EA023306B1 - Способ удаления из текучей среды конденсирующихся компонентов - Google Patents

Способ удаления из текучей среды конденсирующихся компонентов Download PDF

Info

Publication number
EA023306B1
EA023306B1 EA201101071A EA201101071A EA023306B1 EA 023306 B1 EA023306 B1 EA 023306B1 EA 201101071 A EA201101071 A EA 201101071A EA 201101071 A EA201101071 A EA 201101071A EA 023306 B1 EA023306 B1 EA 023306B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
stream
fluid
temperature
feed stream
water
Prior art date
Application number
EA201101071A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201101071A1 (ru
Inventor
Н. Вейн Маккэй
Джеймс Мэддокс
Original Assignee
Н. Вейн Маккэй
Джеймс Мэддокс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Н. Вейн Маккэй, Джеймс Мэддокс filed Critical Н. Вейн Маккэй
Publication of EA201101071A1 publication Critical patent/EA201101071A1/ru
Publication of EA023306B1 publication Critical patent/EA023306B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/265—Drying gases or vapours by refrigeration (condensation)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/22—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/702—Hydrocarbons

Abstract

В изобретении представлен способ удаления конденсирующихся компонентов из текучей среды. Текучую среду, использованную в качестве образца потока кислого газа, уловленного с целью усиления нефтедобычи или для накопления, сначала подвергают обработке, чтобы провести конденсацию жидкостей, удалить их и создать поток газа. Затем поток газа подвергают сжатию и охлаждению. После этого по крайней мере часть этого потока газа подвергают расширению, чтобы создать охлажденный поток низкого давления, и смешивают его с начальным потоком текучей среды, чтобы усилить охлаждение и конденсацию конденсирующихся компонентов.

