Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЖАТОГО ОСУШЕННОГО ГАЗА

Изобретение относится к способам компримирования и адсорбционной осушки газов и может найти применение в промышленности для получения сжатого осушенного газа.

Известен способ осушки сжатого газа [RU 2182513, МПК B01D 53/26, опубл. 20.05.2002 г.], включающий его компримирование, пропускание сжатого газа (компрессата) через два поочередно работающих на осушку адсорбера, периодически переключаемых с режима осушки на режим регенерации, которую осуществляют путем нагрева адсорбера и удаления десорбированных компонентов, причем, после предварительного нагрева адсорбера до 150-170°C в закрытом состоянии, десорбированные компоненты удаляют из адсорбента путем периодического сообщения адсорбера с атмосферой импульсами, а нагрев продолжают до достижения температуры адсорбера 360-380°C, после чего адсорбер охлаждают.

Недостатками известного способа являются:

- отсутствие предварительного охлаждения компрессата и удаления конденсата увеличивает объем загрузки адсорбента и металлоемкость оборудования,

- сброс в атмосферу газа и десорбируемых компонентов делает нецелесообразным или невозможным использование способа для осушки горючих, ядовитых и т.п. газов, являющихся потенциальными загрязнителями атмосферы,

- необходимость нагрева адсорбера до высокой температуры, что увеличивает энергоемкость способа и приводит к большой продолжительности охлаждения адсорбера, что требует увеличения объема загрузки адсорбента и металлоемкости оборудования.

Наиболее близки по технической сущности к заявляемому изобретению установка для осушки сжатого газа и способ, осуществляемый с помощью этой установки [RU 2403952, MПK B01D 53/26, опубл. 20.11.2010 г.], который включает компримирование газа с получением горячего сжатого газа (компрессата), его охлаждение и пропускание через резервуары высокого давления (адсорберы), каждый из которых содержит, но меньшей мере, два слоя влагопоглотителя (адсорбента), причем первый слой адсорбента образован из водостойкого материала, а второй слой образован из материала, который необязательно является водостойким, причем на стадии осушки охлажденный компрессат пропускают сначала через первый слой адсорбента, затем через второй слой адсорбента и получают осушенный сжатый газ. Зачем адсорбент регенерируют, причем на первом этапе, с целью десорбции части адсорбированной воды за счет теплоты сжатия, через первый слой адсорбента пропускают компрессат, который затем охлаждают и осушают. На втором этапе через второй слой адсорбента и зачем через первый слой адсорбента пропускают сжатый газ, при этом получают газ регенерации, насыщенный парами воды, который сбрасывают в атмосферу. В качестве сжатого газа используют часть осушенного сжатого газа, которую при необходимости предварительно нагревают и расширяют (дросселируют до давления второго этана регенерации). После достижения температуры в регенерируемом адсорбере заданного значения адсорбер охлаждают до температуры адсорбции и далее он может быть переключен на осушку газа. В атмосферу также сбрасывают газ, образующийся при снижении давления в регенерируемом адсорбере до давления второго этана регенерации.

Недостатками известного способа являются:

- сброс в атмосферу части газа и десорбируемых компонентов делает нецелесообразным или невозможным использование способа для осушки горючих, ядовитых и т.п. газов, являющихся потенциальными загрязнителями атмосферы,

- отсутствие вывода конденсата, образующегося при охлаждении компрессата, приводит к его попаданию в рабочий адсорбер, что увеличивает требуемый объем загрузки адсорбента и металлоемкость оборудования,

- пропускание всего потока компрессата через слой регенерируемого адсорбента приводит к его прогреву с высокой скоростью, что создает при десорбции паров воды внутренние механические напряжения в гранулах адсорбента, приводит к их разрушению и снижению срока службы адсорбента.

Задачей изобретения является осушка газа, содержащего компоненты, являющиеся потенциальными загрязнителями атмосферы и снижение объема загрузки адсорбента и увеличение срока его службы.

При этом в качестве технического результата достигается:

- осушка газа, содержащего компоненты, являющиеся потенциальными загрязнителями атмосферы, за счет рециркуляции газа регенерации на одну из ступеней компримирования,

- снижение объема загрузки адсорбента за счет вывода с установки конденсата по мере его образования,

- увеличение срока службы адсорбента за счет его прогрева компрессатом с регулируемой скоростью путем подачи части компрессата на прогрев адсорбента.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем компримирование газа с получением компрессата, его осушку путем охлаждения и пропускания через адсорбент с получением осушенного сжатого газа, и последующую регенерацию адсорбента, на первом этане которой через адсорбент пропускают компрессат, направляемый затем на охлаждение и осушку, на втором этапе через адсорбент пропускают предварительно дросселированную часть осушенного сжатого газа с получением газа регенерации, а после завершения регенерации адсорбент охлаждают, особенность заключается в том, что газ компримируют совместно с газом регенерации, рециркулируемым на одну из ступеней компримирования, на первом этапе регенерации через адсорбент пропускают но меньшей мере часть компрессата, который затем смешивают с остальной частью компрессата, охлаждают и сепарируют с получением конденсата, выводимого с установки, и газа сепарации, который затем направляют на осушку.

Для углубления регенерации адсорбента давление второго этана регенерации целесообразно поддерживать ниже, чем давление ступени компримирования, на которую рециркулируют газ регенерации, например, за счет эжектирования газа регенерации частью компрессата.

