ОСУШЕНИЕ ГАЗА С ПОМОЩЬЮ СМЕШАННЫХ СЛОЕВ АДСОРБЕНТА/ОСУШИТЕЛЯ Российский патент 2023 года по МПК B01D53/26 

Изобретение относится к улучшенным способам удаления воды из потоков газа и к улучшенным слоям адсорбента.

Уровень техники

Термин «природный газ» применяется к газу, добываемому из подземных скоплений, с широко варьирующимся составом. Основной составляющей природного газа является метан. Помимо метана, природный газ обычно включает другие углеводороды, азот, диоксид углерода, воду и иногда небольшую долю сероводорода. Углеводородные составляющие включают этан (С₂), пропан (C₃), бутан (С₄), пентан (С₅), гексан (C₆), гептан (С₇) и т.д. Углеводороды, имеющие 5 или больше атомов углерода, обозначаются как С₅₊. Углеводороды, имеющие 2 или больше атомов углерода, обозначаются как С₂₊. Сжиженный природный газ (NGL - natural gas liquids) содержит углеводороды, имеющие 3 или более атома углерода (С₃₊). Компоненты потока природного газа, отличающиеся от метана, называют «примесями».

Более легкие составляющие, от C₁ до С₄ включительно, при атмосферных температуре и давлении находятся в газовой фазе. Более тяжелые компоненты, С₅₊, находятся в газовой фазе при повышенных температурах во время добычи из подземных пластов и в жидкой фазе, когда газовая смесь охлаждается.

Удаление примесей, в частности воды, диоксида углерода и углеводородов, из потоков природного газа важно для предотвращения проблем, которые могут возникнуть во время их обработки. Обработка природного газа включает использование низких температур, требующих удаления воды и диоксида углерода для предотвращения образования замороженных твердых частиц.

Удаление воды из потоков природного газа осуществляется путем контактирования потока природного газа со слоем адсорбента. Адсорбция примесей из газовой смеси при помощи твердых адсорбентов с термической точки зрения является экзотермическим процессом, известным как адсорбция с колебаниями температуры (TSA - thermal swing adsorption). Время от времени адсорбент необходимо регенерировать, применяя подачу тепла, которая служит для удаления адсорбированного материала с внутренней поверхности и из пор адсорбента. Для завершения регенерации адсорбент охлаждают до его начальной температуры.

Как правило, в процессах очистки природного газа предусматриваются два или более адсорбционных слоя, в некоторых вариантах осуществления - три; один в режиме адсорбции, один из них регенерируется при повышенной температуре (режим регенерации), а один из них охлаждается после регенерации (режим охлаждения). В конкретном процессе один адсорбционный слой регенерируется путем пропускания набегающего потока необработанного природного газа при повышенной температуре над этим слоем, так что адсорбированные примеси удаляются. Набегающий поток сначала проходит через слой, который следует охладить, затем нагревается и проходит через слой, который подлежит регенерации. Этот набегающий поток поглощает примеси, которые удаляются из слоя адсорбента в режиме регенерации. Загрязненный набегающий поток затем пропускается через воздушно-водяной охладитель, и конденсированные примеси отделяются. Выделенный газ подается обратно в цикл в поток природного газа, подлежащего обработке, выше по потоку от адсорбционного слоя, работающего в режиме адсорбции.

В процессах регенерации с колебаниями температуры слои адсорбента подвергаются вредному влиянию повторяющегося воздействия повышенных температур, а также стекающей обратно сконденсированной воды внутри резервуара, в котором находится слой. Во время регенерации горячий газ, насыщенный углеводородами и водой, вступает в контакт с верхней частью слоя адсорбента и резервуаром, что приводит к конденсации. Конденсированные жидкости вступают в контакт с поступающим газом, что приводит к стеканию сконденсированной воды обратно в резервуар. Стекающая обратно сконденсированная вода при контакте с молекулярными ситами слоя адсорбента ускоряет изнашивание этого слоя.

Существует потребность в улучшенных способах и системах для удаления примесей, включающих воду, из потоков природного газа. Также существует потребность в улучшенных способах и системах для удаления воды из других потоков газа, включая потоки олефиновых газов, потоки газообразного диоксида углерода и т.д.

Краткое описание изобретения

Соответственно этому, раскрывается смешанный слой адсорбента/осушителя, эффективный для удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа, причем этот слой имеет осевую длину, диаметр, объем, входной конец и выходной конец, где от 0 до около 99% объема слоя от входного конца по направлению к выходному концу содержат один или несколько осушителей и практически не содержат адсорбентов и где оставшийся объем слоя включает в себя смесь, содержащую около от 1% об. (объемные проценты) до около 99% об. одного или нескольких адсорбентов и около от 99% об. до 1% об. одного или нескольких осушителей, в пересчете на общий объем смеси.

Также раскрывается смешанный слой адсорбента/осушителя, эффективный для удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа, причем этот слой имеет осевую длину, диаметр, объем, входной конец и выходной конец, где при термической регенерации емкость адсорбента не превышается.

Также раскрывается смешанный слой адсорбента/осушителя, эффективный для удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа, причем этот слой имеет осевую длину, диаметр, объем, входной конец и выходной конец, где при термической регенерации присутствует меньше свободной воды по сравнению с таким же слоем, не содержащим осушителя.

Также раскрывается система для удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа; причем эта система включает один или несколько смешанных слоев адсорбента/осушителя.

Также раскрывается способ удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа, причем этот способ включает в себя направление потока влажного газа через один или несколько смешанных слоев адсорбента/осушителя или направление потока влажного газа через систему, включающую один или несколько этих смешанных слоев.

Краткое описание чертежей

Раскрытие иллюстрируется на прилагаемых чертежах в качестве примера, а не в качестве ограничения. Для простоты и ясности отличительные признаки, показанные на чертежах, не обязательно изображены в масштабе. Например, размеры некоторых отличительных признаков для ясности могут быть преувеличены относительно других отличительных признаков. Кроме того, там, где это сочли целесообразным, ссылочные обозначения повторяются между чертежами для обозначения соответствующих или аналогичных элементов.

Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение резервуара, содержащего смешанный слой адсорбента/осушителя, в одном варианте осуществления изобретения.

Фиг. 2 представляет собой схематичное изображение резервуара, содержащего смешанный слой адсорбента/осушителя, в одном варианте осуществления изобретения.

Фиг. 3 изображает профиль слоя из примера 1 частично на протяжении стадии регенерации.

Фиг. 4 изображает профиль слоя из примера 2 частично на протяжении стадии регенерации.

Подробное раскрытие изобретения

Предлагаемые смешанные слои адсорбента/осушителя подходящим образом используются при обработке потоков газа; другими словами, для удаления воды или «осушки» потоков газа. Удаление воды из потоков газа требуется, например, для предотвращения коррозии, для последующей (находящейся ниже по потоку) низкотемпературной обработки и т.д.

