×
15.05.2023
223.018.59fd

Результат интеллектуальной деятельности: Способ удаления диоксида углерода из природного газа

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к разделению компонентов природного газа газогидратной кристаллизацией, и может быть использовано для удаления диоксида углерода из природного газа. Способ удаления диоксида углерода из природного газа включает образование газовых гидратов диоксида углерода при давлении от 2.0 до 8.0 МПа и температуре от 273 до 278 K и последующее их разложение с образованием концентрата диоксида углерода. В газогидратный кристаллизатор подают поток природного газа с находящимся в нем 6-10-кратным мольным избытком воды относительно мольной концентрации гидратообразующих газов в природном газе. Не перешедшие в газогидратную фазу компоненты природного газа выводят из газогидратного кристаллизатора. Образовавшиеся газовые гидраты отбирают шнеком в модуль сепарации для разрушения на воду и концентрат диоксида углерода при повышении температуры от 293 до 323 K. Оставшиеся компоненты природного газа выводят на переработку. Технический результат от использования изобретения заключается в повышении степени удаления диоксида углерода из природного газа. 1 ил., 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к разделению компонентов природного газа газогидратной кристаллизацией, и может быть использовано для удаления диоксида углерода из природного газа.

Диоксид углерода снижает теплотворную способность и может блокировать поток природного газа, затвердевая при низких температурах. Также диоксид углерода способствует коррозии стальных труб. Согласно ГОСТ 5542-2014, концентрация диоксида углерода в природном газе должна составлять не более 2.50 мол.%.

Концентрация диоксида углерода в природном газе может достигать высоких значений, равных 22 об.% [Мишин В.М. Переработка природного газа и конденсата. М.: Издательский центр «Академия», 1999. С. 9].

В настоящее время основными технологиями разделения и очистки природного газа от диоксида углерода являются абсорбция, адсорбция и мембранное газоразделение [Афанасьев А.И. и др. Технология переработки природного газа и конденсата. М.: Недра, 2002. 517 с.]. Однако данные технологии обладают определенными недостатками. При абсорбции: высокие затраты на регенерацию абсорбента; высокое парциальное давление диоксида углерода; применяемые растворители достаточно хорошо поглощают углеводороды. Затраты энергии на получение диоксида углерода (95 мол.%) составляют 1055-1282 кВт⋅ч/т. При адсорбции: малая емкость адсорбентов и непродолжительное время работы при высоких концентрациях диоксида углерода в потоке; сложность регенерации адсорбентов и их утилизации. Затраты энергии на получение диоксида углерода (95 мол.%) составляют 537-692 кВт⋅ч/т. При мембранном газоразделении также есть проблемы: мембрана может быть закупорена механическими примесями газового потока; имеется необходимость предотвращения смачивания мембраны; необходимость использования больших поверхностей мембраны, т.к. процессы молекулярного массопереноса весьма медленные. Затраты энергии на получение диоксида углерода (95 мол.%) составляют 651-873 кВт⋅ч/т.

Таким образом, энергозатраты основных технологий разделения и очистки природного газа от диоксида углерода являются высокими. В целом, все перечисленные проблемы противоречат основным принципам «зеленой» химии. Новые технологии разделения, которые являются экологически безопасными и с низкими эксплуатационными расходами, должны быть разработаны для удаления диоксида углерода из месторождений природного газа с высоким содержанием диоксида углерода.

Также можно отметить, что удаление диоксида углерода из природного газа может быть экономически выгодным, т.к. диоксид углерода является ценным продуктом, который может быть использован в различных отраслях промышленности (пищевая, машиностроительная, химическая, горная, сельскохозяйственная, медицинская) или закачан в газовые пласты для хранения после вытеснения метана из газогидратного состояния. Таким образом, возможно решение двух глобальных проблем человечества, таких как увеличение парникового эффекта и исчерпание ресурсов природного газа.

В последние несколько лет одним из перспективных способов газоразделения является процесс гидратообразования [Gas hydrates in sustainable chemistry / Hassanpouryouzband A., Joonaki E., Farahani M.V. [et al.] // Chem. Soc. Rev. - 2020. - V. 49. - P. 5225-5309].

