RU2270233C1 - Method of combined purification of a natural gas and the device for its realization - Google Patents
Method of combined purification of a natural gas and the device for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2270233C1 RU2270233C1 RU2004123941/04A RU2004123941A RU2270233C1 RU 2270233 C1 RU2270233 C1 RU 2270233C1 RU 2004123941/04 A RU2004123941/04 A RU 2004123941/04A RU 2004123941 A RU2004123941 A RU 2004123941A RU 2270233 C1 RU2270233 C1 RU 2270233C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- purification
- chemisorbent
- heat exchanger
- natural gas
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности, в частности к способам и устройствам комплексной очистки газов от кислых компонентов, диоксида углерода, сернистых соединений и влаги.The invention relates to the gas and oil industries, in particular to methods and devices for the comprehensive purification of gases from acidic components, carbon dioxide, sulfur compounds and moisture.
Известен способ глубокой комплексной очистки природного газа от двуокиси углерода и влаги, включающий адсорбцию удаляемых компонентов твердыми молекулярными ситами - цеолитами с последующей их регенерацией - восстановлением адсорбционных свойств цеолитов методом нагрева и продувки газом (Н.В.Кельцев. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1976 г., стр.411).A known method of deep comprehensive purification of natural gas from carbon dioxide and moisture, including adsorption of the removed components by solid molecular sieves - zeolites with their subsequent regeneration - restoration of the adsorption properties of zeolites by heating and gas purging (N.V. Keltsev. Fundamentals of adsorption technology. M .: Chemistry, 1976, p. 411).
Известно также устройство для комплексной очистки природного газа, содержащее попеременно работающие адсорберы с молекулярными ситами-цеолитами, нагреватель регенерирующих газов, холодильник для охлаждения газов, сепаратор для отделения конденсата после охлаждения газа и газодувку для возвращения регенерирующих газов в исходный газопровод (Н.В.Кельцев. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1976 г., стр.411).A device for the complex purification of natural gas is also known, containing alternately working adsorbers with molecular zeolite sieves, a regenerating gas heater, a refrigerator for cooling gases, a separator for separating condensate after cooling the gas, and a gas blower for returning the regenerating gases to the original gas pipeline (N.V. Keltsev Fundamentals of adsorption technology. M: Chemistry, 1976, p. 411).
Основной недостаток способа и устройства заключается в том, что известные молекулярные сита имеют низкую адсорбционную способность по двуокиси углерода, поэтому приходится использовать большое их количество, которое приводит к росту массы и габаритов блока комплексной очистки увеличивает первоначальную стоимость и энергетические затраты на регенерацию адсорбента.The main disadvantage of the method and device is that the known molecular sieves have low adsorption capacity for carbon dioxide, therefore, it is necessary to use a large number of them, which leads to an increase in the mass and dimensions of the complex cleaning unit increases the initial cost and energy costs for regenerating the adsorbent.
Известен также способ абсорбционной очистки природного газа, включающий поглощение двуокиси углерода хемсорбентом в абсорбере с последующим выделением двуокиси углерода из хемсорбента в десорбере методом нагрева хемсорбента и возвращении отрегенерированного хемсорбента после охлаждения в абсорбер для повторного использования (А.П.Клименко. Сжиженные углеводородные газы. М.: Недра, 1974 г., стр.213, рис.118).There is also known a method of absorption purification of natural gas, including the absorption of carbon dioxide by a chemisorbent in an absorber, followed by the release of carbon dioxide from a chemisorbent in a stripper by heating the chemisorbent and returning the regenerated chemisorbent after cooling to the absorber for reuse (A.P. Klimenko. Liquefied hydrocarbon gases. M .: Nedra, 1974, p. 213, fig. 118).
Устройство для осуществления вышеуказанного способа очистки газа содержит двухступенчатый насадочный или тарельчатый абсорбер для контакта очищаемого газа с хемсорбентом, десорбер, предназначенный для нагрева и удаления абсорбированной двуокиси углерода, насосы для подачи хемсорбента в ступени абсорбера, рекуперативные теплообменники для охлаждения хемсорбента и утилизации тепла кубовой жидкости десорбера, подогреватель кубовой жидкости (А.П.Клименко. Сжиженные углеводородные газы. М.: Недра. 1974 г., стр.213, рис.118).A device for implementing the above gas purification method comprises a two-stage nozzle or plate absorber for contacting the gas to be cleaned with the absorbent, a stripper designed to heat and remove absorbed carbon dioxide, pumps for supplying the absorbent in the absorber stages, recuperative heat exchangers for cooling the absorbent and utilizing the heat of the stripping liquid , bottoms liquid heater (A.P. Klimenko. Liquefied hydrocarbon gases. M: Nedra. 1974, p. 213, Fig. 118).