Description

Настоящее изобретение относится к удалению конденсирующихся компонентов из текучих смесей, проявляющих положительный эффект Джоуля-Томсона, в частности настоящее изобретение относится к удалению, например, воды из потока кислых газов, чтобы свести до минимума или исключить образование в них жидкой воды и тем самым свести до минимума коррозию и образование гидратов в потоке транспортируемого или подаваемого на улавливание компонентов газа.
Предпосылки создания изобретения
Потоки газов, таких как газы, образующиеся при нефтепереработке или в процессах горения, часто содержат газ или газы, образующие кислоту при смешении с водой. Обычно такие газы называют кислыми газами.
Кислыми газами природного происхождения, чаще всего выделяющимися при нефтепереработке, являются сероводород (Η2δ) и двуокись углерода (СО2). При горении (окислении) пиролизе обычно образуются двуокись углерода (СО2), двуокись серы (§О2) и окислы азота (N0, ΝΟ2). Кислые газы обычно содержат воду. Кислые газы природного происхождения часто насыщаются водой в хранилище, а образовавшиеся при горении газы уносят с собой воду, образовавшуюся из водорода и кислорода во время горения. Фактически все кислые газы в конце концов насыщаются парами воды на той или иной стадии их удаления или очистки. При понижении температуры или повышении давления содержащего воду кислого газа в определенном диапазоне, таком, который наблюдается при прохождении кислого газа через компрессор, будет происходить конденсация некоторого количества воды с образованием жидкой фазы. При некоторых температурах, которые все еще выше температуры замерзания воды, вода и кислый газ могут создавать кристаллообразные структуры, называемые газогидратами. Температуру, при которой может начаться образование гидратов, называют температурой гидратообразования. Она меняется в зависимости от давления, состава смеси и содержания воды в смеси. Гидраты представляют собой физическое сочетание воды и небольших молекул, образующее соединение, которое по внешнему виду напоминает лед, но отличается от него по своим свойствам и структуре. Газогидраты можно также называть газовыми клатратами. Газогидраты создают помехи, поскольку они могут замедлять теплообмен, повышать падение давления, вызывать закупоривание, приводить к остановкам производства и требуют обращать внимание на обеспечение безопасности при работе с ними.
Образование водной фазы в любой газовой системе является нежелательным явлением, поскольку она усиливает коррозию, может приводить к образованию газогидратов и приводить к механическим неисправностям и нарушениям технологического режима. Образование водной фазы нежелательно, в частности, в системах с кислыми газами, поскольку образовавшаяся водная фаза будет содержать кислоту, что приводит к значительному ускорению коррозии и обычно сопровождается повышением температуры гидратообразования по сравнению с температурами гидратообразования некислых газов.
В табл. А показаны скорости коррозии малоуглеродистой стали при различных концентрациях компонентов кислого газа в воде.
Таблица А
Скорости коррозии малоуглеродистой стали под действием двуокиси углерода и других газов в воде *
Концентрация О2, . млн'1 Концентрация Н23, млн'1 Коррозия, мил/год конц. СО2 200 млн'1 Коррозия, мил/год конц. СО2 600 млн'1
8.8 0 28 60
4.3 0 18 44
1.6 0 12 34
0.4 0 17 27
<0.5 35 6 6
<0.5 150 15 16
<0.5 400 17 21
*Температура 27°С, продолжительность испытания 72 ч.
Источник: данные №а!кт§ и К1пске1ое (1958), а также №а!кт§ и ΥΥιίβΙιΙ (1953).
Хотя речь шла о кислом газе, специалистам в данной области понятно, что эта методология и ее идея пригодны для удаления конденсирующихся компонентов и из потока любой другой текучей среды, обладающей положительным коэффициентом Джоуля-Томсона.
Краткое изложение сущности изобретения
Одной целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного протокола удаления конденсирующихся компонентов из текучей среды с положительным коэффициентом ДжоуляТомсона, содержащей конденсирующиеся компоненты.
Другой целью настоящего изобретения является создание способа удаления конденсирующихся компонентов из текучей среды, содержащей конденсирующиеся компоненты, по которому создают текучую смесь с положительным коэффициентом Джоуля-Томсона, содержащую конденсирующиеся компоненты, в качестве исходного загрузочного потока;
подвергают исходный загрузочный поток такой обработке, чтобы из него конденсировались жидкости, и удаляют эти жидкости, чтобы создать поток газа;
подвергают поток газа сжатию и охлаждению, чтобы создать поток высокого давления;
- 1 023306 подвергают расширению по меньшей мере часть потока высокого давления, чтобы создать охлажденный поток низкого давления, и смешивают охлажденный поток низкого давления с исходным загрузочным потоком, чтобы усилить охлаждение и конденсацию конденсирующихся компонентов в исходном загрузочном потоке.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание устройства для удаления конденсирующихся компонентов из текучей среды с положительным коэффициентом Джоуля-Томсона, содержащей конденсирующиеся компоненты, которое содержит конденсатор для обработки текучей смеси с положительным коэффициентом Джоуля-Томсона, содержащей конденсирующиеся компоненты, в качестве исходного загрузочного потока, чтобы конденсировать из него жидкости и, удалив жидкости, создать поток газа;
компрессор и доохладитель потока газа, чтобы создать поток высокого давления;
контур расширения, предназначенный для расширения по меньшей мере части потока высокого давления, чтобы создать охлажденный поток низкого давления;
рециркуляционный контур, сообщающийся с контуром расширения, для смешения охлажденного потока низкого давления с исходным загрузочным потоком, чтобы усилить охлаждение и конденсацию конденсирующихся компонентов в исходном загрузочном потоке.
Следующей целью настоящего изобретения является создание системы для предотвращения образования газогидратов в газе, содержащем конденсирующуюся воду, во время удаления конденсирующейся воды, которая включает блок обработки, содержащий поток текучей среды с положительным коэффициентом ДжоуляТомсона, содержащей конденсирующуюся воду;
сепаратор, сообщающийся с потоком текучей среды, предназначенный для отделения жидкости, содержащей конденсированную воду, от потока текучей среды, чтобы создать поток частично обезвоженного газа;
компрессор и доохладитель для сжатия и охлаждения потока частично обезвоженного газа, поступающего из сепаратора;
выпускное приспособление для потока частично обезвоженного газа; расширительное приспособление для расширения и охлаждения потока газа;
причем этот контур расположен так, чтобы обеспечивать рециркуляцию части потока частично обезвоженного газа через расширительное приспособление на блок обработки.
Согласно фиг. 1 и 2 содержание воды в кислом газе пропорционально температуре, а при давлении, имеющем значение в диапазоне до 28,0 кг/см2 для Н2§ и до 63,0 кг/см2 для СО2, обратно пропорционально давлению. В этих диапазонах, чем выше давление и ниже температура, тем меньше содержание воды в кислых газах.
Обезвоживание представляет собой процесс удаления воды, позволяющий свести до минимума или предотвратить образование газогидратов и свободной воды. При сравнительно высокой концентрации Н2§ достаточно большое количество воды обычно удаляется из кислого газа во время охлаждения между стадиями обычного многоступенчатого сжатия до плотной фазы (до давления, несколько превышающего критическое давление текучей среды), так что в отдельном процессе обезвоживания нет нужды. По мере повышения содержания СО2 в кислом газе удаление достаточного количества воды в процессе самого сжатия становится менее вероятным, и обычно приходится проводить отдельный процесс обезвоживания.
Обычно обезвоживание газов проводят путем адсорбции на твердых осушителях, абсорбции жидкими осушителями, охлаждения, мембранного отделения и отпарки сухим газом. Чаще всего используют адсорбцию на твердом осушителе и абсорбцию жидким осушителем.
Наиболее подходящим для промышленности и экономически приемлемым для использования по различному назначению является обезвоживание гликолем, представляющее собой процесс абсорбции жидким осушителем. Такие процессы обезвоживания жидким осушителем обладают рядом недостатков:
могут оказаться значительными потери гликоля при обезвоживании СО2 под высоким давлением; избыток кислорода, обычно содержащийся в кислых газах, образовавшихся при сгорании, значительно усиливает коррозию и ускоряет разложение гликоля при повышенных температурах его регенерации, заставляя постоянно проводить дополнительную регенерацию гликоля;