Преимуществами процесса газогидратной кристаллизации являются низкие затраты энергии (процесс возможен при температурах выше 273 K); простота экспериментальной установки; высокая эффективность газоразделения из-за разницы в давлениях диссоциации газовых гидратов; высокая емкость газа в газогидратной фазе; простота масштабируемости процесса газогидратной кристаллизации; единственным материалом является вода, которая может быть восстановлена. Таким образом, технология газогидратной кристаллизации является экологически безопасной. Затраты энергии на получение диоксида углерода (95 мол.%) составляют 362-420 кВт⋅ч/т.

Известен «Способ удаления кислотных газов из природного газа» (RU2671253C2), в котором богатая углеводородом фракция охлаждается и частично конденсируется, а получающаяся при этом обогащенная диоксидом углерода жидкая фракция путем ректификации разделяется на богатую диоксидом углерода жидкую фракцию и обедненную диоксидом углерода газовую фракцию. Богатая углеводородом фракция с помощью замкнутого многоступенчатого холодильного цикла, доля диоксида углерода в хладагенте которого составляет более чем 99.5%, охлаждается до температуры, близкой к температуре тройной точки для диоксида углерода.

В данном способе присутствуют определенные недостатки, среди них: возможное затвердевание примесей в потоке хладагента; возникновение температурных напряжений в кожухе и трубах двухходового теплообменника; существует риск образования твердого диоксида углерода в трубопроводе между теплообменником и компрессорным блоком.

Известен «Способ и устройство для удаления кислых веществ из потока природного газа» (EA 012227 B1), сущность которого заключается в охлаждении подаваемого потока дегидратированного природного газа и формировании суспензии твердых кислых веществ и углеводородных жидкостей совместно с газовым потоком, содержащим газообразные кислые вещества; отделении газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, от суспензии и обработке жидким растворителем; образование жидкого раствора кислых веществ и дегидратированного раскисленного природного газа.

Недостатками известного способа являются необходимость в дополнительных технологиях разделения для повторного использования растворителя; работа ограничена образованием гидратов при охлаждении природного газа под высоким давлением при адиабатическом расширении; затвердевание диоксида углерода предотвратит использование распылительных форсунок для подачи потока жидкости в зону замораживания; не описано дальнейшее разделение кислых веществ.

Наиболее близким по технической сущности является патент US 5819555, в котором основой для процесса разделения является свойство диоксида углерода образовывать твердые вещества и его низкая растворимость в паровой фазе при низких температурах. Охлажденный подаваемый поток природного газа поступает в разделительную емкость, в которой предусмотрены технологии получения и отделения твердого диоксида углерода. Диоксид углерода удаляется из емкости как поток жидкости, обогащенный диоксидом углерода. Очищенный холодный пар удаляется из разделительной емкости в виде потока продукта.

Недостатки данного способа связаны с тем, что для повторного использования растворителя требуются дополнительные технологии разделения; невысокая скорость осаждения в случае гравитационного разделения; затвердевание диоксида углерода предотвратит использование распылительных форсунок; не описан процесс дальнейшего разделения компонентов с близкими температурами плавления.

Задача заявляемого решения - создание эффективного способа удаления диоксида углерода из природного газа.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении степени удаления диоксида углерода из природного газа.

Технический результат достигается тем, что в способе удаления диоксида углерода из природного газа, включающем образование газовых гидратов диоксида углерода при давлении от 2.0 до 8.0 МПа и температуре от 273 до 278 K и последующее их разложение с образованием концентрата диоксида углерода, в газогидратный кристаллизатор подают поток природного газа с находящейся в ней 6-10-кратным мольным избытком воды относительно мольной концентрации гидратообразующих газов в природном газе, не перешедшие в газогидратную фазу компоненты природного газа выводят из газогидратного кристаллизатора, образовавшиеся газовые гидраты отбирают шнеком в модуль сепарации для разрушения на воду и концентрат диоксида углерода при повышении температуры от 293 до 323 K, оставшиеся компоненты природного газа выводят на переработку.

Предлагаемое изобретение поясняется фиг. 1, на которой изображено устройство удаления диоксида углерода из природного газа.

Устройство состоит, по меньшей мере, из одного газогидратного кристаллизатора 1, который включает: перемешивающее устройство якорного типа 2 для интенсификации процесса образования газовых гидратов; шнек 3 для отбора газовых гидратов, содержащих концентрат диоксида углерода. Газогидратный кристаллизатор 1 снабжен линией подачи 4 природного газа и соединен с модулем сепарации 5 шнеком 3. В газогидратном кристаллизаторе 1 имеется линия 6 для подачи природного газа, очищенного от диоксида углерода и воды на дальнейшее разделение и очистку.

