RU100920U1

RU100920U1 - DRYING UNIT OF MOBILE COMPRESSOR STATION FOR RECEIVING A COMPRATED NATURAL GAS

Info

Publication number: RU100920U1
Application number: RU2010133822/05U
Authority: RU
Inventors: Леонид Григорьевич Кузнецов; Юрий Леонидович Кузнецов; Андрей Алексеевич Ефремов; Александр Васильевич Бураков; Александр Иванович Абрамов
Original assignee: Леонид Григорьевич Кузнецов; Юрий Леонидович Кузнецов; Андрей Алексеевич Ефремов; Александр Васильевич Бураков; Александр Иванович Абрамов
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2011-01-10

Abstract

1. Блок осушки мобильной компрессорной станции для получения компримированного природного газа, включающий систему трубопроводов, запорную управляемую арматуру, систему управления, систему регенерации и содержащий, по меньшей мере, два параллельно подключенных и последовательно регенерируемых адсорбера, при этом каждый адсорбер содержит корпус с размещенным в нем адсорбентом, и, по меньшей мере, один СВЧ-нагреватель адсорбента, выполненный в виде работающего в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц магнетрона, отличающийся тем, что каждый адсорбер содержит средство для повышения равномерности электромагнитного поля СВЧ-нагревателя адсорбента. ! 2. Блок осушки по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один нагреватель адсорбента размещается внутри адсорбера. ! 3. Блок осушки по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один нагреватель адсорбента размещается снаружи адсорбера, при этом корпус адсорбера выполнен из материала, пропускающего электромагнитное поле СВЧ-нагревателя адсорбента, а адсорбер с нагревателем размещены в кожухе, выполненном из материала, не пропускающего электромагнитное поле СВЧ-нагревателя адсорбента. ! 4. Блок осушки по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что нагреватель адсорбента имеет фиксированную рабочую частоту 2,45 ГГц. ! 5. Блок осушки по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве средства для повышения равномерности электромагнитного поля СВЧ-нагревателя адсорбента используется инвертор. ! 6. Блок осушки по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве средства для повышения равномерности электромагнитного поля СВЧ-нагревателя адсорбента используются две дополните 1. The drying unit of a mobile compressor station to produce compressed natural gas, including a piping system, shutoff valves, a control system, a regeneration system and containing at least two parallel and sequentially regenerated adsorbers, each adsorber containing a housing housed in it with an adsorbent, and at least one microwave heater of the adsorbent, made in the form of a magnetron operating in the frequency range from 300 MHz to 300 GHz, characterized in that each dsorber comprises means for increasing the uniformity of the electromagnetic field of microwave heating of the adsorbent. ! 2. The drying unit according to claim 1, characterized in that at least one adsorbent heater is located inside the adsorber. ! 3. The drying unit according to claim 1, characterized in that at least one adsorbent heater is placed outside the adsorber, while the adsorber body is made of material that passes the electromagnetic field of the microwave heater of the adsorbent, and the adsorber with the heater is placed in a casing made from a material that does not pass the electromagnetic field of the microwave heater of the adsorbent. ! 4. The drying unit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the adsorbent heater has a fixed operating frequency of 2.45 GHz. ! 5. The drying unit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an inverter is used as a means to increase the uniformity of the electromagnetic field of the microwave heater of the adsorbent. ! 6. The drying unit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that two additives are used as a means to increase the uniformity of the electromagnetic field of the microwave heater of the adsorbent

Description

Полезная модель относится к вспомогательным устройствам компрессорных установок для подготовки природного газа, а именно к устройствам для осушки природного газа, входящим в состав мобильных компрессорных станций для получения компримированного природного газа, который может применяться в качестве газомоторного топлива.The utility model relates to auxiliary devices of compressor plants for the preparation of natural gas, and in particular to devices for drying natural gas, which are part of mobile compressor stations for producing compressed natural gas, which can be used as gas engine fuel.

Известно, что специфика применения компримированного природного газа в качестве газомоторного топлива требует особенно тщательной очистки от влаги, концентрация паров воды должна быть не более 9,0 мг/м³ (п.9 табл.1 ГОСТ27577-2000 «Газ природный топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания. Технические условия») что соответствует точке росы не выше минус 60°С.It is known that the specifics of using compressed natural gas as a gas engine fuel requires particularly thorough cleaning from moisture, the concentration of water vapor should be no more than 9.0 mg / m ³ (Clause 9 of Table 1 GOST27577-2000 “Natural fuel gas compressed for engines of internal combustion. Technical conditions ") which corresponds to a dew point of not higher than minus 60 ° C.

Известна установка для получения осушенного сжатого воздуха, содержащая двухступенчатый компрессор с фильтрами и межступенчатым холодильником, адсорбер, обратный клапан, сборник сухого воздуха, которая снабжена фильтром, установленным между адсорбером и продувочным клапаном, электропневматическим клапаном, установленным в спускном тракте фильтра (патент РФ №2058184 публикация 1996 г.).A known installation for producing dried compressed air, comprising a two-stage compressor with filters and an interstage cooler, an adsorber, a non-return valve, a dry air collector, which is equipped with a filter installed between the adsorber and a purge valve, an electro-pneumatic valve installed in the drain path of the filter (RF patent No. 2058184 1996 publication).

