Способ и установка адсорбционной осушки и очистки природного газа
Изобретение относится к газопереработке и может быть использовано в газовой промышленности. Способ и установка адсорбционной осушки и очистки природного газа от серосодержащих компонентов после дожимной компрессорной станции перед подачей природного газа в магистральный газопровод включают циклически повторяющиеся стадию адсорбционной осушки и очистки природного газа, стадию регенерации адсорбента и стадию охлаждения адсорбента, при этом часть очищенного природного газа после использования на стадии охлаждения адсорбента подвергают рекуперативному теплообмену, нагреву в печи и далее используют в качестве газа регенерации на стадии регенерации адсорбента, после стадии регенерации адсорбента газ регенерации, содержащий десорбированные примеси, охлаждают в первом блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа и направляют во второй дополнительный блок адсорбционной очистки газа регенерации, где циклически реализуют стадию адсорбции примесей, стадию регенерации адсорбента и стадию охлаждения адсорбента, при этом на стадии адсорбции примесей из газа регенерации первого блока адсорбционной осушки и очистки природного газа извлекают десорбированные примеси, очищенный газ регенерации возвращают на рецикл в очищаемый природный газ, а стадию регенерации адсорбента осуществляют горячим очищенным природным газом в две фазы: во время первой фазы газ регенерации с пиковым количеством десорбированных примесей сбрасывают на факел, во время второй фазы газ регенерации направляют на рецикл в очищаемый природный газ – в обоих случаях газ регенерации предварительно охлаждают и отделяют конденсат. Изобретение решает задачу разработки способа и установки адсорбционной осушки и очистки природного газа с уменьшением расхода природного газа, используемого для регенерации адсорбента, и увеличением таким образом выхода товарного природного газа. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.
Способ и установка адсорбционной осушки и очистки природного газа относятся к газопереработке и могут быть использованы в газовой промышленности.
Известен способ осушки и очистки природных газов путем контакта природных газов с комбинированным слоем адсорбентов, состоящим из последовательно расположенных по ходу газа адсорбента-осушителя на основе оксида алюминия и мелкопористого силикагеля, с последующей регенерацией очищенным газом мелкопористого силикагеля и адсорбента-осушителя, при этом обезвоживание выделенной в первом адсорбционном блоке водно-углеводородно-метанольной фракции осуществляют во втором адсорбционном блоке, где в качестве адсорбента используют узкопористый цеолит КА, а полученная углеводородно-метанольная смесь используется в качестве основы для производства высокооктановых бензинов (патент на изобретение RU 2652192 С2, МПК B01D 53/26, B01D 53/04, B01J 20/10, B01J 20/18, B01J 20/34, заявлен 11.01.2016 г., опубликован 25.04.2018 г.). Недостатками изобретения являются:
- сжигание газов десорбции, снижающее выход товарного природного газа на 4-5 % мол.;
- нецелесообразное извлечение углеводородно-метанольной смеси, так как в очищаемом природном газе содержание углеводородов С4-С6 и выше составляет 0,5-1,0 % мол., а н-алканы, начиная от С5, не могут использоваться в качестве основы для производства высокооктановых бензинов из-за низкого октанового числа.
Известен способ подготовки отработанного газа регенерации, образующегося на установке адсорбционной осушки газа в составе газоперерабатывающего производства, имеющего процесс низкотемпературной переработки газа с получением сухого отбензиненного газа и систему пропанового охлаждения, включающий осушку отработанного газа регенерации, подачу подготовленного отработанного газа регенерации в поток сухого отбензиненного газа с последующим дожатием и подачей подготовленного газа в магистральный газопровод, при этом осушку отработанного газа регенерации осуществляют путем его охлаждения хладагентом: газообразным пропаном, подаваемым после утилизации холода в процессе низкотемпературной переработки газа, или жидким пропаном, подаваемым из системы пропанового охлаждения и сдросселированным до газообразного состояния – с последующей сепарацией полученной при охлаждении газожидкостной смеси и отводом подготовленного отработанного газа регенерации и жидкой фазы (патент на изобретение RU 2696437 С1, МПК B01D 53/26, B01D 53/04, В01J 20/34, заявлен 18.12.2018 г., опубликован 01.08.2019 г.). Недостатками изобретения являются:
- удаление воды с помощью пропанового хладагента, требующее дополнительного наличия специальной системы пропанового охлаждения;
- остаточное содержание примесей в ходе регенерации адсорбента из-за низкой температуры конденсации газа регенерации, подмешиваемого к сухому отбензиненному газу с ухудшением его качества.
