СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ГАЗА, ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНО ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2012 года по МПК F23C99/00 F23D14/66 B01D53/14 F23K5/00 

Изобретение относится к способу непрерывного кондиционирования газа, предпочтительно природного газа, перед его закачкой в трубопровод, в частности в сетевой трубопровод, предназначенный для поставки потребителям, в котором находящийся под давлением газ отбирают из хранилища, расширяют и до или после расширения подогревают до определенной температуры, причем отводимый частичный поток поступающего из хранилища газа смешивают с кислородом и образованный таким образом горючий газ сжигают и за счет отходящей при этом тепловой энергии подогревают поступающий из хранилища газ.

Природный газ при поступлении его из подземных хранилищ для компенсации эффекта Джоуля-Томсона до снижения давления необходимо подогреть. Это возможно при помощи вышеуказанного способа, который описан в ЕР 0920578. При этом необходимую для подогрева теплоту получают за счет каталитического «сжигания» в реакторе части поступающего из хранилища потока. В известном способе в результате каталитической реакции обмена кислорода с горючим газом, например природным газом L (с низким содержанием метана), в сильно низкостехиометрической зоне смешения на катализаторе достигаются температуры непосредственно в газовом потоке до 400°C. Использование тепла происходит смешением горячих газов сгорания как частичного газового потока в основном газовом потоке за реактором. Отводимый из хранилища природный газ имеет давление 70-150 бар при температуре 5-30°C.

Для каталитического «сжигания» в реакторе требуется температура активации, по меньшей мере, от 180°C до 250°C. Для достижения этой температуры отведенный частичный поток поступающего из хранилища газа смешивают с кислородом и каталитически сжигают. Выделенное при этом тепло может быть вновь использовано затем для подогрева поступающего из хранилища газа до температуры, которая позволяет компенсировать возникающий при расширении и связанным с ним охлаждением эффект Джоуля-Томсона.

В известном способе постоянно присутствует опасность того, что реактор, в котором протекает каталитическая реакция обмена горючих газов с выделением тепла, ввиду низких температур поступающего из хранилища природного газа при продувке остается холодным, так что кислород сохраняется в горючем газе, не вступая в реакцию обмена. В принципе, это может быть исключено за счет того, что смесь горючего газа с кислородом подогревают перед расширением до температуры активирования катализатора от 180°C до 250°C. Без этого подогрева известный процесс уже спустя короткое время выйдет из равновесия, так как температура активации ниже регламентируемой. С другой стороны, никогда полностью не может быть исключено воспламенение в процессе дозировки кислорода в горючий газ, здесь природный газ. Опасность этого даже выше, если при температуре активирования реактора ниже регламентируемой кислород остается в горючем газе, так как он не вступил в реакцию обмена. Концентрация кислорода возрастает и вместе с ней также риск самовоспламенения при повышающихся здесь давлениях. То есть обеспечивается безопасная реализация известного способа.

В основе изобретения лежит задача усовершенствования известного способа таким образом, что обеспечивается безопасный режим кондиционирования.

Эта задача решается, согласно изобретению, за счет признаков пункта 1 формулы изобретения. Варианты усовершенствования и предпочтительные формы реализации вытекают из пунктов 2-9 формулы изобретения.

Конструктивное применение заявленного способа, с учетом охлаждения природного газа при расширении, с выполнением входных отверстий расширительных клапанов для охлаждения и смешения газовых потоков до и после второго аппарата (реактора), в сочетании с замерами точки росы на входе и выходе природного газа в предусмотренной для реализации способа установке, обеспечивают выгодный, целенаправленный технологический процесс сепарации воды из природного газа и, вместе с тем, кондиционирования газа относительно точки росы водяного пара, или осушки природного газа.

Далее, этот способ связан со специальными стадиями сепарации посредством многократных циклонов и фильтровальных элементов, а также отводов конденсата для оптимального и надежного технологического процесса и снижения загрязнения выделяемого из природного газа конденсата (воды) высшими углеводородными цепями.

