УСТАНОВКА АДСОРБЦИОННОЙ ОСУШКИ ЖИДКИХ МЕРКАПТАНОВ Российский патент 2015 года по МПК B01D53/26 

Установка адсорбционной осушки жидких меркаптанов, которая может быть использована в газоперерабатывающей, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности, в частности, для осушки или предосушки природного одоранта (смеси этил- и пропилмеркаптанов), для осушки сырья, для фракционирования меркаптанов, для осушки концентрата одоранта, при получении природных или синтетических одорантов, для осушки смеси меркаптанов с повышенным содержанием метилмеркаптана.

Одной из важнейших особенностей получения глубоко осушенного одоранта является обеспечение для него низкой температуры помутнения - начала выделения микрокапель воды из объема жидких меркаптанов при охлаждении, которые при отрицательных температурах кристаллизуются; выделившиеся кристаллы льда приводят к забивке аппаратуры и трубопроводов при транспортировке жидких одорантов и топливных газов, обработанных одорантами.

Известен способ получения одорантов, который в качестве одной из стадий процесса содержит установку адсорбционной осушки жидких меркаптанов, включающую обработку жидких меркаптанов адсорбентом в динамических условиях в системе адсорберов и десорберов, работающих попеременно с регенерацией адсорбента после его дезактивации, емкости, холодильники, систему нагрева газа регенерации и трубопроводную систему с клапанами, при этом адсорберы-десорберы заполнены силикагелем марки ШСМГ, осушаемые жидкие меркаптаны проходят через слой силикагеля в двух параллельно работающих адсорберах сверху вниз, десорбция адсорбированной влаги из силикагеля осуществляется в двух параллельно работающих десорберах продувкой слоя силикагеля снизу вверх горячим товарным газом с постепенным повышением его температуры с 45 до 160-170°C с последующим охлаждением слоя силикагеля холодным товарным газом до температуры 45°C (патент на изобретение RU №2317978 С1, С07С 319/02, С07С 319/28, 21.08.2006 г. ). Рассмотренная установка осушки жидких меркаптанов имеет следующие недостатки:

1) использование силикагеля в качестве адсорбента для извлечения влаги из жидких меркаптанов неэффективно в силу того, что, во-первых, средняя фракция (шихта) микропористого гранулированного силикагеля ШСМГ одновременно с молекулами воды неизбежно адсорбирует значительное количество меркаптанов, полярные молекулы которых обладают высоким сродством к адсорбенту в условиях высокой концентрации меркаптанов, что существенно снижает адсорбционную активность силикагеля по воде. Так, например, микропористые силикагели, которые имеют за счет большого объема микропор высокую адсорбционную емкость по воде, при осушке энергетически нейтрального воздуха на уровне 20% масс. (0,2 мл/г), а при сорбции тиофена из растворов в н-гептане с концентрацией тиофена 4-10% снижают адсорбционную емкость по тиофену до уровня 0,04-0,09 мл/г из-за смещения адсорбционного равновесия в сторону преимущественной адсорбции н-гептана (Н.В. Кельцев. Основы адсорбционной техники, М.: Химия, 1976 г., 164 с.). Совместная адсорбция воды и меркаптанов в рассматриваемом аналоге является причиной существенного содержания меркаптанов в порах силикагеля (в 2-5 раз больше содержания воды); меркаптаны в процессе регенерации силикагеля десорбируются совместно с водой, что, во-вторых, приводит к загрязнению газа регенерации меркаптанами и существенными потерями их как целевого продукта;

2) при подаче жидких меркаптанов в адсорберы в слой силикагеля на стадии осушки сверху вниз на начальном этапе заполнения адсорбера сырьем будет происходить самопроизвольный сток жидкости в слое адсорбента, не обеспечивающий стационарных условий гидродинамики и, как следствие, приводящий к неравномерной осушке жидких меркаптанов в стекающих локальных струях жидкости и неравномерной отработке адсорбента в различных зонах слоя силикагеля, что отрицательно скажется при проведении стадии адсорбционной осушки;