Известен способ регенерации цеолита процесса осушки и очистки природного газа от сернистых соединений, включающий последовательную продувку цеолита нагретым газом регенерации и газом охлаждения, в качестве которых используют осушенный и очищенный от сернистых соединений природный газ, при этом газ охлаждения перед продувкой цеолита подвергают низкотемпературной конденсации и ректификации с выделением углеводородов C2 и выше, остаточных количеств сернистых соединений и влаги, оставшуюся метановую фракцию компримируют и очищают от паров компрессорного масла, а после продувки цеолита дополнительно нагревают и используют в качестве газа регенерации (патент на изобретение RU 2159663 С2, МПК B01D 53/02, B01D 53/26, заявлен 16.09.1999 г., опубликован 27.11.2000 г.). Недостатками изобретения являются:
- неудовлетворительная реализация адсорбции, поскольку в итоге уже осушенный и очищенный от сернистых соединений природный газ, используемый в качестве газа охлаждения, перед продувкой цеолита подвергают дорогостоящему и энергозатратному процессу низкотемпературной конденсации и ректификации с выделением углеводородов C2 и выше, остаточных количеств сернистых соединений и влаги;
- отрицательно влияющие на процесс десорбции компримирование и очистка от паров компрессорного масла оставшейся метановой фракции, которую после продувки цеолита дополнительно нагревают и используют в качестве газа регенерации, из-за повышенного давления компримированного газа.
Известен способ с устройством для осушки и очистки природных газов, включающий смешение с рециркулируемым газом регенерации, сепарацию от капельной жидкости и механических примесей, двухступенчатую адсорбцию паров тяжелых углеводородов и воды на синтетическом углеродном адсорбенте и адсорбенте композитного типа, соответственно, при одновременном косвенном охлаждении адсорбентов хладагентом до температуры адсорбции, но не выше 50 °С и не ниже температуры замерзания воды или температуры гидратообразования, регенерацию адсорбентов при пониженном давлении путем косвенного нагрева адсорбентов теплоносителем до температуры регенерации 80-150 °С и отдува десорбирующихся паров очищенным газом, подаваемым в количестве 0,1-2,0 % к расходу очищаемого газа, рециркуляцию газа регенерации с помощью жидкостно-кольцевого насоса с использованием конденсата водяного пара в качестве рабочей жидкости и охлаждение регенерированных адсорбентов путем косвенного охлаждения хладагентом до температуры адсорбции (патент на изобретение RU 2497573 С1, МПК B01D 53/26, заявлен 13.07.2012 г., опубликован 10.11.2013 г.). Недостатками изобретения являются:
- увеличение концентрации примесей в очищаемом природном газе из-за рециркулирования газа регенерации по сравнению с исходным очищаемым природным газом;
- наименее эффективный способ теплообмена между теплоносителем и неподвижным слоем адсорбента через стенку теплообменного элемента, приводящий к увеличению поверхности теплообменных элементов и размеров адсорбера, внутри которого они размещены;
- использование в устройстве двух адсорберов, поочередно работающих на стадии адсорбции и стадии нагрева-регенерации-охлаждения адсорбента, которое приводит к необходимости равного времени этих двух стадий, что опосредованно увеличивает загрузку адсорбента и размеры адсорбера.
