УСТАНОВКА ПОДГОТОВКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2010 года по МПК B01D53/04 

Изобретение относится к установкам подготовки углеводородного газа с использованием адсорбционной осушки и может найти применение в газовой, нефтяной и других отралях промышленности в процессах подготовки и переработки углеводородных газов.

В процессах подготовки и переработки, где применяются адсорбционные процессы обработки газа, одной из проблем является использование отработанного газа регенерации. Зачастую его отводят с установки и используют в качестве топливного газа, как, например, в способе регенерации цеолита процесса осушки и очистки природного газа от сернистых соединений по патенту РФ №2159663, опуб. 27.11.2000 г.

В других случаях отработанный газ регенерации после отделения влаги вновь вводят в поток газа, подаваемого в установку на осушку. Так, аналогом изобретения является установка осушки газа (Жданова Н.В., Халиф А.Л. «Осушка углеводородных газов», - М.: Химия. - 1984 г., с.133, рис.9.2-а). Установка включает подключенный к линии подачи скомпримированного сырого газа с установленным на ней входным сепаратором через дроссель блок адсорбционной осушки газа, содержащий параллельно соединенные адсорберы, заполненные сорбентом, с линиями подвода сырого газа и отвода осушенного газа, линиями подвода и отвода газа охлаждения и линиями подвода и отвода газа регенерации, а также узел регенерации, включающий установленные на линии подвода газа регенерации рекуперативный теплообменник и печь, а также сепаратор с выходами для отвода воды в нижней части и отвода отработанного газа регенерации в верхней части, который установлен на линии отвода газа регенерации после рекуперативного теплообменника. Выход для отработанного газа регенерации сепаратора подключен к линии подачи скомпримированного сырого газа после входного сепаратора после дросселя.

Общими признаками с заявляемым изобретением является подключение к линии подачи скомпримированного сырого газа с установленным на ней входным сепаратором блока адсорбционной осушки газа, содержащего параллельно соединенные адсорберы, заполненные сорбентом, с линиями подвода сырого газа и отвода осушенного газа, линиями подвода и отвода газа охлаждения и линиями подвода и отвода газа регенерации, а также наличие узла регенерации, включающего установленные на линии подвода газа регенерации рекуперативный теплообменник и аппарат для нагрева газа регенерации, а также сепаратор с выходами для отвода воды в нижней части и отвода отработанного газа регенерации в верхней части, который установлен на линии отвода газа регенерации после рекуперативного теплообменника.

Недостатком такой установки является то, что вследствие подключения выхода для отработанного газа регенерации сепаратора к линии подачи скомпримированного сырого газа после входного сепаратора после дросселя регенерацию цеолита проводят сырым газом, что повышает температуру точки росы осушенного газа и, соответственно, ухудшает качество осушки. Кроме того, вследствие такого подключения давление газа регенерации будет выше давления газа, поступающего на адсорбцию, что снижает эффективность регенерации сорбента.

Известна установка глубокой осушки и очистки углеводородных газов по патенту РФ №2240859, опуб. 27.11.2004 г. Установка содержит подключенный к линии подачи скомпримированного сырого газа блок адсорбционной осушки газа, содержащий параллельно соединенные адсорберы, заполненные сорбентом, с линиями подвода сырого газа и отвода осушенного газа, линиями подвода и отвода газа охлаждения и линиями подвода и отвода газа регенерации. Узел регенерации установки включает установленные на линии подвода газа регенерации фильтр газа охлаждения, соединенный с трубным пространством рекуперативного теплообменника, и печь, а также сепаратор с выходами для воды в нижней части и для отработанного газа регенерации в верхней части, который установлен на линии отвода газа регенерации после фильтра газа регенерации, соединенного с межтрубным пространством рекуперативного теплообменника, и охлаждающего теплообменного аппарата, выполненного в виде аппарата воздушного охлаждения. Кроме того, установка включает устройство для промывки газа от агрессивных примесей и узел ингибирования гидратообразования.

Общими признаками установки подготовки газа с заявляемым изобретением является подключение к линии подачи скомпримированного сырого газа блок адсорбционной осушки газа, содержащей параллельно соединенные адсорберы, заполненные сорбентом, с линиями подвода сырого газа и отвода осушенного газа, линиями подвода и отвода газа охлаждения и линиями подвода и отвода газа регенерации, а также наличие узла регенерации, включающего установленные на линии подвода газа регенерации фильтр газа охлаждения, соединенный с трубным пространством рекуперативного теплообменника, и аппарат для нагрева газа регенерации, а также сепаратор с выходами для воды в нижней части и для отработанного газа регенерации в верхней части, который установлен на линии отвода газа регенерации после фильтра газа регенерации, соединенного с межтрубным пространством рекуперативного теплообменника, и охлаждающего теплообменного аппарата.

