, опубл. в официальном бюллетене №17 07.05.85 г.).

Общими признаками известной и предлагаемой установок являются:

- адсорберы с синтетическими цеолитами;

- узел регенерации.

Недостатком известной установки является разрушение сорбента в процессе регенерации за счет попадания с газом таких примесей, как поверхностно-активные вещества (ПАВ) и хлориды щелочных и щелочно-земельных металлов, что приводит к частой замене сорбентов и эрозионному износу оборудования и трубопроводов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является установка для очистки и осушки природного и попутного нефтяного газов с высоким содержанием сероводорода, включающая фильтр для очистки газа от механических примесей и жидкости, абсорбер для промывки и очистки исходного газа от сероводорода, заполненный кольцами Рашига, которые орошают слабым раствором сернистой и серной кислот, и адсорберы, заполненные цеолитами (см. патент РФ №2197318, B 01 D 53/52, опубл. в официальном бюллетене №3 27.01.2003 г.).

Общими признаками известной и предлагаемой установок являются:

- контактный аппарат - абсорбер;

- адсорберы с синтетическими цеолитами;

- узел регенерации;

- соединительные трубопроводы.

Недостатками известной установки являются:

- невозможность стабильного получения низких температур точки росы осушенного газа;

- неизбежное попадание сернистых соединений и серной кислоты на адсорбент, что приводит к разрушению сорбента, его частой замене и, следовательно, к большим эксплуатационным затратам;

- эрозионный износ оборудования и трубопроводов;

- сложность технологической схемы.

Техническая задача заключается в достижении низких температур переработки газа, расширении функциональных возможностей, упрощении технологической схемы и снижении эксплуатационных затрат.

Поставленная задача заключается в том, что в установке глубокой осушки и очистки углеводородных газов, включающей адсорберы, заполненные цеолитами, контактный аппарат и узел регенерации, соединенные трубопроводами, на трубопроводе выхода очищенного и осушенного газа из адсорберов установлен фильтр, а на трубопроводе выхода газа из фильтра установлен клапан перепуска газа, кроме того, контактный аппарат, в котором содержится определенный объем ингибитора гидратообразования, включает барботажное устройство, при этом трубопровод выхода газа из фильтра соединен с барботажным устройством контактного аппарата перед клапаном перепуска газа, а трубопровод выхода газа из контактного аппарата соединен с трубопроводом выхода газа из фильтра после клапана перепуска газа.

Установка дополнительно снабжена устройством для промывки газа, патрубок выхода газа из которого соединен трубопроводами с патрубками входа газа в адсорберы.

Кроме того, на трубопроводах выхода отработанного газа из адсорберов установлены фильтры, соединенные с узлом регенерации.

Заявляемая совокупность признаков установки, последовательное проведение в них процессов, а именно: осушки и очистки газа в адсорберах, при котором удаляется основное количество воды и кислых компонентов, очистки от следов цеолита в фильтре, последующего контактирования части очищенного и осушенного газа с ингибитором гидратообразования путем барботажа газа в раствор ингибитора через барботажное устройство контактного аппарата и соединение содержащего пары ингибитора гидратообразования газа с основной частью потока осушенного и очищенного газа, выходящего после фильтра, позволяет перерабатывать газ при более низких температурах (минус 70°С и ниже), а также значительно сократить расход ингибитора гидратообразования, например, метанола.

Для снижения влияния вредных примесей на проведение процесса перед адсорбционной осушкой газа установлено устройство для промывки газа. Агрессивные примеси, такие как поверхностно-активные вещества (ПАВ) и хлориды щелочных и щелочно-земельных металлов оказывают отрицательное влияние на работу установки осушки и очистки. ПАВ, накапливаясь на поверхности адсорбента, уменьшают его пористость, снижая тем самым осушающую способность. Хлориды при температуре регенерации сорбента и наличии паров воды подвергаются гидролизу с образованием соляной кислоты, которая разрушает адсорбент и тем самым сокращает срок его службы в несколько раз. Использование промывки исходного газа абсорбентом, например водой, позволяет избежать разрушения цеолитов и продлить срок службы сорбента, что ведет к снижению эксплуатационных затрат.

Использование фильтров на трубопроводах выхода отработанного газа из адсорберов позволяет снизить эрозионный износ теплообменного оборудования и трубопроводов, а следовательно, повысить надежность работы установки.

На чертеже представлена принципиальная технологическая схема установки глубокой осушки и очистки углеводородных газов.

Установка содержит устройство 1 для промывки газа, патрубок 2 выхода газа из которого соединен трубопроводами с патрубками 3, 4, 5 входа газа в адсорберы 6, 7, 8, которые работают периодически. Патрубки 9, 10, 11 выхода газа из адсорберов 6, 7, 8 соединены трубопроводом с патрубком 12 входа газа в фильтр 13. На трубопроводе 14 выхода очищенного и осушенного газа из фильтра 13 установлен клапан перепуска газа 15. Патрубок 16 выхода газа из фильтра 13 соединен дополнительным трубопроводом 17, установленным перед клапаном 15, с барботажным устройством 18 контактного аппарата 19, а патрубок 20 выхода газа из контактного аппарата 19 соединен трубопроводом 21 с трубопроводом 14 выхода осушенного и очищенного газа из фильтра 13 после клапана 15. Узел регенерации состоит из фильтров 22, 23, установленных на трубопроводах 24 и 25, теплообменника 26, воздушного холодильника 27, печи 28, сепаратора 29.