Известны также способ очистки и осушки газа и устройство для его осуществления, способ основан на короткоцикловой безнагревной адсорбции и включает адсорбцию очищаемых компонентов, регенерацию адсорбента, проводимую путем снижения давления газа в адсорбере, продувки адсорбента очищенным и осушенным газом под низким давлением, и повышение давления газа в адсорбере до рабочего значения после регенерации, при этом продувочный газ при снижении давления разделяют на горячий и холодный потоки в вихревой трубке, горячим потоком продувают адсорбент, снижают давление в адсорбере ниже продувочного и откачивают продукты очистки, повышают давление до величины продувки, которую ведут холодным потоком при температуре ниже температуры очищаемого газа, а устройство для очистки и осушки газа, содержащее адсорберы, например, со смешанным адсорбентом, соединенные с коллектором подачи очищаемого и с коллектором отвода очищенного и осушенного газа, ресивер, установленный на последнем, коллектор сброса продувочного газа, снабжено вихревой трубкой, эжектором, установленным после ресивера, и теплообменником, установленным между ресивером и вихревой трубкой и на коллекторе сброса продувочного газа (патент на изобретение RU 2157722 С2, МПК B01D 53/26, F04B 39/16, заявлен 30.10.1997 г., опубликован 20.10.2000 г.). Недостатками изобретения являются:
- низкая эффективность короткоцикловой безнагревной адсорбции в процессах очистки и осушки природного газа с низкой концентрацией извлекаемых примесей (1-2 %), так как этот метод по своей сущности предназначен для извлечения компонентов из смеси с высокой концентрацией примесей, например, извлечение кислорода из воздуха, водорода из синтез-газа и др.;
- наличие вихревой трубы для повышения температуры продувочного газа, практически никак не отражающейся на качестве десорбции, поскольку, во-первых, за короткое время десорбции адсорбент сможет нагреться лишь на 10-15 °С, во-вторых, даже при температуре продувочного газа на выходе из вихревой трубы 81,5 °С адсорбент при атмосферном давлении способен адсорбировать значительное количество примесей, то есть процесс регенерации практически не улучшится;
- проблема использования или утилизации продуктов десорбции.
При создании изобретения была поставлена задача разработки способа и установки адсорбционной осушки и очистки природного газа с уменьшением расхода природного газа, используемого для регенерации адсорбента, и увеличением таким образом выхода товарного природного газа.
Поставленная задача решается за счет того, что способ адсорбционной осушки и очистки природного газа от серосодержащих компонентов после дожимной компрессорной станции перед подачей природного газа в магистральный газопровод включает циклически повторяющиеся стадию адсорбционной осушки и очистки природного газа, стадию регенерации адсорбента горячим очищенным природным газом и стадию охлаждения адсорбента частью холодного очищенного природного газа, при этом часть очищенного природного газа после использования на стадии охлаждения адсорбента подвергают рекуперативному теплообмену, нагреву в печи и далее используют в качестве газа регенерации на стадии регенерации адсорбента, после стадии регенерации адсорбента газ регенерации, содержащий десорбированные примеси, охлаждают в первом блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа и направляют во второй дополнительный блок адсорбционной очистки газа регенерации, во втором дополнительном блоке адсорбционной очистки газа регенерации циклически реализуют стадию адсорбции примесей, стадию регенерации адсорбента и стадию охлаждения адсорбента, причем на стадии адсорбции примесей из газа регенерации первого блока адсорбционной осушки и очистки природного газа извлекают десорбированные примеси, очищенный газ регенерации возвращают на рецикл в очищаемый природный газ, а стадию регенерации адсорбента осуществляют горячим очищенным природным газом в две фазы: во время первой фазы газ регенерации с пиковым количеством десорбированных примесей сбрасывают на факел, во время второй фазы газ регенерации направляют на рецикл в очищаемый природный газ – в обоих случаях газ регенерации предварительно охлаждают и отделяют конденсат.
Как видно из фиг. 1, где представлен профиль концентраций серосодержащих компонентов и воды в газе регенерации на выходе из адсорбера на стадии регенерации адсорбента первого блока адсорбционной осушки и очистки природного газа, концентрация десорбированных примесей в газе регенерации непостоянна и носит пиковый характер, при этом сначала интенсивно десорбируются серосодержащие компоненты, а затем вода в соответствии с теорией хроматографии. Это позволяет во время первой фазы стадии регенерации сбрасывать на факел основное количество десорбированных примесей. Во время второй фазы стадии регенерации газ регенерации, содержащий десорбированные воду и серосодержащие компоненты в концентрациях, близких к содержанию примесей в очищаемом природном газе, уже не сбрасывается на факел, а возвращается на рецикл в очищаемый природный газ, что существенно сокращает потери природного газа, сжигаемого на факеле.