Недостатком данного решения является отсутствие утилизации отработанного газа регенерации, что приводит к потерям значительной части обрабатываемого газа или его нерациональному использованию. Снижение выхода осушенного газа с установки в этом случае значительно, т.к. в качестве газа охлаждения и регенерации обычно используется часть потока в количестве не менее 10-15% от объема газа, поступающего на осушку.

Прототипом изобретения является установка осушки и очистки газа, входящая в состав газоперерабатывающего завода (А.М.Чуракаев «Низкотемпературная ректификация нефтяного газа». - М.: Недра, 1989 г., с.5-7), включающая сырьевой компрессор, подключенный линией подачи скомпримированного сырого газа через воздушный холодильник и сепаратор к блоку адсорбционной осушки газа, содержащему параллельно соединенные адсорберы, заполненные сорбентом, с линиями подвода сырого газа и отвода осушенного газа, линиями подвода и отвода газа охлаждения и линиями подвода и отвода газа регенерации, а также узел регенерации, включающий установленный на линии подвода газа регенерации аппарат для нагрева газа регенерации. Установка включает также абсорбер, соединенный с линией отвода газа регенерации через охлаждающий теплообменный аппарат. Выход газа абсорбера подключен к газодувке, которая соединена с линией подачи скомпримированного газа. Кроме того, линия отвода осушенного газа через фильтр связана с блоком низкотемпературной обработки газа, выход газа которого подключен к дожимному компрессору для подачи подготовленного газа в газопровод.

Общими признаками с заявляемым изобретением является наличие в установке подготовки углеводородного газа, подключенного к линии подачи скомпримированного сырого газа от сырьевого компрессора блока адсорбционной осушки газа, содержащего параллельно соединенные адсорберы, заполненные сорбентом, с линиями подвода сырого газа и отвода осушенного газа, линиями подвода и отвода газа охлаждения и линиями подвода и отвода газа регенерации, дожимного компрессора и узла регенерации.

Недостатком данной установки подготовки газа является значительное увеличение нагрузки на адсорберы по влаге за счет подачи отработанного газа регенерации, насыщенного влагой, на линию скомпримированного газа в поток газа, входящий на установку. При этом увеличение объема обрабатываемого газа за счет подачи отработанного газа регенерации на линию подачи скомпримированного газа может достигать 25-30%. Это требует дополнительного объема сорбента и, соответственно, увеличения габаритов адсорберов, что ведет к увеличению металлоемкости оборудования, а значит, и капитальных затрат, а также к увеличению эксплуатационных затрат, связанных, в частности, с дополнительными энергозатратами на обслуживание установки и на дополнительный сорбент.

Технической задачей изобретения является снижение капитальных и эксплуатационных затрат на установку за счет снижения объема поступающего на блок адсорбционной осушки отработанного газа регенерации и снижения его точки росы вследствие подачи основной части отработанного газа регенерации непосредственно в поток осушенного газа благодаря его глубокой обработке в узле подготовки.

Решение технической задачи достигается тем, что установка подготовки углеводородного газа, включающая подключенный к линии подачи скомпримированного сырого газа от сырьевого компрессора блок адсорбционной осушки газа, содержащий параллельно соединенные адсорберы, заполненные сорбентом, с линиями подвода сырого газа и отвода осушенного газа, линиями подвода и отвода газа охлаждения и линиями подвода и отвода газа регенерации, дожимной компрессор и узел регенерации, снабжена узлом подготовки отработанного газа регенерации, включающим установленный на линии отвода газа регенерации блок мембранного разделения, линия выхода ретентата которого подключена к линии подачи газа на дожимной компрессор, установленный на линии выхода осушенного газа с установки, а линия выхода пермеата - к линии подачи сырого газа на сырьевой компрессор, а также установленный перед входом блока мембранного разделения узел очистки отработанного газа регенерации.

При этом узел очистки отработанного газа регенерации включает аппарат тонкой очистки газа от механических примесей и капельной жидкости.

Также аппарат тонкой очистки газа от механических примесей и капельной жидкости выполнен в виде фильтр-сепаратора.

Кроме того, в аппарате тонкой очистки газа от механических примесей и капельной жидкости выход фильтр-сепаратора подключен к нагревательному аппарату.

При этом на линии подачи газа на дожимной компрессор установлен блок низкотемпературной обработки газа, вход которого соединен с линией отвода осушенного газа адсорберов, а выход - с входом дожимного компрессора, а также с линией подвода газа охлаждения к адсорберам.

