Состав осушителя природного газа

 

Изобретение относится к составу осушителя природного газа и может использоваться в химической и газовой промышленности. Сущность изобретения: предложен состав осушителя природного газа, содержащий 10 - 70,0% ди-или триэтиленгликоля и 30 - 90 мас.% оксиалкилированного продукта алифатических спиртов С₂ - С₄ со средней степенью оксиалкилирования 3 - 5. Использование данного состава осушителя позволяет повысить эффективность осушки газа, проводить процесс осушки газа в широком интервале температур контакта газ-осушитель, снизить потери осушителя на стадии его регенерации. 1 ил., 4 табл.

Изобретение относится к составу осушителя газа, обеспечивающего эффективную осушку природного газа и других газообразных продуктов при низких температурах, и может использоваться на предприятиях химической и газовой промышленности.

В настоящее время в процессах абсорбционной осушки газов в качестве осушителя обычно используют диэтиленгликоль, триэтиленгликоль или их смесь [1] Процесс осушки природного газа с использованием указанных продуктов обычно проводят при 10-25^оС, концентрации гликолей в осушителе 97-98,5% при этом достигается степень осушки газа до температуры точки росы от -15 до -20^оС. Дальнейшее повышение степени осушки газа может быть достигнуто путем проведения процесса осушки при низких температурах и снижения остаточного содержания влаги в осушителе, подаваемом в процессе осушки газа.

Недостатком использования в процессе осушки природного газа диэтиленгликоля или триэтиленгликоля является невозможность проведения процесса осушки при пониженных температурах из-за резкого увеличения вязкости гликолей и дальнейшего их замерзания при температуре ниже 0^оС и, соответственно, практическая невозможность обеспечения температуры точки росы осушаемого газа в пределах от -30 до -40^оС. Кроме этого, использование гликолей или их смесей в процессе осушки на газовых месторождениях Крайнего Севера требует дополнительных затрат на операции расплавления замерзшего диэтиленгликоля при загрузке его в технологические схемы осушки газа в зимних условиях.

Наиболее близким к предлагаемому является использование в процессе осушки природного газа смеси, содержащей 40-95 мас. диэтиленгликоля и 5,0-6,0 мас. пропиленкарбоната [2] Данный состав осушителя имеет температуру замерзания в пределах от -20 до -45^оС и при проведении процесса осушки природного газа с его использованием при температуре контакта газ-абсорбент от -8 до 20^оС достигается степень осушки до точки росы от -28 до -43^оС.

Недостатком данного состава осушителя в процессе осушки природного газа является нестабильность его эксплуатационных характеристик, выраженная в резком ухудшении его низкотемпературных свойств (невозможность проведения процесса осушки при минусовых температурах) и, соответственно, снижение степени осушки газа при многократном рецикле его в процессе осушки. Последнее, по-видимому, является следствием введения в состав осушителя пропиленкарбоната, который при контакте с водой на стадии регенерации абсорбента при высоких температурах (140-165^оС) способен гидролизоваться с образованием пропиленгликоля и двуокиси углерода, что может привести к полному израсходованию пропиленкарбоната и накоплению в составе осушителя низкокипящего продукта пропиленгликоля и, соответственно, потери абсорбента на стадии регенерации осушителя.

Состав осушителя природного газа, содержащий 10-70% диэтиленгликоля или триэтиленгликоля и 30-90 мас. оксиалкилированного продукта алифатических спиртов С₂-С₄ со средней степенью оксиалкилирования 3-5, имеет хорошие вязкостные характеристики при минусовой температуре, низкую температуру застывания и использование данного осушителя в процессе осушки природного газа позволяет в течение длительного срока эксплуатации обеспечить высокую степень осушки газа в широком интервале температур контакта газ-абсорбент, включая минусовую температуру.

Нижняя предельная концентрация вводимого в композицию осушителя оксиалкилированного продукта алифатических спиртов С₂-С₄ со средней степенью оксиалкилирования 3-5 ограничена тем, что при снижении его содержания ниже 30 мас. наблюдается ухудшение низкотемпературных свойств осушителя и снижение эффективности осушки газа.