В предлагаемом способе комнримирование газа совместно с рециркулируемым газом регенерации позволяет исключить выброс части осушаемого газа и десорбируемых компонентов в атмосферу и даст возможность осушать газ, содержащий компоненты, являющиеся потенциальными загрязнителями атмосферы.

Пропускание через адсорбент на первом этапе регенерации по меньшей мере части компрессата позволяем прогревать адсорбент с регулируемой скоростью, что замедляет разрушение гранул адсорбента и продлевает срок его службы.

Сепарация охлажденного компрессата с получением конденсата позволяет предотвратить его попадание в рабочий адсорбер, что дает возможность снизить объем загрузки адсорбента и уменьшить металлоемкость оборудования.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Для обеспечения непрерывности процесса осушку осуществляют по меньшей мере в двух адсорберах, по меньшей мере один из которых находится на стадии адсорбции (адсорбер 1), а другие (также по меньшей мере один) находятся на стадии регенерации (условно показаны адсорберы 2, 3, 4, находящиеся соответственно на первом, втором этапе регенерации и на охлаждении). Газ (I) сжимают компрессором 5 (условно показан трехступенчатый компрессор), на одну из ступеней которого подают газ регенерации (II) - показано пунктиром. По меньшей мере часть (III) полученного компрессата (IV) подают в адсорбер 2 (условно показана подача прямым током), находящийся на первом этапе регенерации, из которого выводят часть компрессата (V), содержащую пары десорбированной воды, смешивают с остальной частью компрессата (VI). Полученную смесь (VII) направляют в устройство 6 для охлаждения и сепарации - условно показан дефлегматор, охлаждаемый хладоагентом (VIII), из которого выводят конденсат (IX) и газ сепарации (X). Последний подают прямым током в адсорбер 1, находящийся в стадии адсорбции, выводят осушенный сжатый газ (XI), основную часть которого (XII) направляют потребителю, а другую часть (XIII) дросселируют на устройстве 7 и обратным током подают в адсорбер 3, находящийся на втором этапе регенерации, из которого выводят газ регенерации (II), содержащий остаточные нары воды, направляемый далее на одну из ступеней компрессора 5. После окончания второго этапа регенерации адсорбер 4 охлаждают. При необходимости часть осушенного сжатого таза нагревают в устройстве 8 (условно пунктиром показан теплообменник), а второй этап регенерации осуществляют при давлении более низком, чем давление ступени компрессора, на которую рециркулируют газ регенерации (II), для чего последний дополнительно сжимают в устройстве 9, например, путем эжектирования частью компрессата (XIV) при закрытом клапане 10 - показано пунктиром.

Переключение адсорбера 1, находящегося на стадии адсорбции, на первый этап регенерации (адсорбер 2) осуществляют после проскока паров воды в осушенный сжатый газ, переключение адсорбера 2 на второй этап регенерации (адсорбер 3) осуществляют после прогрева адсорбера до температуры регенерации адсорбента, переключение адсорбера 3 в режим охлаждения (адсорбер 4) осуществляют после пропускания объема газа (XIII), равного 5-10 свободным объемам адсорбера. В том случае охлаждение адсорбера 4 осуществляется за счет теплообмена с окружающей , или с хладоагентом, или с осушенным сжатым газом, который в том случае дополнительно охлаждают (на схеме не показано).

Сущность изобретения иллюстрируемся следующим примером.

900 нм³/час природного газа с давлением 0,6 MПа и с температурой точки росы по воде минус 20°C, смешивают с 1,5 нм³/час газа регенерации, сжимают трехступенчатым компрессором до 20,0 MПa с получением компрессата с температурой 120°C, 50-150 нм³/час которого прямотоком пропускают через адсорбер, находящийся на первом этапе регенерации, обеспечивая нагрев адсорбента со скоростью 25±5°C/час, смешивают с остальной частью компрессата и охлаждают в дефлегматоре до 40°C с получением 0,68 кг/сут водного конденсата и газа сепарации, который осушают в адсорбере, находящемся на стадии адсорбции, и получают осушенный сжатый газ с температурой точки росы минус 60°C. После прогрева адсорбера, находящегося на первом этапе регенерации, до 115°C, на втором этапе регенерации в адсорбер противотоком подают 1,5 нм³/час осушенного сжатого газа, дросселированного до 0,6 1МПа, выводят газ регенерации и направляют его на первую ступень компрессора. После снижения содержания влаги в газе регенерации до 9 мг/м³ регенерацию прекращают, адсорбер охлаждают и переводят в режим ожидания. Продолжительность цикла адсорбции с загрузкой 1,0 кг композитного адсорбента с алюмооксидной матрицей, модифицированной хлоридом кальция, составила 48 часов. Расчетный срок службы адсорбента (до образования 1 мас.% пылевидного адсорбента), составил 40000 часов.

Способ по прототипу не позволяет осушать природный газ из-за нежелательности сброса его в атмосферу. При осушке воздуха в аналогичных условиях потребовалась бы загрузка около 9,2 кг алюмооксидного адсорбента из-за необходимости адсорбции водного конденсата, выделившегося в устройстве охлаждения. Расчетный срок службы адсорбента составил 16000 часов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осушать газ, содержащий компоненты, являющиеся потенциальными загрязнителями атмосферы, снизить объем загрузки адсорбента, увеличить срок сто службы и может быть использован в различных отраслях промышленности.