Это представляет существенное экономическое преимущество по сравнению с известным способом газоподготовки или кондиционирования. Отходящие конденсаты сепарируют посредством подключенного на выходе фильтра нефтепродуктов, и их удаляют просто и с оптимальными затратами.

Пользователь извлекает также выгоду из заявленного способа за счет компактной конструкции предусмотренной для его реализации установки в том, что касается производственной площади и себестоимости установки, так как все существенные компоненты установки для кондиционирования поступающего из хранилища природного газа, состоящие из сепаратора, подогревателя, устройства снижения давления газа и замеров, осушки и фильтрации газа уже являются составной частью способа и конструктивно могут быть объединены в устройство.

Отсутствие движущихся частей, таких как насосы и аналогичные устройства, снижает эксплуатационные и ремонтно-профилактические затраты для реализации способа. Комбинирование каталитической реакции обмена кислорода и углеводородов на катализаторе реакционного аппарата с расширением непосредственно в смесительном пространстве и/или тангенциально для охлаждения на входе вокруг второго аппарата, то есть реактора, способствуют оптимальной сепарации конденсатов и конденсации водяного пара из каталитической реакции обмена, без локального генерирования отходящих газов, в частности с расчетным КПД<1,1, при использовании конденсации и удаления водяного пара, а также тепла, выделяемого в связи с конденсацией.

Для сепарации конденсатов из природного газа способ использует преимущество высоких входных давлений природного газа и полезных охлаждений при расширении конденсатов из природного газа. Способ согласно изобретению поддерживает непосредственный подогрев в первом аппарате, а также в зоне подводящих линий во второй аппарат, что позволяет сразу же использовать разбавление или прекращение образования гидратов газа. Если использование падения давления недостаточно для достижения полной конденсации, на входе основного газового потока во второй аппарат в поток природного газа может быть закачен для поддержки абсорбент для связывания водяного пара. Абсорбент, например триэтиленгликоль, удаляется вместе с конденсатом из процесса кондиционирования и может, как и конденсат, улавливаться и затем подготавливаться для повторного использования.

В соответствии со способом регулирование процесса кондиционирования осуществляется на основе контроля точки росы посредством установленных на входе и выходе природного газа в предусмотренном для реализации заявленного способа устройстве замеров на входе и выходе природного газа точки росы, в частности, путем целенаправленного изменения дозировки кислорода и изменения в регулировке расхода посредством регулирующих клапанов основного потока природного газа для тангенциального ввода через подводящие линии и вокруг реактора или подачи непосредственно в зону смешения или смесительное пространство между вторым аппаратом и подключенным последовательно сепаратором. Следовательно, способ является особенно надежным, причем дозировка кислорода в смесительный аппарат может быть дополнена также предохранительным устройством с азотом для гашения.

На чертеже схематично представлен в форме диаграммы течения пример реализации способа согласно изобретению, из которого вытекают другие признаки изобретения.

Кондиционируемый природный газ перед его закачкой в трубопровод 1 детально не показанной распределительной газопроводной сети для поставке потребителям отбирают из также не показанного детально хранилища, и он отводится из хранилища по магистральному трубопроводу 2. Направление движения потока обозначено здесь стрелками.

В точке ответвления 3 от магистрального трубопровода 2 отходит ответвительный трубопровод 4, по которому отводится частичный поток поступающего из хранилища природного газа в смесительный аппарат 5.

По трубопроводу 6 в смесительный аппарат 5 направляется газообразный кислород, который в смесительном аппарате 5 смешивают с подведенным по ответвительному трубопроводу 4 частичным потоком природного газа.

В смесительном аппарате 5 изготовляют, таким образом, горючий газ, который по соответствующему трубопроводу 7 направляется в первый аппарат 8 с закрытыми стенками 9. Первый аппарат образует станцию подогрева, которая выполнена как струйный насос, который включает насосное сопло 10 и смесительное сопло 11. Подведенный по трубопроводу 7 под относительно высоким давлением горючий газ через насосное сопло 10 закачивают в первый аппарат 8, при этом выходящая из насосного сопла 10 свободная струя улавливается смесительным соплом 11 и на своем пути смешивается с находящимися в аппарате 8 отходящими газами и нагревается ими, причем они подаются по всасывающему трубопроводу 12 как частичный поток газа, отходящего из каталитического процесса сжигания.