3) при десорбции адсорбированной влаги из силикагеля, осуществляемой продувкой слоя силикагеля снизу вверх горячим товарным газом, оставшиеся в слое адсорбента между гранулами силикагеля к началу десорбции жидкие меркаптаны будут выноситься из аппарата вместе с газом регенерации, что приведет к потере с газами значительного количества жидких меркаптанов - около 0,1-0,2 объема слоя адсорбента;

4) десорбция адсорбированной влаги из силикагеля, осуществляемая продувкой слоя силикагеля снизу вверх горячим товарным газом с постепенным повышением его температуры с 45 до 160-170°C, требует реализации нестационарной работы установки для обеспечения переменной температуры горячего товарного газа (в аналоге не охарактеризован способ нагрева товарного газа), нагреваемого, например, в теплообменнике при помощи водяного пара, что потребует непрерывного изменения расхода теплоносителя;

5) проведение десорбции адсорбированной влаги из силикагеля, осуществляемой продувкой слоя силикагеля снизу вверх горячим товарным газом с последующим охлаждением слоя силикагеля до 45°C продувкой слоя силикагеля холодным товарным газом в одном аппарате (десорбере), приводит к разрыву технологического цикла с периодическим нагревом газа в теплообменном аппарате для регенерации силикагеля и соответствующим отключением теплообменного аппарата при охлаждении слоя силикагеля в том же десорбере;

6) неравномерность насыщения слоя силикагеля в адсорбере по ходу потока осушаемых жидких меркаптанов, так как по мере снижения концентрации воды в осушаемом сырье адсорбционная емкость адсорбента постепенно снижается, из-за чего в нижней части слоя силикагель имеет низкую адсорбционную емкость, что приводит к неэффективному использованию адсорбента в целом;

7) при осушке жидких меркаптанов силикагелем ШСМГ обеспечивается температура помутнения не ниже минус 15°C, что усложняет трубопроводную транспортировку природного газа с добавлением одоранта.

Известна установка адсорбционной осушки жидких меркаптанов в виде блока адсорбционной осушки одоранта, включающего обработку жидких меркаптанов адсорбентом, содержащим силикагель, в динамических условиях в системе адсорберов и десорберов, работающих попеременно с регенерацией адсорбента после его дезактивации, емкости, холодильники, систему нагрева газов регенерации и трубопроводную систему с клапанами, с линией подачи одоранта в накопительную емкость, соединенную с параллельно установленными адсорберами, заполненными адсорбентом, верх которых соединен линией выхода газа регенерации через холодильник с сепаратором, верх которого соединен с линией отвода газа регенерации, а низ - с линией отвода воды, при этом низ адсорберов соединен с линиями подачи газа регенерации и выхода осушенного одоранта, причем адсорберы содержат двухслойный адсорбент, верхний слой которого состоит из оксида алюминия, а нижний слой - из силикагеля, блок осушки дополнительно снабжен фильтрами для улавливания механических примесей, установленными на линии выхода осушенного одоранта, и загрузочно-разгрузочной емкостью для слива одоранта, соединенной с низом адсорберов, а в качестве накопительной емкости содержит гравитационный отстойник полочно-трубчатого типа (патент на полезную модель RU №112840 U1, B01D 53/26, B01D 53/02, 27.01.2011). Рассмотренная установка осушки жидких меркаптанов имеет следующие недостатки:

1) использование силикагеля в качестве адсорбента для извлечения влаги из жидких меркаптанов неэффективно в силу того, что, во-первых, средняя фракция (шихта) микропористого гранулированного силикагеля одновременно с молекулами воды неизбежно адсорбирует значительное количество меркаптанов, полярные молекулы которых обладают высоким сродством к адсорбенту в условиях высокой концентрации меркаптанов, что существенно снижает адсорбционную активность силикагеля по воде. Совместная адсорбция воды и меркаптанов в рассматриваемом аналоге является причиной существенного содержания меркаптанов в порах силикагеля (в 2-5 раз больше содержания воды); меркаптаны в процессе регенерации силикагеля десорбируются совместно с водой, что, во-вторых, приводит к загрязнению газа регенерации меркаптанами и существенными потерями их как целевого продукта;