Основной недостаток вышеуказанного способа и устройства - это сравнительно невысокий коэффициент массопередачи в абсорбере и недостаточно глубокое выделение двуокиси углерода в десорбере, что приводит к увеличению габаритов и металлоемкости абсорбера и десорбера, к большим затратам тепловой энергии на нагрев хемсорбента в процессе десорбции, а также не удовлетворяет требованиям по степени очистки газа, предъявляемым к составу газа, направляемого на сжижение.The main disadvantage of the above method and device is the relatively low mass transfer coefficient in the absorber and the insufficiently deep carbon dioxide emission in the stripper, which leads to an increase in the dimensions and metal consumption of the absorber and stripper, to the large expenditures of thermal energy for heating the absorbent during desorption, and also does not satisfy requirements for the degree of gas purification for the composition of the gas sent for liquefaction.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является способ комбинированной очистки природного газа, который включает два этапа очистки газа, вначале исходный газ предварительно очищают от кислых компонентов абсорбцией в аппарате, обеспечивающем контакт очищаемого газа и хемсорбента, отделяют поглощенные кислые компоненты газа от хемсорбента в десорбере за счет его нагрева, затем охлаждают хемсорбент в теплообменнике и подают насосом в абсорбер, а на втором этапе проводят глубокую очистку и осушку газа адсорбцией на попеременно работающих адсорберах (Заявка №2000107466/04 от 27.03.2000, Патент №2176266, Бюл. №33 от 27.11.2001 г.).The closest in technical essence and the achieved effect is a method of combined purification of natural gas, which includes two stages of gas purification, first the source gas is preliminarily cleaned from acidic components by absorption in an apparatus that provides contact between the gas to be purified and the chemisorbent, absorbed acidic gas components are separated from the chemisorbent in the stripper due to its heating, then the chemisorbent in the heat exchanger is cooled and pumped into the absorber, and in the second stage, deep cleaning and drying of the gas by adsorption on alternately working adsorbers (Application No. 2000107466/04 of 03/27/2000, Patent No. 2176266, Bull. No. 33 of 11/27/2001).
Известно также устройство для очистки и осушки природного и попутного газа, содержащее фильтр для очистки исходного газа от механических примесей и капельной влаги, рекуперативный теплообменник, аппарат для обеспечения контакта очищаемого газа и хемсорбента, насос, теплообменник, сепаратор и блок глубокой адсорбционной очистки и осушки газа (Заявка №2001123552/12 от 22.08.2001, Патент №2197318, Бюл. №3 от 27.01.2003 г.).It is also known a device for cleaning and drying natural and associated gas, containing a filter for cleaning the source gas from mechanical impurities and droplet moisture, a recuperative heat exchanger, an apparatus for contacting the gas to be cleaned and chemisorbent, a pump, a heat exchanger, a separator and a deep adsorption gas cleaning and drying unit (Application No. 2001123552/12 dated 08.22.2001, Patent No. 2197318, Bull. No. 3 dated January 27, 2003).
Основной недостаток указанных способа и устройства заключается в использовании для сорбции кислых компонентов газов хемсорбентом, абсорбера, обеспечивающего контакт между газом и частицами хемсорбента, при котором происходит поглощение последним кислых компонентов природного газа. Абсорбцию двуокиси углерода хемсорбентом, как правило, проводят под давлением для увеличения количества поглощаемой двуокиси углерода одним куб.м. хемсорбента. Кроме того, во всех применяемых абсорберах скорость потока газа небольшая, чтобы не было капельного уноса хемсорбента, и она распределена по сечению абсорбера и по ходу газа неравномерно, различна и величина капель хемсорбента и их скорость во встречном потоке, поэтому не происходит в полном объеме абсорбера эффективный контакт и массоперенос от газа к хемсорбенту кислых компонентов, например двуокиси углерода, за единицу времени, поэтому приходится увеличивать время контакта газа и хемсорбента за счет увеличения высоты абсорбера, а это приводит увеличению габарита, металлоемкости абсорбера и усложняет его обслуживание.The main disadvantage of the above method and device is the use of an absorber, which provides contact between the gas and the particles of the chemisorbent, in which the latter absorbs acidic components of natural gas for sorption of the acidic components of the gases. The absorption of carbon dioxide by a chemisorbent is usually carried out under pressure to increase the amount of carbon dioxide absorbed by one cubic meter. chemisorbent. In addition, in all the absorbers used, the gas flow rate is small so that there is no droplet entrainment of the chemisorbent, and it is unevenly distributed over the cross section of the absorber and along the gas, the size of the chemisorbent droplets and their velocity in the oncoming flow are different, therefore, the absorber does not fully effective contact and mass transfer from gas to a chemisorbent of acidic components, such as carbon dioxide, per unit time, therefore, it is necessary to increase the contact time of gas and chemisorbent by increasing the height of the absorber, and this leads to an increase in size, metal consumption of the absorber and complicates its maintenance.