Недостатком указанной установки является отсутствие возможности непрерывной работы - получения осушенного сжатого воздуха, в связи с тем, что в установке предусмотрен только один периодически регенерируемый адсорбер, при этом на время регенерации (нагрев и охлаждение) производство осушенного воздуха будет невозможно. Кроме того, данная установка не может быть применена для тонкой осушки природного газа в связи с тем, что для качественной осушки (до точки росы не выше минус 60°С) целесообразно применять цеолиты, для регенерации которых необходима температура продувочного газа не ниже плюс 280°С в течение не менее 4 часов. Для регенерации адсорбента в известной установке используется неосушенный горячий воздух, сжатый до давления ниже рабочего и несколько выше атмосферного, полученный при переводе компрессора на холостой ход, при этом требуемой температуры для качественной регенерации адсорбента достичь невозможно.The disadvantage of this installation is the lack of the possibility of continuous operation - obtaining dried compressed air, due to the fact that the installation provides only one periodically regenerated adsorber, while for the time of regeneration (heating and cooling) the production of dried air will be impossible. In addition, this installation cannot be used for fine drying of natural gas due to the fact that for high-quality drying (up to dew point not higher than minus 60 ° С) it is advisable to use zeolites whose regeneration requires a purge gas temperature of at least + 280 ° C for at least 4 hours. For the regeneration of the adsorbent in a known installation, un-dried hot air is used, compressed to a pressure below the working one and slightly higher than atmospheric pressure, obtained by transferring the compressor to idle, while it is impossible to achieve the required temperature for high-quality regeneration of the adsorbent.

Известна установка подготовки импульсного газа для пневмосистем запорно-регулирующих устройств магистральных газопроводов, включающая систему трубопроводов, систему электрооборудования, блок автоматического управления, и подключенный к транспортному газопроводу природного газа блок осушки и очистки газа, содержащий последовательно подключенные по ходу движения газа водомаслоотделитель, промежуточный фильтр, по меньшей мере, один регенерируемый адсорбер, имеющий наружный обогрев посредством размещенных по наружному контуру баллона адсорбера электрических нагревателей (патент РФ №36484, публикация 2004 г.).A known installation for the preparation of pulsed gas for pneumatic systems of shut-off and control devices of main gas pipelines, including a piping system, an electrical equipment, an automatic control unit, and a gas drying and purification unit connected to a natural gas transport pipeline, containing a water-oil separator, an intermediate filter, connected in series at least one regenerable adsorber having external heating by means of an external contour score on adsorber electric heaters (RF №36484 patent, publication, 2004).

Недостатком известной установки подготовки импульсного газа является то, что при регенерации адсорбента используется часть осушенного газа. При этом товарный осушенный газ теряется и выбрасывается в атмосферу, что экономически невыгодно и приводит к загрязнению атмосферы. Дополнительным недостатком является то, что нагрев адсорбента, осуществляемый ТЭНами, расположенными снаружи адсорбера неэффективен вследствие того, что площадь контакта между ТЭНом и корпусом адсорбера очень мала (фактически контакт по линии), большая часть теплового потока направлена наружу (а не внутрь адсорбера), необходимо разогреть весь корпус адсорбера, после чего нагревается адсорбент, температура в центре адсорбера может не достигнуть значения температуры ТЭНов, что вызывает большой расход потребляемой при регенерации адсорберов электроэнергии. При некачественном и неравномерном нагреве адсорбента не может осуществляться качественная регенерация, что влечет некачественную осушку газа в следующем цикле работы адсорбера.A disadvantage of the known pulsed gas preparation unit is that part of the dried gas is used during regeneration of the adsorbent. At the same time, commercial drained gas is lost and released into the atmosphere, which is economically unprofitable and leads to air pollution. An additional disadvantage is that the heating of the adsorbent carried out by the heating elements located outside the adsorber is inefficient due to the fact that the contact area between the heating element and the adsorber housing is very small (in fact, contact along the line), most of the heat flux is directed outward (and not inside the adsorber), it is necessary heat the entire adsorber body, after which the adsorbent is heated, the temperature in the center of the adsorber may not reach the temperature of the heating elements, which causes a large consumption of adsorbed during regeneration erov electricity. With poor-quality and uneven heating of the adsorbent, high-quality regeneration cannot be carried out, which entails poor-quality gas dehydration in the next cycle of the adsorber.

Известен способ удаления определенного газообразного оксида с использованием высокочастотных катализаторов, в котором для удаления присутствующего в газе оксидного соединения исходный поток пропускают через слой растительного угля при температуре ниже 150°С, в результате чего происходит адсорбция оксида углем, после этого угольный слой подвергают воздействию энергии высокочастотного излучения в диапазоне 915-5000 МГц, выделяя из угля поглощенный оксид и восстанавливая его адсорбционные свойства (патент US №5246554, публикация 1993 г.).A known method of removing a certain gaseous oxide using high-frequency catalysts, in which to remove the oxide compound present in the gas, the feed stream is passed through a layer of vegetable coal at a temperature below 150 ° C, as a result of which the oxide is adsorbed by coal, after which the carbon layer is exposed to high-frequency energy radiation in the range 915-5000 MHz, separating the absorbed oxide from coal and restoring its adsorption properties (US patent No. 5246554, publication 1993).

Недостатками указанного способа является его низкая эффективность, связанная с тем, что при высоких температурах (близких к 150°С) уголь адсорбирует вещества хуже, чем при нормальной температуре, а при регенерации адсорбента воздействием энергии высокочастотного излучения необходимо производить нагрев всего объема адсорбента, так как газообразный оксид не нагревается при воздействии высокочастотного излучения, что приводит к потере большого количества времени и энергии. Эксплуатационным недостатком способа является то, что не обеспечивается непрерывный процесс удаления газообразного оксида, так как необходимо время для проведения регенерации адсорбента.The disadvantages of this method is its low efficiency, due to the fact that at high temperatures (close to 150 ° C), coal adsorbs substances worse than at normal temperature, and when the adsorbent is regenerated by exposure to high-frequency radiation energy, it is necessary to heat the entire adsorbent volume, since gaseous oxide does not heat up when exposed to high-frequency radiation, which leads to the loss of a large amount of time and energy. The operational disadvantage of this method is that it does not provide a continuous process for the removal of gaseous oxide, since time is required for the regeneration of the adsorbent.