2) использование силикагеля в качестве замыкающего участка слоя адсорбента после слоя оксида алюминия, когда концентрация воды в осушаемых жидких меркаптанах существенно снижается, неэффективно, так как силикагель при низкой концентрации воды имеет незначительную динамическую активность; в промышленных условиях невозможно обеспечить температуру помутнения осушенных жидких меркаптанов на уровне минус 48°C при наличии концевого слоя силикагеля;

3) при подаче жидких меркаптанов в адсорберы в слой последовательно оксида алюминия и силикагеля на стадии осушки сверху вниз на начальном этапе заполнения адсорбера сырьем будет происходить самопроизвольный сток жидкости в слое адсорбента, не обеспечивающий стационарных условий гидродинамики и, как следствие, приводящий к неравномерной осушке жидких меркаптанов в стекающих локальных струях жидкости и неравномерной отработки адсорбента в различных зонах слоев адсорбентов, что отрицательно скажется при проведении стадии адсорбционной осушки;

4) при десорбции адсорбированной влаги из адсорбентов, осуществляемой продувкой слоя последовательно силикагеля и оксида алюминия снизу вверх горячим товарным газом, оставшиеся в слое адсорбента между гранулами адсорбентов к началу десорбции жидкие меркаптаны будут выноситься из аппарата вместе с газом регенерации, что приведет к потере с газами значительного количества жидких меркаптанов - около 0,1-0,2 объема слоя адсорбентов;

5) десорбция адсорбированной влаги из адсорбентов, осуществляемая продувкой слоя силикагеля и оксида алюминия снизу вверх горячим товарным газом с постепенным повышением его температуры с 45 до 300-320°C, требует реализации нестационарной работы электронагревателей для обеспечения переменной температуры горячего товарного газа, кроме того, электронагреватели, легко применимые при пилотных масштабах процесса, для условий промышленной установки становятся слишком крупными потребителями электрической энергии;

6) проведение десорбции адсорбированной влаги из сдвоенного слоя адсорбентов, осуществляемой продувкой слоя адсорбентов снизу вверх горячим товарным газом с последующим охлаждением слоя адсорбентов до 45°C продувкой слоя холодным товарным газом в одном аппарате (десорбере), приводит к разрыву технологического цикла с периодическим нагревом газа в электронагревателе для регенерации слоя адсорбентов и соответствующим отключением электронагревателя при охлаждении слоя адсорбентов в том же десорбере.

Известна также установка адсорбционной осушки жидких меркаптанов, наиболее близкая по сущности заявляемому изобретению, в виде блока адсорбционной осушки одоранта, включающего обработку жидких меркаптанов адсорбентом в динамических условиях в системе адсорберов и десорберов, работающих попеременно с регенерацией адсорбента после его дезактивации, емкости, холодильники, систему нагрева газа регенерации и трубопроводную систему с клапанами, с линией подачи одоранта в накопительную емкость, соединенную с параллельно установленными адсорберами, заполненными адсорбентом, верх которых соединен линией выхода газа регенерации через холодильник с сепаратором, верх которого соединен с линией отвода газа регенерации, а низ - с линией отвода воды, при этом низ адсорберов соединен с линиями подачи газа регенерации и выхода осушенного одоранта, причем адсорберы содержат цеолиты NaA, блок осушки дополнительно снабжен фильтрами для улавливания механических примесей, установленными на линии выхода осушенного одоранта, и загрузочно-разгрузочной емкостью для слива одоранта, соединенной с низом адсорберов, а в качестве накопительной емкости содержит гравитационный отстойник полочно-трубчатого типа (патент на полезную модель RU №106558 U1, B01D 53/26, B01D 53/02, 20.07.2011). Рассмотренная установка осушки жидких меркаптанов имеет следующие недостатки:

1) цеолиты NaA, обладая высокой влагоемкостью, одновременно способны в значительных количествах адсорбировать метан, этан и пропан, поэтому при продувке слоя адсорбента товарным газом при вытеснении жидких меркаптанов из адсорбера перед десорбцией цеолитов произойдет адсорбция некоторого количества углеводородов, что приведет на стадии регенерации адсорбента к образованию недесорбируемых коксоподобных веществ и существенной дезактивации цеолитов NaA в ходе их многоцикловой эксплуатации;