Потоки газа включают потоки олефинов, содержащие преимущественно этилен, пропилен или их смеси. Осушка потоков олефинов необходима для последующих процессов, находящихся ниже по потоку.

Потоки газа также включают потоки диоксида углерода или потоки, содержащие диоксид углерода. В некоторых вариантах осуществления потоки, содержащие диоксид углерода, могут представлять собой потоки газа, содержащие диоксид углерода и сжиженный природный газ (NGL), которые должны быть высушены перед дальнейшей обработкой, в определенных вариантах осуществления высушены до низкотемпературных технических требований для установки по выделению NGL. Осушка СО₂ дает возможность сжатия и транспортировки при предотвращении проблем с коррозией.

В некоторых вариантах осуществления потоки газообразного диоксида углерода и потоки газа, содержащие диоксид углерода, могут содержать от около 20% мольн., около 25% мольн., около 30% мольн., около 35% мольн., около 40% мольн., около 45% мольн. или около от 50% мольн. до около 55% мольн., около 60% мольн., около 65% мольн., около 70% мольн., около 75% мольн., около 80% мольн., около 85% мольн., около 90% мольн., около 95% мольн. или около 100% мольн. СО₂. Оставшаяся часть представляет собой, например, природный газ. Газообразный диоксид углерода может быть использован, например, для процессов увеличения нефтеотдачи.

Потоки газа включают потоки природного газа, которые требуют осушки перед дальнейшей обработкой, например, перед процессами выделения NGL, расположенными ниже по потоку, или операциями со сжиженным природным газом.

Потоки газа, подлежащие осушке (потоки «влажного» газа), содержат воду на уровне от около 10% до около 100% относительной влажности (RH). В некоторых вариантах осуществления относительная влажность потоков газа перед осушкой может составлять от около 10%, около 15%, около 20%, около 25%, около 30%, около 35%, около 40%, около 45% или около от 50% до около 55%, около 60%, около 65%, около 70%, около 75%, около 80%, около 85%, около 90%, около 95% или около 100%.

Потоки осушенного газа в соответствии с настоящими способами могут, в некоторых вариантах осуществления, содержать ≤5,0, ≤4,5, ≤4,0, ≤3,5, ≤3,0, ≤2,5, ≤2,0, ≤1,5, ≤1,0, ≤0,5, ≤0,4, ≤0,3, ≤0,2, ≤0,10, ≤0,08 или ≤0,07 частей на миллион воды, в пересчете на молярное количество. Термин «осушка» означает удаление воды.

В определенных вариантах осуществления предлагаемые смешанные слои адсорбента/осушителя могут подходящим образом использоваться при переработке исходного газового сырья природного газа на установке по получению природного газа, который в конечном итоге перерабатывается в газообразный продукт для конечного потребления или «товарный газ». Сжиженный природный газ также может извлекаться в этом процессе. В определенных вариантах осуществления установка по переработке природного газа и газа для продажи может представлять собой турбодетандерную установку.

Переработка природного газа подразумевает низкие температуры, которые требуют, чтобы исходный газ был осушенным. Как правило, подаваемый природный газ осушают, направляя этот подаваемый газ через одну или несколько сушильных колонн, содержащих твердые осушающие агенты. Влажный природный газ пропускается через колонну, например, сверху вниз. Осушающие агенты задерживают воду, а сухой газ выходит из колонны для дополнительной обработки.

Предлагаемые смешанные слои адсорбента/осушителя содержат осушители и адсорбенты в качестве дегидратирующих (осушающих) агентов. Эти осушающие агенты способны адсорбировать воду обратимо.

В некоторых вариантах осуществления смешанные слои адсорбента/осушителя могут содержать около от 1% об. (объемные проценты), около 3% об., около 5% об., около 10% об., около 20% об., около 25% об., около 30% об., около 35% об., около 40% об., около 45% об. или около 50% об. до около 55% об., около 60% об., около 65% об., около 70% об., около 75% об., около 80% об., около 85% об., около 90% об., около 95% об., около 97% об. или около 99% об. адсорбентов, в пересчете на общий объем адсорбентов и осушителей.

Смешанные слои адсорбента/осушителя в некоторых вариантах осуществления содержат от около 1% об., около 3% об., около 5% об., около 10% об., около 15% об., около 20% об., около 25% об., около 30% об., около 35% об. или около 40% об. до около 45% об., около 50% об., около 55% об., около 60% об., около 65% об., около 70% об., около 75% об., около 80% об., около 85% об., около 90% об., около 95% об., около 97% об. или около 99% об. осушителей, в пересчете на общий объем адсорбентов и осушителей.

В некоторых вариантах осуществления объемное соотношение адсорбентов и осушителей в предлагаемых смешанных слоях адсорбента/осушителя может составлять около от 99:1, около 95:5, около 9:1, около 8:1, около 7:1, около 6:1. около 5:1 или около 4:1 до около 3:1, около 2:1, около 1:1, около 1: 2, около 1:3, около 1:4, около 1:5, около 1: 6 около 1:7, около 1:8, около 1:9, около 5:95 или около 1:99. В некоторых вариантах осуществления объемное соотношение адсорбентов и осушителей в предлагаемых смешанных слоях адсорбента/осушителя может составлять от около 9:1, около 8:1, около 7:1, около 6: 1, около 5:1 или от около 4:1 до около 3:1, около 2:1, около 1:1, около 1:2 или около 1:3. В некоторых вариантах осуществления имеется большее количество адсорбентов и меньшее количество осушителей, причем объемное соотношение адсорбентов и осушителей составляет от около 9:1 до около 2:1.

Осушители и адсорбенты определяются таким образом, что при относительной влажности около 10% адсорбенты адсорбируют больше воды, чем осушители, а при относительной влажности около 90% осушители адсорбируют больше воды, чем адсорбенты, в условиях окружающей среды, причем количество воды представляет собой массу воды на единицу массы адсорбентов или осушителей соответственно. Условия окружающей среды представляют собой 25°C и давление в 1 атмосферу.

В определенных вариантах осуществления адсорбенты могут адсорбировать больше воды, чем осушители при относительной влажности от около 10% до около 30%, а осушители могут адсорбировать больше воды, чем адсорбенты при относительной влажности от около 60% до около 90%.

В некоторых вариантах осуществления осушители согласно настоящему изобретению могут представлять собой материалы, способные к обратимой адсорбции воды, отличающиеся от молекулярных сит. В определенных вариантах осуществления осушители включают диоксид кремния, силикагели, алюмосиликатные гели, оксиды алюминия, активированные угли, диоксиды титана, активированные глины и их комбинации.

Подходящие осушители включают продукты Sorbead®, твердые алюмосиликатные гели в форме шариков. Подходящие продукты Sorbead® включают Sorbead® R, Sorbead® Н, Sorbead® WS и их комбинации. Осушители могут быть в форме гранул или шариков, в некоторых вариантах осуществления имеющих средний размер частиц от около 0,7 мм до около 6 мм и площадь поверхности от около 75 м²/г до около 500 м²/г.