Установка работает следующим образом: исходный газ поступает в устройство 1 для промывки газа, где проходит водную промывку, позволяющую значительно снизить содержание в газе не только агрессивных, но и механических примесей, далее газ поступает на адсорбционную осушку, которая проводится по трехадсорберной схеме в адсорберах 6, 7, 8. Адсорберы 6-8 представляют собой вертикальные цилиндрические секционные аппараты, загруженные сорбентом. В качестве сорбента используется комбинированный слой синтетических цеолитов. При работе установки один адсорбер 6 находится в цикле адсорбции, другой адсорбер 7 - регенерации, а третий адсорбер 8 - в цикле охлаждения. Газ на осушку проходит сверху вниз через адсорбер 6, работающий в цикле адсорбции, где осушается до точки росы минус 40 - минус 70°С. После завершения цикла адсорбции адсорбер 6 переводят в цикл регенерации и далее - охлаждения. После адсорбера 6 газ поступает в фильтр 13, где улавливается унесенная потоком газа цеолитная пыль.

Часть потока осушенного и очищенного газа, выходящего после фильтра 13, отбирают перед клапаном 15 и подают по трубопроводу 17 в барботажное устройство 18 контактного аппарата 19 на контактирование в создаваемую зону барботажа через раствор ингибитора гидратообразования, например, метанола. При прохождении через слой ингибитора газ насыщается его парами. Обогащенный парами испаренного метанола газовый поток после контактного аппарата 19 поступает по трубопроводу 21 на соединение после клапана 15 с основной частью потока газа, выходящего из фильтра 13, и далее общий поток осушенного и очищенного газа подается по трубопроводу 14 на дальнейшую низкотемпературную переработку. Комбинированный способ осушки, при котором основное количество воды удаляется адсорбционным способом, с последующим обогащением осушенного газа испаренным метанолом позволяет обеспечивать точку росы по влаге при охлаждении данного потока газа до минус 70°С и ниже (низкотемпературная переработка).

От основной части потока осушенного и очищенного газа, выходящего из фильтра 13, перед клапаном 15 отбирают еще одну часть потока газа, которую направляют по трубопроводу на стадию регенерации и охлаждения в адсорберы 6-8, а другой поток подают на соединение с обогащенным парами испаренного метанола газовым потоком.

Газ охлаждения подается в адсорбер 8 снизу вверх. После адсорбера 8 газовый поток через фильтр 22, теплообменник 26, где нагревается потоком газа регенерации, направляется в печь 28. Нагретый до 350°С газ подается снизу вверх в адсорбер 7 на регенерацию цеолита. Об окончании процесса регенерации судят по стабилизации температуры газа на выходе из адсорбера на уровне 315°С.

Отработанный газ после адсорбера 7 последовательно проходит фильтр 23, теплообменник 26, воздушный холодильник 27, сепаратор 29. Отделившаяся в сепараторе 29 вода сбрасывается в канализацию, а отработанный газ выводится с установки.

Пример. Углеводородный газ следующего состава, об.%: метан - 84,30; этан - 9,22; пропан - 2,98; бутаны - 1,79; пентаны - 0,66; гексан - 0,44; гептан+выше - 0,43. Газ содержит: воду - 1,9 г/нм³, меркаптаны - 0,037 г/нм³, сероводород - 0,175 г/нм³. Газовый поток в количестве 131500 нм³/ч поступает на установку глубокой осушки и тонкой очистки углеводородного газа при давлении 6,0 МПа и температуре 38°С.

Газ, поступающий на установку, содержит ПАВ от 10 до 20 мг/нм³, хлориды щелочных и щелочно-земельных металлов от 0,2 до 0,8 мг/нм³, направляется в устройство 1, где происходит противотоком промывка газа от солей и водорастворимых ПАВ. При промывке газа ПАВ удаляются полностью, а содержание хлоридов снижается до 0,01 мг/нм³. Газ после промывки от агрессивных примесей направляется в один из работающих адсорберов 6-8.

Осушка и очистка газа от сернистых соединений проводится по трехадсорберной схеме в адсорберах 6,7,8. Адсорбер - вертикальный цилиндрический секционный аппарат, загруженный сорбентом. В качестве сорбента используется комбинированный слой синтетических цеолитов NaA и NaX.

Газ проходит сверху вниз адсорбер 6, где осушается до точки росы минус 60°С (содержание воды составляет 0,0002 г/нм) и очищается до остаточного содержания сероводорода - 0,0035 г/нм³, меркаптанов - 0,012 г/нм³. Осушенный и очищенный газ проходит через фильтр 13, где улавливается унесенная потоком газа цеолитная пыль.