Решаемая задача - повышение коэффициента массопередачи при контакте очищаемого газа и хемсорбента, снижение массогабаритных размеров блока комбинированной очистки и его материалоемкости.The problem to be solved is an increase in the mass transfer coefficient upon contact of the gas to be cleaned and the chemisorbent, a decrease in the overall dimensions of the combined cleaning unit and its material consumption.
Решение поставленной задачи заключается в том, что способ комбинированной очистки природного газа включает два этапа очистки газа, вначале исходный газ предварительно очищают от кислых компонентов абсорбцией в аппарате, обеспечивающем контакт очищаемого газа и хемсорбента, отделяют поглощенные кислые компоненты газа от хемсорбента в десорбере за счет его нагрева, затем охлаждают хемсорбент в теплообменнике и подают насосом в абсорбер, а на втором этапе проводят глубокую очистку и осушку газа адсорбцией на попеременно работающих адсорберах, абсорбцию кислых компонентов проводят в винтовом компрессоре в процессе сжатия газа, при этом в рабочую полость сжатия винтового компрессора подают хемсорбент, который обрабатывают в электромагнитном поле магнитной индукцией 0.15-0.25 Тл, а десорбцию продуктов очистки проводят в десорбере под давлением 0.8-0.9 бар (абс.), создаваемым водокольцевым вакуум-насосом, которым одновременно улавливают пары воды и хемсорбента, устройство для комбинированной очистки природного газа, содержащее фильтр для очистки потока газа, рекуперативный теплообменник, аппарат для обеспечения контакта очищаемого газа и хемсорбента, насос, теплообменник, сепаратор и блок глубокой адсорбционной очистки и осушки газа, оно дополнительно снабжено винтовым компрессором, размещенным после фильтра для очистки потока газа, и фильтром для очистки хемсорбента, магнитным аппаратом, установленным после теплообменника, концевым теплообменником, подключенным после винтового компрессора, и объемным сепаратором, установленным за концевым теплообменником, десорбером и подогревателем, встроенным в него, и размещенным после рекуперативного теплообменника, а также - водокольцевым вакуум-насосом, установленным за десорбером с подогревателем, и баком, встроенным между объемным сепаратором и десорбером с подогревателем, при этом рекуперативный теплообменник и теплообменник размещены последовательно перед магнитным аппаратом, аппарат для обеспечения контакта очищаемого газа и хемсорбента выполнен в виде винтового компрессора с впрыском в полость сжатия хемсорбента, а блок глубокой адсорбционной очистки и осушки газа содержит два адсорбера.The solution to this problem lies in the fact that the method of combined purification of natural gas involves two stages of gas purification, first, the source gas is preliminarily purified from acidic components by absorption in an apparatus that provides contact between the gas to be purified and the chemisorbent, absorbed acidic gas components are separated from the chemisorbent in the stripper due to its heating, then cool the chemisorbent in the heat exchanger and pump it into the absorber, and in the second stage carry out deep cleaning and drying of the gas by adsorption on alternately working ads berah, the absorption of acidic components is carried out in a screw compressor during gas compression, while a chemisorbent is fed into the working cavity of the screw compressor, which is treated with magnetic induction in an electromagnetic field of 0.15-0.25 T, and the desorption products are desorbed in a stripper under a pressure of 0.8-0.9 bar (abs.) created by a water ring vacuum pump, which simultaneously capture water vapor and a chemisorbent, a device for combined purification of natural gas, containing a filter for cleaning the gas stream, recuperative heat a heat exchanger, an apparatus for ensuring contact between the gas to be cleaned and the chemisorbent, a pump, a heat exchanger, a separator and a unit for deep adsorption purification and gas dehydration; it is additionally equipped with a screw compressor located after the filter for purifying the gas flow and a filter for purifying the chemisorbent, a magnetic apparatus installed after a heat exchanger, an end heat exchanger connected after the screw compressor, and a volume separator installed behind the end heat exchanger, a desorber and a heater built into it, placed after the recuperative heat exchanger, as well as a liquid ring vacuum pump installed behind the stripper with a heater, and a tank built between the volume separator and the stripper with the heater, while the recuperative heat exchanger and heat exchanger are placed in series in front of the magnetic apparatus, the apparatus for ensuring contact of the gas to be cleaned and the chemisorbent is made in the form of a screw compressor with injection into the compression cavity of the chemisorbent, and the block of deep adsorption purification and gas drying contains two adsorbents a.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию "новизна".The analysis of the prior art made it possible to establish that the applicant has not found an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention, therefore, it meets the criterion of "novelty."
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема устройства комбинированной очистки газа от двуокиси углерода и влаги.The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of a device for the combined purification of gas from carbon dioxide and moisture.