В некоторых вариантах осуществления адсорбенты могут содержать молекулярные сита. В определенных вариантах осуществления адсорбенты могут включать молекулярные сита, выбранные из группы, состоящей из шабазита (цеолит D), клиноптилолита, эрионита, фожазита (цеолит X или цеолит Y), ферриерита, морденита, цеолита А, цеолита Р, цеолита 3А, цеолита 4А, цеолита 5A, CTS-1 и цеолита 13Х.

Адсорбенты и осушители описаны, например, в патентах США № US 3,865924; 3,981,698; 4,039,620; 4,433,981; 4,493,715; 4,711,645; 4,986,835; 5,156,657; 5,531,808; 5,587,003, 6,183,539 и 6,632,766.

Смесь адсорбент/осушитель может быть в основном однородной, то есть, в основном с равномерным распределением осушающих агентов по всему слою. В качестве альтернативы, они могут иметь градиентное распределение. В определенных вариантах осуществления входной конец слоя может содержать более высокую концентрацию осушителя. В других вариантах осуществления может иметься более высокая концентрация осушителя в направлении наружных участков слоя. Входной конец слоя является синонимом «переднего» конца.

Каждый, и адсорбент и осушитель могут быть в форме частиц, то есть, они оба могут присутствовать в виде дискретных частиц. Гранулированные формы, шарики, гранулы, комочки, таблетки или сферы являются примерами формы частиц и могут иметь, например, в основном одинаковый размер. Формы частиц могут быть получены способами, включающими экструзию или гранулирование. Размеры частиц у образовавшихся частиц в некоторых вариантах осуществления составляют от около 0,4 мм, около 0,7, около 1, около 2, около 3, около 4, около 5, около 6, около 7 или около 8 мм до около 9, около 10, около 11 около 12 или около 13 мм. Размер частицы означает наибольший диаметр частицы. Размер частиц относится к «среднему» размеру частиц.

В качестве альтернативы, осушители и адсорбенты могут присутствовать совместно, в композитной частице. Композитные частицы адсорбента/осушителя содержат адсорбент и осушитель в определенном расчетном объемном соотношении и могут быть сформованы путем экструзии или гранулирования.

Сформованные частицы могут содержать незначительные количества дополнительных компонентов, таких как связующие вещества; в определенных вариантах осуществления с объемными уровнями содержания, обсуждаемыми ниже.

Комбинации композитных частиц адсорбента/осушителя и/или частиц адсорбента и/или частиц осушителя могут присутствовать в смешанных слоях.

В некоторых вариантах осуществления вдоль половины длины слоя входной конец (входная половина) может содержать ≥50% об., ≥55% об., ≥60% об., ≥65% об., ≥70% об., ≥75% об., ≥80% об., ≥85% об. или ≥90% об. от общего объема осушителя в слое.

В других вариантах осуществления внешняя половина диаметра может содержать ≥50% об., ≥55% об., ≥60% об., ≥65% об., ≥70% об., ≥75% об., ≥80% об., ≥85% об. или ≥90% об. от общего объема осушителя в слое.

В некоторых вариантах осуществления, в дополнение к осушителям и адсорбентам, предлагаемые адсорбционные слои могут содержать другие компоненты, такие как связующие вещества. Связующие вещества включают оксиды металлов, глины, диоксиды кремния, оксиды алюминия, диоксиды кремния-оксиды алюминия, диоксиды кремния-оксиды циркония, диоксиды кремния-оксиды тория, диоксиды кремния-оксиды бериллия, диоксиды кремния-оксиды титана, диоксиды кремния-оксиды алюминия-оксиды тория, диоксиды кремния и от оксида алюминия до оксидов циркония, смеси этих оксидов и тому подобное. Примеры глин включают аттапульгит, каолин, волклей, сепиолит, полигорскит, каолинит, бентонит, монтмориллонит, иллит и хлорит. В некоторых вариантах осуществления связующие вещества могут использоваться в количестве от около 0,5% до около 40% объемных, в пересчете на общий объем адсорбентов. В некоторых вариантах осуществления связующие вещества могут использоваться в количестве от около 1, около 2, около 4, около 6, около 8, около 10 или около 12 процентов до около 15, около 20, около 25, около 30, около 35 или около 40 процентов объемных, в пересчете на общий объем адсорбентов.

Смешанный слой адсорбента/осушителя размещается в резервуаре. Колонна с адсорбентом 100, содержащая смешанный слой адсорбента/осушителя внутри этого резервуара, показана на Фиг. 1. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, слой содержит осушитель 101, обозначенный темно-серым цветом, распределенный по всему материалу адсорбента 102 (светло-серый). Весь смешанный слой адсорбента/осушителя имеет осевую длину L по длине и диаметр D. На Фиг. 2 колонна с адсорбентом 200 аналогична колонне с адсорбентом на Фиг. 1, в которой часть входного конца 201 содержит осушитель и не содержит адсорбент.

Первые от 0 до 99% объемных этого слоя могут по существу не содержать адсорбента и содержать осушитель. В некоторых вариантах осуществления первые от >0% до около 99% объема слоя могут по существу не содержать адсорбента и содержать осушитель. В некоторых вариантах осуществления первые около 1%, около 3%, около 5%, около 10%, около 15%, около 20%, около 25%, около 30%, около 35%, около 40%, около 45%, около 50%, около 55%, около 60%, около 65%, около 70%, около 75%, около 80%, около 85%, около 95%, около 96%, около 97% или около 98% объемных этого слоя могут по существу не содержать адсорбента и содержать осушитель, при этом остальная часть слоя содержит смесь адсорбента/осушителя. «Первый» объем слоя означает от входного конца по направлению к выходному концу.

Предлагаемые смешанные слои, системы и способы предотвращают стекание обратно сконденсированной воды (свободной воды) в процессе термической регенерации адсорбционных слоев при переработке природного газа. В некоторых вариантах осуществления при термической регенерации предлагаемого смешанного слоя емкость адсорбента не превышается или превышается меньше, чем у такого же слоя, не содержащего осушитель. Емкость определяется как емкость микропор адсорбента. В определенных вариантах осуществления при термической регенерации эта емкость превышается меньше, чем у такого же слоя, содержащего объемную смесь 85/5 адсорбента/осушителя.

В некоторых вариантах осуществления при термической регенерации присутствует меньше свободной воды по сравнению с таким же слоем, не содержащим осушителя, или по сравнению с таким же слоем, содержащим объемную смесь 85/5 адсорбента/осушителя. «Такой же слой» означает идентичный, за исключением смеси адсорбент/осушитель. В некоторых вариантах осуществления условия регенерации могут составлять около 270°C, около 1000 фунтов на кв. дюйм абс., в течение около 12 часов.