Смена циклов адсорберов осуществляется следующим образом: один адсорбер находится в цикле адсорбции, второй - в цикле регенерации, третий - в цикле охлаждения. Продолжительность цикла адсорбции 8 часов. Смена циклов осуществляется через каждые 8 часов.

В качестве газа регенерации и охлаждения используется часть потока осушенного газа в количестве 8-10% от потока, поступающего на установку осушки, или подготовленный газ, или инертный газ со стороны.

Газ охлаждения подается в адсорбер 7 снизу вверх. После адсорбера газовый поток через фильтр 23, теплообменник 26, где нагревается потоком газа регенерации, направляется в печь 28. Нагретый до 350°С газ подается в адсорбер 8 на регенерацию цеолита. Направление потока газа регенерации снизу вверх. При окончании процесса регенерации температура на выходе газа из адсорбера стабилизируется на уровне 315°С.

Отработанный газ регенерации после адсорбера последовательно проходит фильтр 23, теплообменник 26, воздушный холодильник 27, сепаратор 29. Влага из сепаратора сбрасывается в канализацию. Отработанный газ выводится за пределы установки.

Более глубокая осушка газа при его низкотемпературной переработке с использованием турбодетандера (минус 70°С и более) достигается при подаче газа, содержащего испаренный ингибитор гидратообразования, например, метанол. Для этого часть потока осушенного и очищенного газа после фильтра 13 (~50-100 нм₃/ч) подают в контактный аппарат 19, частично заполненный метанолом. Газ барботирует через слой метанола, обогащается его парами (до 10-30 г/нм³) и подается после клапана 15 в основной поток осушенного и очищенного газа на низкотемпературную переработку. При снижении температуры до минус 90°С в процессе низкотемпературной переработки происходит конденсация паров метанола и воды. Остаточное количество свободной воды в газе снижается до 0,000021 г/м³. Расход метанола при применении данной технологии составляет 4-8 т/год, в противном случае для ликвидации образовавшихся гидратов потребуется более 50 т/год.

Изобретение относится к технике и технологии глубокой осушки и очистки углеводородных газов и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности. Способ включает адсорбцию газа и последующее его контактирование с ингибитором гидратообразования, при этом газ после адсорбции подают на фильтрацию от следов адсорбента, затем часть от потока газа, выходящего после фильтрации, подают на контактирование в создаваемую зону барботажа через раствор ингибитора гидратообразования, после чего газ, обогащенный парами ингибитора гидратообразования, соединяют с основной частью потока газа, выходящего после фильтрации. Установка включает адсорберы, заполненные цеолитами, контактный аппарат и узел регенерации, соединенный трубопроводами, при этом на трубопроводе выхода очищенного и осушенного газа из адсорберов установлен фильтр, а на трубопроводе выхода газа из фильтра установлен клапан перепуска газа, кроме того, контактный аппарат, в котором содержится определенный объем ингибитора гидратообразования, включает барботажное устройство, при этом трубопровод выхода газа из фильтра соединен с барботажным устройством контактного аппарата перед клапаном перепуска газа, а трубопровод выхода газа из контактного аппарата соединен с трубопроводом выхода газа из фильтра после клапана перепуска газа. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности способа, сократить расход ингибитора гидратообразования и снизить эксплуатационные затраты. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ глубокой осушки и очистки углеводородных газов, включающий адсорбцию газа и последующее его контактирование с ингибитором гидратообразования, отличающийся тем, что газ после адсорбции подают на фильтрацию от следов адсорбента, затем часть от потока газа, выходящего после фильтрации, подают на контактирование в создаваемую зону барботажа через раствор ингибитора гидратообразования, после чего газ, обогащенный парами ингибитора гидратообразования, соединяют с основной частью потока газа, выходящего после фильтрации.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный газ перед адсорбцией предварительно очищают от механических примесей и агрессивных жидкостей путем промывки абсорбентом, например водой.3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что от основной части потока газа, выходящего после фильтрации, отбирают часть потока газа и направляют на стадию регенерации.4. Установка глубокой осушки и очистки углеводородных газов, включающая адсорберы, заполненные цеолитами, контактный аппарат и узел регенерации, соединенный трубопроводами, отличающаяся тем, что на трубопроводе выхода очищенного и осушенного газа из адсорберов установлен фильтр, а на трубопроводе выхода газа из фильтра установлен клапан перепуска газа, кроме того, контактный аппарат, в котором содержится определенный объем ингибитора гидратообразования, включает барботажное устройство, при этом трубопровод выхода газа из фильтра соединен с барботажным устройством контактного аппарата перед клапаном перепуска газа, а трубопровод выхода газа из контактного аппарата соединен с трубопроводом выхода газа из фильтра после клапана перепуска газа.5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена устройством для промывки газа, патрубок выхода газа из которого соединен трубопроводами с патрубками входа газа в адсорберы.6. Установка по пп.4 и 5, отличающаяся тем, что на трубопроводах выхода отработанного газа из адсорберов установлены фильтры, соединенные с узлом регенерации.