Целесообразно в первом блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа и во втором дополнительном блоке адсорбционной очистки газа регенерации стадии регенерации адсорбента осуществлять в две фазы: во время первой фазы горячий очищенный природный газ используют в качестве газа регенерации для нагрева адсорбента до температуры начала интенсивной регенерации и удаляют залповое количество десорбированных примесей, причем газ регенерации после первой фазы первого блока адсорбционной осушки и очистки природного газа направляют последовательно на охлаждение, сепарацию для отделения конденсата и повторное адсорбционное извлечение из него несконденсированной части десорбированных примесей во втором дополнительном блоке адсорбционной очистки газа регенерации, а газ регенерации после первой фазы второго дополнительного блока адсорбционной очистки газа регенерации делят на две части: первую часть используют в качестве топлива для получения горячего очищенного природного газа для реализации стадий регенерации адсорбента на первом блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа и втором дополнительном блоке адсорбционной очистки газа регенерации, оставшуюся вторую часть подвергают охлаждению и сжигают на факеле, во время второй фазы газ регенерации, содержащий незначительное остаточное количество десорбированных примесей, последовательно охлаждают, фильтруют и возвращают на рецикл в очищаемый природный газ. Реализация двухфазной стадии регенерации адсорбента в первом блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа и во втором дополнительном блоке адсорбционной очистки газа регенерации обеспечивает унификацию технологических приемов. Кроме того, положительным фактором является полезное использование части газа регенерации после первой фазы стадии регенерации второго дополнительного блока адсорбционной очистки газа регенерации в качестве топлива.
Газы регенерации первого блока адсорбционной осушки и очистки природного газа и второго дополнительного блока адсорбционной очистки газа регенерации необходимо анализировать на содержание десорбированных примесей с помощью поточных хроматографов, сигналы которых обеспечивают переключение потоков после каждой фазы стадии регенерации адсорбента, например, сигналом для переключения газа регенерации второго дополнительного блока адсорбционной очистки газа регенерации с трубопровода сброса газа на факел на трубопровод рецикла в очищаемый природный газ является снижение концентрации десорбированных примесей до уровня, близкого к их содержанию в очищаемом природном газе.
Целесообразно в качестве адсорбента в первом блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа и во втором дополнительном блоке адсорбционной очистки газа регенерации использовать синтетические цеолиты как адсорбенты с более высокой селективностью и адсорбционной емкостью относительно других адсорбентов, кроме того, они обеспечивают наиболее глубокую очистку газов. При этом могут использоваться синтетические цеолиты разных марок, обладающих наилучшим сродством к конкретным адсорбируемым компонентам, в частности, можно использовать синтетические цеолиты марки КА (3А), преимущественно поглощающие воду из очищаемого природного газа, и/или синтетические цеолиты марки СаА (5А), преимущественно поглощающие кислые компоненты (диоксид углерода, сероводород, меркаптан, оксид-сульфид углерода) из очищаемого природного газа.
Полезно газ регенерации перед подачей на стадию регенерации адсорбента предварительно нагревать до температуры не выше 350 °С, поскольку, несмотря на повышение качества и глубины десорбции с увеличением температуры, при длительной продолжительности эксплуатации цеолитов в циклических процессах при 350 °С и выше углеводороды, остающиеся в микроколичествах в порах цеолитов при регенерации, подвергаются каталитическому превращению в коксоподобные вещества, снижающие адсорбционную емкость адсорбента.
Поставленная задача решается также за счет того, что установка адсорбционной осушки и очистки природного газа после дожимной компрессорной станции перед подачей природного газа в магистральный газопровод включает первый циклически работающий блок адсорберов со стационарным слоем адсорбента для осушки и очистки природного газа, нагреватель, холодильник, емкость-сепаратор и систему трубопроводов, при этом установку дополняют вторым циклически работающим блоком адсорберов со стационарным слоем адсорбента для очистки газа регенерации, содержащим нагреватель, рекуперативный теплообменник, холодильник и дополнительную первую систему трубопроводов, обеспечивающую функционирование второго дополнительного блока адсорберов для очистки газа регенерации.
Полезно в установку включить дополнительную вторую систему трубопроводов, обеспечивающую функционирование второго дополнительного блока адсорберов для очистки газа регенерации с учетом системы управления двухфазной стадией регенерации адсорбента, куда входят поточные хроматографы, аналого-цифровые преобразователи и клапанные устройства на соответствующих трубопроводах.