Система включает предлагаемый смешанный слой адсорбента/осушителя и один или несколько дополнительных технологических элементов. Предлагаемый смешанный слой адсорбента/осушителя может рассматриваться как технологический элемент. Дополнительные технологические элементы включают один или несколько дополнительных слоев адсорбента, теплообменники, компрессоры, детандеры, испарители для повторного испарения, емкости для орошения, регуляторы температуры, турбодетандеры, конденсаторы, сепараторы, клапаны и тому подобное. Система может быть частью установки; в определенных вариантах осуществления настоящая система может быть частью установки по переработке природного газа.

Предпочтительно, в системе может быть два или больше смешанных слоев. В некоторых вариантах осуществления один слой будет находиться в «режиме адсорбции», а один будет находиться в «режиме десорбции». В определенных вариантах осуществления может быть три смешанных слоя; причем в некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один в режиме адсорбции, по меньшей мере один в режиме десорбции и один в режиме охлаждения в любом месте или стадии во время обработки. Термин «режим» означает, что элемент во время работы осуществляет определенную стадию.

В одном варианте осуществления настоящая система является частью установки природного газа, в которой этот смешанный слой используется для осушения природного газа в этой установке. Подаваемый газ может содержать ≤165 частей на миллион воды; в некоторых вариантах осуществления от около 80 частей на миллион, около 90 частей на миллион, около 100 частей на миллион или около 110 частей на миллион до около 120 частей на миллион, около 130 частей на миллион, около 135 частей на миллион, около 140 частей на миллион, около 150 частей на миллион, около 160 частей на миллион или около 165 частей на миллион воды, в пересчете на молярное количество. Подаваемый газ может содержать ≤2,2% мольн. (мольных процента) диоксида углерода; в некоторых вариантах осуществления от около 0,8 до около 0,9, около 1,0, около 1,1, около 1,2, около 1,3, около 1,4, или около 1,5% мольн. до около 1,6, около 1,7, около 1,8, около 1,9, около 2,0, около 2,1 или около 2,2% мольн. диоксида углерода.

В качестве альтернативы, подаваемый газ может превышать эти уровни содержания воды и/или диоксида углерода; в некоторых вариантах осуществления относительная влажность может составлять вплоть до 100%. В определенных вариантах осуществления подаваемый газ может превышать эти уровни содержания воды и/или диоксида углерода около до величины 10%, в некоторых вариантах осуществления до около 1%, около 2%, около 3%, около 4%, около 5%, около 6%, около 7%, около 8% или до около 9%.

Подаваемый газ, поступающий в установку, может содержать от около 87, около 88, около 89 или около 90% мольн. до около 91, около 92, около 93, около 94, около 95 или около 96% мольн. метана и от около 4, около 5, около 6 или около 7% мольн. до около 8, около 9, около 10, около 11 или около 12% мольн. углеводородов С₂+.

Подаваемый газ в определенных вариантах осуществления поступает в установку при повышенном давлении. В некоторых вариантах осуществления подаваемый газ может направляться через смешанный слой адсорбента/осушителя при давлении от около 650, около 700, около 750, около 800, около 850 или около 900 фунтов на кв. дюйм абс. до около 950, около 1000, около 1050, около 1100, около 1150, около 1200, около 1300, около 1350, около 1400, около 1450, около 1500, около 1550, около 1600, около 1650, около 1700, около 1750, около 1800, около 1850, около 1900, около 1950 или около 2000 фунтов на кв. дюйм absolute. Направление подаваемого газа через смешанный слой приводит подаваемый газ в контакт с адсорбентом и служит для удаления воды и/или диоксида углерода из подаваемого газа.

В некоторых вариантах осуществления температура исходного газа может составлять от около 10°C, около 20°C, около 30°C или от около 40°C до около 50°C, около 60°C, около 70°C, около 80°C, около 90°C или около 100°C. Температуры потоков природного газа в других точках процесса обработки являются такими, которые типичны для установок получения NGL.

Этот поток газа, из которого была удалена вода и/или диоксид углерода, называется «потоком сухого природного газа». Поток сухого природного газа может первоначально находиться под повышенным давлением. Этот поток сухого природного газа может содержать ≤5,0, ≤4,5, ≤4,0, ≤3,5, ≤3,0, ≤2,5, ≤2,0, ≤1,5, ≤1,0, ≤0,5, ≤0,4, ≤0,3, ≤0,2, ≤0,10, ≤0,08 или 0,07 частей на миллион воды, в пересчете на молярное количество.

Поток сухого природного газа может извлечь ≤70%, ≤60%, ≤50%, ≤40%, ≤30%, ≤20%, ≤10%, ≤5%, ≤1%, ≤0,5%, ≤0,3% или ≤0,1% углекислого газа из подаваемого газа. Термин «извлечь» (извлечение) означает молярный расход СО₂ в потоке сухого газа относительно молярного расхода СО₂ в потоке подаваемого газа; или (молярный расход сухого газа) ⋅ (моль CO₂ в потоке сухого газа)/(молярный расход подаваемого газа)/(моль СО₂ в потоке подаваемого газа).

В общем, поток сухого природного газа будет содержать менее 2,5 моль СО₂ относительно 100 моль углеводородов С₂+. Это типичная характеристика приемлемого содержания СО₂ в потоке С₂+. Как правило, уровень извлечения СО₂ в адсорбционной системе устанавливается таким образом, чтобы обеспечивать возможность соответствия спецификации по СО₂ в С₂+. Это может быть достигнуто в сочетании с другими подходами в перегонной колонне, такими как те, которые описаны Hudson, et. al., «Reduced Treating Requirements for Cryogenic NGL Recovery Plants», presented at the 80th Annual Convention of the Gas Processors Association, March 12, 2001, San Antonio, Texas.

Поток сухого природного газа может направляться через дополнительные элементы; в некоторых вариантах осуществления через перегонную колонну деметанизатора. Углеводороды С₂+ или C₃+ могут быть извлечены из нижней части колонны деметанизатора.

Установки по переработке природного газа раскрыты, например, в патенте США № US 4,854,955 и опубликованной американской заявке на патент США № US 2010/0011810. Выделение NGL также описано, например, в патентах США № US 4,022,597; 4,140,504; 4,157,904; 4,171,964; 4,278,457; 4,687,499; 5,771,712; 5,953,935; 6,363,744 и 6,453,698.

Подаваемый газ представляет собой газ, который поступает на установку по переработке природного газа; установку, пригодную для производства товарного газа и/или для выделения сжиженного природного газа. Поток сухого природного газа имеет более низкое содержание воды, чем подаваемый газ, и был обработан смешанным слоем адсорбента/осушителя.

Получение цеолитов является известным и включает, например, образование реакционной смеси, состоящей из реакционноспособных источников компонентов, которую затем подвергают гидротермальной реакции с образованием цеолита. Синтез цеолита Y описан, например, в патентах США № US 3,130,007 и 4,503,023, а цеолита X, например, в патентах США № US 2,883,244 и 3,862,900.