Использованный при получении композиций осушителя оксиалкилированный продукт алифатических спиртов С₂-С₄ со средней степенью оксиалкилирования 3-5 синтезировался по нижеприведенной методике. В металлический реактор объемом 1,5 л, снабженный перемешивающим устройством, загружают 240 г нормального пропилового спирта, 1,0 г твердого гидроксида натрия. При перемешивании гидроксид натрия растворяют в спирте, после этого реакционную шихту при перемешивании путем подачи теплоносителя в терморубашку реактора нагревают до 120^оС и начинают подачу в реактор из мерника окись пропилена. Процесс оксипропилирования протекает при дробной дозировке окиси пропилена, температура 120-125^оС, давление 3,0-3,5 кг/см², общий расход окиси пропилена 928 г, после дозировки этого количества окиси пропилена реакционную массу выдерживают при перемешивании и температуре 120^оС до полного срабатывания окиси пропилена. Полученную реакционную массу нейтрализуют фосфорной кислотой и из нее при остаточном давлении 5,0-10,0 мм рт.ст. и температуре реакционной массы 100-140^оС отгоняют воду и легкие органические примеси. Полученный продукт фильтруют под давлением 2,0 кгс/см² и в результате получают 1100 г продукта. Таким образом получены продукты оксипропилирования и оксиэтилирования со средней степенью оксиалкилирования 3-5 этанола, пропилового и бутилового спиртов. Свойства полученных продуктов представлены в табл. 1.

Для приготовления композиций осушителя использовали диэтиленгликоль с содержанием основного вещества не менее 99,5 мас. (ГОСТ 10136-77), триэтиленгликоль по ТУ 6-01-5-88 (содержание основного вещества не менее 90,0 мас. ) и вышеуказанные продукты со средней степенью оксиалкилирования 3-5.

Оценка эффективности композиции осушителя в процессе осушки газа проводилась в непрерывной лабораторной установке, представленной на чертеже.

Установка включает в себя емкость-увлажнитель газа 1, насадочную колонну осушки газа с терморубашкой 2, вакуумную колонну регенерации осушителя 3, дозировочные насосы реагентов 4, 5, 6, емкости для накопления продуктов 7, 8, 9, холодильники 10, 11, 12.

Условия работы установки приведены в примерах.

В качестве критериев оценки эффективности осушителя были выбраны следующие показатели: температура замерзания, кинематическая вязкость осушителя при различных температурах во время испытаний, содержание влаги в осушенном газе по "точке росы", потери осушителя на стадии его регенерации по содержанию гликолей и других органических продуктов в дистилляте колонны 3. Содержание органических примесей в потоке 13 определяют хроматографически с использованием детектора ионизации пламени, сорбент 5,0% полиэтиленгликоль ПЭГ-20000, 5% апьезона на хроматоне, длина колонки 1,0 м, температура термостата 190^оС, температура испарителя 210^оС.

П р и м е р 1 (сравнительный). Композицию осушителя готовят смешением 1000 г диэтиленгликоля и 388 г пропиленкарбоната (содержание диэтиленгликоля в композиции 72,0 мас. и пропиленкарбоната 28,0 мас.). Свежеприготовленный осушитель имеет температуру замерзания -36,0^оС, кинематическую вязкость при 20^оС 16,5 сСт, при температуре -15^оС 86,2 сСт. Оценку эффективности данного состава осушителя в процессе осушки газа проводят в непрерывной установке. Осушке подвергают топливный газ, поступающий из заводской сети, имеющий следующий состав (об.): метан 98,8; этан 0,6; пропан 0,5; бутан 0,1. Осушаемый газ 14 при прохождении через емкость 1, заполненную водой, насыщается парами воды. Увлажненный поток газа 15 поступает в нижнюю часть колонны осушки 2. Колонна осушки 2 насадочного типа заполнена насадкой из спиралек размером 2,0х2,0 мм, снабжена терморубашкой. В терморубашку колонны поступает хладагент. Процесс осушки проводят при температуре -5^оС, давлении до 3,5 атм. Осушитель, состоящий из смеси диэтиленгликоля и пропиленкарбоната, подают в верхнюю часть колонны насосом 6 из емкости сборника 8 через холодильник 11, где предварительно охлаждают до температуры -5^оС. В терморубашке колонны осушки 2 и холодильнике 11 в качестве хладагента используют предварительно охлажденный до температуры -10^оС смесью из сухого льда и этилового спирта водный раствор моноэтиленгликоля (температура замерзания -65^оС). Скорость подачи осушителя в колонну осушки 0,5 л/ч, расход увлажненного газа 8,0 л/мин. Расход увлажненного газа и осушителя подбирался в соотношении, обеспечивающем содержание влаги в кубе колонны 4 приблизительно 1,95-2,05 мас. При указанных условиях в начальный момент испытаний достигаются следующие результаты: точка росы осушенного газа 16 -38^оС, содержание воды в кубе колонны 2 составляет 2 мас. Увлажненный осушитель из куба колонны 2 поступает в сборник 7 и далее насосом 4 подается в вакуумную колонну регенерации осушителя 3. Режим регенерации осушителя в колонне 3: остаточное давление 50-70 мм рт.ст. температура куба колонны 155-160^оС, температура верха колонны 57-60^оС; флегмовое число 1,0. Отгоняемые пары воды поступают в холодильник 12, конденсируются и накапливаются в сборнике 9. Регенерированный осушитель насосом 5 откачивают через холодильник 10 в сборник 8. В холодильники 10 и 12 для охлаждения потоков подают воду с температурой 8,0-14^оС. Суммарное содержание органических примесей (диэтиленгликоля и пропиленкарбоната) в дистилляте колонны регенераций 13 составляет 0,42 мас.