Полезно также адсорберы выполнять двухсекционными для загрузки адсорбентов разных марок в разные секции, что позволяет загружать разные марки адсорбентов в количествах, соответствующих концентрации извлекаемого компонента в очищаемом газе.
Полезно в блоке адсорберов для осушки и очистки природного газа и во втором дополнительном блоке адсорберов для очистки газа регенерации при количестве N адсорберов N–2 адсорберам работать на стадии адсорбционной осушки и очистки, одному адсорберу – на стадии регенерации адсорбента, одному адсорберу – на стадии охлаждения адсорбента. Это позволяет при проведении стадии адсорбции использовать цепочку из N–2 последовательно соединенных адсорберов и эффективно осуществлять стадию адсорбции при более высокой скорости очищаемого газа и емкости адсорбента, чем в случае работы единичного адсорбера, что уменьшает загрузку адсорбента в целом.
Полезно в первом блоке адсорберов для осушки и очистки природного газа и во втором дополнительном блоке адсорберов для очистки газа регенерации переключение адсорберов с одной стадии на другую осуществлять на основе циклограмм, структура которых определяет число адсорберов в каждом блоке и время на реализацию стадий регенерации и охлаждения адсорбента.
Целесообразно газ регенерации сначала частично нагревать в рекуперативном теплообменнике за счет тепла очищенного природного газа со стадии охлаждения адсорбента, а затем доводить до необходимой температуры в нагревателе.
Целесообразно нагреватели первого блока адсорберов для осушки и очистки природного газа и второго дополнительного блока адсорберов для очистки газа регенерации объединить в один аппарат, например, печь, что позволит уменьшить материалоемкость нагревательного оборудования и повысить тепловую эффективность его использования.
Установка для реализации одного из возможных вариантов заявляемого способа осушки и очистки природного газа иллюстрируется фигурами 2 и 3:
- фиг. 2 – принципиальная схема типовой установки адсорбционной осушки и очистки природного газа, соответствующая аналогу и первому блоку адсорбционной осушки и очистки природного газа;
- фиг. 3 – принципиальная схема второго дополнительного блока адсорбционной очистки газа регенерации;
с использованием следующих обозначений:
1-25 – трубопровод;
100-111 – адсорбер;
200-203 – фильтр;
300 – рекуперативный теплообменник;
400 – печь;
500, 501 – аппарат воздушного охлаждения (далее АВО);
600, 601 – сепаратор.
Первый блок адсорбционной осушки и очистки природного газа (фиг. 2) состоит из параллельно расположенных адсорберов 100-107 со стационарным слоем адсорбента для осушки и очистки природного газа и клапанных устройств, обеспечивающих циклическое переключение адсорберов с одной стадии на другую (стадии адсорбционной осушки и очистки природного газа, регенерации адсорбента и охлаждения адсорбента). Адсорберы 100-107 соединены трубопроводом 1 по очищаемому природному газу с дожимной компрессорной станцией, трубопроводом 2 по осушенному и очищенному природному газу и трубопроводом 12 по холодному очищенному природному газу – с фильтром 201, по нагреваемому газу охлаждения трубопроводом 5 – с рекуперативным теплообменником 300, по газу регенерации трубопроводом 7 – с печью 400, по охлаждаемому газу регенерации трубопроводом 9 – с фильтром 200. Рекуперативный теплообменник 300 соединен трубопроводом 6 с печью 400. Фильтр 200 последовательно подключен к рекуперативному теплообменнику 300, АВО 500 и сепаратору 600 трубопроводами 10, 11 и 14, соответственно.
Второй дополнительный блок адсорбционной очистки газов регенерации (фиг. 3), состоящий из параллельно расположенных адсорберов 108-111 со стационарным слоем адсорбента для очистки газа регенерации и клапанных устройств, обеспечивающих циклическое переключение адсорберов с одной стадии на другую (стадии адсорбции примесей, регенерации адсорбента и охлаждения адсорбента), подключен к первому блоку адсорбционной осушки и очистки природного газа с помощью трубопроводов: 4 – к адсорберам 100-107, 8 – к печи 400, 13 – к фильтру 201, 16 – к сепаратору 600. Адсорберы 108-111 соединены по газу охлаждения трубопроводом 4 с адсорберами 100-107, по газу регенерации трубопроводом 8 – с печью 400, по отсепарированному газу охлаждения трубопроводом 13 – с фильтром 201, по отсепарированному газу регенерации трубопроводом 16 – с сепаратором 600, по очищенному газу регенерации трубопроводом 17 – с фильтром 202 и по охлаждаемому газу регенерации трубопроводом 18 – с фильтром 203. Фильтр 203 последовательно подключен к АВО 501 и сепаратору 601 трубопроводами 19 и 20, соответственно.