Устройство содержит фильтр 1, установленный перед винтовым компрессором 2, насос 3 для подачи впрыскиваемой жидкости - хемсорбента в полость сжатия винтового компрессора 2 через фильтр 4, рекуперативный теплообменник 5 для утилизации тепла нагретой жидкости, теплообменник 6 для охлаждения жидкости и магнитный аппарат 7 для повышения сорбционной способности хемсорбента. В теплообменнике 8 охлаждают газожидкостную смесь и направляют в объемный сепаратор 9, который служит для отделения сжатого природного газа от жидкости-хемсорбента. Сжатый природный газ после отделителя 9 после отделения конденсата в сепараторе 10 подают в блок адсорбционной осушки и глубокой очистки газа 11 и 12. Хемсорбент из отделителя 9 под давлением подают через теплообменник 5 в десорбер 13. В поддоне регенератора хемсорбент нагревают подогревателем 14 и под действием вакуума, создаваемого вакуум-насосом 15, и высокой температуры десорбируют газы, поглощенные хемсорбентом, и отводят их или на факел, или на всасывание компрессора, а бак 16 служит промежуточной резервуаром для циркуляции хемсорбента, когда концентрация извлекаемых компонентов в хемсорбенте еще не достиг допустимой величины, а также для восполнения уноса хемсорбента.The device comprises a filter 1 installed in front of the screw compressor 2, a pump 3 for supplying the injected liquid — chemisorbent to the compression cavity of the screw compressor 2 through the filter 4, a regenerative heat exchanger 5 for recovering heat from the heated liquid, a heat exchanger 6 for cooling the liquid, and a magnetic apparatus 7 for increasing the sorption chemisorbent abilities. In the heat exchanger 8, the gas-liquid mixture is cooled and sent to a volume separator 9, which serves to separate the compressed natural gas from the chemisorbent liquid. The compressed natural gas after the separator 9 after separation of the condensate in the separator 10 is fed to the adsorption drying and deep gas purification unit 11 and 12. The adsorbent from the separator 9 is pressurized through the heat exchanger 5 to the stripper 13. In the drip pan of the regenerator, the absorbent is heated by a heater 14 and under vacuum created by the vacuum pump 15, and gases absorbed by the chemisorbent are desorbed and removed either to the flare or to the suction of the compressor, and the tank 16 serves as an intermediate reservoir for circulating the chemisorbent when Yes, the concentration of recoverable components in the chemisorbent has not yet reached an acceptable value, as well as to replenish the entrainment of chemisorbent.
Устройство состоит из: линии подачи исходного газа - I; линии нагнетания газожидкостной смеси и отделения газа от хемсорбента - II; линии подачи газа на глубокую очистку и осушки - III; линии подачи очищенного газа в холодный блок на сжижение IV; линии подачи хемсорбента на регенерацию - V; линии подачи отрегенерированного хемсорбента на впрыск в полость сжатия компрессора - VI; линии подачи отсепарированных газов на факел сжигания - VII.The device consists of: a source gas supply line - I; lines for injecting a gas-liquid mixture and separating gas from the chemisorbent - II; gas supply lines for deep cleaning and drying - III; lines for supplying purified gas to the cold block for liquefaction IV; regeneration chemisorbent supply lines - V; supply lines of regenerated chemisorbent for injection into the compressor compression cavity - VI; Separated gas supply lines to the flare - VII.
Принцип работы устройства заключается в следующем.The principle of operation of the device is as follows.
