Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОСУШКИ И ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ

Изобретение относится к подготовке природного и попутного нефтяного газа к транспорту, а именно к осушке и очистке природных газов, и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтеперабатывающей и нефтехимической промышленности.

Известен способ осушки и очистки природных газов, включающий двухступенчатую адсорбцию паров воды и тяжелых углеводородов на синтетическом углеродном адсорбенте и адсорбенте композитного типа, с регенерацией адсорбентов при повышенной температуре обратным током очищенного газа или атмосферного воздуха, выделении конденсата, а также охлаждении отрегенерированного адсорбента до температуры адсорбции. Адсорбцию осуществляют при температуре не выше 50°С и не ниже температуры замерзания воды или температуры гидратообразования, регенерацию осуществляют при пониженном давлении путем косвенного нагрева адсорбентов теплоносителем до температуры регенерации 80-150°С, и отдува десорбирующихся паров очищенным газом, подаваемым в количестве от 0,1% до 2,0% к расходу очищаемого газа, газ регенерации рециркулируют в поток очищаемого газа с помощью жидкостно-кольцевого насоса с использованием конденсата водяного пара в качестве рабочей жидкости, а регенерированные адсорбенты охлаждают путем косвенного охлаждения хладоагентом до температуры адсорбции [1] (Патент РФ №2497573, опубл. 10.11.2013).

К недостаткам способа можно отнести низкую динамическую емкость комбинированного слоя адсорбентов по углеводородам С₅₊.

Известен способ осушки и очистки углеводородных пропеллентов, включающий осушку и очистку углеводородного сырья путем пропускания смеси в жидкой фазе через сорбенты в трех последовательно расположенных адсорберах, первый по ходу технологического процесса адсорбер заполнен оксидом алюминия, второй по ходу технологического процесса адсорбер заполнен оксидом алюминия или цеолитом NaA, и третий по ходу технологического процесса адсорбер заполнен цеолитом NaX, или цеолитом СаА, или цеолитом СаХ [2] (Патент РФ №2508284, опубл. 27.02.2014).

Основными недостатками способа являются:

- осушка газовой смеси, находящейся в жидком агрегатном состоянии, что увеличивает технологическую сложность и стоимость установки;

- использование в качестве адсорбентов цеолитов 4А и выше, что позволяет адсорбировать широкий спектр соединений, продуктивно очищая от них газы, но не позволяет отделить углеводородную часть конденсата от воды;

- использование в качестве газа регенерации кислорода воздуха приводит к повышенному содержанию окислительного агента в зоне регенерации, что способствует росту температуры в зоне регенерации и снижает срок службы цеолитного адсорбента.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу очистки и осушки природных газов является способ, включающий контактирование природных газов с адсорбентом-осушителем и мелкопористым силикагелем, содержащим в своем составе от 0,01 до 0,5 мас. % соединений углерода. Контактирование природных газов с адсорбентом-осушителем и мелкопористым силикагелем осуществляют при соотношении адсорбента-осушителя к мелкопористому силикагелю, равном 5÷20% об. от общей загрузки комбинированного слоя адсорбентов [3] (Патент РФ №2447929, опубл. 20.04.2012).

Основным недостатком прототипа является отсутствие стадии разделения водно-метанольной смеси, благодаря чему возникает необходимость в ее утилизации.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанного недостатка, а именно повышение селективности водоотделения адсорбентом за счет использования дополнительного адсорбционного блока со специализированным узкопористым цеолитом КА и использования для его регенерации обедненной кислородом воздушно-азотной смеси.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что заявляемый способ осушки и очистки природных газов, путем контактирования природных газов с комбинированным слоем адсорбентов, состоящим из последовательно расположенных по ходу природного газа адсорбента-осушителя на основе оксида алюминия и мелкопористого силикагеля, содержащего в своем составе 0,01÷0,5 мас. % соединений углерода, при соотношении адсорбента-осушителя к мелкопористому силикагелю, равном 5÷20% об. от общей загрузки комбинированного слоя адсорбентов, с последующей регенерацией очищенным газом мелкопористого силикагеля и адсорбента-осушителя, согласно изобретению обезвоживание выделенной в первом адсорбционном блоке водно-углеводородно-метанольной фракции осуществляют во втором адсорбционном блоке, где в качестве адсорбента используют узкопористый цеолит КА в количестве 10-40% об. от общей загрузки силикагеля, а регенерация цеолита осуществляется азотно-воздушной смесью при температуре до 400°С.

В данном техническом решении предлагается использовать в качестве адсорбента в первом адсорбционном блоке модифицированный мелкопористый силикагель, содержащий в своем составе 0,01÷0,5 мас. % соединений углерода, при этом контактирование природного газа с адсорбентом-осушителем и мелкопористым силикагелем осуществляют при соотношении адсорбента-осушителя к мелкопористому силикагелю, равном 5÷20% об., от общей загрузки комбинированного слоя адсорбентов.