В некоторых вариантах осуществления реакционноспособные источники металлов «М» включают галогенидные и гидроксидные соединения щелочных или щелочноземельных металлов, такие как хлорид натрия, гидроксид натрия, гидроксид калия и т.д. Источники алюминия включают, но без ограничения этим, бемитный оксид алюминия, гамма-оксид алюминия и растворимые алюминаты, такие как алюминат натрия или алюминаты тетраэтиламмония. Наконец, источники кремния включают диоксид кремния, гидрозоль диоксида кремния, кремниевую кислоту и т.д. Реакционноспособные источники объединяют в реакционную смесь, которая с точки зрения мольных соотношений оксидов имеет состав: SiO₂/Al₂O₃ = от 8 до 12, M₂O/Al₂O₃ = от 2,5 до 4 и H₂O/M₂O = от 120 до 180, и затем смесь подвергается реакции с образованием цеолита.

В синтезированном виде цеолиты будут содержать металлы «М» в каналах и/или порах. Функция этих катионов металлов состоит в том, чтобы компенсировать отрицательный заряд цеолитной решетки. Поскольку эти катионы не являются частью каркаса, они являются заменяемыми и, как говорят, занимают центры ионного обмена. Количество катионов металлов, присутствующих в цеолите, называют стехиометрическим количеством или максимальной ионообменной емкостью цеолита. Это количество обычно выражается в молях.

Поскольку катионы металлов, изначально присутствующие в цеолите, являются заменяемыми, их можно заменить на другие (отличающиеся) щелочные металлы, щелочноземельные металлы, ионы гидроксония, ионы аммония или их смеси. Как правило, если цеолит содержит ионы гидроксония или аммония, эти ионы подвергаются обмену на щелочные металлы, щелочноземельные металлы или их смеси либо до, либо во время приготовления адсорбента.

Предлагаемые цеолиты могут содержать дополнительный компонент металла в добавление к катиону металла (М), присутствующему в ионообменных центрах цеолита. Этот дополнительный компонент металла может быть таким же или отличаться от металла М. В одном варианте осуществления металл М в цеолите может представлять собой калий, тогда как дополнительный металл может представлять собой натрий. Дополнительный металл может присутствовать в количестве по меньшей мере 10% мольн. от стехиометрического количества металла М (выраженного в виде оксида), необходимого для уравновешивания отрицательного заряда цеолитной решетки. Этот дополнительный металл может называться «добавкой избытка металла».

Примеры дополнительных компонентов металла включают, но без ограничения ими, натрий, калий, литий, рубидий, цезий, кальций, стронций, магний, барий, цинк и медь. Источником дополнительного металла может быть любое соединение, которое в условиях активации разлагается до оксида металла. Примерами этих источников являются нитраты, гидроксиды, карбоксилаты, карбонаты и оксиды металлов, как описано, например, в патенте США № US 6,632,766. Предлагаемые композитные частицы могут включать добавку избытка металла и могут быть получены, как описано в патенте США № US 6,632,766.

Объемные проценты для компонентов смешанного слоя определяются в загруженном слое сразу после приготовления, другими словами, в «сухом» состоянии перед использованием, при условиях окружающей среды.

Термин «сконфигурированный», который используется в описании и формуле изобретения, предназначен быть неограничивающим термином, как и термины «включающий» или «содержащий». Термин «сконфигурированный» не предназначен для исключения других возможных элементов. Термин «сконфигурированный» может быть эквивалентен термину «приспособленный».

Употребление существительного в единственном числе в данном документе относится к одному или более чем одному (например, по меньшей мере одному) грамматическому объекту. Любые диапазоны, указанные здесь, являются включительными. Термин «примерно», используемый во всем документе, применяется для описания и учета небольших колебаний.

Термин «окол» может означать, что числовое значение может быть изменено на ±5%, ±4%, ±3%, ±2%, ±1%, ±0,5%, ±0,4%, ±0,3%, ±0,2%, ±0,1% или ±0,05%. Все числовые значения модифицированы термином «примерно», независимо от того, указано ли это в явном виде. Числовые значения, модифицированные термином «примерно», включают определяемое значение; то есть, «около 5,0» включает в себя 5,0. Измеряемые уровни содержания атомов, элементов или молекул могут зависеть от метода обнаружения. Частично термин «примерно» предназначен для представления этого.

Термин «по существу не содержит» означает не добавляемый целенаправленно, и то, что могут присутствовать только незначительные или случайные количества. В некоторых вариантах осуществления «по существу не содержит» может означать, что может присутствовать <5%, <4%, <3%, <2%, <1%, <0,5%, <0,4%, <0,3%, <0,2%, <0,1% или <0,05% по объему. Термин «по существу однородный» в некоторых вариантах осуществления означает отклонение от однородности на ±5%, ±4%, ±3%, ±2%, ±1%, ±0,5%, ±0,4%, ±0,3%, ±0,2% ±0,1% или ±0,05% по объему или по массе. Термин «по существу» может иметь значение «примерно».

Патенты США и опубликованные заявки на патенты США, перечисленные здесь, тем самым включены в настоящее описание посредством ссылки.

Если не указано иное, все части и процентные содержания даны в пересчете на молярные или объемные количества.

В первом варианте осуществления, направленном на смешанный слой адсорбента/осушителя, раскрывают смешанный слой адсорбента/осушителя, эффективный для удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа, причем этот слой имеет осевую длину, диаметр, объем, входной конец и выходной конец, где от 0 до около 99% объема слоя от входного конца в направлении к выходному концу содержат один или несколько осушителей и по существу не содержат адсорбентов, и где оставшийся объем слоя содержит смесь, содержащую от около 1% об. до около 99% об. одного или нескольких адсорбентов и около от 99% об. до около 1% об. одного или нескольких осушителей, в пересчете на общий объем смеси; или в котором оставшийся объем слоя содержит смесь, содержащую от любого из около 1% об., около 2% об., около 3% об., около 4% об., около 5% об. около 7% об., около 10% об., около 15% об., около 20% об., около 25% об., около 30% об., около 35% об., около 40% об., около 45% об., около 50% об. или около 55% об. до любого из около 60% об., около 65% об., около 70% об., около 75% об., около 80% об., около 85% об., около 90% об., около 93% об., около 95% об., около 96% об., около 97% об., около 98% об. или около 99% об. одного или нескольких адсорбентов и от любого из около 99% об., около 98% об., около 97% об., около 96% об., около 95% об. около 93% об., около 90% об., около 85% об., около 80% об., около 75% об., около 70% об., около 65% об., около 60% об., около 55% об., около 50% об. или около 45% об. до любого из около 40% об., около 35% об., около 30% об., около 25% об., около 20% об., около 15% об., около 10% об., около 7% об., около 5% об., около 4% об., около 3% об., около 2% об. или около 1% об. одного или нескольких осушителей, в пересчете на общий объем смеси.

Во втором варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с первым вариантом осуществления, в котором от >0%, около 1%, около 2%, около 3%, около 4%, около 5%, около 10%, около 15%, около 20%, около 25%, около 30%, около 35% или около от 40% до около 45%, около 50%, около 55%, около 60%, около 65%, около 70%, около 75%, около 80%, около 85%, около 90% или около 95% объема слоя от входного конца в направлении к выходному концу содержат один или несколько осушителей и по существу не содержат адсорбентов.