оборудование для обезвоживания приходится изготовлять из дорогостоящих коррозионно-стойких металлов, таких как нержавеющая сталь, чтобы можно было работать с образовавшимися кислыми жидкостями;
гликоль обычно нагревают до 204°С, чтобы провести его регенерацию, заключающуюся в испарении воды и выбросе в атмосферу прочих поглощенных гликолем примесей, таких как летучие органические вещества (ЛОВ), обычно бензол, толуол, этилбензол и ксилол, и какие-либо поглотительные газы. Для регулирования выброса этих загрязняющих веществ в атмосферу требуется дополнительное дорогостоящее оборудование для утилизации паров, которая сопряжена с возможностью дальнейшего загрязнения кислородом;
к подобным процессам предъявляются высокие требования в отношении их практичности, в том
- 2 023306 числе в отношении топлива, используемого для регенерации гликоля, и потребления энергии на перекачку гликоля и работу оборудования для утилизации паров;
в результате установки обезвоживающего оборудования и выброса СО2, образующегося из-за удовлетворения требований к практичности системы и составу гликоля, используемого в процессе обезвоживания, создается значительный углеродный след.
Обезвоживание путем охлаждения использует уменьшение влагосодержания газа по мере понижения его температуры. Понижения температуры можно добиться косвенным путем, используя теплообмен с внешним охладителем или другим понижающим температуру процессом, или прямым путем, используя расширение самого газа. Прямое расширение газа бывает либо изоэнтропическим, таким как расширение в турбодетандере, либо изоэнтальпическим, таким как расширение по циклу Джоуля-Томсона, используемое обычно на установках с самоохлаждением, или расширение, используемое в процессе охлаждения после сжатия газа. Использование для обезвоживания одной лишь установки косвенного охлаждения обычно недопустимо из-за ее высокой стоимости.
Способы обезвоживания как прямым изоэнтальпическим охлаждением, так и прямым изоэнтропическим охлаждением используют расширительное устройство, низкотемпературный сепаратор и по меньшей мере один теплообменник, чтобы регенерировать из процесса как можно больше энергии. В самом простейшем случае весь газ целиком подвергается расширению, либо изоэнтальпическому, либо изоэнтропическому, от более высокого давления до более низкого давления, приводящему к понижению температуры текучей среды до уровня, достаточного для конденсации воды. Конденсированную воду отделяют в низкотемпературном сепараторе, а остальной низкотемпературный сухой газ используют для предварительного охлаждения поступающей текучей среды, чтобы повысить термический КПД процесса.
Изоэнтропическое расширение выполняется детандером, и работа, совершенная детандером, обычно используется для частичного повторного сжатия сухого газа на выходе.
Выбор для использования изоэнтропического или изоэнтальпического расширения зависит от количества воды, которое требуется удалить, а следовательно, от величины требуемого понижения температуры. Изоэнтропическое расширение позволяет достичь более низкой температуры. С точки зрения капитальных затрат изоэнтропический процесс является значительно более дорогостоящим, но способность совершать работу компенсирует этот недостаток. С точки зрения эксплуатации и технического обслуживания изоэнтальпический процесс обладает тем преимуществом, что он прост в механическом и технологическом отношении и пригоден для использования почти по любому назначению. Компенсирующим недостатком изоэнтальпического процесса является необходимость совершать дополнительную работу из-за повышенных требований к степени сжатия.
Общим недостатком любого процесса обезвоживания путем охлаждения является то, что в большинстве областей его использования требуется охлаждать поток газа до температуры, которая ниже температуры гидратообразования или близка к ней, чтобы достичь требуемого уровня обезвоживания. Для обеспечения надежной работы обычно приходится постоянно добавлять термодинамический ингибитор гидратообразования, такой как гликоль или метанол, чтобы понизить температуру гидратообразования. В случае необходимости можно регенерировать и гликоль, и метанол, но для них требуются отдельные процессы регенерации, наделенные всеми теми недостатками, которые были указаны выше при рассмотрении обезвоживания жидким осушителем. Часто останавливают выбор на метаноле без его регенерации, поскольку метанол нуждается в менее жестких условиях использования и оказывает меньшее воздействие на последующие процессы, чем гликоль.
Понятно, что существует потребность в процессе обезвоживания потоков кислых газов, который является высокоэффективным и экономически выгодным и лишен тех недостатков, которыми обладают известные процессы обезвоживания.
Краткое описание чертежей
Признаки этого изобретения станут более понятными в последующем подробном описании, в котором даются ссылки на приложенные в нем чертежи.
На фиг. 1 показаны зависимости насыщенного содержания воды в различных текучих средах, кислых газах и метане (СН4) при температуре 38°С от давления.
На фиг. 2 показаны зависимости насыщенного содержания воды в смесях, обогащенных СО2, и в метане (СН4) при температуре 38°С от давления.
На фиг. 3 приведен график зависимости, отражающий потери гликоля при обезвоживании СО2 высокого давления известным способом.
На фиг. 4А приведена схема изоэнтальпического процесса обезвоживания согласно примеру осуществления данного изобретения для насыщенного водой потока текучей среды, содержащей 100% СО2.
На фиг. 4В приведена схема изоэнтальпического процесса обезвоживания согласно фиг. 4А для потока текучей среды, содержащей 80% СО2 и 20% Н2§.
На фиг. 5А и 5В приведены схемы изоэнтальпического процесса обезвоживания согласно фиг. 4А и 4В, содержащие теплообменник для нагревания частично расширившейся спутной струи, чтобы предотвратить гидратообразование в загрузочном потоке основного процесса до тех пор, пока не произойдет
- 3 023306 дальнейшее расширение спутной струи, обеспечивающее требуемое снижение температуры.
На фиг. 6А и 6В приведены схемы изоэнтальпического процесса обезвоживания согласно фиг. 4А и 4В, содержащие низкотемпературный сепаратор для удаления воды из потока текучей среды, перед тем как возвращать в него спутную струю и вводить ингибитор гидратообразования.
На фиг. 7 приведена схема многостадийного изоэнтальпического процесса согласно примеру осуществления данного изобретения.
На фиг. 8 приведена схема многостадийного изоэнтропического процесса согласно примеру осуществления данного изобретения, в которой один из клапанов Джоуля-Томсона заменен на изоэнтропический детандер текучей среды.
На этих чертежах сходными позициями обозначены сходные элементы.
Лучший вариант осуществления изобретения
В примерах осуществления используются полезные термодинамические свойства типичных кислых газов, которые делают их пригодными в качестве хладоагента. Подобные газы подвергаются сравнительно большому понижению температуры при определенном уменьшении давления в области проведения этого процесса. Сильное понижение температуры используют для охлаждения спутной струи загрузочного потока, которую после этого возвращают на вход, чтобы охладить загрузочный поток. Подобным образом этот способ использует рециркуляцию для самоохлаждения. Эффект Джоуля-Томсона создается за счет проведения изоэнтальпического расширения газа в дроссельном устройстве, обычно регуляторе. Во время изоэнтальпического расширения газ не совершает внешнюю работу. Отношение изменения температуры к изменению давления в процессе Джоуля-Томсона представляет собой коэффициент Джоуля-Томсона (Кельвина). Так, например, коэффициент Джоуля-Томсона для двуокиси углерода при температуре 50°С и давлении 60 атм примерно в 5,6 раз больше, чем коэффициент ДжоуляТомсона для азота при тех же самых условиях. Следовательно, понижение температуры у СО2 будет примерно в 5,6 раз больше, чем у азота при том же самом понижении давления в тех же самых условиях. Известны также значения коэффициента Джоуля-Томсона для Н2§ и §О2.
Кислые газы, предназначенные для коммерческого использования, такого как увеличение нефтедобычи или улавливание и накопление углерода, обычно сжимают до сверхкритических давлений, при которых они образуют так называемую плотную фазу, для последующей транспортировки и/или накопления. Чтобы достичь состояния плотной фазы, сжатие обычно проводят в несколько стадий с использованием либо центробежного сжатия, либо поршневого сжатия, либо ударного сжатия в зависимости от исходного давления. Разность давлений между стадиями сжатия позволяет использовать преимущества, обеспечиваемые более высоким коэффициентом Джоуля-Томсона у паров.