Устройство может быть изготовлено из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. Перемешивающее устройство якорного типа может быть изготовлено из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т.

Способ осуществляют следующим образом.

В газогидратный кристаллизатор 1 подают поток природного газа по линии подачи 4, в котором находится 6-10-кратный мольный избыток воды относительно мольной концентрации гидратообразующих газов в природном газе при давлении от 2.0 до 8.0 МПа и температуре от 273 до 278 K для образования газовых гидратов диоксида углерода.

Выбранный 6-кратный мольный избыток воды относительно мольной концентрации гидратообразующих газов в природном газе обусловлен тем, что при меньшем количестве воды не наблюдается образование газовых гидратов.

Выбранный 10-кратный мольный избыток воды относительно мольной концентрации гидратообразующих газов в природном газе обусловлен тем, что при большем количестве воды дополнительно наблюдается образование ледяной фазы.

Разница в давлениях диссоциации газовых гидратов является основой распределения газов между газогидратной и паровой фазами и характеризуется коэффициентом газогидратного распределения.

Не перешедшие в газогидратную фазу компоненты природного газа, например, метан, поступают через линию 6 на дальнейшее разделение и очистку.

При давлении от 2.0 до 8.0 МПа и температуре от 273 до 278 K наблюдается образование газовых гидратов, содержащих концентрат диоксида углерода. Перемешивающее устройство якорного типа 2 интенсифицирует этот процесс. В газогидратном кристаллизаторе 1 поддерживается постоянное давление. Доля отбора (мольное отношение потока газа, выходящего из газогидратного кристаллизатора по линии 6, к мольному потоку газа, входящего в газогидратный кристаллизатор по линии 4) варьируется от 0 до 1. Образовавшиеся газовые гидраты отбирают шнеком 3 в модуль сепарации 5, где при повышении температуры от 293 до 323 K (т.к. в данном диапазоне максимальное извлечение газа из жидкой фазы в зависимости от состава входящего природного газа) наблюдается разрушение газовых гидратов с образованием воды и концентрата диоксида углерода.

Для дальнейшей очистки концентрата диоксида углерода от примесей возможно использование каскада газогидратных кристаллизаторов, а с целью соответствия спецификации по сухости природного газа возможно использование адсорбентов. На выходе концентрация диоксида углерода в природном газе не более 2.5 мол.%, а воды не более 0.1 мол.%.

Выбранное значение давления технологии газогидратной кристаллизации, равное 2.0 МПа, обусловлено тем, что ниже данного давления процесс гидратообразования модельной газовой смеси (метан (81.70 мол.%) - диоксид углерода (18.30 мол.%)), содержащей компоненты природного газа, при выбранной минимальной температуре процесса, равной 273 K, не наблюдается.

Выбранное значение давления технологии газогидратной кристаллизации, равное 8.0 МПа, обусловлено технологическими параметрами поступающего из месторождений природного газа.

Выбранное значение температуры процесса, равное 273 K, обусловлено температурой замерзания воды при выбранном минимальном значении давления технологии газогидратной кристаллизации.

Выбранное значение температуры процесса, равное 278 K, обусловлено тем, что выше данной температуры значение коэффициента газогидратного распределения диоксида углерода к метану менее 1.

Пример 1

Используется газогидратный кристаллизатор 1, изображенный на фиг. 1. При использовании режима непрерывной газогидратной кристаллизации, поток модельной газовой смеси (метан (81.70 мол.%) - диоксид углерода (18.30 мол.%)), содержащей компоненты природного газа, по линии подачи 4 подают в газогидратный кристаллизатор 1, в котором находится 6-кратный мольный избыток воды относительно мольной концентрации гидратообразующих газов при заданных условиях для образования газовых гидратов диоксида углерода.

Не перешедший в газогидратную фазу компонент природного газа (метан) с концентрацией не менее 81.70 мол.% поступает через линию 6 на дальнейшее разделение и очистку.