2) при подаче жидких меркаптанов в адсорберы в слой цеолитов NaA на стадии осушки сверху вниз на начальном этапе заполнения адсорбера сырьем будет происходить самопроизвольный сток жидкости в слое адсорбента, не обеспечивающий стационарных условий гидродинамики и, как следствие, приводящий к неравномерной осушке жидких меркаптанов в стекающих локальных струях жидкости и неравномерной отработке адсорбента в различных зонах слоев адсорбентов, что отрицательно скажется при проведении стадии адсорбционной осушки;

3) при десорбции адсорбированной влаги из цеолитов NaA, осуществляемой продувкой слоя адсорбента снизу вверх горячим товарным газом, оставшиеся в слое адсорбента между гранулами адсорбента к началу десорбции жидкие меркаптаны будут выноситься из аппарата вместе с газами регенерации, что приведет к потере с газами значительного количества жидких меркаптанов - около 0,1-0,2 объема слоя адсорбента;

4) десорбция адсорбированной влаги из адсорбента, осуществляемая продувкой слоя цеолитов NaA снизу вверх горячим товарным газом с постепенным повышением его температуры с 45 до 300°C, требует реализации нестационарной работы электронагревателей для обеспечения переменной температуры горячего товарного газа, кроме того, электронагреватели, легко применимые при пилотных масштабах процесса, для условий промышленной установки становятся слишком крупными потребителями электрической энергии;

5) проведение десорбции адсорбированной влаги из слоя адсорбента, осуществляемой продувкой слоя адсорбента снизу вверх горячим товарным газом с последующим охлаждением слоя адсорбента до 45°C продувкой слоя холодным товарным газом в одном аппарате (десорбере), приводит к разрыву технологического цикла с периодическим нагревом газа в электронагревателе для регенерации слоя адсорбентов и соответствующим отключением электронагревателя при охлаждении слоя адсорбента в том же десорбере.

Задачей заявляемого изобретения является разработка способа осушки жидких меркаптанов, отличающегося повышенными технико-экономическими показателями за счет оптимизации технологической схемы установки и формирования таких эксплуатационных особенностей адсорберов, которые обеспечивают интенсификацию процессов, протекающих в основных аппаратах установки.

Для решения поставленной задачи предлагается установка адсорбционной осушки жидких меркаптанов, включающая обработку жидких меркаптанов адсорбентом в динамических условиях в системе адсорберов и десорберов, работающих попеременно с регенерацией адсорбента после его дезактивации, емкости, холодильники, систему нагрева газа регенерации и трубопроводную систему с клапанами, в которой система адсорберов и десорберов содержит в качестве адсорбента цеолиты КА или NaA для обеспечения температуры помутнения осушенных меркаптанов минус 45°C, заполняющие, по меньшей мере, четыре аппарата с функцией адсорбера-десорбера, при этом два аппарата, соединенные последовательно, обеспечивают проведение стадии адсорбционной осушки жидких меркаптанов, когда первый адсорбер находится в режиме адсорбции обеспечения грубой осушки жидких меркаптанов, второй адсорбер находится в режиме тонкой осушки жидких меркаптанов, третий адсорбер обеспечивает регенерацию адсорбента потоком горячего десорбирующего метансодержащего газа, четвертый адсорбер обеспечивает охлаждение адсорбента после регенерации потоком холодного метансодержащего газа, система нагрева газов регенерации представляет собой трубчатую печь, через змеевик которой проходит нагреваемый десорбирующий метансодержащий газ, а трубопроводная система с клапанами функционирует в соответствии с циклограммой процесса осушки жидких меркаптанов, при этом верх адсорберов соединен с линией выхода осушенных жидких меркаптанов и линией подачи десорбирующего метансодержащего газа, а низ адсорберов соединен с линией входа осушаемых жидких меркаптанов из накопительной емкости и линией выхода газа регенерации через холодильник с циклоном, центральная труба которого соединена с линией отвода газа регенерации, а низ соединен линией отвода с отстойником сконденсированной воды и жидких меркаптанов с линией дренажа сконденсированной воды и линией, соединяющей отстойник с накопительной емкостью.

