Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГЛУБОКОЙ ОСУШКИ ГАЗА (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к способам адсорбционной осушки газов и может найти применение в различных отраслях промышленности для осушки газа вплоть до температуры точки росы минус 100°C и ниже.

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 с выделением и удалением конденсата водяного пара увеличивает требуемый объем загрузки адсорбента,

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

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

Наиболее близка по технической сущности к заявляемому изобретению компрессорная станция [RU 2133874, МПК F04B 41/02, F04D 27/00, опубл. 27.07.1999 г.], способ работы которой предусматривает глубокую осушку газа и включает компримирование сырого газа, предварительно подвергнутого первичной очистке, с получением горячего сжатого газа (компрессата), его осушку и подачу потребителю. Регенерацию адсорбента осуществляют при пониженном давлении, близком к давлению сырого газа, для чего часть осушенного газа подвергают первичному редуцированию, нагреву горячим газом регенерации в рекуперативном теплообменнике, подвергают вторичному редуцированию до давления регенерации, нагревают до рабочей температуры регенерации и обратным током продувают регенерируемый адсорбент с получением газа регенерации, насыщенного парами воды, который после охлаждения в рекуперационном теплообменнике смешивают с сырым газом. Пары воды при этом конденсируются, а конденсат сепарируется при первичной очистке. После окончания регенерации адсорбента его охлаждают частью редуцированного осушенного газа. Способ осуществляют с использованием двух адсорберов, которые попеременно работают в режиме осушки и регенерации.

Недостатками известного способа являются:

- большой объем загрузки адсорбента из-за высокого влагосодержания компрессата вследствие отсутствия его предварительного охлаждения и сепарации конденсата,

- низкая глубина осушки газа из-за подачи на осушку горячего компрессата и большой объем загрузки адсорбента из-за снижения динамической емкости адсорбента при высокой температуре адсорбции.

Задачей изобретения является углубление осушки газа и снижение объема загрузки адсорбента.

Достигаемый технический результат:

- углубление осушки газа за счет редуцирования осушенного компрессата,

- снижение объема загрузки адсорбента за счет снижения температуры адсорбции и влагосодержания компрессата путем его предварительного охлаждения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем компримирование предварительно очищенного сырого газа с получением компрессата, адсорбционную осушку последнего и последующую регенерацию адсорбента, особенность заключается в том, что компрессат предварительно охлаждают до температуры адсорбции сторонним теплоносителем, по меньшей мере частью редуцированного осушенного газа и сепарируют, а осушенный газ редуцируют до давления использования, нагревают компрессатом и подают потребителю.

Описанный вариант применим для глубокой осушки газов, имеющих в области применяемых давлений положительный эффект Джоуля-Томпсона, когда при снижении давления наблюдается снижение температуры газа.

В другом варианте способа, при осушке газов, имеющих отрицательный эффект Джоуля-Томпсона, указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем компримирование предварительно очищенного сырого газа с получением компрессата, адсорбционную осушку последнего и последующую регенерацию адсорбента, особенность заключается в том, что компрессат охлаждают до температуры адсорбции сторонним теплоносителем и сепарируют, а осушенный газ редуцируют до давления использования и подают потребителю.

Газ регенерации целесообразно смешивать с сырым газом или утилизировать иным способом.

В предлагаемых вариантах способа предварительное охлаждение компрессата сторонним теплоносителем, редуцированным осушенным газом (только в первом варианте) и последующая сепарация конденсата позволяет снизить влагосодержание компрессата, за счет чего уменьшить объем загрузки адсорбента, а понижение температуры адсорбции (в первом варианте) позволяет дополнительно повысить глубину осушки газа.

Редуцирование осушенного компрессата позволяет повысить глубину осушки газа за счет пропорционального снижения его влагосодержания.

Давление компримирования устанавливают исходя из требуемого остаточного влагосодержания в осушенном газе при давлении потребления, поскольку отношение давление компримирования к давлению потребления близко к кратности снижения влагосодержания газа при его редуцировании.

Температуру адсорбции устанавливают не ниже температуры замерзания воды или гидратообразования компрессата и регулируют, изменяя соотношение подачи внешнего хладоагента и редуцированного осушенного газа в теплообменники.

Предлагаемый способ по первому варианту (фиг. 1) осуществляют следующим образом. Предварительно очищенный сырой газ (I) сжимают компрессором 1, компрессат (II) охлаждают в теплообменнике 2, в рекуперационном теплообменнике 6 и сепарируют в сепараторе 3 с получением конденсата (III), который выводят с установки, и газа сепарации (IV), который подвергают адсорбционной осушке на блоке 4 с получением газа регенерации (V), который утилизируют или смешивают с сырым газом (на схеме не показано), и осушенного газа (VI), который редуцируют в устройстве 5, нагревают до температуры потребления в рекуперационном теплообменнике 6, подавая в последний по меньшей мере часть осушенного редуцированного газа, и направляют потребителю.

При осуществлении предлагаемого способа по второму варианту (фиг. 2) предварительно очищенный сырой газ (I) сжимают компрессором 1, компрессат (II) охлаждают в теплообменнике 2 и сепарируют в сепараторе 3 с получением конденсата (III), который выводят с установки, и газа сепарации (IV), который подвергают адсорбционной осушке на блоке 4 с получением газа регенерации (V), который утилизируют или смешивают с сырым газом (на схеме не показано), и осушенного газа (VI), который редуцируют в устройстве 5, и направляют потребителю.

Сущность изобретения поясняет следующий пример. Природный газ с содержанием паров воды 16 г/м³ сжимают трехступенчатым компрессором до 20,0 МПа с получением компрессата с температурой 122°C, который охлаждают воздухом и редуцированным осушенным газом до 30°C и подвергают адсорбционной осушке цеолитом NaA до влагосодержания 2 мг/м³, после чего редуцируют до давления 1,0 МПа, нагревают и получают осушенный газ с влагосодержанием 0,1 мг/м³, что соответствует температуре точки росы около минус 100°C. Загрузка адсорбента при 8-часовом цикле адсорбции составила 3,2 кг/1000 м³ сырого газа.

Способ по прототипу в аналогичных случаях позволяет осушать природный газ до температуры точки росы не ниже минус 55°C, а загрузка адсорбента при 8-ми часовом цикле адсорбции составляет 107 кг/1000 м³ сырого газа.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет углубить осушку газа, снизить объем загрузки адсорбента и может быть использовано в различных отраслях промышленности.