При давлении, равном 2.0 МПа, и температуре, равной 273 K наблюдается образование газовых гидратов, содержащих концентрат диоксида углерода. Перемешивающее устройство якорного типа 2 интенсифицирует этот процесс. Из потока природного газа в газогидратную фазу переходит не менее 18.30 мол.% диоксида углерода. Доля отбора варьируется от 0 до 1. Образовавшиеся газовые гидраты отбирают шнеком 3 в модуль сепарации 5, где при повышении температуры до 293 K наблюдается разрушение газовых гидратов с образованием воды и концентрата диоксида углерода.

Время проведения эксперимента составляло 8 часов после начала процесса гидратообразования. Данные сведены в табл. 1.

Пример 2

Проведен аналогично примеру 1. Данные сведены в табл. 1.

Табл. 1. Условия процесса гидратообразования модельной газовой смеси метан (81.70 мол.%) - диоксид углерода (18.30 мол.%) для достижения максимально допустимой концентрации диоксида углерода в выходящей паровой фазе, равной 2.5 мол.%

Температура газогидратного кристаллизатора, K Давление газогидратного кристаллизатора, МПа Мольный избыток воды относительно мольной концентрации гидратообразующих газов Температура модуля сепарации, K Доля отбора Коэффициент газогидратного распределения диоксида углерода к метану
273 2.0 6-кратный 293 0.095 2
278 8.0 10-кратный 323 0.010 1.5

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, состоящего в повышении степени удаления диоксида углерода из природного газа. Достигнута максимально допустимая концентрация диоксида углерода в выходящей паровой фазе, равная 2.5 мол.%. Предлагаемый способ показал высокую эффективность при разделении компонентов природного газа с целью удаления диоксида углерода.

Способ удаления диоксида углерода из природного газа, включающий образование газовых гидратов диоксида углерода при давлении от 2.0 до 8.0 МПа и температуре от 273 до 278 K и последующее их разложение с образованием концентрата диоксида углерода, отличающийся тем, что в газогидратный кристаллизатор подают поток природного газа с находящимся в нем 6-10-кратным мольным избытком воды относительно мольной концентрации гидратообразующих газов в природном газе, не перешедшие в газогидратную фазу компоненты природного газа выводят из газогидратного кристаллизатора, образовавшиеся газовые гидраты отбирают шнеком в модуль сепарации для разрушения на воду и концентрат диоксида углерода при повышении температуры от 293 до 323 K, оставшиеся компоненты природного газа выводят на переработку.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 71-80 из 96.
22.11.2019
№219.017.e52d

Шнековый пластикатор для литья под давлением полимеров

Изобретение относится к устройству для литья под давлением пластмасс. Техническим результатом является повышение точности температуры нагрева и степени компрессии жидкого пластиката, понижение энергоемкости и материалоемкости, сокращение цикла литья и увеличение производительности. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706625
Дата охранного документа: 19.11.2019
24.11.2019
№219.017.e647

Модификатор для жаропрочных никельхромовых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к модифицированию жаропрочных сплавов на основе тугоплавких элементов никеля, хрома, молибдена, кобальта, вольфрама ультрадисперсными порошковыми комплексами тугоплавких соединений. Модификатор содержит, мас.%: ультрадисперсный порошок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706922
Дата охранного документа: 21.11.2019
01.12.2019
№219.017.e92d

Способ изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям

Изобретение относится к литейному производству. Воскообразные модели выплавляют из оболочковых форм в стальной ванне с горячей водой, причем блоки погружают в воду литниковыми воронками вверх. В состав воды вносят добавки лаурилсульфата натрия и соляной кислоты в количестве 0,8-1,0% суммарно от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707642
Дата охранного документа: 28.11.2019
31.12.2020
№219.017.f461

Универсальный тиристорный регулятор величины вольтодобавочного напряжения

Изобретение относится к высоковольтным электротехническим комплексам для управляемых линий электропередач. Технический результат – реализация продольного и поперечного регулирования напряжения с использованием одного модуля регулирования выходного напряжения, что сокращает количество...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710660
Дата охранного документа: 30.12.2019
16.01.2020
№220.017.f5e0

Универсальное модульное вольтодобавочное устройство для распределительных сетей среднего напряжения

Изобретение относится к высоковольтным электротехническим комплексам для управляемых линий электропередач. Технический результат – расширение области применения, сокращение количества тиристорных ключей, находящихся под напряжением распределительной сети 6-10 кВ. Технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710886
Дата охранного документа: 14.01.2020
22.01.2020
№220.017.f7e6

