Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОСУШКИ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ

Изобретение относится к способам адсорбционной осушки и может найти применение в нефтегазовой и других отраслях промышленности для осушки горючих газов.

Известен способ осушки газа, описанный в монографии [Н.В. Кельцев. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия, 1976, с. 332], который включает осушку газа адсорбентом, регенерацию насыщенного влагой адсорбента путем обратной продувки нагретой частью осушенного газа с получением газа регенерации и рециркуляции последнего в поток осушаемого газа после охлаждения и сепарации конденсата.

Основным недостатком способа является большое количество газа регенерации - до 15% от объема осушаемого газа и связанные с этим высокие энергозатраты на его нагрев, охлаждение и рециркуляцию.

Наиболее близок к предлагаемому изобретению способ адсорбционной осушки природного газа [RU №2063792, МПК B01D 53/26, опубл. 20.07.1996], включающий адсорбционную осушку предварительно отсепарированного газа силикагелем (адсорбентом), размещенным в адсорбере, последующую регенерацию адсорбента путем продувки частью компримированного осушенного газа (продувочным газом) после его огневого нагрева, а также охлаждение регенерированного адсорбента сырым газом. Газ регенерации после охлаждения воздухом и сепарации конденсата рециркулируют в поток осушаемого газа.

Недостатками данного способа являются:

- сложность и энергоемкость способа из-за использования части осушенного газа в качестве продувочного газа и возникающей вследствие этого необходимости компримирования и огневого нагрева, охлаждения и сепарации газа регенерации, что требует большого расхода электроэнергии,

- повышенная пожаровзрыво- и экологическая опасность способа из-за применения огневого нагрева и загрязнения атмосферы продуктами сгорания.

Задачей изобретения является упрощение и снижение энергоемкости способа, повышение его пожаровзрывобезопасности и экологической безопасности.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения:

- упрощение и снижение энергоемкости способа за счет использования в качестве продувочного газа части газа окисления, что исключает необходимость компримирования и огневого нагрева продувочного газа, охлаждения и сепарации газа регенерации,

- повышение пожаровзрывобезопасности и экологической безопасности способа за счет полной утилизации смеси продувочных газов путем каталитического окисления взамен пламенного сжигания.

В известном способе, включающем адсорбционную осушку отсепарированного газа регенерацию адсорбента путем продувки нагретым газом, а также последующее охлаждение адсорбента, особенность заключается в том, что регенерацию адсорбента осуществляют при давлении, которое поддерживают ниже давления адсорбции, для чего снижают давление с получением редуцированного газа, продувают адсорбент первой частью газа окисления с получением первого продувочного газа, затем продувают адсорбент второй частью газа окисления, после чего продувают редуцированным газом с получением второго продувочного газа, поднимают давление до давления адсорбции и охлаждают адсорбент путем продувки по меньшей мере частью осушенного газа, которую затем смешивают с остальной частью осушенного газа, при этом смесь первого и второго продувочных газов подвергают каталитическому окислению кислородсодержащим газом с получением газа окисления, который разделяют на две части и направляют на продувку адсорбента.

Для обеспечения непрерывности процесса осушку осуществляют по меньшей мере в двух адсорберах, в одном из которых происходит осушка газа, а в другом - регенерация адсорбента. Для обеспечения требуемого расхода газа окисления целесообразно предусмотреть возможность смешения редуцированного газа с частью осушенного газа. При необходимости ускорения охлаждения регенерированного адсорбента может быть использовано дополнительное косвенное охлаждение.

Объем загрузки адсорбента выбирают исходя из влажности осушаемого горючего газа и времени, необходимого для насыщения адсорбента, с учетом циклограммы процесса.

Продувка адсорбента первой частью газа окисления позволяет удалить из адсорбера горючие газы, а также получить первый продувочный газ.