Исходный природный газ с содержанием двуокиси углерода и насыщенный влагой подают через фильтр 1, где производят отделение механических твердых частиц и капельной влаги, на всасывание винтового компрессора 2. В начале процесса сжатия в рабочую полость компрессора 2 насосом 3 подают хемсорбент, который предварительно очищают от механических примесей в фильтре 4, охлаждают в теплообменнике 5, одновременно нагревая хемсорбент, подаваемый в десорбер 13 на регенерацию, охлаждают в воздушном или водяном теплообменнике 6 и омагничивают, пропуская через электромагнитный аппарат 7 с регулируемой магнитной индукцией. В рабочей полости винтового компрессора производят смешение очищаемого газа и хемсорбента. Учитывая высокую скорость вращения ведущего и ведомого роторов и количество винтовых полостей, количество газа и количество подаваемого в компрессор хемсорбента за единицу времени, они разбиваются на сотни тысяч мелких частиц и смешиваются, а в процессе сжатия, когда уменьшается объем рабочей полости компрессора, в котором заключена газожидкостная смесь, а также под действием высоких центростремительных ускорений и турбулентных вихрей происходит интенсивное поглощение и связывание двуокиси углерода в хемсорбенте. Смесь охлаждают в теплообменнике 8 и подают в отделитель 9 компрессора 2, где отделяют газ от жидкого хемсорбента. Сжатый газ очищают от конденсата в сепараторе 10 и направляют на попеременно работающие адсорберы с молекулярными ситами - цеолитами 11 или 12. Когда один адсорбер, например 11, находится в режиме глубокой очистки газа от остатков двуокиси углерода и осушки газа, то второй адсорбер 12 находится в режиме регенерации адсорбента. Затем через определенное время отрегенерированный адсорбер переводят в режим осушки и очистки, а насыщенный адсорбент - в режим регенерации. Хемсорбент, насыщенный двуокисью углерода, выводят из отделителя 9 и под давлением подают после нагрева в теплообменнике 5, за счет утилизации тепла, в десорбер 13. В десорбере 13 создают вакуум водокольцевым вакуум-насосом 15. В десорбере 13 хемсорбент распыляют и нагревают подогревателем 14. Благодаря снижению давления и повышения температуры хемсорбента, содержащуюся в нем двуокись углерода десорбируют и вакуум-насосом 15 подают или на всасывание компрессора, или на факел для сжигания. При откачивании вакуум-насосом 15 из десорбера 13 двуокиси углерода и паров хемсорбента последние абсорбируются водой циркулирующей в вакуум-насосе, что позволяет снизить унос хемсорбента. Воду от водокольцевого насоса с небольшим содержанием хемсорбента используют при приготовлении свежего водного раствора хемсорбента.The natural gas source containing carbon dioxide and saturated with moisture is fed through a filter 1, where mechanical solids and droplet moisture are separated, to the screw compressor 2. At the beginning of the compression process, a chemisorbent is pumped into the working cavity of compressor 2 by pump 3, which is first cleaned of mechanical impurities in the filter 4, cooled in the heat exchanger 5, while heating the chemisorbent supplied to the stripper 13 for regeneration, cooled in the air or water heat exchanger 6 and magnetized, passing through an electromagnetic apparatus 7 with adjustable magnetic induction. In the working cavity of a screw compressor, the gas to be purified and the chemisorbent are mixed. Given the high speed of rotation of the leading and driven rotors and the number of screw cavities, the amount of gas and the amount of chemisorbent supplied to the compressor per unit time, they are divided into hundreds of thousands of small particles and mixed, and during compression, when the volume of the working cavity of the compressor, which contains gas-liquid mixture, as well as under the action of high centripetal accelerations and turbulent vortices, intense absorption and binding of carbon dioxide in the chemisorbent occurs. The mixture is cooled in a heat exchanger 8 and served in the separator 9 of the compressor 2, where the gas is separated from the liquid chemisorbent. The compressed gas is purified from condensate in the separator 10 and sent to alternately working adsorbers with molecular sieves - zeolites 11 or 12. When one adsorber, for example 11, is in the deep gas purification mode from carbon dioxide residues and gas dehydration, the second adsorber 12 is in adsorbent regeneration mode. Then, after a certain time, the regenerated adsorber is transferred to the drying and purification mode, and the saturated adsorbent is transferred to the regeneration mode. A carbon dioxide saturated absorbent is removed from the separator 9 and, after heating, is fed under pressure in the heat exchanger 5, through heat recovery, to the stripper 13. In the stripper 13, a vacuum is created by the water ring vacuum pump 15. In the stripper 13, the chemisorbent is sprayed and heated by a heater 14. By lowering the pressure and increasing the temperature of the chemisorbent, the carbon dioxide contained in it is stripped and the vacuum pump 15 is fed either to the compressor suction or to the flare for combustion. When the vacuum pump 15 pumps out carbon dioxide and chemisorbent vapor from the stripper 13, the latter are absorbed by the water circulating in the vacuum pump, which reduces the entrainment of the chemisorbent. Water from a liquid ring pump with a low chemisorbent content is used in the preparation of a fresh aqueous chemisorbent solution.
Пример выполнения способа комплексной очистки газа.An example of the method of integrated gas purification.