Вихревой теплообменный аппарат

Изобретение относится к теплотехнике, а в частности к теплообменным аппаратам с рекуперативной передачей тепла, и может быть использовано в химической, пищевой и смежных отраслях промышленности. Наиболее эффективное использование данного устройства возможно при умеренных и малых расходах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002711569
Дата охранного документа: 17.01.2020
29.02.2020
№220.018.079d

Система автоматического ограничения снижения напряжения в промышленных энергорайонах 6-220 кв с источниками распределенной генерации

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат – обеспечение учета особенностей промышленных энергорайонов с источниками распределенной генерации при автоматическом ограничении снижения напряжения. Система автоматического ограничения снижения напряжения (АОСН) в промышленных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715339
Дата охранного документа: 27.02.2020
29.02.2020
№220.018.07aa

Дистанционирующая и перемешивающая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора

Изобретение относится к конструкции перемешивающих дистанционирующих решеток для тепловыделяющих сборок ядерных реакторов. Перемешивающая дистанционирующая решетка, состоящая из взаимно перпендикулярных в двух плоскостях пластин, образует в поперечном сечении каналы квадратного сечения решетки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715387
Дата охранного документа: 27.02.2020
17.04.2020
№220.018.1574

Брикет для производства чугуна в вагранке

Изобретение относится к области металлургии и литейного производства, в частности к подготовке материалов для ваграночной плавки чугуна. Брикет содержит железосодержащий материал, включающий чугунную, стальную стружку и оксиды железа, углеродосодержащее вещество и известковую пыль. В качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718838
Дата охранного документа: 14.04.2020
20.04.2020
№220.018.161c

Способ определения места и расстояния до места однофазного замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кв с изолированной или компенсированной нейтралью

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам определения местоположения повреждений (ОМП) в электрических сетях 6-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения расстояния до места замыкания на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002719278
Дата охранного документа: 17.04.2020
Показаны записи 11-16 из 16.
19.06.2019
№219.017.8872

Способ глубокой очистки аммиака

Заявляемое изобретение относится к способам очистки веществ и касается разработки способа глубокой очистки аммиака, используемого в технологии получения эпитаксиальных структур нитридов кремния, галлия, алюминия и других материалов, применяемых в опто- и микроэлектронике. Способ включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002327640
Дата охранного документа: 27.06.2008
19.06.2019
№219.017.8b8b

Способ очистки тетрафторметана и устройство для его осуществления

Изобретение относится к устройству для очистки тетрафторметана. При этом устройство представляет собой мембранный модуль радиального типа, состоящий из полостей высокого и низкого давлений, разделенных между собой мембраной. Каждая полость содержит распределительный диск, которые обеспечивают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002467994
Дата охранного документа: 27.11.2012
29.06.2019
№219.017.a1c1

Способ выделения аммиака из газовых смесей и устройство для его осуществления

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Газовую смесь подают в область высокого давления 1 через барботер 5, опущенный в слой абсорбента 4. Разделительный диск 6 удерживает образующиеся пузырьки газовой смеси в слое абсорбента, пока они движутся от центра к периферии к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002468994
Дата охранного документа: 10.12.2012
26.10.2019
№219.017.db01

Фармацевтическая композиция на основе хлорбензоиламиноадамантана, повышающая физическую работоспособность в условиях высоких и низких температур

Настоящее изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно фармацевтической композиции, обладающей актопротекторной и термопротекторной активностью. Фармацевтическая композиция, обладающая актопротекторной и термопротекторной активностью, в виде таблеток содержит в определенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704126
Дата охранного документа: 24.10.2019
12.04.2023
№223.018.456f

Способ получения концентрата ксенона из природного газа

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к разделению компонентов природного газа методами газогидратной кристаллизации и мембранного газоразделения, объединенных в едином массообменном аппарате, и может быть использовано для получения концентрата ксенона. Способ включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002754223
Дата охранного документа: 30.08.2021
15.05.2023
№223.018.59fc

Способ удаления диоксида углерода из природного газа

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к разделению компонентов природного газа газогидратной кристаллизацией, и может быть использовано для удаления диоксида углерода из природного газа. Способ удаления диоксида углерода из природного газа включает образование газовых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002761705
Дата охранного документа: 13.12.2021
+ добавить свой РИД