Сжатие разделяется на две отдельные области относительно критической точки сжимаемой текучей среды. В первой области стадии сжатия являются докритическими, а стадии сжатия во второй области являются сверхкритическими. Входной поток поступает в первую область сжатия, которая является докритической, вероятно, в насыщенном водой состоянии. Некоторое количество воды самопроизвольно удаляется на различных стадиях сжатия в первой области.
В примере осуществления данного изобретения спутную струю текучей среды после доохлаждения на одной стадии сжатия, обычно перед или после критического давления, подвергают расширению до давления всасывания на той же самой стадии или подают на предыдущую стадию, если она нуждается в дополнительном понижении температуры. Подвергшуюся расширению спутную струю с пониженной температурой используют для охлаждения на входе основного потока текучей среды сначала путем теплообмена, если это необходимо, а в конце путем прямого смешения спутной струи с основным потоком текучей среды. В результате понижения температуры полученной смеси происходит дополнительная конденсация воды из газа. Необходимая степень охлаждения зависит от минимального количества воды, которое может содержаться в потоке, чтобы выполнялись расчетные требования в отношении точки росы для воды и/или температуры гидратообразования.
Ниже приведены примеры, наглядно демонстрирующие варианты осуществления данного изобретения, а именно пример 1 показывает основной вариант осуществления изобретения;
пример 2 демонстрирует использование теплообменника (НЕХ);
пример 3 показывает использование низкотемпературного сепаратора (ЬТ§);
пример 4 показывает многостадийный изоэнтальпический вариант осуществления;
пример 5 показывает многостадийный изоэнтропический и изоэнтальпический вариант осуществления.
Примеры 1-3 демонстрируют использование потоков разного состава, в том числе потока, содержащего 100% СО2, и потока, содержащего 80% СО2 и 20% Н2§. Но следует отметить, что примеры осуществления данного изобретения пригодны для потоков, содержащих различные количества Н2§ вместе с 8О2, ΝΟχ и любых других смесей, обладающих сравнительно большим коэффициентом ДжоуляТомсона.
Примеры 4 и 5 демонстрируют низкотемпературные способности вариантов осуществления данного изобретения, а также разницу между изоэнтальпическим и изоэнтропическим процессами.
- 4 023306
Пример 1. Основной пример осуществления.
Согласно примеру осуществления данного изобретения, показанному на фиг. 4А и 4В, загрузочный поток 10 кислого газа, насыщенного водой, поступает на стадию всасывания 12, где его сжимают 14 до давления всасывания на следующей стадии 16. Нагретый сжатый пар 14 охлаждают 18 доохладителем 20, вызывая в загрузочном потоке конденсацию некоторого количества воды и других конденсирующихся компонентов. Конденсированную жидкость, содержащую воду, удаляют 22 в сепараторе 24 перед последней стадией сжатия. Насыщенный газ 26 из сепаратора 24 подвергают дальнейшему сжатию в 28 и доохлаждению в 30.
Отделяют спутную струю 32 от потока текучей среды, подвергшейся сжатию и доохлаждению, и подвергают изоэнтальпическому расширению 34 в клапане Джоуля-Томсона (ТСУ) 36 до более низкого давления всасывания на той же самой стадии 16 сжатия. Расширение приводит к понижению температуры, величина которого зависит от понижения давления и состава потока текучей среды. Более холодный поток 38 объединяют с доохлажденным потоком 18 на предыдущей стадии сжатия, получая смесевой поток 40, имеющий достаточно низкую температуру, чтобы вызвать конденсацию требуемого количества воды.
Как показано на фиг. 4А для загрузочного потока, содержащего 100% СО2, температура понижается примерно до 31°С, а конечное содержание воды понижается в пересчете на нормальные условия примерно до 1,2-10-6 г/см3, приводя к понижению температуры гидратообразования до -1,1°С.
Как показано на фиг. 4В, когда в загрузочном потоке содержится 80% СО2 и 20% Н2§, то достаточно понизить температуру примерно 34°С, чтобы конечное содержание воды составляло в пересчете на нормальные условия около 1,4-10-6 г/см3 и температура гидратообразования понизилась до того же самого значения -1,1°С.
Пример 2. Использование теплообменника.
В тех случаях, когда состав загрузочного потока в сочетании с большим понижением давления вызывает понижение температуры ниже температуры гидратообразования для основного необезвоженного загрузочного потока, пример осуществления, показанный на фиг. 4А и 4В, можно изменить, включив в него теплообменник.
На фиг. 5А и 5В основной вариант осуществления изменен, для того чтобы избежать потребности в непрерывном вводе ингибитора гидратообразования, как в обычных процессах охлаждения.
На фиг. 5А и 5В спутную струю 34 подвергают частичному расширению 42 через второй клапан Джоуля-Томсона 44. После этого температуру частично расширившегося потока поднимают в теплообменнике 46, перед тем как подвергать поток 48 дальнейшему расширению в клапане Джоуля-Томсона 50. Таким образом, температура и частично расширившегося потока 42, и полностью расширившегося потока 48 остается выше соответствующих температур гидратообразования основного необезвоженного загрузочного потока.
Для примера 2 расчетная температура гидратообразования составляла -9,4°С.
Как показано на фиг. 6А, в загрузочном потоке, содержащем 100% СО2, температуру следует понизить примерно до 23°С, чтобы обеспечить конечное содержание воды в пересчете на нормальные условия около 0,82-10-6 г/см3 и достичь расчетной температуры гидратообразования -9,4°С.
Как показано на фиг. 6В, и в том случае, когда загрузочный поток содержит 80% СО2 и 20% Н2§, температуру понизили примерно до 26°С, чтобы обеспечить конечное содержание воды в пересчете на нормальные условия около 1,0-10-6 г/см3 и достичь расчетной температуры гидратообразования -9,4°С.
Пример 3. Использование низкотемпературного сепаратора.
Как показано на фиг. 6А и 6В, в этом варианте осуществления данного изобретения использован дополнительный сепаратор, в котором температура значительно понижается в отличие от варианта осуществления, описанного в примере 2.
Как показано на фиг. 6А и 6В, теплообменник 46 и клапан Джоуля-Томсона 44 на фиг. 5А и 5В соответственно заменен на второй низкотемпературный сепаратор 52. Спутная струя 54 подвергается расширению 56 при прохождении через клапан Джоуля-Томсона 44. Первый сепаратор 24 расположен в таком месте, чтобы удалять как можно больше воды из загрузочного потока, перед тем как повторно вводить расширившуюся спутную струю 48. Добавление ингибитора гидратообразования в расширившуюся спутную струю 48 предусматривается лишь в том случае, когда расчетное значение температуры в расширившейся спутной струе составляет менее 0°С. Ранее удаление воды уменьшает количество холода, необходимое для достижения расчетных условий, и по достижению этих условий снижает потребное количество ингибитора гидратообразования.
Для примера 3 расчетная температура гидратообразования составляла -18°С.
Как показано на фиг. 6А, когда загрузочный поток содержит 100% СО2, температуру следует понизить до 17°С, чтобы обеспечить конечное содержание воды в пересчете на нормальные условия около 0,58-10-6 г/см3 и достичь расчетной температуры гидратообразования -18°С.
Как показано на фиг. 6В, когда загрузочный поток содержит 80% СО2 и 20% Н2§, температуру следует понизить примерно до 19°С, чтобы обеспечить конечное содержание воды в пересчете на нормаль- 5 023306 ные условия около 0,72-10-6 г/см3 и достичь расчетной температуры гидратообразования -18°С.
Пример 4. Многоступенчатое изоэнтропическое расширение.
Как показано на фиг. 7, этот многоступенчатый вариант осуществления данного изобретения используют, когда требуемое понижение температуры очень велико. Этот вариант был рассчитан на то, чтобы достичь температуры гидратообразования -43 °С.
Как показано на фиг. 7, этот вариант содержит теплообменник 46, низкотемпературный сепаратор 52 и инжектор 56 для непрерывной подачи ингибитора гидратообразования. Первый сепаратор 24 расположен между теплообменником 46 и повторным вводом потока, имеющего пониженную температуру. Ранее удаление воды из загрузочного потока уменьшает количество холода и ингибитора гидратообразования, потребное для достижения расчетных условий.