В третьем варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с первым или вторым вариантами осуществления, в котором поток газа представляет собой поток олефинового газа, поток диоксида углерода или газа, содержащего диоксид углерода, или поток природного газа.

В четвертом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, в котором поток влажного газа имеет относительную влажность от около 10%, около 15%, около 20%, около 25%, около 30%, около 35%, около 40%, около 45% или около 50% до около 55%, около 60%, около 65%, около 70%, около 75%, около 80%, около 85%, около 90%, около 95% или около 100%.

В пятом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, в котором поток сухого газа содержит ≤5,0, ≤4,5, ≤4,0, ≤3,5, ≤3,0, ≤2,5, ≤2,0, ≤1,5, ≤1,0, ≤0,5, ≤0,4, ≤0,3, ≤0,2, ≤0,10, ≤0,08 или ≤0,07 частей на миллион воды, в пересчете на молярное количество. В шестом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, в котором адсорбенты и осушители, каждый находятся в форме частиц.

В седьмом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из вариантов осуществления с первого по пятый, в котором в смеси адсорбенты и осушители объединены вместе в композитные частицы. В восьмом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с вариантами осуществления 6 или 7, где средний размер частиц составляет от около 0,4 мм, около 0,7, около 1, около 2, около 3, около 4, около 5, около 6, около 7 или около 8 мм до около 9, около 10, около 11, около 12 или около 13 мм.

В девятом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, где при относительной влажности около 10% адсорбенты адсорбируют больше воды, чем осушители, а при относительной влажности около 90% осушители адсорбируют больше воды, чем адсорбенты, в условиях окружающей среды, причем количество воды представляет собой массу воды на единицу массы адсорбентов или осушителей соответственно.

В десятом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, где смесь содержит от около 20% об., около 25, около 30, около 35, около 40, около 45 или около 50% об. до около 55% об., около 60, около 65, около 70, около 75, около 80, около 85 или около 90% об. адсорбентов, в пересчете на общий объем смеси.

В одиннадцатом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, где смесь содержит от около 10% об., около 15, около 20, около 25, около 30, около 35 или около 40% об. до около 45% об., около 50 или около 55, около 60% об., около 65, около 70, около 75 или около 80% об. осушителей, в пересчете на общий объем смеси.

В двенадцатом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, где в смеси объемное соотношение адсорбентов и осушителей составляет от около 9:1, около 8:1, около 7:1, около 6:1, около 5:1 или около 4:1 до около 3:1, около 2:1, около 1:1, около 1:2 или около 1:3. В тринадцатом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, где осушитель не включает молекулярные сита.

В четырнадцатом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, где осушители выбирают из группы, состоящей из силикагелей, алюмосиликатных гелей, оксидов алюминия, активированных углей, оксидов титана, активированных глин и их комбинаций. В пятнадцатом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, в котором адсорбенты содержат одно или несколько молекулярных сит.

В шестнадцатом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, в котором адсорбенты содержат одно или несколько молекулярных сит, выбранных из группы, состоящей из шабазита (цеолита D), клиноптилолита, эрионита, фожазита (цеолита X или цеолита Y), ферриерита, морденита, цеолита А, цеолита Р, цеолита 3А, цеолита 4А, цеолита 5А и цеолита 13Х. В семнадцатом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, содержащий один или несколько адсорбентов, выбранных из группы, состоящей из цеолита 3А, цеолита 4А и цеолита 5А. В восемнадцатом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с вариантом осуществления 17, в котором цеолиты находятся в форме частиц.

В девятнадцатом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с вариантами осуществления 17 или 18, в котором цеолиты содержат щелочной или щелочноземельный металл в ионообменных центрах и дополнительный металл, причем этот дополнительный компонент металла может быть таким же или отличаться от металла в ионообменных центрах.

В двадцатом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, в котором осушители выбирают из группы, состоящей из алюмосиликатных гелей, а адсорбенты выбирают из группы, состоящей из цеолитов, в определенных исполнениях, цеолитов 3А, 4А или 5А. В двадцать первом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с двадцатым вариантом осуществления, где алюмосиликатные гели и цеолиты находятся каждый в форме частиц.

В двадцать втором варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из вариантов осуществления 1-19, в котором осушители выбирают из группы, состоящей из оксидов алюминия, а адсорбенты выбирают из группы, состоящей из цеолитов, в определенных исполнениях, цеолитов 3А, 4А или 5А.

В двадцать третьем варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с вариантом осуществления 22, в котором каждый из оксидов алюминия и цеолитов находится в форме частиц. В двадцать четвертом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, в котором осушитель находится в гранулированной форме или в форме шариков, гранул, комочков, таблеток или сфер. В двадцать пятом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, в котором в смеси осушитель по существу является равномерно распределенным по всему адсорбенту. В двадцать шестом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из вариантов осуществления с 1 по 24, в котором в смеси материал осушителя имеет градиентное распределение по всему материалу адсорбента.

В двадцать седьмом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с двадцать шестым вариантом осуществления, в котором в смеси входной конец слоя содержит более высокую концентрацию осушителя, чем выходной конец; в некоторых исполнениях входная половина секции смеси по длине может содержать ≥50% об., ≥55% об., ≥60% об., ≥65% об., ≥70% об., ≥75% об., ≥80% об., ≥85% об. или ≥90% об. от общего объема осушителя в смеси.

В двадцать восьмом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с вариантами осуществления 26 или 27, в котором в смеси имеется более высокая концентрация осушителя по направлению к внешней части слоя; в некоторых исполнениях внешняя половина диаметра смеси может содержать ≥50% об., ≥55% об., ≥60% об., ≥65% об., ≥70% об., ≥75% об., ≥80% об., ≥85% об. или ≥90% об. от общего объема осушителя в смеси.

В двадцать девятом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, в котором при термической регенерации емкость адсорбента не превышается. В тридцатом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, в котором при термической регенерации присутствует меньше свободной воды по сравнению со слоем того же размера, не содержащим осушителя. В тридцать первом варианте осуществления раскрывают смешанный слой в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления, содержащий связующее вещество.

В тридцать втором варианте осуществления раскрывают смешанный слой адсорбента/осушителя, эффективный для удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа, причем этот слой имеет осевую длину, диаметр, объем, входной конец и выходной конец, в котором при термической регенерации емкость адсорбента не превышается. Этот вариант осуществления может быть модифицирован с помощью любого из предыдущих вариантов осуществления.

В тридцать третьем варианте осуществления раскрывают смешанный слой адсорбента/осушителя, эффективный для удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа, причем этот слой имеет осевую длину, диаметр, объем, входной конец и выходной конец, в котором при термической регенерации присутствует меньше свободной воды по сравнению с таким же слоем, не содержащим осушителя. Этот вариант осуществления может быть модифицирован с помощью любого из предыдущих вариантов осуществления.