Предложенные для заполнения адсорберов-десорберов в качестве адсорбента цеолиты КА или NaA являются селективными адсорбентами, которые кроме воды способны адсорбировать только водород и гелий, отсутствующие в осушаемых жидких меркаптанах. В связи с этим, весь адсорбционный объем цеолитов КА или NaA будет заполняться только молекулами воды, что позволит минимизировать необходимый объем адсорбента на установке для обеспечения глубины осушки жидких меркаптанов до достижения температуры помутнения минус 45°C и, соответственно, размеры адсорберов-десорберов. Температура помутнения жидких меркаптанов, как тиоспиртов, минус 45°C близка к характеристике растворимости воды в спиртах, так, например, температура помутнения изоамилового спирта при минус 45°C соответствует концентрации воды в нем около 2000 ppm (Luft N.W. Industrial chemist, 1957, №2, р. 446), то есть 0,2% об., тогда как цеолиты КА обеспечивают значительно меньшее содержание остаточной воды в осушаемых органических жидкостях (Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1976, 340 с.).

Замена двух параллельно работающих в аналоге адсорберов на два последовательно работающих адсорбера позволяет дополнительно уменьшить расход адсорбента на очистку за счет увеличения коэффициента эффективности использования адсорбционного потенциала адсорбента К_Э. При работе двух параллельно работающих адсорберов с высотой слоя адсорбента L по слою в направлении движения осушаемого потока со скоростью v перемещается зона массопередачи длиной L⁰, при этом эффективность использования адсорбционного потенциала адсорбента К_Э составляет:

K_Э=(L-L⁰)/L.

Увеличение глубины осушки от начальной концентрации адсорбируемой примеси С_НАЧ до конечной концентрации С_КОН приводит к соответствующему возрастанию длины зоны массопередачи, так, десятикратное увеличение глубины осушки С_НАЧ/С_КОН с 10 до 100 приводит к двух-трехкратному возрастанию величины L⁰.

При работе двух последовательно работающих адсорберов с суммарной высотой слоя адсорбента 2L по слою в направлении движения осушаемого потока со скоростью 2v перемещается зона массопередачи длиной (L⁰-2^0,5), при этом эффективность использования адсорбционного потенциала адсорбента К_Э составляет:

В таблице 1 представлены данные при параллельном и последовательном соединениях адсорберов, а также приведен прирост эффективности при последовательном соединении адсорберов от длины зоны массопередачи. Как следует из таблицы 1, последовательное соединение двух адсорберов приводит к росту эффективности использования адсорбционного потенциала адсорбента К_Э, причем при увеличении длины зоны массопередачи L⁰ величина К_Э существенно возрастает, приводя, например, к росту величины К_Э до 70% при длине зоны массопередачи (L⁰), равной 5 м, и последовательном соединении двух адсорберов высотой 10 м каждый.

Использование на стадии адсорбции двух последовательно соединенных адсорберов, с высотой слоя адсорбента, например, 10 м каждый и загрузкой 6 тонн адсорбента, вместо одного адсорбера с высотой слоя адсорбента 20 м и загрузкой 12 тонн адсорбента при продолжительности стадии адсорбции в обоих случаях 12 часов с идентичными результатами осушки жидких меркаптанов (производительность установки, емкость адсорбента, глубина осушки меркаптанов) приводит к дополнительной экономии на затратах на адсорбент: при двух последовательно соединенных адсорберах с загрузкой 6 тонн адсорбента в каждый можно использовать четырехаппаратную схему установки, в которой два адсорбера работают на стадии адсорбции, один из адсорберов на стадии регенерации адсорбента, а другой адсорбер работает на стадии охлаждения адсорбента с общей загрузкой адсорбента в четыре аппарата 24 тонн, тогда как при использовании на стадии адсорбции одного большого адсорбера придется использовать трехколонную схему установки с одинаковыми по размерам аппаратами, работающими соответственно на стадиях адсорбционной осушки меркаптанов, регенерации адсорбента и охлаждения адсорбента с общей загрузкой адсорбента 36 тонн.

Перемещение осушаемых жидких меркаптанов в слое адсорбента снизу вверх, а метансодержащих газов десорбции сверху вниз улучшает гидродинамическую обстановку в адсорберах-десорберах: в первом случае отсутствуют локальные потоки жидкости и обеспечивается равномерное заполнение слоя адсорбента меркаптанами, а во втором случае направление движения газов регенерации совпадает с направлением действия гравитационных сил, воздействующих на капли жидкой фазы в межгрануляционном пространстве, что ускоряет просушку слоя адсорбента на стадии регенерации.