Очищаемый природный газ после дожимной компрессорной станции перед подачей в магистральный газопровод по трубопроводу 1 сверху вниз поступает на стадию адсорбционной осушки и очистки природного газа в адсорберы 100-105 со стационарным слоем адсорбента для удаления влаги, сероводорода и меркаптанов. Очищенный природный газ из адсорберов 100-105 по трубопроводу 2 направляется в фильтр 201. Отфильтрованный очищенный природный газ выводится по трубопроводу 3 в магистральный газопровод.
Часть отфильтрованного очищенного природного газа после фильтра 201 используют в качестве газа охлаждения и газа регенерации.
Холодный очищенный природный газ по трубопроводу 12 направляется для охлаждения адсорбера 106 после стадии регенерации адсорбента. С верха адсорбера 106 газ охлаждения после использования на стадии охлаждения последовательно подогревается в рекуперативном теплообменнике 300 и печи 400, проходя трубопроводы 5 и 6, соответственно, и подается по трубопроводу 7 для регенерации адсорбента в адсорбер 107, после чего направляется по трубопроводу 9 в фильтр 200. Насыщенный газ регенерации после фильтра 200 поступает по трубопроводу 10 в рекуперативный теплообменник 300, нагревая газ охлаждения, и далее по трубопроводу 11 следует в АВО 500. Охлажденный газ регенерации подается по трубопроводу 14 в сепаратор 600, где от газовой фазы отделяется конденсат, отводимый по трубопроводу 15.
Отсепарированный газ регенерации, содержащий несконденсированную влагу и серосодержащие компоненты, с верха сепаратора 600 по трубопроводу 16 сверху вниз параллельно поступает на стадию адсорбции примесей в адсорберы 108 и 109 со стационарным слоем адсорбента для очистки от десорбированных примесей, а затем по трубопроводу 17 направляется в фильтр 202. Отфильтрованный очищенный газ регенерации выводится по трубопроводу 24 на рецикл в очищаемый природный газ.
Часть горячего газа регенерации после печи 400 подается по трубопроводу 8 на стадию регенерации адсорбента в адсорбер 111, затем по трубопроводу 18 направляется в фильтр 203, а далее поступает по трубопроводу 19 на охлаждение в АВО 501. Охлажденный газ регенерации по трубопроводу 20 поступает в сепаратор 601, где от газовой фазы, выводимой по трубопроводу 25, отделяется конденсат, отводимый по трубопроводу 21. Во время первой фазы стадии регенерации адсорбента в адсорбере 111, когда в газе регенерации содержится пиковая концентрация десорбированных продуктов, отсепарированный газ регенерации с верха сепаратора 601 выводится на факел по трубопроводу 22, во время второй фазы стадии регенерации в адсорбере 111, когда концентрация десорбированных примесей незначительная, отсепарированный газ регенерации с верха сепаратора 601 возвращается по трубопроводу 23 на рецикл в очищаемый природный газ.
Часть холодного очищенного природного газа после фильтра 201 по трубопроводу 13 направляется в качестве газа охлаждения адсорбера 110 на стадию охлаждения адсорбента. Пройдя сверху вниз охлаждаемый адсорбер 110, газ охлаждения возвращается по трубопроводу 4 для нагрева в рекуперативном теплообменнике 300.
На фиг. 4 приведены циклограммы работы первого блока адсорбционной осушки и очистки природного газа (фиг. 4 а, адсорберы 100-107) и второго дополнительного блока адсорбционной очистки газа регенерации (фиг. 4 б, адсорберы 108-111).
Эффективность заявляемого изобретения подтверждается следующими примерами.