В тридцать четвертом варианте осуществления раскрывают систему для удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа; причем эта система включает один или несколько смешанных слоев адсорбента/осушителя в соответствии с любым из предыдущих вариантов исполнения смешанного слоя.

В тридцать пятом варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с тридцать четвертым вариантом осуществления, сконфигурированную для удаления воды из потока природного газа; в некоторых исполнениях, потока природного газа под давлением от около 500 фунтов на кв. дюйм абс., около 550, около 600, около 650, около 700, около 750, около 800, около 850, около 900 или около 950 фунтов на кв. дюйм абс. до около 1000, около 1050, около 1100, около 1150, около 1200, около 1250, около 1300, около 1350, около 1400, около 1450, около 1500, около 1550, около 1600, около 1650, около 1700, около 1750 или около 1800 фунтов на кв. дюйм абс.

В тридцать шестом варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с тридцать пятым вариантом осуществления, причем эта система сконфигурирована для удаления воды из подаваемого природного газа перед выделением сжиженного природного газа или перед производством сжиженного природного газа. В тридцать седьмом варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с тридцать четвертым вариантом осуществления, причем эта система сконфигурирована для удаления воды из потока олефинового газа.

В тридцать восьмом варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с тридцать четвертым вариантом осуществления, причем эта система сконфигурирована для удаления воды из потока газообразного диоксида углерода или потока газа, содержащего диоксид углерода.

В тридцать девятом варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с любым из предыдущих вариантов исполнения системы, включающую два или больше смешанных слоев; в некоторых исполнениях три смешанных слоя. В сороковом варианте осуществления раскрывают систему согласно тридцать девятому варианту осуществления, сконфигурированную, чтобы иметь по меньшей мере один смешанный слой в режиме адсорбции и по меньшей мере один в режиме десорбции.

В сорок первом варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с любым из предыдущих вариантов исполнения системы, включающую теплообменник. В сорок втором варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с любым из предыдущих вариантов исполнения системы, включающую компрессор. В сорок третьем варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с любым из предыдущих вариантов исполнения системы, включающую детандер.

В сорок четвертом варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с любым из предыдущих вариантов исполнения системы, включающую разделитель. В сорок пятом варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с любым из предыдущих вариантов исполнения системы, включающую конденсатор. В сорок шестом варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с любым из предыдущих вариантов исполнения системы, включающую турбодетандер.

В сорок седьмом варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с любым из предыдущих вариантов исполнения системы, сконфигурированную для извлечения углеводородов С₂+ и/или C₃+. В сорок восьмом варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с любым из предыдущих вариантов исполнения системы, сконфигурированную для производства товарного газа. В сорок девятом варианте осуществления раскрывают систему в соответствии с любым из предыдущих вариантов исполнения системы, сконфигурированную для того, чтобы подвергать смешанный слой или слои адсорбента/осушителя адсорбции с колебаниями температуры.

В пятидесятом варианте осуществления раскрывают способ удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа, причем этот способ включает направление потока влажного газа через смешанный слой адсорбента/осушителя в соответствии с любым из предыдущих вариантов исполнения смешанного слоя или направление потока влажного газа через систему в соответствии с любым из предыдущих вариантов исполнения системы.

В пятьдесят первом варианте осуществления раскрывают способ в соответствии с пятидесятым вариантом осуществления, в котором газ представляет собой поток природного газа. В пятьдесят втором варианте осуществления раскрывают способ в соответствии с пятьдесят первым вариантом осуществления, причем этот способ дополнительно включает получение сжиженного природного газа NGL.

В пятьдесят третьем варианте осуществления раскрывают способ в соответствии с пятьдесят первым или пятьдесят вторым вариантами осуществления, включающий получение газа для продажи. В пятьдесят четвертом варианте осуществления раскрывают способ согласно пятидесятому варианту осуществления, в котором поток газа представляет собой поток олефинового газа. В пятьдесят пятом варианте осуществления раскрывают способ в соответствии с пятидесятым вариантом осуществления, в котором поток газа представляет собой поток газообразного диоксида углерода или поток газа, содержащего диоксид углерода.

В пятьдесят шестом варианте осуществления раскрывают способ в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления способа, в котором поток влажного газа имеет относительную влажность от около 10%, около 15%, около 20%, около 25%, около 30%, около 35%, около 40%, около 45% или около 50% до около 55%, около 60%, около 65%, около 70%, около 75%, около 80%, около 85%, около 90%, около 95% или около 100%.

В пятьдесят седьмом варианте осуществления раскрывают способ в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления способа, в котором поток сухого газа содержит ≤5,0, ≤4,5, ≤4,0, ≤3,5, ≤3,0, ≤2,5, ≤2,0, ≤1,5, ≤1,0, ≤0,5, ≤0,4, ≤0,3, ≤0,2, ≤0,10, ≤0,08 или ≤0,07 частей на миллион воды, в пересчете на молярное количество. В пятьдесят восьмом варианте осуществления раскрывают способ в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления способа, включающий регенерацию смешанного слоя адсорбента/осушителя с помощью процесса, включающего колебания температуры.

Вышеприведенное описание иллюстративных вариантов осуществления раскрытия, включая то, что описано в реферате, не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или ограничивать это раскрытие конкретными раскрытыми формами. Наряду с тем, что конкретные варианты осуществления и примеры раскрытия описаны в данном документе в иллюстративных целях, возможны различные эквивалентные модификации в пределах объема этого раскрытия, как будет понятно специалистам в соответствующей области техники.

Пример 1 для сравнения

Получают слой адсорбента, в котором первые 10% по объему содержат Sorbead® WS, а оставшиеся 90% по объему содержат смесь 95/5 по объему (об./об.) молекулярного сита 4A/Sorbead® WS. Выполняют стандартное технологическое моделирование, состоящее из материальных балансов, энергетических балансов, линейной аппроксимации движущей силы для адсорбированной фазы и равновесия для описания сродства подаваемых компонентов к поверхности. Во время стадии адсорбции газ, имеющий относительную влажность (RH) около 20%, подается вниз через слой.

Sorbead® представляет собой предлагаемый осушитель, алюмосиликатный гель в форме шариков. Молекулярное сито 4А представляет собой предлагаемый адсорбент.

Фиг. 3 иллюстрирует профиль слоя частично на стадии регенерации. Наблюдают, что имеется участок слоя, где превышается емкость сита, определяемая как емкость микропор этого сита. Также очевидно, что температура на плато составляет 109°C, а относительная влажность на плато составляет практически 100%.