Наличие в установке узла подготовки отработанного газа регенерации, включающего установленный на линии отвода газа регенерации блок мембранного разделения, линия выхода ретентата которого подключена к линии подачи газа на дожимной компрессор, установленный на линии выхода осушенного газа с установки, а линия выхода пермеата - к линии подачи сырого газа на сырьевой компрессор, а также установленный перед входом блока мембранного разделения узел очистки отработанного газа регенерации, позволяет 70-90% объема отработанного газа регенерации по линии выхода ретентата блока мембранного разделения направить непосредственно в поток осушенного и подготовленного газа на дожимной компрессор для вывода с установки и подачи потребителю, что снижает нагрузку на адсорбционный блок и другое энергоемкое оборудование установки. При этом ценные продукты С_3+в, находящиеся в потоке отработанного газа регенерации, сохраняются и направляются на вход сырьевого компрессора по линии выхода пермеата с блока мембранного разделения, составляющего 10-30% от объема отработанного газа регенерации. Таким образом, учитывая, что доля газа охлаждения и регенерации составляет обычно 10-15% от газа, поступающего на осушку, количество возвращаемого на блок адсорбционной осушки газа будет составлять всего 1-5% от общего сырьевого потока. Следовательно, снижение капитальных затрат будет обусловлено снижением габаритов и мощности, а значит, металлоемкости и стоимости требуемого оборудования установки, а снижение эксплуатационных затрат - снижением энергопотребления для обслуживания оборудования пониженной мощности и уменьшением количества, требуемого для осушки газа адсорбента.

Выполнение в узле подготовки отработанного газа регенерации аппарата тонкой очистки газа от механических примесей и капельной жидкости в виде фильтр-сепаратора позволяет добиться высокой степени очистки газа от твердых и жидких частиц, что требуется для работы мембранного блока.

Подключение в аппарате тонкой очистки газа от механических примесей и капельной жидкости выхода фильтр-сепаратора к нагревательному аппарату способствует снижению капельной жидкости в виде аэрозолей и защищает мембрану.

Наличие блока низкотемпературной обработки газа, вход которого соединен с линией отвода осушенного газа адсорберов, а выход - со входом дожимного компрессора, а также с линией подвода газа охлаждения к адсорберам, позволяет извлекать из осушенного газа продукты С_3+в, в том числе и выделяемые на блоке мембранного разделения, которые в потоке пермеата повторно направляются на установку.

На чертеже представлена принципиальная схема установки.

Установка подготовки углеводородного газа включает установленный на линии подачи сырого газа 1 сырьевой компрессор 2 и входной сепаратор 3 для отделения жидкости, размещенные на входе в установку. Блок адсорбционной осушки содержит параллельно соединенные адсорберы 4, заполненные сорбентом - синтетическим цеолитом. Каждый адсорбер 4 снабжен трубопроводной обвязкой с запорной арматурой, соединяющей его с линией подачи скомпримированного сырого газа 5 и линией отвода осушенного газа 6, линией подвода газа охлаждения 7 и линией отвода газа охлаждения 8, а также линией подвода газа регенерации 9 и линией отвода газа регенерации 10. Установка также включает узел регенерации, включающий фильтр газа охлаждения 11, соединенный с трубным пространством рекуперативного теплообменника 12, нагревательный аппарат 13, а также сепаратор 14 с выходами для отвода воды 15 в нижней части и отвода отработанного газа регенерации 16 в верхней части. Вход сепаратора 14 подключен к линии отвода газа регенерации 10 через фильтр газа регенерации 17, соединенный с межтрубным пространством рекуперативного теплообменника 12, и охлаждающий теплообменный аппарат 18. Установка содержит узел подготовки отработанного газа регенерации, включающий узел очистки отработанного газа регенерации 19, включающий аппарат тонкой очистки газа от механических примесей и капельной жидкости 20, выполненный в виде фильтр-сепаратора, который подключен к выходу 16 отвода отработанного газа регенерации сепаратора 14, и нагревательный аппарат 21, который устанавливается в случаях, когда мелкодисперсные частицы жидкости не улавливаются фильтром. Узел подготовки отработанного газа регенерации 19 установлен перед блоком мембранного разделения 22. В блоке мембранного разделения 22 линия выхода ретентата 23 подключена к линии подачи газа 24 на дожимной компрессор 25, установленный на линии 26 выхода осушенного газа с установки, а линия выхода пермеата 27 - к линии 1 подачи сырого газа на сырьевой компрессор 2, размещенный на входе установки. На линии выхода осушенного газа 6 имеется фильтр 28. Вход блока низкотемпературной обработки газа 29 соединен с линией 6 отвода осушенного газа адсорберов, а выход - с дожимным компрессором 25 линией 24, а также линией 30 с линией 7 подвода газа охлаждения к адсорберам 4.