Пример 1. Выполнен расчет установки адсорбционной осушки и очистки природного газа после дожимной компрессорной станции перед подачей природного газа в магистральный газопровод, осуществляемого согласно аналогу (фиг. 2) с регенерацией адсорбента частью очищенного природного газа и сбросом газа регенерации с десорбированными примесями на факел. В таблице 1 приведен материальный баланс этой установки с мощностью по очищаемому природному газу 10 млрд нм3/год.
По результатам расчетов из 10 млрд нм3/год непосредственно вырабатывается 9,18 млрд нм3/год товарного природного газа. Из используемых для стадии регенерации адсорбента 0,81 млрд нм3/год очищенного природного газа на рецикл возвращается 0,53 млрд нм3/год, из которых 91,766 % после адсорбционной осушки и очистки также переходит в товарный природный газ, то есть дополнительно получают 0,49 млрд нм3/год. Таким образом, из 10 млрд нм3/год очищаемого природного газа вырабатывают 9,67 млрд нм3/год товарного природного газа. На факеле при утилизации теряется 0,27 млрд нм3/год газа регенерации.
Пример 2. Выполнен расчет установки адсорбционной осушки и очистки природного газа после дожимной компрессорной станции перед подачей природного газа в магистральный газопровод согласно заявляемому способу (фиг. 2 и фиг. 3). В таблицах 2 и 3 приведены материальные балансы первого блока адсорбционной осушки и очистки природного газа и второго дополнительного блока адсорбционной очистки газа регенерации, соответственно, с мощностью по очищаемому природному газу 10 млрд нм3/год.
Непосредственно вырабатывается 9,03 млрд нм3/год товарного природного газа. Из используемого для стадий регенерации адсорбента газа на рецикл в очищаемый природный газ возвращается 0,9 млрд нм3/год, из которых 90,324 % после адсорбционной осушки и очистки также переходит в товарный природный газ, то есть дополнительно получают 0,81 млрд нм3/год. Таким образом, из 10 млрд нм3/год очищаемого природного газа вырабатывают 9,84 млрд нм3/год (9,03+0,81=9,84 млрд нм3/год) товарного природного газа. На факеле при утилизации теряется 0,05 млрд нм3/год газа регенерации.
Сравнение примера 1 и примера 2, показывает, что заявляемое изобретение позволяет увеличить выработку товарного топливного газа на 0,17 млрд нм3/год (9,84–9,67=0,17 млрд нм3/год) за счет уменьшения сброса газа на факел.
Таким образом, заявляемое изобретение решает задачу разработки способа и установки адсорбционной осушки и очистки природного газа с уменьшением расхода природного газа, используемого для регенерации адсорбента, и увеличением таким образом выхода товарного природного газа.
1. Способ адсорбционной осушки и очистки природного газа от серосодержащих компонентов после дожимной компрессорной станции перед подачей природного газа в магистральный газопровод, включающий циклически повторяющиеся стадию адсорбционной осушки и очистки природного газа, стадию регенерации адсорбента горячим очищенным природным газом и стадию охлаждения адсорбента частью холодного очищенного природного газа, отличающийся тем, что часть очищенного природного газа после использования на стадии охлаждения адсорбента подвергают рекуперативному теплообмену, нагреву в печи и далее используют в качестве газа регенерации на стадии регенерации адсорбента, после стадии регенерации адсорбента газ регенерации, содержащий десорбированные примеси, охлаждают в первом блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа и направляют во второй дополнительный блок адсорбционной очистки газа регенерации, во втором дополнительном блоке адсорбционной очистки газа регенерации циклически реализуют стадию адсорбции примесей, стадию регенерации адсорбента и стадию охлаждения адсорбента, при этом на стадии адсорбции примесей из газа регенерации первого блока адсорбционной осушки и очистки природного газа извлекают десорбированные примеси, очищенный газ регенерации возвращают на рецикл в очищаемый природный газ, а стадию регенерации адсорбента осуществляют горячим очищенным природным газом в две фазы: во время первой фазы газ регенерации с пиковым количеством десорбированных примесей сбрасывают на факел, во время второй фазы газ регенерации направляют на рецикл в очищаемый природный газ – в обоих случаях газ регенерации предварительно охлаждают и отделяют конденсат.