Нагрев газа регенерации в трубчатой печи вместо электронагревателей позволяет перейти с дорогого энергоносителя (электроэнергии) на дешевое топливо - некондиционные метансодержащие газы как отходы процесса получения одоранта.

Замена гравитационного сепаратора на циклон при отделении конденсата воды и меркаптанов из метансодержащего газа регенерации после его охлаждения в холодильнике позволяет обеспечить тонкую очистку отходящего газа в первую очередь от микрокапель меркаптанов, что, как следствие, приводит к более высокому уровню защиты окружающей среды, поскольку центробежная сила, как движущая сила процесса разделения неоднородной среды в циклоне, в 10-15 раз превышает силу тяжести, обеспечивающей разделение в сепараторе.

Желательно для возможности варьирования в широком диапазоне технологических параметров работы установки адсорбционной осушки жидких меркаптанов, чтобы линии перемещения жидких меркаптанов могли функционировать при давлении 6-40 атм. и температуре 25-50°C, а линии перемещения десорбирующего метансодержащего газа могли функционировать при давлении 6-40 атм и температуре 320-350°C. Так, например, с позиций повышения эффективности десорбции влаги из цеолитов целесообразно понижение давления десорбирующего метансодержащего газа, а с позиций интенсификации его нагрева в трубчатой печи - повышение давления десорбирующего метансодержащего газа, что уменьшить размеры печи, повышение температуры адсорбционного процесса до 45-50°C полезно, так как при этом повышается коэффициент диффузии адсорбируемой воды, что интенсифицирует кинетику адсорбции цеолитами КА. Конкретное решение о значениях технологических параметров процесса осушки жидких меркаптанов определяется экономической целесообразностью.

Целесообразно также, для обеспечения гибкости работы установки адсорбционной осушки жидких меркаптанов обеспечить возможность ее работы при необходимости заменой цеолитов КА в системе адсорберов и десорберов на цеолиты NaA, при этом высота слоя цеолитов NaA в адсорберах L_NaA для компенсации дезактивации цеолитов NaA в процессе регенерации десорбирующим метансодержащим газом рассчитывается по уравнению:

где L_KA - расчетная высота слоя цеолитов КА в адсорберах;

$$L_{KA}^0$$ - длина зоны массопередачи цеолитов КА при технологических параметрах осушки жидких меркаптанов;

$$L_{NaA}^0$$ - длина зоны массопередачи цеолитов NaA при технологических параметрах осушки жидких меркаптанов;

K_D - коэффициент дезактивации цеолитов NaA по сравнению с цеолитами KA (K_D>1).

На фигуре 1 представлена схема установки, на которой может быть реализован заявляемый способ осушки жидких меркаптанов. Установка включает следующие аппараты и трубопроводы:

101-105 - емкости;

106-108 - насосы;

109-111 - фильтры;

112 - печь;

113-114 - теплообменники;

115 - воздушный холодильник;

116 - циклон;

117-120 - адсорберы;

1-33 - трубопроводы.

Установка, реализующая заявляемый способ осушки жидких меркаптанов, функционирует следующим образом. Жидкие меркаптаны по трубопроводу 1 поступают в отстойник-разделитель 101, где производится их отстой и отделение от меркаптанов воды, которая отводится с установки по трубопроводу 31. Далее жидкие меркаптаны по трубопроводу 2 поступают в насос 106, после которого по трубопроводу 3 направляются в теплообменник 114, откуда нагретые до 40-50°C жидкие меркаптаны по трубопроводу 4 и 6 поступают в промежуточную емкость 103 до полного ее заполнения. В это время метановая фракция (метансодержащий газ) под давлением 6-40 атм., поступающая по трубопроводам 7 и 8 в емкость 102, вытесняет меркаптаны из емкости, которые далее по трубопроводам 10 и 12 поступают в адсорбер, находящийся в режиме адсорбции грубой осушки 117. Емкости 102, 103 представляют собой горизонтальные цилиндрические пустотелые аппараты, заполняемые жидкими меркаптанами по трубопроводам 5 и 6 и разгружающие меркаптанами по очереди по трубопроводам 10 и 11. Адсорберы 117-120 представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты, заполненные адсорбентом-цеолитом КА или NaA и работающие в соответствии с циклограммой процесса (фиг. 2). На установке реализован периодический процесс адсорбции, то есть насыщенный адсорбент, потерявший активность, подвергается периодической регенерации и охлаждению. Блок адсорберов осушки жидких меркаптанов включает в себя четыре адсорбера и работает по четырехсорберной схеме: адсорбера 117 и 118 находятся в режиме адсорбции (грубая и тонкая осушки), адсорбер 119 - в режиме регенерации, адсорбер 120 - в режиме охлаждения. По окончании стадии адсорбции адсорбер переключают в режим регенерации адсорбента, затем в режим охлаждения.