Регенерация адсорбента при давлении ниже, чем давление адсорбции, способствует десорбции влаги из адсорбента и снижает количество газа окисления, требующегося для регенерации адсорбента. Кроме того, при сбросе давления образуется редуцированный газ, который используют для продувки адсорбента, что предотвращает загрязнение осушенного газа газом окисления и позволяет получить второй продувочный газ.

Каталитическое окисление смеси первого и второго продувочных газов обеспечивает получение газа окисления с температурой, достаточной для прοгрева адсорбента до температуры регенерации (определяется типом адсорбента), и за счет этого позволяет исключить образование газа регенерации, упростить процесс и снизить энергоемкость процесса, а также исключить огневой нагрев, за счет чего повысить пожаровзрывобезопасность и экологическую безопасность в результате снижения выбросов вредных веществ в атмосферу на полтора-два порядка.

Осушку осуществляют следующим образом. Отсепарированный горючий газ (I) осушают в адсорбере 1 при давлении адсорбции с получением осушенного газа (II). После насыщения адсорбента его регенерируют, для чего при закрытой линии подачи отсепарированного газа в адсорбере (условно - в адсорбере 2) сбрасывают давление до давления регенерации и получают газ редуцирования (III). Затем адсорбент (условно - в адсорбере 3) продувают первой частью газа окисления (IV) для удаления остаточного горючего газа из свободного пространства адсорбера и получают первый продувочный газ (V). Далее адсорбент (условно - в адсорбере 4) продувают второй частью газа окисления (VI), имеющего температуру выше температуры регенерации, с получением отходящего газа (VII), который сбрасывают в атмосферу.

Для удаления газа окисления из свободного пространства адсорбера адсорбент (условно - в адсорбере 5) продувают газом редуцирования (III) с получением второго продувочного газа (VIII). Далее осуществляют подъем давления (условно - в адсорбере 6) до давления адсорбции и охлаждают адсорбент продувкой по меньшей мере частью осушенного газа (IX), которую затем возвращают в поток осушенного газа (II). После чего адсорбер с регенерированным охлажденным адсорбентом находится в режиме ожидания (на схеме не показано) до момента его переключения на осушку.

Смесь (X) продувочных газов (V) и (VIII) окисляют в каталитическом реакторе 7 кислородсодержащим газом, например воздухом (XI). Полученный нагретый газ окисления (XII) разделяют на первую (IV) и вторую (VI) части, которые используют для продувки адсорбента. При необходимости газ редуцирования (III) смешивают с частью осушенного газа (показано пунктиром).

Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером. 10000 нм³/час отсепарированного природного газа с влажностью 9,4 г/м³ при 10 МПа и 10°С осушают композитным адсорбентом на основе окиси алюминия, модифицированной окисью кальция, до содержания влаги менее 9 мг/м³, что соответствует температуре точки росы около минус 60°С. Насыщенный адсорбент регенерируют, для чего давление в адсорбере сбрасывают до 0,1 МПа с получением 5 м³ газа редуцирования, продувают частью газа окисления с температурой 150°C с получением 1,5 м³ первого продувочного газа, а затем продувают остальной частью газа окисления до полной регенерации. Регенерированный адсорбент продувают газом редуцирования с получением 5 м³ второго продувочного газа, поднимают давление в адсорбере до 10 ΜΠа и охлаждают путем продувки осушенным газом. Для получения газа окисления первый и второй продувочные газы окисляют кислородом воздуха в присутствии марганецсодержащего катализатора. Суммарное количество выброшенных в атмосферу окислов азота, окиси углерода составило около 30 мг/час.

В условиях прототипа образуется 1400 нм³/час газа регенерации, который компримируют и нагревают до 180-200°C с помощью огневого нагрева, а выбросы окислов азота, окиси углерода и продуктов неполного сгорания в атмосферу составили свыше 5000 мг/час.

Из примера следует, что предлагаемый способ позволяет упростить осушку и снизить ее энергоемкость, повысить пожаровзрывобезопасность, экологическую безопасность и может быть использован в нефтегазовой и других отраслях промышленности.