Чтобы достичь более низкой температуры, понижение давления, обеспечиваемое при расширении спутной струи 58 во время прохождении через клапан Джоуля-Томсона 44, производят, по крайней мере, через две ступени сжатия. Таким образом, частично расширившуюся спутную струю 60 нагревают в теплообменнике 46 и окончательно подвергают расширению 62 при прохождении через клапан ДжоуляТомсона 64, чтобы повторно ввести вместе с добавкой ингибитора гидратообразования в загрузочный поток на второй или еще более далекой ступени 66, 68 перед отводом спутной струи 58 на охлаждение загрузочного потока 28. Конденсированную воду удаляют из охлажденного загрузочного потока 28 во втором сепараторе 52 перед последующим сжатием охлажденного загрузочного потока 28.
В этом примере низкая температура, достигнутая при окончательном расширении спутной струи 58 и охлаждении загрузочного потока 28, нуждается в добавке ингибитора гидратообразования, однако количество ингибитора гидратообразования сведено до минимума за счет более раннего удаления значительной части воды в первом сепараторе 24.
Дополнительным преимуществом низкой температуры, обеспечиваемой в охлажденном загрузочном потоке в этом примере, является возможность уменьшить количество степеней сжатия от пяти до четырех, что приводит к сокращению общих затрат.
Пример 5. Многоступенчатое изоэнтропическое расширение.
Как показано на фиг. 8, этот многоступенчатый вариант осуществления данного изобретения использует изоэнтропический детандер 66 текучей среды, такой как обычная радиально-расширительная турбина турбодетандер (например, производства фирмы Май-Ттеисй, г. §айа Мапа, шт. СА, США), вместо клапана Джоуля-Томсона 44 на фиг. 7 для расширения спутной струи 58.
В этом варианте осуществления изоэнтропический детандер текучей среды способен обеспечить более низкую температуру в расширенной спутной струе 60, чем клапан Джоуля-Томсона (изоэнтальпическое расширение) при том же самом понижении давления. Кроме того, требуемая часть спутной струи меньше, чем в примере 4.
В этом варианте мощность, потребляемая на стадии 3 (66) и на стадии 4 (68), меньше примерно на 2%, чем в примере 4. Изоэнтропический детандер текучей среды генерирует мощность около 1,8% на стадии 3 (66) и стадии 4 (68), используемую по иному назначению. Потребность в ингибиторе гидратообразования минимальна.
Описанные здесь варианты осуществления данного изобретения обладают заметными отличиями и преимуществами перед обычными процессами обезвоживания жидким осушителем и обезвоживания путем изоэнтальпического охлаждения.
В отличие от процессов обезвоживания жидким осушителем, варианты осуществления настоящего изобретения позволяют обходиться без обычного обезвоживающего оборудования, заменив его расширительными клапанами, затраты на которые составляют небольшую долю от затрат на обычное обезвоживающее оборудование.
В отличие от обычных процессов охлаждения путем изоэнтальпического расширения, таких как установка с самоохлаждением, варианты осуществления настоящего изобретения позволяют обходиться без одной ступени сжатия, газового теплообменника для основного газа и добавления ингибитора дегидратации и тем самым значительно уменьшить капитальные расходы.
Известная установка с самоохлаждением требует, чтобы весь поток газа подвергался избыточному сжатию и расширению до требуемого давления. Это обычно приводит к увеличению расхода мощности на исходное сжатие системы на 20-25%. В зависимости от состава газа и рабочих условий для увеличения давления на выходе из компрессора может потребоваться дополнительная ступень сжатия.
Охлаждающая спутная струя обычно составляет 10-20% от общего потока на первой ступени в зависимости от состава кислого газа и требуемых рабочих условий. Увеличение производительности одной ступени сжатия теоретически увеличивает расход мощности на общее сжатие на 2-4% (т.е. 1/5 от 10-20% для 5-ступенчатого компрессора). Но это увеличение часто сопоставимо с увеличением, обусловленным падением давления в обычном обезвоживающем оборудовании. Далее наблюдается повышение КПД, а следовательно, соответствующее уменьшение мощности сжатия, обусловленное уменьшением рабочей температуры компрессора. В некоторых случаях требования к мощности сжатия оказываются менее жесткими, чем при использовании обычного обезвоживающего оборудования.
Более низкие температуры всасывания, обеспечиваемые вариантами осуществления данного изо- 6 023306 бретения, обеспечивают дополнительное преимущество как перед обычным осушителем, так и перед установкой с самоохлаждением. Уменьшение температуры на одной ступени позволяет провести перебалансировку степеней сжатия на каждой ступени, повышая степень сжатия на той ступени, где температура всасывания ниже, и тем самым позволяя уменьшать степень сжатия на остальных ступенях до тех пор, пока температуры нагнетания каждой ступени не уравняются на некотором новом, более низком уровне. Уменьшение температуры нагнетания несколько понижает дополнительный расход мощности, обусловленный увеличением объема спутной струи, наблюдаемым на одной или нескольких ступенях сжатия. Понижение температуры приводит также к увеличению срока службы клапана, увеличению продолжительности его эксплуатации и к понижению расходов на техническое обслуживание. При снижении температур перебалансировка может в какой-то момент оказаться настолько значительной, что позволит исключить целую ступень сжатия и тем самым обеспечить значительное сокращение капитальных затрат.
Верится, что углеродный след вариантов осуществления настоящего изобретения окажется значительно более коротким, чем у известных способов. Требования к оборудованию значительно менее жесткие, что облегчает их производство. Нет необходимости в регенерации гликоля, и не требуется дополнительная система для производства СО2, которая нужна лишь, для того чтобы компенсировать увеличение потребляемой мощности (обычно на 2%) на сжатие спутной струи. Кроме того, отсутствие требований к химическим веществам в вариантах осуществления настоящего изобретения значительно снижает экологический риск.
Кислые газы, в том числе СО2, Н2§, §О2 и ΝΟΧ, являются текучими средами, вполне подходящими для осуществления данного изобретения. Но понятно, что текучие среды не ограничиваются только ими. Понятно также, что термодинамические принципы, использованные в вариантах осуществления данного изобретения, действительны и для любых смесей текучих сред, обладающих положительным коэффициентом Джоуля-Томсона в требуемом диапазоне рабочих условий, т.е. способных охлаждаться при расширении. Как правило, текучая среда с большим коэффициентом Джоуля-Томсона охлаждается сильнее, чем текучая среда с меньшим коэффициентом Джоуля-Томсона, а следовательно, нуждается в меньшем объеме спутной струи. Низкие требования к объему спутной струи являются экономически выгодными.
Варианты осуществления данного изобретения найдут применение при улавливании и накоплении углерода, при обработке СО2, §О2 и ΝΟΧ, улавливаемых при горении, газификации, при промышленном проведении химических процессов с целью улавливания и накопления кислых газов, когда улавливают Н2§ и СО2 из нефти и технологических газов с целью их накопления.
Представленные здесь примеры 1-5 основаны на одном сочетании параметров. Варианты осуществления настоящего изобретения нуждаются в оптимизации для каждой текучей среды и каждого сочетания параметров. Оптимизация заключается в выборе ступени сжатия, наиболее подходящей для отвода спутной струи, и ступени, которая лучше всего подходит для возврата спутной струи. Другая оптимизация заключается в выборе оптимального изменения процесса, будь то основной вариант, вариант с холодильником, вариант с низкотемпературным сепаратором, многоступенчатый вариант или многоступенчатый изоэнтропический вариант или же какое-либо сочетание этих вариантов, описанных выше. При выборе любого из этих вариантов необходима также оптимальная система контрольно-измерительных приборов и система управления и оптимальные режимы его использования.
Приведенные примеры предполагают наличие стационарных условий. Для пуска, эксплуатации, при нарушениях режима и остановке коммерческих предприятий нужны другие подходы. В самом простом случае в первые минуты после пуска или в периоды внешнего нарушения режима температуры и скорости течения спутной струи не могут оставаться в установившемся состоянии, зафиксированном в утвержденном регламенте процесса. Потенциально возможно образование гидратов, если в конструкции не предусмотрены меры противодействия их образованию. Поэтому варианты осуществления данного изобретения рассчитаны на возможность дополнительной подачи термодинамического ингибитора гидратообразования, такого как метанол, чтобы временно предотвратить образование гидратов в неустановившихся условиях.