Известен способ десорбции растворителя из активированного угля, в котором насыщенный растворителем активированный уголь нагревают электромагнитным полем сверхвысокой частоты в импульсном режиме и одновременно пропускают через него предварительно ионизированный азот (патент РФ №2027490, публикация 1995 г.).A known method of desorption of a solvent from activated carbon, in which activated carbon saturated with a solvent is heated by an electromagnetic field of an ultrahigh frequency in a pulsed mode and simultaneously pre-ionized nitrogen is passed through it (RF patent No. 2027490, publication 1995).

Недостатком указанного способа является необходимость применения дополнительного оборудования для проведения процесса десорбции (такого как источник азота, ионизатор азота, водяной конденсатор паров десорбата), а также необходимость сложной системы управления и повышенной точности и надежности применяемых устройств для обеспечения требуемой температуры адсорбента и синхронности импульсов нагрева и подачи азота. Кроме того, указанный способ не может быть применен для осушки природного газа, так как природный газ, имея углеводородный состав, может частично поглощаться на угле.The disadvantage of this method is the need to use additional equipment for carrying out the desorption process (such as a nitrogen source, nitrogen ionizer, a water condenser of desorbate vapor), as well as the need for a complex control system and increased accuracy and reliability of the devices used to ensure the required adsorbent temperature and synchronization of heating pulses and nitrogen supply. In addition, this method cannot be used to dry natural gas, since natural gas, having a hydrocarbon composition, can be partially absorbed on coal.

Известен способ регенерации адсорбента, содержащегося в адсорбере блока осушки сжатого газа, включающий нагрев адсорбента электрическим полем СВЧ и последующее удаление десорбированных компонентов, в котором перед нагревом проводят разгрузку адсорбера до давления, на 2-5 кгс/см² превышающего атмосферное давление, нагрев адсорбента ведут до 200-250°С в течение 1-5 мин (в зависимости от объема адсорбера), десорбированные компоненты удаляют в течение 10-30 с при сообщении адсорбера с атмосферой (патент РФ №2168360, публикация 2001 г.).Known is a method of regenerating the adsorbent contained in adsorber unit drying compressed gas comprising: heating the adsorbent of the microwave electric field and the subsequent removal of desorbed components in which unloading is performed before heating the adsorber to a pressure of 2-5 kgf / cm ² above atmospheric pressure, heating the adsorbent are to 200-250 ° C for 1-5 min (depending on the volume of the adsorber), the desorbed components are removed within 10-30 s when the adsorber is in contact with the atmosphere (RF patent No. 2168360, publication 2001).

Недостатком известного способа является то, что данный способ регенерации адсорбента неэффективен в связи с тем, что количество влаги, которое способен поглотить газ в объеме адсорбера, (то есть его способность удерживать пары воды) при давлении регенерации 2-5 кгс/см² ниже количества влаги, которое содержится в адсорбенте перед регенерацией. При нагреве насыщенного адсорбента электрическим полем СВЧ происходит десорбция воды в объем адсорбера, и в замкнутом объеме поглощается только часть влаги (которую может поглотить газ при имеющемся давлении), остальная влага либо остается в объеме адсорбента, либо конденсируется на стенках адсорбера и при сбросе газа из адсорбера остается внутри адсорбера, что приводит к некачественной регенерации и, как следствие, к некачественной осушке газа в следующем цикле работы.The disadvantage of this method is that this method of regeneration of the adsorbent is ineffective due to the fact that the amount of moisture that can absorb gas in the volume of the adsorber (that is, its ability to retain water vapor) at a regeneration pressure of 2-5 kgf / cm ^{2 is} lower than the amount moisture contained in the adsorbent before regeneration. When a saturated adsorbent is heated by a microwave electric field, water is desorbed into the adsorber volume, and only part of the moisture (which the gas can absorb at the available pressure) is absorbed in the closed volume, the remaining moisture either remains in the adsorbent volume or condenses on the walls of the adsorber and when gas is discharged from the adsorber remains inside the adsorber, which leads to poor-quality regeneration and, as a result, to poor-quality gas dehydration in the next cycle of operation.

Кроме того недостатком является необходимость при регенерации сброса части газа в атмосферу, что экономически нецелесообразно (в случае осушки газа, имеющего высокую стоимость), либо неприменимо (в случае осушки газа, представляющего опасность для человека или окружающей среды).In addition, the disadvantage is the need for regeneration of the discharge of part of the gas into the atmosphere, which is not economically feasible (in the case of drying gas, which has a high cost), or is not applicable (in the case of drying gas, which is dangerous to humans or the environment).

Известно устройство для регенерации адсорбента от газообразных примесей содержащее вакуумный теплоизоляционный корпус, заполненный жидким азотом, внутри которого размещен сосуд с адсорбентом, который пронизан нагревателем, при этом сосуд соединен с магистралью подачи газовой смеси и вакуумным насосом, в котором нагреватель представляет из себя СВЧ-источник, работающий в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц, выполненный в виде магнетрона, соединенного через волновод с согласованной нагрузкой (патент РФ №2058183, публикация 1996 г.).A device is known for regenerating an adsorbent from gaseous impurities, comprising a vacuum heat-insulating casing filled with liquid nitrogen, inside of which there is a vessel with an adsorbent that is penetrated by a heater, the vessel being connected to a gas mixture supply line and a vacuum pump in which the heater is a microwave source operating in the frequency range 300 MHz - 300 GHz, made in the form of a magnetron connected through a waveguide with a matched load (RF patent No. 2058183, 1996 publication).

Недостатком известного устройства является сложность и низкая надежность вакуумной теплоизоляции - при потере герметичности корпуса резко снижается теплоизолирующая способность и может происходить испарение жидкого азота. Также недостатком является заполнение вакуумного теплоизоляционного корпуса жидким азотом, что усложняет конструкцию адсорбера и вспомогательного оборудования и снижает температуру адсорбента у стенок сосуда, что делает нагрев адсорбента от расположенного в центре нагревателя неравномерным, и требуемая для регенерации адсорбента высокая температура не обеспечивается. Дополнительным недостатком единичного СВЧ нагревателя, размещенного в центре, является неравномерность создаваемого электромагнитного поля (что в бытовых СВЧ-печах устраняется вращающимся столом), что приводит к неравномерному нагреву адсорбента. В связи с этим регенерация адсорбента осуществляется некачественно. Кроме того, указанное устройство нельзя использовать для непрерывной осушки природного газа, так как предусмотрен только один периодически регенерируемый сосуд с адсорбентом.A disadvantage of the known device is the complexity and low reliability of vacuum thermal insulation - with the loss of tightness of the housing, the heat-insulating ability decreases and evaporation of liquid nitrogen can occur. Another disadvantage is the filling of the vacuum thermal insulation casing with liquid nitrogen, which complicates the design of the adsorber and auxiliary equipment and reduces the temperature of the adsorbent at the vessel walls, which makes the adsorbent heated from the central heater uneven, and the high temperature required for adsorbent regeneration is not provided. An additional drawback of a single microwave heater located in the center is the unevenness of the generated electromagnetic field (which is eliminated in a microwave oven by a rotating table), which leads to uneven heating of the adsorbent. In this regard, the regeneration of the adsorbent is carried out poorly. In addition, this device cannot be used for continuous drying of natural gas, since only one periodically regenerated vessel with adsorbent is provided.

Задачей полезной модели является создание блока осушки газа, лишенного указанных недостатков и обеспечивающего требуемое по нормативным документам качество газа в мобильных компрессорных станциях для компримирования природного газа, а также повышение эффективности и надежности работы блока осушки газа путем улучшения нагрева и качества регенерации, и повышение экономичности путем снижения потребления электроэнергии и исключения потерь газа в блоке осушки газа.The objective of the utility model is to create a gas dehydration unit, devoid of these drawbacks and providing the gas quality required by regulatory documents in mobile compressor stations for compressing natural gas, as well as increasing the efficiency and reliability of the gas dehydration unit by improving heating and the quality of regeneration, and increasing efficiency by reduce energy consumption and eliminate gas losses in the gas dehydration unit.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.The essence of the proposed utility model is as follows.

Блок осушки мобильной компрессорной станции для получения компримированного природного газа включает в себя систему трубопроводов, запорную управляемую арматуру, систему управления, систему регенерации, и содержит, по меньшей мере, два параллельно подключенных и последовательно регенерируемых адсорбера. Каждый адсорбер содержит корпус с размещенным в нем адсорбентом, и, по меньшей мере, один нагреватель адсорбента, выполненный в виде работающего в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц магнетрона. Каждый адсорбер содержит также средство для повышения равномерности электромагнитного поля СВЧ нагревателя адсорбента.The drying unit of a mobile compressor station for producing compressed natural gas includes a piping system, controlled valves, a control system, a regeneration system, and contains at least two parallel and sequentially regenerated adsorbers. Each adsorber contains a housing with an adsorbent located in it, and at least one adsorbent heater, made in the form of a magnetron operating in the frequency range from 300 MHz to 300 GHz. Each adsorber also contains means for increasing the uniformity of the electromagnetic field of the microwave adsorbent heater.

Нагреватели адсорбента могут размещаться внутри адсорбера.Adsorbent heaters can be placed inside the adsorber.

Нагреватели адсорбента могут размещаться снаружи адсорбера, в этом случае корпус адсорбера выполнен из материала, пропускающего электромагнитное поле СВЧ нагревателя адсорбента, а адсорбер с нагревателем адсорбента размещены в кожухе, выполненном из материала, не пропускающего электромагнитное поле СВЧ нагревателя адсорбента.Adsorbent heaters can be placed outside the adsorber; in this case, the adsorber casing is made of material that passes the electromagnetic field of the microwave adsorbent heater, and the adsorber with the adsorbent heater are placed in a casing made of material that does not pass the electromagnetic field of the microwave adsorbent heater.

Нагреватель адсорбента имеет фиксированную рабочую частоту 2,45 ГГц.The adsorbent heater has a fixed operating frequency of 2.45 GHz.

В качестве средства для повышения равномерности электромагнитного поля СВЧ нагревателя адсорбента может быть использован инвертор, либо две дополнительные антенны, либо вращающийся распределитель микроволн, либо отражатели микроволн.As a means to increase the uniformity of the electromagnetic field of the microwave adsorbent heater, an inverter, or two additional antennas, or a rotating microwave distributor, or microwave reflectors can be used.

Выход каждого адсорбера блока осушки соединен со входным трубопроводом мобильной компрессорной станции дополнительным трубопроводом с установленном на нем невозвратным клапаном, а система регенерации дополнительно содержит установленный на выходе из адсорберов вакуумный насос для удаления из адсорберов продуктов десорбции в емкость для сбора конденсата.The outlet of each adsorber of the drying unit is connected to the inlet pipe of the mobile compressor station by an additional pipe with a non-return valve installed on it, and the regeneration system additionally contains a vacuum pump installed at the outlet of the adsorbers to remove desorption products from the adsorbers in a condensate collection tank.

Для отвода продуктов десорбции из регенерируемого адсорбера в дренаж система регенерации дополнительно содержит замкнутый контур циркуляции осушенного природного газа, включающий последовательно установленные циркуляционный насос, теплообменник и водомаслоотделитель.In order to divert the desorption products from the regenerated adsorber to the drainage, the regeneration system further comprises a closed circulation circuit of dried natural gas, including a circulation pump, a heat exchanger and a water-oil separator installed in series.

В качестве адсорбента может быть применен синтетический цеолит типа NaX, либо синтетический цеолит типа КА, либо активированный оксид алюминия (Аl₂О₃), либо силикагель.Synthetic zeolite of the NaX type, or synthetic zeolite of the KA type, or activated alumina (Al ₂ O ₃ ), or silica gel can be used as an adsorbent.

Система управления блока осушки может содержать установленный на выходном трубопроводе узел измерения влажности природного газа.The control system of the drying unit may contain a unit for measuring the humidity of natural gas mounted on the outlet pipeline.

Система управления блока осушки может содержать установленный на входном трубопроводе узел измерения влажности природного газа.The control system of the dehydration unit may contain a node for measuring the humidity of natural gas mounted on the inlet pipe.

Система управления выполнена с возможностью переключения адсорберов по показанию узла измерения влажности природного газа.The control system is configured to switch the adsorbers according to the indication of the humidity measurement unit of natural gas.

Система управления содержит блок автоматического управления с информационной панелью, на которую выводятся значения параметров работы блока осушки.The control system contains an automatic control unit with an information panel on which the values of the operation parameters of the drying unit are displayed.

Все узлы и системы блока осушки размещены на жестком каркасе.All nodes and systems of the drying unit are placed on a rigid frame.

Все узлы и системы блока осушки могут быть размещены на жестком каркасе мобильной компрессорной станции для получения компримированного природного газа.All nodes and systems of the dehydration unit can be placed on the rigid frame of the mobile compressor station to produce compressed natural gas.

Все узлы и системы блока осушки могут быть размещены в контейнере мобильной компрессорной станции для получения компримированного природного газа.All nodes and systems of the dehydration unit can be placed in the container of the mobile compressor station to receive compressed natural gas.

На фиг.1 представлена принципиальная схема мобильной компрессорной станции для получения компримированного природного газа; на фиг.2 представлена принципиальная схема блока осушки; на фиг.3 представлена конструкция адсорбера с внутренним расположением нагревателя; на фиг.4 представлена конструкция адсорбера с наружным расположением нагревателя,Figure 1 presents a schematic diagram of a mobile compressor station for producing compressed natural gas; figure 2 presents a schematic diagram of a drying unit; figure 3 presents the design of the adsorber with an internal location of the heater; figure 4 presents the design of the adsorber with an external location of the heater,

Мобильная компрессорная станция для получения компримированного природного газа (см. фиг.1) содержит трубопровод 1, подключенный на входе в станцию к магистральному газопроводу, трубопровод 2, подключенный на выходе станции к потребителям природного газа. К трубопроводу 1 подключен блок осушки 3, через запорно-регулирующую арматуру (не показана). Из блока осушки 3 выходит трубопровод осушенного газа 4, подключенный к дожимающему компрессору 5. Компрессор соединен с баллонной секцией для хранения газа высокого давления 6, из которой по трубопроводу 2 газ поступает потребителю. Для сброса газа из адсорберов перед регенерацией блока осушки предусмотрен трубопровод 7 с установленным невозвратным клапаном 8. Для сброса конденсата из блока осушки предусмотрен трубопровод 9. Для аварийного сброса газа из блока осушки предусмотрена свеча 10. В случае низкого давления газа в магистральном газопроводе на трубопроводе 1 может быть установлен дожимающий компрессор 11.A mobile compressor station for receiving compressed natural gas (see Fig. 1) contains a pipeline 1 connected at the inlet of the station to a main gas pipeline, a pipe 2 connected at the outlet of the station to consumers of natural gas. A drainage unit 3 is connected to the pipeline 1 through shut-off and control valves (not shown). A drained gas pipeline 4 is connected to the drying unit 3 and connected to a booster compressor 5. The compressor is connected to the balloon section for storing high pressure gas 6, from which gas is supplied to the consumer via pipeline 2. To discharge gas from adsorbers, before regeneration of the drying unit, a pipeline 7 with a non-return valve 8 is installed. To discharge condensate from the drying unit, a pipe is provided 9. For emergency gas discharge from the drying unit, a candle 10 is provided. In the case of low gas pressure in the main gas pipeline on pipeline 1 booster compressor 11 may be installed.

Блок осушки (см. фиг.2) включает в себя последовательно подключенные к входу трубопровода 1 водомаслоотделитель 12, промежуточный фильтр 13, два параллельно подключенных адсорбера 14 и 15 и концевой фильтр 16, соединенный с трубопроводом 4. Адсорберы 14 и 15 подключены к входному и выходному трубопроводу через управляемые краны 17, 18, 19, 20 соответственно. Водомаслоотделитель 12 и промежуточный фильтр 13 через управляемые клапаны соответственно 21 и 22 соединены с емкостью сбора конденсата 23 и дренажной линией 9, куда производится периодическая продувка. Сброс газа из адсорберов 14 и 15 перед регенерацией осуществляется через управляемые краны 24 и 25 соответственно. Сброс газа на свечу в аварийных случаях производится через управляемые краны 26 и 27. Для регенерации адсорбера в системе регенерации предусмотрен вакуумный насос 28, подключенный к емкости сбора конденсата и к адсорберам 14 и 15 через управляемые краны 29 и 30 соответственно. Для регенерации адсорбента в системе регенерации может быть предусмотрен циркуляционный насос 31, теплообменник-охладитель (например, радиаторного типа) 32, фильтр-водомаслоотделитель 33, подключенные к адсорберам 14 и 15 через управляемые краны 29, 30, 34, 35. Для управления блоком осушки предусмотрена система управления, включающая блок управления (не показан) и датчики давления 36, температуры 37, влажности (точки росы) 38.The drying unit (see Fig. 2) includes a water-oil separator 12 connected in series to the input of the pipeline 1, an intermediate filter 13, two adsorbers 14 and 15 connected in parallel, and an end filter 16 connected to the pipeline 4. The adsorbers 14 and 15 are connected to the inlet and the output pipeline through the controlled valves 17, 18, 19, 20, respectively. The oil and water separator 12 and the intermediate filter 13 through the controlled valves 21 and 22, respectively, are connected to the condensate collecting tank 23 and the drain line 9, where periodic purging is performed. The gas discharge from the adsorbers 14 and 15 before regeneration is carried out through controlled valves 24 and 25, respectively. In emergency cases, gas is dumped onto the candle through controlled valves 26 and 27. For regeneration of the adsorber, the regeneration system provides a vacuum pump 28 connected to the condensate collection tank and to adsorbers 14 and 15 through controlled valves 29 and 30, respectively. For regeneration of the adsorbent in the regeneration system, a circulation pump 31, a heat exchanger-cooler (for example, a radiator type) 32, a filter-water-oil separator 33, connected to the adsorbers 14 and 15 through controlled taps 29, 30, 34, 35, can be provided. For controlling the drying unit a control system is provided, including a control unit (not shown) and pressure sensors 36, temperature 37, humidity (dew point) 38.

Каждый из адсорберов 14 и 15 (см. фиг.3) содержит корпус 39 выполненный из металла, с патрубками входа 40, выхода 41, крышки 42, адсорбент 43, теплоизоляционный кожух 44, по крайней мере, один СВЧ нагреватель адсорбента 45, закрепленный в крышке 42, представляющий собой магнетрон 46, соединенный через волновод 47 с согласованной нагрузкой 48. Для предотвращения уноса частиц адсорбента на входе и выходе адсорбера предусмотрены фильтры 49.Each of the adsorbers 14 and 15 (see Fig. 3) contains a housing 39 made of metal, with nozzles for the inlet 40, outlet 41, cover 42, adsorbent 43, heat-insulating casing 44, at least one microwave adsorbent heater 45, fixed in cover 42, which is a magnetron 46, connected through a waveguide 47 with a matched load 48. To prevent entrainment of adsorbent particles, filters 49 are provided at the inlet and outlet of the adsorber.

Каждый из адсорберов 14 и 15 (см. фиг.4) может также содержать корпус 50, выполненный из материала, пропускающего электромагнитное поле СВЧ нагревателя адсорбента, с патрубками входа 51, выхода 52, теплоизоляционный кожух 53, не пропускающий электромагнитное поле СВЧ нагревателя адсорбента, по крайней мере, один СВЧ нагреватель адсорбента 54, закрепленный в кожухе 53, представляющий собой магнетрон 55, соединенный через волновод 56 с согласованной нагрузкой 57. Для предотвращения уноса частиц адсорбента на входе и выходе адсорбера предусмотрены фильтры 58.Each of the adsorbers 14 and 15 (see Fig. 4) may also comprise a housing 50 made of a material that transmits the electromagnetic field of the microwave adsorbent heater, with nozzles for the input 51, output 52, a heat-insulating casing 53 that does not pass the electromagnetic field of the microwave adsorbent heater, at least one microwave adsorbent heater 54, mounted in the casing 53, which is a magnetron 55, connected through a waveguide 56 with a matched load 57. To prevent entrainment of adsorbent particles, a filter is provided at the inlet and outlet of the adsorber Ry 58.

Каждый адсорбер содержит средство для регулирования мощности магнетрона и/или средство для изменения направления излучаемых магнетроном электромагнитных волн (не показаны), используемые для повышения равномерности электромагнитного поля СВЧ нагревателя адсорбента, в качестве которых может использоваться либо инвертор, либо две дополнительные антенны, либо вращающийся распределитель микроволн, либо установленные определенным образом отражатели микроволн.Each adsorber contains means for controlling the power of the magnetron and / or means for changing the direction of electromagnetic waves emitted by the magnetron (not shown), used to increase the uniformity of the electromagnetic field of the microwave heater of the adsorbent, which can be used either in an inverter, or two additional antennas, or a rotating distributor microwaves, or microwaves reflectors installed in a certain way.

Нагреватель адсорбера может иметь общепромышленную и бытовую рабочую частоту СВЧ источников 2,45 ГГц.The adsorber heater may have a general industrial and household operating frequency of microwave sources 2.45 GHz.

В качестве адсорбента применен синтетический цеолит NaX, обеспечивающий очистку от широкого спектра примесей.Synthetic zeolite NaX was used as an adsorbent, which provides purification from a wide range of impurities.

В качестве адсорбента также может быть применен синтетический цеолит КА, обеспечивающий глубокую осушку только от паров воды.Synthetic zeolite KA can also be used as an adsorbent, providing deep drying only from water vapor.