Испытания данного состава осушителя проводят в течение 96 ч. Полученные результаты представлены в табл. 2.

П р и м е р 2. Композицию осушителя готовят смешением 1000 г диэтиленгликоля и 1000 г оксипропилированного продукта со средней степенью оксипропилирования 3-5 (образец по табл. 1). Свежеприготовленный осушитель имеет следующие характеристики: температура застывания -53^оС, кинематическая вязкость при 20^оС 12,2 сСт и при -15^оС 76,3 сСт.

Испытания композиции осушителя проводят в условиях примера 1. В момент достижения содержания воды в кубе колонны 4 1,99% степень осушки газа до точки росы -49^оС, содеpжание органических примесей в дистилляте колонны 3 составляет 0,3 мас. Через 96 ч испытаний данного состава осушителя при температуре контакта газ-осушитель -5^оС точка росы осушаемого газа составляет -43^оС. Содержание органических примесей в дистилляте колонны 3 составляет 0,21 мас. Осушитель из сборника 11 имеет следующие характеристики: температура застывания -52^оС, кинематическая вязкость при 20^оС 12,0 сСт, при -15^оС 73,6 сСт.

П р и м е р ы 3-11. Композицию осушителя готовят смешением диэтиленгликоля или триэтиленгликоля с продуктами оксиалкилирования алифатических спиртов С₂-С₄ (табл.1). Эффективность осушителей в процессе осушки газа оценивают аналогично примерам 1 и 2. Условия проведения испытаний и полученные результаты представлены в табл. 3, в табл. 4 представлены свойства композиции осушителя.

Сравнительный анализ полученных результатов показывает, что предлагаемый состав осушителя, содержащий 10-70,0 мас. ди- или триэтиленгликоля и 30-100 мас. оксиалкилированного алифатического спирта С₂-С₄ со средней степенью оксиалкилирования 3-5, по сравнению с известным составом осушителя (пример 1) позволяет достигать более высокую степень осушки газа в течение длительного срока эксплуатации. В период эксплуатации свойства осушителя (характеристика вязкости при различных температурах), температура застывания и эффективность осушки газа) практически не претерпевают изменений, в то время, как при использовании в процессе осушки газа осушителя на основе диэтиленгликоля и пропиленкарбоната (пример 1) во времени наблюдается существенное повышение вязкости при минусовых температурах, повышение температуры замерзания и ухудшения эффективности осушки, что, по-видимому, является следствием протекания реакции гидролиза пропиленкарбоната на стадиях осушки и особенно регенерации (повышение температуры до 160^оС) с образованием низкокипящего продукта пропиленгликоля, о чем свидетельствует высокое содержание органических примесей (появление пропиленгликоля в анализируемом продукте в дистилляте колонны 3). Кроме этого, преимущество предлагаемого состава осушителя заключается в том, что за счет введения в состав осушителя высококипящих продуктов оксиалкилирования алифатических спиртов С₂-С₄ достигается снижение потерь осушителя в процессе осушки газа за счет снижения уноса осушителя с водяными парами на стадии регенерации последнего.

Формула изобретения

СОСТАВ ОСУШИТЕЛЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА, содержащий диэтиленгликоль или триэтиленгликоль и органический реагент, отличающийся тем, что в качестве органического реагента осушитель содержит оксиалкилированный продукт алифатических спиртов С₂ С₄ со степенью оксиалкилирования 3 5 при следующем соотношении компонентов, мас.

Диэтиленгликоль или триэтиленгликоль 10 70 Оксиалкилированный продукт алифатических спиртов С₂ С₄ со степенью оксиалкилирования 3 5 30 90

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5