Исходный природный газ с расходом 6000 нм3/ч, давлением 10 бар, температурой 20°С и содержанием двуокиси углерода СО2 - 5.0 об.%, после очистки от твердых частиц и капельной влаги в фильтре 1 сжимают в винтовом компрессоре 2, имеющем раздельную подачу масла на подшипники компрессора и хемсорбента в рабочую полость сжатия. Хемсорбент может представлять собой 20% водный раствор моноэтаноламина или диэтаноламина. Расход водного раствора моноэтаноламина составляет - 300 л/мин или 18.0 м3/ч. Природный газ в винтовом компрессоре сжимают до давления 50 бар, которое необходимо для проведения технологического процесса сжижения природного газа в холодильно-дроссельном цикле. При этом степень повышения давления составляет П=5. Частота вращения ведущего ротора, как правило, равна 3000 об/мин. Ведущий ротор винтового компрессора имеет 4-5 рабочих полости, а диаметр ротора на вышеуказанную производительность равен около 320 мм. Общий часовой расход газа и водного раствора моноэтаноламина разбивается более чем на 720 000 частей, что способствует более полному контакту газа и хемсорбента в замкнутом объеме и интенсивной массопередаче и поглощению двуокиси углерода моноэтаноламином. Этому также способствуют: повышение давления в процессе массопередачи в 5 раз, высокое центростремительное ускорение, превышающее ускорение силы тяжести g на несколько порядков, а также повышенная сорбционная способность водного раствора моноэтаноламина в результате его омагничивания. Омагничивание хемсорбента проводят электромагнитом с оптимальной магнитной индукцией 0.15-0.25 Тл. В результате высоких центростремительных ускорений происходит расслоение природного газа, состоящего из смеси углеводородов различной плотности, поэтому тяжелые углеводороды и двуокись углерода более интенсивно контактируют и растворяются в хемсорбенте, чем легкий метан, который в рассматриваемом технологическом процессе является целевым продуктом. Благодаря относительно высокой теплоемкости водного раствора моноэтаноламина температура газожидкостной смеси на выходе из компрессора не превышает 60-70°С. В теплообменнике 8 газожидкостную смесь охлаждают до температуры 30-35°С. Отделяют газ от водного раствора моноэтаноламина в объемном штатном сепараторе 9, который, как правило, входит в комплект поставки компрессорного агрегата "мокрого" сжатия. Газ с содержанием двуокиси углерода менее 0.01 г/м3 направляют на глубокую очистку и осушку в попеременно работающие адсорберы 11 или 12 после отделения конденсата в сепараторе 10. В адсорбере с молекулярными ситами - цеолитом, например NaX, производят осушку газа до точки росы ниже минус 70°С, и очистку от CO2 до остаточного содержания не более 50 ppm.The source natural gas with a flow rate of 6000 nm 3 / h, a pressure of 10 bar, a temperature of 20 ° C and a carbon dioxide content of CO 2 is 5.0 vol.%, After purification from solid particles and droplet moisture in the filter 1 is compressed in a screw compressor 2 having a separate oil supply to the bearings of the compressor and chemisorbent in the working cavity of compression. The chemisorbent may be a 20% aqueous solution of monoethanolamine or diethanolamine. The flow rate of an aqueous solution of monoethanolamine is - 300 l / min or 18.0 m 3 / h. Natural gas in a screw compressor is compressed to a pressure of 50 bar, which is necessary for carrying out the process of liquefying natural gas in the refrigeration-throttle cycle. The degree of pressure increase is P = 5. The drive rotor speed is typically 3000 rpm. The leading rotor of a screw compressor has 4-5 working cavities, and the rotor diameter for the above performance is about 320 mm. The total hourly flow rate of the gas and the aqueous solution of monoethanolamine is divided into more than 720,000 parts, which contributes to a more complete contact of the gas and the chemisorbent in a closed volume and intensive mass transfer and absorption of carbon dioxide by monoethanolamine. This is also facilitated by: a 5-fold increase in pressure during mass transfer, a high centripetal acceleration exceeding the acceleration of gravity g by several orders of magnitude, and an increased sorption ability of an aqueous solution of monoethanolamine as a result of its magnetization. The chemisorbent is magnetized by an electromagnet with an optimal magnetic induction of 0.15-0.25 T. As a result of high centripetal accelerations, natural gas is stratified, consisting of a mixture of hydrocarbons of various densities; therefore, heavy hydrocarbons and carbon dioxide more intensively contact and dissolve in chemisorbent than light methane, which is the target product in the process under consideration. Due to the relatively high heat capacity of the aqueous solution of monoethanolamine, the temperature of the gas-liquid mixture at the outlet of the compressor does not exceed 60-70 ° C. In the heat exchanger 8, the gas-liquid mixture is cooled to a temperature of 30-35 ° C. The gas is separated from the aqueous solution of monoethanolamine in a standard volumetric separator 9, which, as a rule, is included in the delivery package of the wet compression compressor unit. A gas with a carbon dioxide content of less than 0.01 g / m 3 is sent for deep cleaning and drying to alternately working adsorbers 11 or 12 after separating the condensate in the separator 10. In the adsorber with molecular sieves - zeolite, for example NaX, the gas is dried to a dew point below minus 70 ° C, and purification from CO 2 to a residual content of not more than 50 ppm.