В качестве адсорбента также может быть применен активированный оксид алюминия (Аl₂О₃) или силикагель и их смесь в любых сочетаниях, имеющие низкие температуры регенерации.Activated alumina (Al ₂ O ₃ ) or silica gel and their mixture in any combination having low regeneration temperatures can also be used as adsorbent.

Блок закреплен на жестком каркасе, и может быть размещен в контейнере мобильной компрессорной станции (не показаны).The unit is mounted on a rigid frame, and can be placed in a container of a mobile compressor station (not shown).

Работает блок осушки следующим образом.The drying unit operates as follows.

Сжатый природный газ под рабочим давлением из входного магистрального газопровода от трубопровода 1 поступает в водомаслоотделитель 12, где происходит очистка газа от крупных частиц влаги, масла и механических частиц. Из водомаслоотделителя 12 газ поступает в промежуточный фильтр 13, содержащий углеродное волокно, в котором происходит очистка газа от масляных паров, негативно влияющих на работу адсорбента в адсорберах, а также на работу индикатора влажности газа. Отделившаяся в водомаслоотделителе 12 и промежуточном фильтре 13 водомасляная эмульсия через управляемые краны 21 и 22 направляется при периодических продувках в дренаж.Compressed natural gas under operating pressure from the inlet gas pipeline from the pipeline 1 enters the oil and water separator 12, where the gas is purified from large particles of moisture, oil and mechanical particles. From the oil and water separator 12, gas enters an intermediate filter 13 containing carbon fiber, in which the gas is cleaned of oil vapors that adversely affect the operation of the adsorbent in the adsorbers, as well as the operation of the gas humidity indicator. Separated in the oil-water separator 12 and the intermediate filter 13, the oil-water emulsion through the controlled valves 21 and 22 is sent with periodic purges in the drainage.

Очищенный от капельной влаги и масла природный газ поступает в один из адсорберов 14, 15, где происходит осушка газа до заданных кондиций. Адсорберы 14, 15 работают попеременно (один работает на осушку, а другой в это время регенерируется, при этом время регенерации гораздо меньше, чем время работы адсорбера на осушку). В процессе прохождения газа через работающий на осушку адсорбер адсорбент в нем насыщается влагой. После насыщения адсорбента влагой происходит переключение адсорберов, газ из адсорбера направляется на вход мобильной компрессорной установки, и ранее отработавший на осушку адсорбер включается на регенерацию, в процессе которой осуществляется нагрев адсорбента посредством СВЧ нагревателя адсорбента 45, расположенного внутри адсорбера, либо нагревателя 54, расположенного снаружи адсорбера. СВЧ волны проникают внутрь адсорбента и увеличивают колебания молекул воды, что приводит к увеличению температуры, испарению воды и регенерации адсорбента. Для более эффективной регенерации адсорбента вакуумный насос 28 установленный в системе регенерации создает разрежение в адсорбере, благодаря чему температура кипения воды снижается и достигается быстрее, а продукты десорбции выводятся из адсорбера. Продукты десорбции сбрасываются с емкость сбора конденсата. Таким образом, выброса природного газа в атмосферу в процессе штатной работы не происходит.Natural gas purified from drop moisture and oil enters one of the adsorbers 14, 15, where the gas is dried to the specified conditions. The adsorbers 14, 15 operate alternately (one is running for drying, and the other is being regenerated at this time, while the regeneration time is much shorter than the time for the adsorber to dry). During the passage of the gas through the adsorbent working on dehydration, the adsorbent in it is saturated with moisture. After the adsorbent is saturated with moisture, the adsorbers are switched, the gas from the adsorber is sent to the inlet of the mobile compressor unit, and the adsorber previously used for drying is turned on for regeneration, during which the adsorbent is heated by means of the microwave adsorbent heater 45 located inside the adsorber or the heater 54 located outside adsorber. Microwave waves penetrate the adsorbent and increase the vibration of water molecules, which leads to an increase in temperature, evaporation of water and regeneration of the adsorbent. For more efficient regeneration of the adsorbent, the vacuum pump 28 installed in the regeneration system creates a vacuum in the adsorber, due to which the boiling point of water decreases and is reached faster, and the desorption products are removed from the adsorber. Desorption products are discharged from the condensate collection tank. Thus, the release of natural gas into the atmosphere during normal operation does not occur.

Также для более эффективной регенерации адсорбента может применяться установленный в системе регенерации циркуляционный насос 31, обеспечивающий циркуляцию осушенного природного газа по системе регенерации через теплообменник-охладитель (например, радиаторного типа) 32 и фильтр-водомаслоотделитель 33, в которых охлаждается и выпадает конденсат продуктов десорбции.Also, for a more efficient regeneration of the adsorbent, a circulation pump 31 installed in the regeneration system can be used to circulate the dried natural gas through the regeneration system through a heat exchanger-cooler (for example, a radiator type) 32 and a filter-water separator 33, in which condensation of desorption products is cooled and precipitates.

После адсорбера 14 или 15 осушенный и очищенный газ поступает в концевой фильтр 16, где происходит окончательная очистка газа от механических частиц и масла. Если влажность природного газа, выдаваемого потребителям, выше установленной (контрольной) уставки, блок автоматического управления по показаниям датчика влажности (точки росы) природного газа 38, установленного на выходном трубопроводе, производит переключение адсорберов.After the adsorber 14 or 15, the dried and purified gas enters the end filter 16, where the final cleaning of the gas from mechanical particles and oil takes place. If the humidity of the natural gas supplied to consumers is higher than the set (control) setting, the automatic control unit, according to the readings of the humidity sensor (dew point) of natural gas 38 installed on the outlet pipeline, switches the adsorbers.