Установка работает следующим образом. Сырой углеводородный газ поступает на установку, где он компримируется в сырьевом компрессоре 2 и после отделения жидкости во входном сепараторе 3 поступает на осушку в адсорбционный блок. При этом один из адсорберов 4 находится в цикле адсорбции, другой - регенерации адсорбента, а третий - охлаждения. Осушенный газ проходит через фильтр 28, где улавливается пыль сорбента, унесенная из адсорбера, и далее направляется на блок низкотемпературной обработки газа 29 для извлечения С_3+в или сразу на дожимной компрессор 25 через линию 24 для вывода с установки. В качестве газа охлаждения и регенерации используется часть потока в количестве 10-15% от объема осушенного газа, отбираемого после фильтра 28, или отбензиненного газа после блока низкотемпературной обработки газа 29. Газ охлаждения подается по линии 7 в адсорбер 4, находящийся в цикле охлаждения, снизу вверх и после выхода из адсорбера по линии 8 поступает в фильтр 11, где очищается от цеолитной пыли, и далее направляется в межтрубное пространство теплообменника 12, где он дополнительно нагревается за счет тепла газа регенерации, и поступает в нагревательный аппарат 13, откуда по линии 9 поступает на регенерацию сорбента в адсорбер 4, находящийся в цикле регенерации, снизу вверх. Насыщенный влагой отработанный газ регенерации по линии 10 через фильтр 17 поступает в рекуперативный теплообменник 12. Далее газ доохлаждается в охлаждающем теплообменном аппарате 18 и направляется в сепаратор 14, где из него отделяется сконденсированная влага через выход 15, а отработанный газ регенерации выводится через выход 16. Далее отработанный газ регенерации поступает в узел очистки 19 и на вход блока мембранного разделения 22, после которого он делится на ретентат (поток частично осушенного и отбензиненного газа) и пермеат (поток, обогащенный водой и углеводородами С_3+в). Ретентат по линии 23 направляется на прием дожимного компрессора 25, смешивается с основным потоком осушенного газа (и отбензиненного газа - в случае прохождения им блока низкотемпературной обработки) направляется в магистральный газопровод, а пермеат по линии 27 направляется на прием сырьевого компрессора.

Изобретение может быть использовано в газовой и нефтяной промышленности. Установка включает подключенный к линии подачи скомпримированного сырого газа 1 от сырьевого компрессора 2 блок адсорбционной осушки газа, содержащий параллельно соединенные адсорберы 4, заполненные сорбентом. Адсорберы 4 соединены с линиями подвода сырого газа 5 и отвода осушенного газа 6, линиями подвода 7 и отвода 8 газа охлаждения и линиями подвода 9 и отвода 10 газа регенерации. Установка также включает узел регенерации 11-18 и узел подготовки отработанного газа регенерации, состоящий из узла очистки отработанного газа регенерации 19 и блока мембранного разделения 22. Линия выхода ретентата 23 блока мембранного разделения 22 подключена к линии подачи газа 24 на дожимной компрессор 25, установленный на линии выхода осушенного газа 26 с установки, а линия выхода пермеата 27 - к линии подачи сырого газа 1 на сырьевой компрессор 2. Технический результат - снижение капитальных и эксплуатационных затрат на установку. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка подготовки углеводородного газа, включающая подключенный к линии подачи скомпримированного сырого газа от сырьевого компрессора блок адсорбционной осушки газа, содержащий параллельно соединенные адсорберы, заполненные сорбентом, с линиями подвода сырого газа и отвода осушенного газа, линиями подвода и отвода газа охлаждения и линиями подвода и отвода газа регенерации, дожимной компрессор и узел регенерации, отличающаяся тем, что она снабжена узлом подготовки отработанного газа регенерации, включающим установленный на линии отвода газа регенерации блок мембранного разделения, линия выхода ретентата которого подключена к линии подачи газа на дожимной компрессор, установленный на линии выхода осушенного газа с установки, а линия выхода пермеата - к линии подачи сырого газа на сырьевой компрессор, а также установленный перед входом блока мембранного разделения узел очистки отработанного газа регенерации.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел очистки отработанного газа регенерации включает аппарат тонкой очистки газа от механических примесей и капельной жидкости.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что аппарат тонкой очистки газа от механических примесей и капельной жидкости выполнен в виде фильтр-сепаратора.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что в аппарате тонкой очистки газа от механических примесей и капельной жидкости выход фильтр-сепаратора подключен к нагревательному аппарату.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена блоком низкотемпературной обработки газа, вход которого соединен с линией отвода осушенного газа адсорберов, а выход - с входом дожимного компрессора, а также с линией подвода газа охлаждения к адсорберам.