Во втором адсорбционном блоке в качестве обезвоживающего адсорбента используется узкопористый синтетический цеолит КА, выпускаемый российскими производителями адсорбентов и катализаторов в промышленных масштабах в виде гранул (черенков) различного диаметра. Динамическая емкость цеолита КА по парам воды составляет, для гранул диаметром 2,9 мм - не менее 130 мг/см³, для гранул диаметром 2,0 мм - не менее 140 мг/см³.

В ходе осушки природного и попутного нефтяного газа в качестве побочных продуктов образуются газовые конденсаты, состоящие преимущественно из углеводородов С₅₊, и водно-метанольная смесь. Метанол в систему трубопроводного транспорта газа может подаваться на газодобывающих предприятиях (на стадии подготовки газа к транспорту), и в холодный период на газокомпрессорных станциях, для предотвращения гидратообразования. Высокая летучесть его паров обусловливает наличие введенного ранее в газ метанола на последующих участках сбора, подготовки и транспортировки газа. В результате на установках адсорбционной очистки природного газа образуется жидкая фаза, состоящая из углеводородной фракции и сточных вод, содержащих метанол и другие компоненты, вводимые при добыче и подготовке газа к транспорту, и утилизируемых преимущественно либо путем сжигания, либо закачиванием в поглощающий пласт. Это приводит к негативному воздействию на окружающую среду и к потере дорогостоящих реагентов.

Использование двухступенчатой адсорбции природного газа, с отделением жидкой фазы, содержащей углеводороды С₅₊, кислородсодержащие водорастворимые органические соединения (преимущественно метанол) и воду, в первом адсорбционном блоке на комбинированном слое модифицированного мелкопористого силикагеля, содержащего в своем составе 0,01÷0,5 мас. % соединений углерода, и последующим обезвоживанием жидкой фазы во втором адсорбционном блоке на узкопористом цеолите КА, используемом в количестве 10-40% об. от общей загрузки силикагеля (в зависимости от содержания воды в жидкой фазе) позволяет решить проблему селективного разделения газовой, водной и жидкой углеводородной фаз. Отделяемая таким образом вода имеет высокую степень очистки, а жидкая углеводородная фаза улучшает эксплуатационные характеристики и увеличивается в объеме за счет обогащения кислородсодержащими соединениями.

Использование синтетических узкопористых цеолитов обеспечивает глубину обезвоживания, не доступную применению обычных осушителей. Цеолиты способны действовать при высоких температурах и скоростях газового или жидкого потока, прочны при контакте с капельной влагой, что значительно ускоряет процесс разделения. Кроме того, они легко регенерируются и имеют срок службы от 2 до 4 лет в зависимости от условий эксплуатации. Цеолиты типа КА адсорбируют воду, аммиак и не задерживают молекулы больших размеров, поэтому могут быть использованы для сушки органических жидкостей с небольшой молекулярной массой (этиловый, метиловый спирты, ацетон).

Обезвоженная органическая жидкая фаза, полученная при адсорбционной осушке природного газа на силикагеле, включает кислородсодержащие соединения (преимущественно метанол).

На фиг. показана блок-схема, иллюстрирующая данный способ осушки и очистки природных газов.

Способ осушки и очистки природных газов реализуют подачей природного газа в первый адсорбционный блок 1, загруженный комбинированным слоем адсорбента-осушителя на основе оксида алюминия и слоем модифицированного мелкопористого силикагеля. На силикагеле происходит адсорбция углеводородов С₅₊ и паров воды. Адсорбционный блок 1, несущий основную динамическую нагрузку, состоит из четырех адсорберов, заполненных силикагелем. Целевой продукт адсорбционного блока 1 - сухой газ - поступает далее в транспортную систему, а десорбированная после регенерации силикагеля жидкая фаза подается в адсорбционный блок 2 на водоотделение.

Адсорбционный блок 2 состоит из двух адсорберов, заполненных цеолитом КА. После насыщения слоя цеолита водой первый адсорбер переключается на регенерацию, и разделяемый поток перенаправляется на обезвоживание во второй адсорбер. Циклы адсорбция-регенерация чередуются.

Регенерация цеолита осуществляется азотно-воздушной смесью при температуре до 400°С. Вытесненные из пор цеолита пары воды охлаждаются в холодильнике. Вода анализируется на остаточное содержание метанола и углеводородов и либо отправляется в систему промышленной канализации на биологическую доочистку, либо сбрасывается в водоем. Целевой продукт второго адсорбционного блока 2 - обезвоженная метанольно-газоконденсатная смесь - используется в качестве основы для производства высокооктановых бензинов.

Все вышесказанное характеризуется примером 1.

Пример 2. Данный пример иллюстрирует реализацию по способу осушки и очистки природного газа по примеру 1, отличающийся тем, что обезвоживающий адсорбционный блок установлен после холодильника, и на разделение в него подается жидкая фаза водно-метанольной смеси, содержащая следовые количества углеводородов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2497573, опубл. 10.11.2013.

2. Патент РФ №2508284, опубл. 27.02.2014.

3. Патент РФ №2447929, опубл. 20.04.2012.