Пример 2 согласно изобретению

Получают слой адсорбента, в котором первые 10% по объему содержат Sorbead® WS, а оставшиеся 90% по объему содержат смесь 80/20 по объему молекулярного сита 4A/Sorbead® WS. Выполняют стандартное технологическое моделирование, как указано выше. Фиг. 4 иллюстрирует профиль слоя частично на стадии регенерации. Видно, что участок слоя, на котором ранее превышалась емкость сита, больше этого не происходит. Также наблюдают, что температура на плато составляет 120°C, а относительная влажность на плато ниже 100%. Условия, которые сводят к минимуму свободную воду, будут улучшать срок службы слоя.

Группа изобретений относится к улучшенным способам удаления воды из потоков газа и к улучшенным слоям адсорбента. Смешанный слой адсорбента/осушителя, эффективный для удаления воды из потока влажного газа, для получения потока сухого газа включает по меньшей мере два объема слоя. Общий объем слоя имеет осевую длину, диаметр, общий объем, входной конец и выходной конец, в котором от 5% об. до 25% об. первого объема слоя выполнено для приема потока влажного газа, от входного конца по направлению к выходному концу и содержат один или несколько осушителей, включающих алюмосиликатные гели, и по существу не содержат адсорбентов. Адсорбенты выбраны из группы, состоящей из молекулярных сит. Оставшийся объем слоя выполнен для дополнительного приема кондиционированного влажного потока из первого объема слоя и содержит смесь, содержащую от 50% об. до 95% об. одного или нескольких адсорбентов, выбранных из группы, состоящей из молекулярных сит, и от 50% об. до 5% об. одного или нескольких осушителей, включающих алюмосиликатные гели, от общего объема смеси. Упомянутые один или несколько осушителей и один или несколько адсорбентов присутствуют каждый независимо друг от друга в виде дискретных частиц. При относительной влажности по меньшей мере 10% упомянутые адсорбенты выполнены с возможностью адсорбировать больше воды, чем упомянутые осушители. При относительной влажности 90% упомянутые осушители выполнены с возможностью адсорбировать больше воды, чем упомянутые адсорбенты, в условиях окружающей среды. Причем количество воды представляет собой массу воды в пересчете на единицу массы упомянутых адсорбентов или осушителей. Также заявлены система для удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа с использованием нескольких смешанных слоев адсорбента/осушителя. И заявлен способ удаления воды из оттока влажного газа для получения потока сухого газа с пропусканием влажного газа через смешанный слой адсорбента/осушителя. Группа изобретений обеспечивает удаление воды из потоков влажного газа. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 пр.

1. Смешанный слой адсорбента/осушителя, эффективный для удаления воды из потока влажного газа, для получения потока сухого газа, включающий по меньшей мере два объема слоя, причем общий объем слоя имеет осевую длину, диаметр, общий объем, входной конец и выходной конец,

в котором от 5% об. до 25% об. первого объема слоя выполнено для приема потока влажного газа, от входного конца по направлению к выходному концу и содержат один или несколько осушителей, включающих алюмосиликатные гели, и по существу не содержат адсорбентов, выбранных из группы, состоящей из молекулярных сит, и в котором оставшийся объем слоя выполнен для дополнительного приема кондиционированного влажного потока из первого объема слоя и содержит смесь, содержащую от 50% об. до 95% об. одного или нескольких адсорбентов, выбранных из группы, состоящей из молекулярных сит, и от 50% об. до 5% об. одного или нескольких осушителей, включающих алюмосиликатные гели, от общего объема смеси; причем упомянутые один или несколько осушителей и один или несколько адсорбентов присутствуют каждый независимо друг от друга в виде дискретных частиц, и

в котором при относительной влажности по меньшей мере 10% упомянутые адсорбенты выполнены с возможностью адсорбировать больше воды, чем упомянутые осушители, а при относительной влажности 90% упомянутые осушители выполнены с возможностью адсорбировать больше воды, чем упомянутые адсорбенты, в условиях окружающей среды, причем количество воды представляет собой массу воды в пересчете на единицу массы упомянутых адсорбентов или осушителей.

2. Смешанный слой по п. 1, в котором поток газа представляет собой поток олефинового газа, поток диоксида углерода или газа, содержащего диоксид углерода, или поток природного газа.

3. Смешанный слой адсорбента/осушителя по п. 1, в котором поток влажного газа имеет относительную влажность от 10%, до 100% и в котором поток сухого газа содержит ≤ 5,0 частей на миллион воды в пересчете на молярное количество.

4. Смешанный слой адсорбента/осушителя по п. 1, в котором объемное отношение адсорбентов, выбранных из группы, состоящей из молекулярных сит, к осушителям, включающим алюмосиликатные гели, в смеси составляет от 9:1 до 1:3.

5. Смешанный слой адсорбента/осушителя по п. 1, в котором молекулярные сита выбраны из группы, состоящей из шабазита (цеолита D), клиноптилолита, эрионита, фожазита (цеолита X или цеолита Y), ферриерита, морденита, цеолита А, цеолита Р, цеолита 3А, цеолита 4А, цеолита 5А и цеолита 13Х.

6. Смешанный слой адсорбента/осушителя по любому из пп. 1-5, в котором осушитель в смеси является по существу равномерно распределенным по всему материалу упомянутого адсорбента.

7. Смешанный слой адсорбента/осушителя по любому из пп. 1-5, в котором материал осушителя в смеси имеет градиентное распределение по всему материалу упомянутого адсорбента.

8. Смешанный слой адсорбента/осушителя по любому из пп. 1-5, в котором при термической регенерации емкость адсорбента, выбранного из группы, состоящей из молекулярных сит, не повышается.

9. Смешанный слой адсорбента/осушителя по любому из пп. 1-5, в котором при термической регенерации присутствует меньше свободной воды по сравнению со слоем такого же размера, не содержащим осушитель, включающий алюмосиликатные гели.

10. Смешанный слой адсорбента/осушителя по любому из пп. 1-5, содержащий связующее вещество.

11. Система для удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа; причем эта система включает один или несколько смешанных объемов слоя адсорбента/осушителя по любому из пп. 1-5 и включает один или несколько дополнительных технологических элементов.

12. Система по п. 11, включающая два или больше смешанных объемов слоя адсорбента/осушителя.

13. Система по п. 12 выполнена по меньшей мере с одним смешанным слоем адсорбента/осушителя в режиме адсорбции и по меньшей мере с одним смешанным слоем адсорбента/осушителя в режиме десорбции.

14. Система по п. 11, в которой система выполнена с возможностью подвергать смешанный слой или слои адсорбента/осушителя адсорбции с колебаниями температуры.

15. Способ удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа, причем способ включает направление потока влажного газа через смешанный слой адсорбента/осушителя по любому из пп. 1-5.

16. Способ удаления воды из потока влажного газа для получения потока сухого газа, причем способ включает направление потока влажного газа через систему по п. 11.

17. Способ по п. 15, в котором поток влажного газа имеет относительную влажность от 10% до 100%, и в котором поток сухого газа содержит ≤ 5,0 частей на миллион воды в пересчете на молярное количество.

18. Способ по п. 15, включающий регенерацию смешанного слоя адсорбента/осушителя посредством процесса, включающего колебания температуры.