Claims (10)

1. Способ удаления конденсирующихся компонентов из текучей среды, содержащей конденсирующиеся компоненты, согласно которому получают текучую смесь, содержащую конденсирующиеся компоненты, в качестве начального загрузочного потока, причем упомянутый поток содержит кислые газы, подвергают начальный загрузочный поток такой обработке, чтобы конденсировать из него жидкости и удалить эти жидкости с образованием потока газа, проводят сжатие и доохлаждение потока газа, чтобы создать поток высокого давления, проводят расширение по меньшей мере части потока высокого давления, чтобы образовать охлажденный поток низкого давления, и смешивают охлажденный поток низкого давления с начальным загрузочным потоком, чтобы усилить охлаждение и конденсацию конденсирующихся компонентов в указан- 7 023306 ном начальном загрузочном потоке, при этом обработка упомянутого начального загрузочного потока включает охлаждение с помощью упомянутого потока низкого давления.
2. Способ по п.1, в котором текучая среда обладает положительным коэффициентом ДжоуляТомсона.
3. Способ по п.1, в котором конденсирующиеся компоненты содержат воду.
4. Способ по п.1, в котором конденсирующиеся компоненты содержат низшие алканы.
5. Способ по п.1, в котором обработка начального загрузочного потока включает контактирование с теплообменником.
6. Способ по п.1, в котором текучую среду подвергают изоэнтропическому расширению.
7. Способ по п.1, в котором текучую среду подвергают изоэнтальпическому расширению.
8. Способ по п.1, в котором конденсированную жидкость удаляют с помощью низкотемпературного сепаратора.
9. Способ по п.1, в котором в текучую среду добавляют ингибитор гидратообразования.
10. Способ по п.1, в котором загрузочный поток, содержащий кислые газы, насыщен водой.
EA201101071A 2009-07-13 2010-07-12 Способ удаления из текучей среды конденсирующихся компонентов EA023306B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US22510109P 2009-07-13 2009-07-13
PCT/CA2010/001087 WO2011006242A1 (en) 2009-07-13 2010-07-12 Process for removing condensable components from a fluid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201101071A1 EA201101071A1 (ru) 2012-02-28
EA023306B1 true EA023306B1 (ru) 2016-05-31