Далее газ направляется через выход трубопровода 4 к дожимному компрессору 5, который сжимает газ до давления порядка 250 кгс/см², и наполняет баллонную секцию 6, откуда газ выдается потребителю по трубопроводу 2.Next, the gas is directed through the outlet of the pipeline 4 to the booster compressor 5, which compresses the gas to a pressure of about 250 kgf / cm ² and fills the balloon section 6, from where the gas is supplied to the consumer through the pipeline 2.

Предлагаемый блок осушки предназначен для осушки природного газа, отбираемого на компрессорных станциях магистральных газопроводов, газораспределительных станциях и аналогичных объектах, перед его использованием в качестве газомоторного топлива в составе мобильной компрессорной станции для получения компримированного природного газа.The proposed drying unit is designed to dry natural gas taken at compressor stations of gas pipelines, gas distribution stations and similar facilities, before using it as a gas engine fuel as part of a mobile compressor station to produce compressed natural gas.

Блок осушки может быть использован, в контейнерном исполнении, либо в безконтейнерном варианте в составе более крупных технологических линий, а также как самостоятельное изделие при этом система управления блока может быть самостоятельной, либо может быть реализована в системе управления «верхнего» уровня.The drying unit can be used in container execution, or in a containerless version as a part of larger technological lines, and also as an independent product, while the control unit of the unit can be independent, or can be implemented in the control system of the "upper" level.

Предлагаемый блок осушки обеспечивает требуемое по нормативным документам качество очистки и осушки газа, обладает повышенной эффективностью и надежностью, в связи с улучшением процесса нагрева адсорбента и качества регенерации. Предлагаемая установка обладает высокой экономичностью за счет пониженного потребления электроэнергии и отсутствие потерь газа.The proposed drying unit provides the gas cleaning and drying quality required by regulatory documents, has increased efficiency and reliability, due to the improvement of the adsorbent heating process and the quality of regeneration. The proposed installation has high efficiency due to reduced energy consumption and the absence of gas losses.

Claims

1. The drying unit of a mobile compressor station to produce compressed natural gas, including a piping system, shutoff valves, a control system, a regeneration system and containing at least two parallel and sequentially regenerated adsorbers, each adsorber containing a housing housed in it with an adsorbent, and at least one microwave heater of the adsorbent, made in the form of a magnetron operating in the frequency range from 300 MHz to 300 GHz, characterized in that each dsorber comprises means for increasing the uniformity of the electromagnetic field of microwave heating of the adsorbent.

2. The drying unit according to claim 1, characterized in that at least one adsorbent heater is located inside the adsorber.

3. The drying unit according to claim 1, characterized in that at least one adsorbent heater is placed outside the adsorber, while the adsorber body is made of material that passes the electromagnetic field of the microwave heater of the adsorbent, and the adsorber with the heater is placed in a casing made from a material that does not pass the electromagnetic field of the microwave heater of the adsorbent.

4. The drying unit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the adsorbent heater has a fixed operating frequency of 2.45 GHz.

5. The drying unit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an inverter is used as a means to increase the uniformity of the electromagnetic field of the microwave heater of the adsorbent.

6. The drying unit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that two additional antennas are used as a means to increase the uniformity of the electromagnetic field of the microwave adsorbent heater.

7. The drying unit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a rotating microwave distributor is used as a means to increase the uniformity of the electromagnetic field of the microwave adsorbent heater.

8. The drying unit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that microwave reflectors are used as a device to increase the uniformity of the electromagnetic field of the microwave adsorbent heater.

9. The drying unit according to claim 1, characterized in that the outlet of each adsorber is connected to the inlet pipe of the mobile compressor station by an additional pipe with a non-return valve installed on it, and the regeneration system further comprises a vacuum pump installed at the outlet of the adsorbers to remove desorption products from the adsorbers in a container for collecting condensate.

10. The drying unit according to claim 1, characterized in that for the removal of desorption products from the regenerated adsorber to the drainage, the regeneration system further comprises a closed circuit for the circulation of dried natural gas, including a sequentially installed circulation pump, a heat exchanger and an oil / water separator.

11. The drying unit according to claim 1, characterized in that a synthetic NaX type zeolite is used as the adsorbent.

12. The drying unit according to claim 1, characterized in that the synthetic agent type KA is used as an adsorbent.

13. Drying unit according to claim 1, characterized in that used as adsorbent, activated alumina (Al ₂ O _3).

14. The drying unit according to claim 1, characterized in that silica gel is used as the adsorbent.

15. The drying unit according to claim 1, characterized in that the control system of the drying unit contains a node for measuring the humidity of natural gas mounted on the outlet pipe.

16. The drying unit according to claim 1, characterized in that the control system of the drying unit comprises a node for measuring the humidity of natural gas installed on the inlet pipe.

17. The drying unit according to clause 16, characterized in that the control system is configured to switch the adsorbers according to the indication of the node for measuring the humidity of natural gas.

18. The drying unit according to claim 1, characterized in that the control system comprises an automatic control unit with an information panel on which the operating parameters of the drying unit are displayed.

19. The drying unit according to claim 1, characterized in that all the nodes and systems of the drying unit are placed on a rigid frame.

20. The drying unit according to claim 1, characterized in that all the nodes and systems of the drying unit are located on the rigid frame of the mobile compressor station to produce compressed natural gas.

21. The drying unit according to claim 1, characterized in that all the nodes and systems of the drying unit are located in the container of the mobile compressor station to produce compressed natural gas.