Водный раствор моноэтаноламина с содержанием двуокиси углерода, которое возросло за один часовой цикл работы только на 3,5 мас.%, по сравнению с исходным содержанием, выводят из объемного сепаратора 9 с давлением 50 бар. Учитывая небольшое содержание СО2 в водном растворе моноэтаноламина и его способность растворять и связывать CO2 до 50% своей массы, то целесообразно циркулировать моноэтаноламин в течение 10-15 часов без регенерации через бак 16, сохраняя процесс его охлаждения и омагничивания. Такое решение позволяет уменьшить затраты энергии на нагрев хемсорбента. Снижение расхода моноэтаноламина, впрыскиваемого в полость сжатия компрессора, менее 18.0 м3/ч не представляется рациональным, так как увеличивается температура газа на выходе из компрессора и ухудшаются технико-экономические показатели работы винтового компрессора. По истечении 10-15 часов циркуляции моноэтаноламина или при достижении концентрации СО2 в моноэтаноламине 50 мас.%, его направляют в десорбер 13, предварительно нагревая в теплообменнике 5 за счет рекуперации тепла до температуры 85-90°С, и распыляют в форсунках. Давление в десорбере поддерживают водокольцевым вакуум-насосом 15 на уровне 0.8-0.9 бар (абс.). В поддоне десорбера 13 нагревают моноэтаноламин подогревателем 14 до температуры 110-120°С. Под действием высокого перепада давлений и температуры производят десорбцию двуокиси углерода из водного раствора моноэтаноламина, который вакуум-насосом направляют на всасывание компрессора или подают на факел для сжигания с остатками десорбированных углеводородов. Отрегенерированный моноэтаноламин из десорбера 13 забирают насосом 3, очищают от механических примесей в фильтре 4, затем охлаждают в теплообменниках 5 и 6 и после омагничивания магнитной индукцией 0.15-0.25 Тл подают в рабочую полость винтового компрессора 2.An aqueous solution of monoethanolamine with a carbon dioxide content, which increased by only 3.5 wt.% During one hour of operation, compared with the initial content, is removed from the volume separator 9 with a pressure of 50 bar. Given the small content of CO 2 in the aqueous solution of monoethanolamine and its ability to dissolve and bind CO 2 up to 50% of its mass, it is advisable to circulate monoethanolamine for 10-15 hours without regeneration through tank 16, while maintaining the process of cooling and magnetization. This solution allows to reduce the energy consumption for heating the chemisorbent. A decrease in the flow rate of monoethanolamine injected into the compressor compression cavity of less than 18.0 m 3 / h does not seem rational, since the gas temperature at the compressor outlet increases and the technical and economic performance of the screw compressor deteriorates. After 10-15 hours of circulation of monoethanolamine or when the concentration of CO 2 in monoethanolamine reaches 50 wt.%, It is sent to the stripper 13, preheating in the heat exchanger 5 by recovering heat to a temperature of 85-90 ° C, and sprayed in nozzles. The pressure in the stripper is maintained by a ring-type vacuum pump 15 at a level of 0.8-0.9 bar (abs.). In the pan of the stripper 13, monoethanolamine is heated with a heater 14 to a temperature of 110-120 ° C. Under the influence of a high pressure and temperature difference, carbon dioxide is desorbed from an aqueous solution of monoethanolamine, which is sent by a vacuum pump to the compressor suction or fed to a torch for combustion with the remains of desorbed hydrocarbons. The regenerated monoethanolamine from stripper 13 is taken by pump 3, cleaned of mechanical impurities in filter 4, then cooled in heat exchangers 5 and 6, and after magnetization by magnetic induction 0.15-0.25 T is fed into the working cavity of screw compressor 2.
Для сравнения. При адсорбционной очистке природного газа на вышеуказанные параметры с целью обеспечения технических требований по чистоте газа потребовалось бы не менее 2 адсорберов объемом 150 м3 каждый и цеолита 180 тонн при 3-часовой их работе в режиме очистки. А для регенерации такого количества цеолита потребовалось бы подвести высокотемпературную тепловую энергию на уровне 250-350°С около 1.0 МВт·ч.For comparison. When adsorptive purification of natural gas to the above parameters in order to meet the technical requirements for gas purity, at least 2 adsorbers with a volume of 150 m 3 each and a zeolite of 180 tons with 3-hour operation in the purification mode would be required. And for the regeneration of such an amount of zeolite, it would be necessary to supply high-temperature thermal energy at the level of 250-350 ° C at about 1.0 MW · h.
Таким образом, предлагаемый способ и устройство для комплексной очистки природного газа позволяет обеспечить технические требования, предъявляемые к газу перед его подачей на сжижение и существенно сокращают как первоначальную стоимость блока комплексной очистки, так и производственные затраты на процесс очистки.Thus, the proposed method and device for the comprehensive purification of natural gas allows us to provide technical requirements for gas before it is supplied for liquefaction and significantly reduce both the initial cost of the complex purification unit and the production costs of the purification process.