Нагретая смесь горючего газа по смесительному трубопроводу 13 течет в реакционную камеру 14 второго аппарата, который выполнен как корпус, включающий реактор 14, смесительную камеру 17 и сепаратор 18.

Находящийся в первом аппарате 8 струйный насос по всасывающему трубопроводу 12 всасывает горячий природный газ из реактора 14 и смешивает его с холодным горючим газом, который поступает из смесительного аппарата 5.

Поступающий из магистрального трубопровода 2 по подводящим линиям 21 и 22, с подключенными на входе расширяющими клапанами 19 и 20, в корпус второго аппарата 15 холодный природный газ обтекает реакционный аппарат 14, причем направляют его вокруг реакционного аппарата 14 направляющие элементы 23, которые спирально расположены по его периметру.

Второй аппарат 14 содержит реакционный слой в форме насыпного материала из каталитического зерна, которое обработано в паровой среде в присутствии палладия и/или платины.

По трубопроводу подогрева 13 подогретый горючий газ поступает во второй аппарат 14. Температура при помощи соответствующей автоматики регулируется таким образом, что температура активации реакционного слоя во втором аппарате достигает примерно 180-250°С.

Горючий газ каталитически сгорает, и выделенное при этом тепло по поверхности наружной оболочки передается частично на подаваемый по подводящим линиям 21 и 22 и обтекающий второй аппарат 14 холодный природный газ.

Предприняты обусловленные устройством меры, направленные на смешение на поверхности наружной оболочки подогретого природного газа с подаваемым по подводящей линии 22 холодным природным газом.

Каталитически сжигаемые горючие газы поступают из второго аппарата 14 непосредственно в смесительную камеру 17, где они смешиваются с поступающим по подводящей линии 22 холодным природным газом.

Вследствие этого охлаждения, с одной стороны, на поверхности наружной оболочки реактора 14 и, с другой стороны, за счет перехода горячих горючих газов в холодный природный газ в смесительной камере 17 сразу же происходит образование гидрата с соответствующим выделением конденсата, который отводится по конденсатоотводчикам 24 и 25.

Отведенный из смесительной камеры 17, уже нагретый природный газ протекает через сепаратор 18, при этом в сепараторе 18 продолжается отделение конденсата, а также фильтрация природного газа.

Также сепаратор 18 содержит конденсатоотводчик 26.

Выделяемые в реакторе (14) смесительной камеры (17), а также в сепараторе (18) конденсаты отводят в конденсационные горшки.

Позицией 27 обозначено устройство для поддержки отделения конденсата, посредством которого абсорбент, например триэтиленгликоль, для связывания водяного пара закачивают в газовый поток подводящих линий 21 и 22.

Позицией 28 обозначено предохранительное устройство, которое также контролирует и регулирует подвод кислорода 6.

Точку росы поступающего из хранилища природного газа замеряют, по меньшей мере, на входе в первый аппарат (8) и на выходе из второго аппарата (15) и в зависимости от замеренных значений точки росы изменяют дозировку кислорода и регулировку расхода подаваемого во второй аппарат (15) потока природного газа.

Изменения дозировки кислорода и регулировки расхода осуществляются программным устройством управления.

Датчики для замера точки росы на входе и выходе устройства реализации способа обозначены позициями 29 и 30. Подключения датчиков давления и термочувствительных датчиков обозначены здесь лишь штриховыми линиями.

Изобретение относится к способу непрерывного кондиционирования газа. Способ непрерывного кондиционирования газа, предпочтительно природного газа, перед его закачкой в трубопровод, в частности, в сетевой трубопровод, предназначенный для поставки потребителям, в котором газ, находящийся под давлением, отбирают из хранилища, расширяют и до или после расширения подогревают до определенной температуры, причем отводимый частичный поток поступающего из хранилища газа смешивают с кислородом и образованный таким образом горючий газ каталитически сжигают и за счет отходящей при этом тепловой энергии подогревают поступающий из хранилища газ. Из выделенного при каталитическом сгорании потока горячих отходящих газов отделяют частичный поток отходящих газов и вместе с холодным горючим газом направляют в первый аппарат (8), и горючий газ в первом аппарате (8) смешивают с подведенным частичным потоком отходящих газов и при этом подогревают, и подогретую таким образом смесь отходящих газов и горючего газа из первого аппарата (8) отводят во второй аппарат (15), в котором его подвергают каталитическому сжиганию, теплотой которого нагревают соответственно до желательной температуры поступающий их хранилища и кондиционируемый природный газ. Поступающий из хранилища природный газ расширяют непосредственно перед его закачкой во второй аппарат (15). Расширенный природный газ делят на частичные потоки, из которых, по меньшей мере, один частичный поток прокачивают вокруг реактора (14) второго аппарата (15) и, по меньшей мере, другой частичный поток подают в смесительную камеру (17) второго аппарата (15), причем в смесительную камеру (17) подают одновременно отходящий из реактора (14) частичный поток нагретого природного газа. Покидающий смесительную камеру (17) газовый поток направляется посредством сепаратора (18). Для поддержки отделения конденсата в газовый поток закачивают абсорбент для связывания водяного пара, например триэтиленгликоль. Изобретение позволяет обеспечить безопасный режим кондиционирования. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ непрерывного кондиционирования газа, предпочтительно природного газа, перед его закачкой в трубопровод, в частности в сетевой трубопровод, предназначенный для поставки потребителям, в котором газ, находящийся под давлением, отбирают из хранилища, расширяют и до или после расширения подогревают до определенной температуры, причем отводимый частичный поток поступающего из хранилища газа смешивают с кислородом, и образованный, таким образом, горючий газ каталитически сжигают и за счет отходящей при этом тепловой энергии подогревают поступающий из хранилища газ, отличающийся тем,
что из выделенного при каталитическом сгорании потока горячих отходящих газов отделяют частичный поток отходящих газов и вместе с холодным горючим газом направляют в первый аппарат (8), и горючий газ в первом аппарате (8) смешивают с подведенным частичным потоком отходящих газов и при этом подогревают, и
подогретую таким образом смесь отходящих газов и горючего газа из первого аппарата (8) отводят во второй аппарат (15), в котором его подвергают каталитическому сжиганию, теплотой которого нагревают соответственно до желательной температуры поступающий их хранилища и кондиционируемый природный газ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поступающий из хранилища природный газ расширяют непосредственно перед его закачкой во второй аппарат (15).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что расширенный природный газ делят на частичные потоки, из которых, по меньшей мере, один частичный поток прокачивают вокруг реактора (14) второго аппарата (15) и, по меньшей мере, другой частичный поток подают в смесительную камеру (17) второго аппарата (15), причем в смесительную камеру (17) подают одновременно отходящий из реактора (14) частичный поток нагретого природного газа.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что покидающий смесительную камеру (17) газовый поток направляется посредством сепаратора (18).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что выделяемые в реакторе (14) смесительной камеры (17), а также в сепараторе (18) конденсаты отводят в конденсационные горшки.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что для поддержки отделения конденсата в газовый поток закачивают абсорбент для связывания водяного пара.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве абсорбента используют триэтиленгликоль.

8. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что точку росы поступающего из хранилища природного газа замеряют, по меньшей мере, на входе в первый аппарат (8) и на выходе из второго аппарата (15) и что в зависимости от замеренных значений точки росы изменяют дозировку кислорода и регулировку расхода подаваемого во второй аппарат (15) потока природного газа.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что изменения дозировки кислорода и регулировки расхода осуществляются программным устройством управления.