В адсорберах 117 и 118 происходит поглощение адсорбентом растворенной воды, содержащейся в жидких меркаптанах, при температуре 40-50°C. Жидкие меркаптаны проходят слой адсорбента в адсорбере 117 и направляются по трубопроводу 13 в адсорбер тонкой осушки 118, далее осушенные меркаптаны по трубопроводу 14 поступают в фильтр 111 для очистки от унесенных частиц цеолита и по трубопроводу 15 отводятся с установки.

Перед началом регенерации проводят слив жидких меркаптанов из адсорбера, находящегося в режиме адсорбции грубой осушки 117 по трубопроводу 16 в промежуточную емкость 105, путем вытеснения меркаптанов метановой фракцией (метансодержащим газом), поступающей по трубопроводам 7 и 19 под давлением 6-40 атм. Жидкие меркаптаны из промежуточной емкости 105 по трубопроводу 17 поступают в насос 107, а затем направляются в промежуточную емкость 103 по трубопроводу 18, а метановая фракция по трубопроводу 20 отводится с установки.

Метановая фракция (метансодержащий газ) под давлением 6-40 атм. и температуре 25-40°C подается по трубопроводам 7 и 19 в адсорбер 120 для охлаждения цеолита от 350-320°C до 40-45°C, после которого нагретая метановая фракция очищается от унесенных частиц пыли в фильтре 110, далее поток метановой фракции нагревается по следующей схеме: по трубопроводу 21 поступает в теплообменник 113, после которого частично нагретая метановая фракция по трубопроводу 22 направляется в печь 112, на форсунки которой по трубопроводу 32 подается топливный газ. Далее нагретая до температуры 330-350°C метановая фракция по трубопроводу 23 поступает в адсорбер 119, находящийся в режиме регенерации для регенерации цеолита. После адсорбера 119 метановая фракция направляется на очистку от унесенных частиц цеолита в фильтр 109. Охлаждение метановой фракции после регенерации цеолита происходит по следующей схеме: по трубопроводу 24 метановая фракция направляется в рекуперативный теплообменник 113, далее по трубопроводу 25 - в воздушный холодильник 115, после которого по трубопроводу 26 в теплообменник 114. Охлажденная в теплообменнике 114 до 40-50°C метановая фракция по трубопроводу 27 поступает в циклон 116, где происходит отделение метановой фракции от сконденсированных в теплообменнике 114 жидкие меркаптаны и воды. Очищенная метановая фракция после циклона 116 по трубопроводу 28 отправляется в коллектор топливной сети, а жидкие меркаптаны и вода по трубопроводу 29 направляются в емкость 104 для разделения. Отстоявшая вода из емкости 104 отводится с установки по трубопроводу 33, а жидкие меркаптаны по трубопроводу 30 поступают в насос 108 и далее по трубопроводу 18 перекачиваются в промежуточную емкость 103.

Анализ технологических и массообменных особенностей адсорбционной очистки и результаты расчетов подтверждает, что заявляемое изобретение решает задачу оптимизации технологической схемы установки и формирования таких эксплуатационных особенностей адсорберов и других аппаратов, которые обеспечивают интенсификацию процессов за счет специфики взаимосвязи высоты слоя адсорбента, длины зоны массопередачи и скорости осушаемого потока, перевода адсорберов с параллельного на последовательный режим работы, повышения уровня защиты окружающей среды от выбросов меркаптанов и возможность взаимозаменяемости применяемых адсорбентов.

Таблица 1 L⁰,
м Параллельное соединение адсорберов Последовательное соединение адсорберов Прирост эффективности при последовательном соединении адсорберов L/L⁰ К_Э 2L/(L⁰·2^0,5) К_Э абсолютный относительный, % 1 10,00 0,90 14,13 0,93 0,03 3,30 2 5,00 0,80 7,06 0,86 0,06 7,50 3 3,33 0,70 4,71 0,79 0,09 12,80 4 2,50 0,60 3,54 0,72 0,12 20,00 5 2,00 0,50 2,82 0,65 0,15 30,00 6 1,66 0,40 2,40 0,58 0,18 45,00 7 1,43 0,30 2,02 0,51 0,21 70,00

Установка адсорбционной осушки жидких меркаптанов может быть использована в газоперерабатывающей, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности, в частности, для осушки или предосушки природного одоранта. На установке в качестве адсорбента используются цеолиты КА или NaA, заполняющие, по меньшей мере, четыре аппарата с функцией адсорбера-десорбера, при этом осушка жидких меркаптанов проводится в двух адсорберах, соединенных последовательно, первый адсорбер обеспечивает грубую осушку меркаптанов, второй адсорбер обеспечивает тонкую осушку меркаптанов; регенерация адсорбента проводится в третьем адсорбере потоком горячего десорбирующего метансодержащего газа, а охлаждение адсорбента после регенерации - потоком холодного метансодержащего газа в четвертом адсорбере. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Установка адсорбционной осушки жидких меркаптанов, включающая обработку жидких меркаптанов адсорбентом в динамических условиях в системе адсорберов и десорберов, работающих попеременно с регенерацией адсорбента после его дезактивации, емкости, холодильники, систему нагрева газа регенерации и трубопроводную систему с клапанами, отличающаяся тем, что система адсорберов и десорберов содержит в качестве адсорбента цеолиты КА или NaA, заполняющие, по меньшей мере, четыре аппарата с функцией адсорбера-десорбера, при этом два аппарата, соединенные последовательно, когда первый адсорбер находится в режиме адсорбции грубой осушки жидких меркаптанов, второй адсорбер находится в режиме тонкой осушки жидких меркаптанов, третий адсорбер находится в режиме регенерации адсорбента потоком горячего десорбирующего метансодержащего газа, четвертый адсорбер находится в режиме охлаждения адсорбента после регенерации потоком холодного метансодержащего газа, система нагрева газов регенерации представляет собой трубчатую печь, через змеевик которой проходит нагреваемый десорбирующий метансодержащий газ, при этом верх адсорберов соединен с линией выхода осушенных жидких меркаптанов и линией подачи десорбирующего метансодержащего газа, а низ адсорберов соединен с линией входа осушаемых жидких меркаптанов из накопительной емкости и линией выхода газа регенерации через холодильник с циклоном, центральная труба которого соединена с линией отвода газа регенерации, а низ соединен линией отвода с отстойником сконденсированной воды и жидких меркаптанов с линией дренажа сконденсированной воды и линией, соединяющей отстойник с накопительной емкостью.

2. Установка по п. 1 отличается тем, что линии перемещения жидких меркаптанов функционируют при давлении 6-40 атм. и температуре 25-50°C, а линии перемещения десорбирующего метансодержащего газа функционируют при давлении 6-40 атм. и температуре 320-350°C.

3. Установка по п. 1 отличается тем, что высоту слоя цеолитов NaA в адсорберах L_NaA для компенсации дезактивации цеолитов NaA в процессе регенерации десорбирующим метансодержащим газом рассчитывают по уравнению:
L_NaA=L_KA•L⁰ _NaA•K_D/L⁰ _KA,
где L_KA - расчетная высота слоя цеолитов КА в адсорберах;
L⁰ _KA - длина зоны массопередачи цеолитов КА при технологических параметрах осушки жидких меркаптанов;
L⁰ _NaA - длина зоны массопередачи цеолитов NaA при технологических параметрах осушки жидких меркаптанов;
K_D - коэффициент дезактивации цеолитов NaA по сравнению с цеолитами КА (K_D>1).