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в первом блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа и во втором дополнительном блоке адсорбционной очистки газа регенерации стадии регенерации адсорбента осуществляют в две фазы: во время первой фазы горячий очищенный природный газ используют в качестве газа регенерации для нагрева адсорбента до температуры начала интенсивной регенерации и удаляют залповое количество десорбированных примесей, причем газ регенерации после первой фазы первого блока адсорбционной осушки и очистки природного газа направляют последовательно на охлаждение, сепарацию для отделения конденсата и повторное адсорбционное извлечение из него несконденсированной части десорбированных примесей во втором дополнительном блоке адсорбционной очистки газа регенерации, а газ регенерации после первой фазы второго дополнительного блока адсорбционной очистки газа регенерации делят на две части: первую часть используют в качестве топлива для получения горячего очищенного природного газа для реализации стадий регенерации адсорбента на первом блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа и втором дополнительном блоке адсорбционной очистки газа регенерации, а оставшуюся вторую часть подвергают охлаждению и сжигают на факеле, во время второй фазы газ регенерации, содержащий незначительное остаточное количество десорбированных примесей, последовательно охлаждают, фильтруют и возвращают на рецикл в очищаемый природный газ.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что анализ газов регенерации первого блока адсорбционной осушки и очистки природного газа и второго дополнительного блока адсорбционной очистки газа регенерации на содержание десорбированных примесей проводят с помощью поточных хроматографов, сигналы которых обеспечивают переключение потоков после каждой фазы стадии регенерации адсорбента.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве адсорбента в первом блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа и во втором дополнительном блоке адсорбционной очистки газа регенерации используют синтетические цеолиты.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве адсорбента в первом блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа и во втором дополнительном блоке адсорбционной очистки газа регенерации используют синтетические цеолиты разных марок.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве адсорбентов в первом блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа и во втором дополнительном блоке адсорбционной очистки газа регенерации используют синтетические цеолиты марки КА (3А) и/или СаА (5А).
7. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что газ регенерации перед подачей на стадию регенерации адсорбента предварительно нагревают до температуры не выше 350 °С.
8. Установка адсорбционной осушки и очистки природного газа после дожимной компрессорной станции перед подачей природного газа в магистральный газопровод, включающая первый циклически работающий блок адсорберов со стационарным слоем адсорбента для осушки и очистки природного газа, нагреватель, холодильник, емкость-сепаратор и систему трубопроводов, отличающаяся тем, что установку дополняют вторым циклически работающим блоком адсорберов со стационарным слоем адсорбента для очистки газа регенерации, содержащим нагреватель, рекуперативный теплообменник, холодильник и дополнительную первую систему трубопроводов, обеспечивающую функционирование второго дополнительного блока адсорберов для очистки газа регенерации.
9. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что установка включает дополнительную вторую систему трубопроводов, обеспечивающую функционирование второго дополнительного блока адсорберов для очистки газа регенерации с учетом системы управления двухфазной стадии регенерации адсорбента, куда входят поточные хроматографы, аналого-цифровые преобразователи и клапанные устройства на соответствующих трубопроводах.
10. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что адсорберы выполняют двухсекционными для загрузки адсорбентов разных марок в разные секции.
11. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что в блоке адсорберов для осушки и очистки природного газа и во втором дополнительном блоке адсорберов для очистки газа регенерации при количестве N адсорберов N–2 адсорберов работают на стадии адсорбционной осушки и очистки, один адсорбер – на стадии регенерации адсорбента, один адсорбер – на стадии охлаждения адсорбента.
12. Установка по п. 11, отличающаяся тем, что в первом блоке адсорберов для осушки и очистки природного газа и во втором дополнительном блоке адсорберов для очистки газа регенерации переключение адсорберов с одной стадии на другую осуществляют на основе циклограмм, структура которых определяет число адсорберов в каждом блоке и время на реализацию стадий регенерации и охлаждения адсорбента.
13. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что газ регенерации сначала частично нагревают в рекуперативном теплообменнике за счет тепла очищенного природного газа со стадии охлаждения адсорбента, а затем доводят до необходимой температуры в нагревателе.
14. Установка по п. 13, отличающаяся тем, что нагреватели первого блока адсорберов для осушки и очистки природного газа и второго дополнительного блока адсорберов для очистки газа регенерации объединяют в один аппарат.