Family

ID=43448833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201101071A EA023306B1 (ru) 2009-07-13 2010-07-12 Способ удаления из текучей среды конденсирующихся компонентов

Country Status (15)

Country Link
US (1) US8702843B2 (ru)
EP (1) EP2365852B1 (ru)
JP (1) JP5754052B2 (ru)
CN (1) CN102325571B (ru)
AU (1) AU2010273123A1 (ru)
BR (1) BRPI1006048B1 (ru)
CA (1) CA2729329C (ru)
DK (1) DK2365852T3 (ru)
EA (1) EA023306B1 (ru)
ES (1) ES2922483T3 (ru)
MX (1) MX2011002717A (ru)
MY (1) MY166991A (ru)
PL (1) PL2365852T3 (ru)
WO (1) WO2011006242A1 (ru)
ZA (1) ZA201104596B (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011083365A2 (en) * 2010-01-11 2011-07-14 Satish Kumar Gas dehydration
CA2790182C (en) * 2012-09-17 2014-04-29 Gas Liquids Engineering Ltd. Process for optimizing removal of condensable components from a fluid
US20140075985A1 (en) 2012-09-17 2014-03-20 N. Wayne Mckay Process for optimizing removal of condensable components from a fluid
WO2014152403A2 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Mcalister Technologies, Llc Methods for joule-thompson cooling and heating of combustion chamber events and associated systems and apparatus
US9352273B2 (en) * 2014-02-25 2016-05-31 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Dehydration-compression system and CO2 recovery system
CN107218034B (zh) * 2017-06-02 2020-10-23 西南石油大学 一种模拟天然气水合物钻井多种扩径段流动状态变化实验装置
CN110408445A (zh) * 2019-07-03 2019-11-05 北京科技大学 一种井口天然气脱水除湿装置和方法
CN114935111B (zh) * 2022-04-12 2023-12-29 北京市燃气集团有限责任公司 一种天然气门站加热系统及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4854955A (en) * 1988-05-17 1989-08-08 Elcor Corporation Hydrocarbon gas processing
US6182468B1 (en) * 1999-02-19 2001-02-06 Ultimate Process Technology Thermodynamic separation of heavier components from natural gas
WO2006032139A1 (en) * 2004-09-24 2006-03-30 Translang Technologies Ltd. Systems and methods for low-temperature gas separation
WO2009002174A2 (en) * 2007-06-27 2008-12-31 Twister B.V. Method and system for removing hydrogen sulphide (h2s) from a natural gas stream

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4266958A (en) * 1978-07-17 1981-05-12 Dut Pty Limited Simultaneous cooling and removal of water from hydrocarbon gas mixtures
JPS58137428A (ja) * 1982-02-05 1983-08-15 Takaoka Kogyo Kk 乾燥圧縮空気を得るための簡易な方法と装置
JPS58124222U (ja) * 1982-02-19 1983-08-24 株式会社日立製作所 乾き空気の製造装置
GB8411686D0 (en) * 1984-05-08 1984-06-13 Stothers W R Recovery of ethane and natural gas liquids
US4617039A (en) * 1984-11-19 1986-10-14 Pro-Quip Corporation Separating hydrocarbon gases
DE4400456A1 (de) * 1994-01-11 1995-07-13 Foerster Hans Dr Ing Verfahren zur Abscheidung von dampfförmigen Inhaltsstoffen aus vorzugsweise hochbeladener Luft bzw. technischen Gasen
US5791160A (en) * 1997-07-24 1998-08-11 Air Products And Chemicals, Inc. Method and apparatus for regulatory control of production and temperature in a mixed refrigerant liquefied natural gas facility
EP1051587A4 (en) * 1998-01-08 2002-08-21 Satish Reddy SEPARATION OF CARBON DIOXIDE BY SELF-COOLING
US5927103A (en) * 1998-06-17 1999-07-27 Praxair Technology, Inc. Carbon dioxide production system with integral vent gas condenser
FR2803851B1 (fr) * 2000-01-19 2006-09-29 Inst Francais Du Petrole Procede de liquefaction partielle d'un fluide contenant des hydrocarbures tel que du gaz naturel
GB0124614D0 (en) * 2001-10-12 2001-12-05 Alpha Thames Ltd Multiphase fluid conveyance system
US7910787B2 (en) * 2004-07-29 2011-03-22 Gas Technologies Llc Method and system for methanol production

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4854955A (en) * 1988-05-17 1989-08-08 Elcor Corporation Hydrocarbon gas processing
US6182468B1 (en) * 1999-02-19 2001-02-06 Ultimate Process Technology Thermodynamic separation of heavier components from natural gas
WO2006032139A1 (en) * 2004-09-24 2006-03-30 Translang Technologies Ltd. Systems and methods for low-temperature gas separation
WO2009002174A2 (en) * 2007-06-27 2008-12-31 Twister B.V. Method and system for removing hydrogen sulphide (h2s) from a natural gas stream

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011006242A9 (en) 2011-03-10
CA2729329C (en) 2011-10-04
AU2010273123A1 (en) 2011-01-20
WO2011006242A1 (en) 2011-01-20
BRPI1006048A2 (pt) 2016-05-10
CN102325571B (zh) 2015-09-30
EP2365852A1 (en) 2011-09-21
CA2729329A1 (en) 2011-01-20
EP2365852A4 (en) 2012-12-05
ZA201104596B (en) 2012-06-27
JP5754052B2 (ja) 2015-07-22
MY166991A (en) 2018-07-27
US8702843B2 (en) 2014-04-22
BRPI1006048B1 (pt) 2020-03-24
EP2365852B1 (en) 2022-04-20
US20110167867A1 (en) 2011-07-14
EA201101071A1 (ru) 2012-02-28
PL2365852T3 (pl) 2022-10-24
CN102325571A (zh) 2012-01-18
DK2365852T3 (da) 2022-07-18
JP2012514533A (ja) 2012-06-28
ES2922483T3 (es) 2022-09-15
MX2011002717A (es) 2011-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA023306B1 (ru) Способ удаления из текучей среды конденсирующихся компонентов
JP6629431B2 (ja) 有機ランキンサイクルに基づく、ガス処理プラント廃熱の電力への変換
US11125499B2 (en) Process for optimizing removal of condensable components from a fluid
RU2557945C2 (ru) Способ для сжижения топочного газа от сжигательных установок
EA009089B1 (ru) Установка и способ удаления кислых газов
RU2558729C2 (ru) Способ и устройство для сжижения топочного газа от устройств горения
JP6357155B2 (ja) 流体からの凝縮性成分除去を最適化するための方法
US11927391B2 (en) Liquefaction of production gas
CN103747847A (zh) 对包含二氧化的气体脱水的方法和装置
KR102623304B1 (ko) 냉각기, 공기 분리 시스템 및 관련 방법
AU2014200643B2 (en) Process for Removing Condensable Components From a Fluid
WO2011083365A2 (en) Gas dehydration
RU2803501C1 (ru) Установка адсорбционной осушки и отбензинивания природного газа
EA042002B1 (ru) Способ оптимизации удаления конденсируемых компонентов из жидкости
CN116839310A (zh) 利用lng工厂脱碳排放气制取食品级液体二氧化碳的工艺方法
CN115962623A (zh) 一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置和方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM BY KG MD TJ

PC4A Registration of transfer of a eurasian patent by assignment
PC4A Registration of transfer of a eurasian patent by assignment