Предлагаемое техническое решение позволяет совместить процесс повышения давления природного газа для обеспечения технологического цикла его сжижения с процессом очистки газа от диоксида углерода. Такой же принцип можно применить при очистке газа от сернистых соединений, заменив абсорберы большой высоты (около 15-18 м) на винтовые компрессоры "мокрого" сжатия.The proposed technical solution allows you to combine the process of increasing the pressure of natural gas to ensure the technological cycle of its liquefaction with the process of gas purification from carbon dioxide. The same principle can be applied when cleaning gas from sulfur compounds by replacing large-height absorbers (about 15-18 m) with screw compressors of "wet" compression.
Сравнение существенных признаков предложенного изобретения и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".Comparison of the essential features of the proposed invention and known solutions gives reason to believe that the proposed technical solution meets the criteria of "inventive step" and "industrial applicability".
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004123941/04A RU2270233C1 (en) | 2004-08-06 | 2004-08-06 | Method of combined purification of a natural gas and the device for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004123941/04A RU2270233C1 (en) | 2004-08-06 | 2004-08-06 | Method of combined purification of a natural gas and the device for its realization |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2270233C1 true RU2270233C1 (en) | 2006-02-20 |
Family
ID=36051017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004123941/04A RU2270233C1 (en) | 2004-08-06 | 2004-08-06 | Method of combined purification of a natural gas and the device for its realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2270233C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2456059C2 (en) * | 2010-04-08 | 2012-07-20 | Марат Хатимович Газизов | Method of gas treatmentand device to this end |
| RU2531827C2 (en) * | 2007-09-20 | 2014-10-27 | Скайоник Корпорейшн | Method of separating heavy metals from water in flue gas condensate |
| RU2542264C2 (en) * | 2013-03-21 | 2015-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-Газпром ВНИИГАЗ" | Hydrocarbon gas purification method from h2s and co2 |
| RU189889U1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринг Инновейшн Технолоджи" | Installation for gas drying |
-
2004
- 2004-08-06 RU RU2004123941/04A patent/RU2270233C1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2531827C2 (en) * | 2007-09-20 | 2014-10-27 | Скайоник Корпорейшн | Method of separating heavy metals from water in flue gas condensate |
| RU2456059C2 (en) * | 2010-04-08 | 2012-07-20 | Марат Хатимович Газизов | Method of gas treatmentand device to this end |
| RU2542264C2 (en) * | 2013-03-21 | 2015-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-Газпром ВНИИГАЗ" | Hydrocarbon gas purification method from h2s and co2 |
| RU189889U1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринг Инновейшн Технолоджи" | Installation for gas drying |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102958583B (en) | Process for purifying natural gas and regenerating one or more adsorbers | |
| CN104204159B (en) | Heavy hydrocarbon removal process | |
| CN103429315B (en) | A method of cleaning a carbon dioxide containing gas, and a carbon dioxide purification system | |
| EP2903719B1 (en) | Method and device for extracting a gas from a gas mixture using a venturi ejector | |
| CN107106937B (en) | Cyclonic separation and recovery of carbon dioxide from heated liquid adsorbents | |
| MX2010011017A (en) | Carbon dioxide recovery. | |
| JP2003175311A (en) | Thermal swing adsorption method and adsorption unit and apparatus therefor | |
| CN105032113B (en) | Process for capturing carbon dioxide in flue gas based on wet reclamation technology | |
| CN109126392B (en) | Method for carrying out CO (carbon monoxide) in flue gas by adopting ionic liquid2Trapping device and process | |
| AU2017395075A1 (en) | Carbon dioxide recovery method and recovery apparatus | |
| JP2008093571A (en) | Device for treating and recovering gaseous hydrocarbon and its method | |
| CN103429316A (en) | A method for drying a wet CO2 rich gas stream from an oxy-combustion process | |
| RU2504424C1 (en) | Gas cleaner and gas cleaning method | |
| RU2241524C1 (en) | Method and apparatus for integrated purification of gases | |
| US20220233996A1 (en) | Bed regeneration using low value steam | |
| CN102985164A (en) | Process and apparatus for drying and compressing a co2-rich stream | |
| CN109045926B (en) | VOCs-containing waste gas treatment device and method | |
| RU2270233C1 (en) | Method of combined purification of a natural gas and the device for its realization | |
| KR19980028707A (en) | Two-stage adsorptive separation process for recovering carbon dioxide from flue gas and its operation method | |
| RU2280826C2 (en) | Method and plant for partial natural gas liquefaction | |
| CN101530718A (en) | Process for adsorbing and separating light hydrocarbon in F-T synthesis circulation gas by variable temperature and pressure | |
| RU2206375C1 (en) | Commercial gaseous carbon dioxide production process | |
| RU2275231C2 (en) | Method of extraction of carbon dioxide from gasses | |
| RU2669269C2 (en) | Method for regenerating the adsorbent of dehydration of natural gases | |
| RU2805060C1 (en) | Method of deep drying and purification from sulphur compounds and gas utilization for regeneration of natural and associated petroleum gas |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |