RU26965U1 - Установка адсорбционной осушки, очистки и низкотемпературного разделения природного газа - Google Patents

Description

2dO2122257

:МПК 7 BOID 53/02

вот 53/26

Установка адсорбционной осушкн, очнстки

и низкотемпературного разделения

природного газа.

Полезная модель относится к техннке переработки природного газа и может быть использована для адсорбционной осушки, очистки от сернистых соединений (сероводорода, меркаптанов, сероокнси и сероуглерода) и низкотемпературного разделения природного газа с полз ением этановой фракции в газовой и нефтяной промышленности.

Известна установка адсорбционной осушки, очистки и низкотемпературного разделения природного газа с получением этановой фракции, содержащая блок адсорбционной осушки и очистки природного газа от сернистых соединений, включаюпщй адсорберы с цеолитом, верх которых соединен с линиями подачи сырьевого газа и отвода газов регенерации и охлаждения, а низ - с линиями отвода осз пенного и очищенного природного газа и подачи газов регенерации и охлаждения, причем, линия подачи газа охлаждения соединена с линией отвода осушенного и очищенного природного газа и снабжена последовательно установленными блоком низкотемпературной конденсации и ректификации и блоком подготовки газа охлаждения и регенерации, включаюпр1м дожимную компрессорную станцию и адсорбер для улавливания паров компрессорного масла, а также печь нагрева газа регенерации, установленную на линии отвода газа охлаждения (Свидетельство на полезную модель РФ №.12904, МПК 7ВОШ53 02, опубл. БИПМ № 6, 2000г.).

Известная установка предусматривает осушку и очистку природного газа от сернистых соединений на блоке адсорбционной осушки и очистки, разделение осушенного и очищенного газа на блоке низкотемпературной конденсации и ректифшсации с получеш1ем широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) с остаточными количествами влаги и сернистых соединений, этановой и метановой фракций, гелиевого концентрата и проведение регенерации и охлаждения цеолита адсорберов блока осушки и ОЧИСТЕСИ природного газа путем продувки метановой фракцией, полученной на блоке низкотемпературной конденсации и ректификации.

Недостатком ,и естяюй установки является Hetoncokde качество получаемой этановой фракции, не соответствующее требованиям ТУ 0272 - 022 00151638 - 99 по влажности и содержанию углекислого газа и сернистых соединений.

ки, очистки и низкотемпературного разделения природного газа с полз ением этановой фракции, применяемая в настоящее время на Гелиевом заводе ООО «Оренбзфггазпром. Известная установка адсорбционной осушки, очистки и низкотемпературного разделения природного газа включает:

-отделение адсорбционной осушки и очистки природного газа от сернистых соединений (сероводорода, меркаптанов, сероокиси и сероуглерода) и углекислого газа с линиями подачи сырьевого газа, газов регенерации и охлаждения, линией отвода осушенного и очищенного природного газа, линией отвода газа охлаждения, соединенной с печью нагрева газа регенерации, и с линией отвода насыщенного газа регенерации, соединенной с коллектором газов регенерации;

-блок низкотемпературной конденсации и ректификации с линией подачи осушенного и очищенного прйрод яого газа с отделения адсорбционной осушки и очистки природного газа и линиями отвода ШФЛУ, этановой и метановой фракций и гелиевого концентрата, причем линия отвода метановой фракции соединена с компрессорами магистрали товарного газа и с отделением подготовки газа охлаждения;

-отделение подготовки газа охлаждения, включающее последовательно установленные сепаратор-маслоотделитель, адсорбер для улавливания паров компрессорного масла и фильтр тонкой очистки;

-отделение осзщки и очистки этановой фракции, включающее адсорберы с цеолитом NaA, верх которых соединен с линией подачи этановой фракции с блока низкотемпературной конденсации и ректификации, линией отвода насыщенного газа регенерации цеолита в коллектор газов регенерации и линией отвода газа охлаждения цеолита, соединенной с печью нагрева газа регенерации, а низ - с линией отвода очищенной и осушенной этановой фракции и линиями подачи газов регенерации и охлаждения цеолита, при этом линия подачи газа охлаждения цеолита соединена с линией отвода осушенного и очищенного природного газа с отделения осушки и очистки природного газа (Технологический регламент на эксплуатацию установки № 25 очистки сырьевого газа от сернистых соединений и этановой фракции от углекислоты и сернистых соединений. ТР-3-38-98).

Известная установка, как и предыдущая, предусматривает выделение из осущенного и очищенного природного газа на блоке низкотемпературной конденсации и ректификации ШФЛУ с остаточными количествами влаги и сернистых соединений, этановой и метановой фракций, гелиевого концентрата, проведение регенерации и охлаждения цеолита адсорберов блока осущки и очистки природного газа путем продувки метановой фракцией. Кроме того, в известной установке предусмотрена адсорбционная очистка этановой фракции от сернистых соединений и углекислого газа цеолитом NaA, что в основном обеспечивает соответствие ее качества требованиям ТУ 0272 - 022 - 00151638 - 99. В качестве газа охлаждения и регенерации цеолита на блоке адсорбционной осупжи и очистки этановой фракции применяется

ос)Ш1енный и очищенный природный газ с отделения осзшпси и очистки природного газа. После охлаждения цеолита нагревшийся газ регенерации направляется в печь нагрева газа регенерации и далее при температуре 300320 С в адсорбер на стадии регенерации. Насыщенный газ регенерации цеолита отделения осушки и очистки этановой фракции подается в коллектор газов регенерации, как и газ регенерации цеолита блока адсорбционной осушки и очистки природного газа, и далее направляется на установку масляной адсорбции для извлечения сернистых соединений, меркаптанов и тяжелых углеводородов.

Недостатком известной установки является ее невысокая эффективность, обусловленная небольшой продолжительностью стадии адсорбции отделения осушки и очистки этановой фракции, значительной металлоемкостью адсорберов этого блока и повышенными эксплуатационными затратами, связанными с большим расходом цеолита NaA на тонну этановой фракции, подачей на повторную переработку с целью извлечения сернистых соединений, тяжелых зтлеводородов и меркаптанов на установке масляной абсорбции значительного объема насыщенных газов регенерации с отделения адсорбционной осушки и очистки этановой фракции. При этом из данного объема газа остаются невыделенными этановая фракция и гелиевый концентрат, теряется часть углеводородов Сз и €4, т.к. на установке масляной абсорбции выделяется только 40% Сз и 70% €4. Кроме того, известная установка не обеспечивает получение этановой фракции стабильного качества по уровню содержания углеводородов Сз+и СО2.

Небольшая продолжительность стадии адсорбции на блоке осушки и очистки этановой фракции обусловлена применением цеолита (NaA) с невысокой адсорбционной способностью в отношении углекислого газа - основного загрязняющего компонента этановой фракщш, а также снижением адсорбционной емкости цеолита в процессе охлаждения вследствие поглощения сернистых соединений и углекислого газа из природного газа, который в качестве газа охлаждения подается в адсорберы из линии отвода осушенного и очищенного прщэодного газа.

Высокие нормы расхода цеолита, применяемого в известной установке на блоке осушки и очистки этановой фракции, обусловлены его быстрым физическим износом при переключении адсорберов с адсорбции на регенерацию и охлаждение, которые производятся при давлении, соответствующем давлению осушенного и очшценного природного газа в линии его отвода с блока адсорбционной осушки и очистки природного газа. Это давление значительно превосходит давление адсорбции в адсорберах осушки и очистки этановой фракции, что создает высокие динамические нагрузки на цеолит, вызывает истирание гранул цеолита и разр)тпение его вторичной пористости. Кроме того, высокая температура регенерации приводит к разложению меркаптанов, поглощенных цеолитом на стадии адсорбции, и закоксовыванию цеолита.

OfinM I / jCf

( Д,

Большой перепад давлепия при переключешш из режима адсорбции в режим регенерации в адсорберах блока осушки и очистки этановой фракции обусловливает также их высокую металлоемкость.

Высокий уровень содержания углеводородов Сз+ в этановой фракции обусловлен тем, что в известной установке не предусматривается доочистка этановой фракции от тяжелых углеводородов. Содержание пропана в этановой фракции согласно требованиям ТУ 0272 - 022 - 00151638 - 99 не должно превышать 3 % масс., бутаны должны отсутствовать. В случае колебаний в составе сырья и превышения регламентируемого уровня содержания углеводородов Сз+ в составе этановой фракции, поступающей на осушку и очистку в адсорберы с цеолитом NaA, последний не обеспечит снижение в этановой фракции тяжелых углеводородов, т.к. размер входных окон цеолита NaA не позволяет адсорбировать углеводороды.

Задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности работы установки за счет исключения потерь сырья и повышения производительности установки по этановой фракции и гелиевому концентрату (на блоке низкотемпературной конденсации и ректификации), зпзеличения продолжительности стадии адсорбции на отделении осушки и очистки этановой фракции, снижения металлоемкости этановых адсорберов (адсорберов отделения осушки и очистки этановой фракции), уменьшения эксплуатационных затрат за счет снижения норм расхода цеолита этановых адсорберов, уменьшения объема повторно очищаемых насыщенных газов регенерации, обеспечения стабильного качества этановой фракции.

Поставленная задача в предлагаемой установке адсорбционной осушки, очистки и низкотемператзфного разделения природного газа, включающей последовательно включенные в технологическую схему отделение адсорбционной осущки и очистки природаого газа с линией отвода осущенного и очищенного щ)иродного газа и линией отвода насыщенного газа регенерации в коллектор газов регенерации, блок низкотемпературной конденсации и ректификации с линиями отвода продуктов и метановой фракции на всас компрессоров магистрали товарного газа, отделение подготовки газа охлаждения с .1ганией отвода метановой фракции, отделение осущки и очистки зтановой фракции, включающее адсорберы с цеолитом, верх которых соеди иен с линиями подачи этановой фракции и отвода насыщенного газа регенерации цеолита, а низ - с линиями отвода осушенной и очищенной этановой фракции и подачи газа регенерации и охлаждения цеолита., решается за счет того, что в отделении осушки и очистки этановой фракции в качестве цеолига адсорберы содержат цеолит СаА, лпшия подачи газа охлаждения цеолита соединена с линией отвода метановой фракции отделения подготовки газа охлаждения, а линия отвода насыщенного газа регенерации цео.пита соединена с компрессорами магистрали товарного газа, причем на линии подачи газа регенерации и охлаждения цеолита установлен дроссельный элемент.

Технический результат, полз аемый за счет примеиения в адсорберах отделения осушки и очистки этановой фрашщи цеолита СаА, состоит в повышении стенени осушки и очистки этановой фракции от углекислого газа. Известно, что цеолит СаА обладает большей адсорбционной способностью по отношению к углекислому газу. (Н.В.Кельцев. «Основы адсорбционной техники. Москва, Химия, 1984г., с. 364). Кроме того, больпшй размер входных окон цеолита СаА (5А) по сравнению с цеолитом NaA (4А) позволяет проводить доочистку этановой фракции от тяжелых углеводородов (Сз+), что обеспечит стабильное качество получаемой этановой фракции при колебаниях состава пост5шаюш;его сырья.

Технический результат, полз аемый в результате соединения линии подачи газа охлаждения цеолита отделения осуппси и очистки этановой фракщш с линией отвода метановой фракции с отделения подготовки газа охлаждения, состоит в обеспечении возможности осуществления регенерации и охлаждения цеолита метановой фракцией, полученной на блоке низкотемпературной конденсации и ректификации, которая после прохождения компрессоров магистрали товарного газа (до давления адсорбции на блоке адсорбционной осушки и очистки природного газа) очищается от паров компрессорного масла и цеолитовой пыли в отделении подготовки газа охлаждения. Вследствие охлаждения цеолита метановой фракцией, содержащей незначительное остаточное количество углеводородов Сз+, несопоставимое с их содержанием в осушенном и очищенном природном газе, опасность снижения адсорбционной емкости цеолита СаА в процессе его охлаждения (несмотря на больший размер его входных окон по сравнению с цеолитом NaA) вследствие поглощения тяжелых углеводородов отсутствует, что исключает возможность загрязнения продз кта очистки (этановой фракции) на стадии адсорбции.

Технический результат, получаемый за счет соединения линии отвода насыщенного газа регенерации цеолита блока осушки и очистки этановой фракции с компрессорами магистрали товарного газа состоит в следующем:

-получение дополнительного объема товарного газа и исключение затрат на переработку этого объема газа на установке масляной абсорбции.. Насыщенный газ регенерации адсорберов отделения осушки и очистки этановой фракции (метановая фракция), не содержит значительных количеств углеводородов Сз+ и меркаптанов, поэтому отпадает необходимость его направления на установку масляной абсорбции для извлечения этих компонентов, а содержание COi не регламентируется требованиями нормативных документов на товарный газ;

-вовлечение в процесс низкотемпературного разделения газа на блоке низкотемпературной конденсации и ректификации дополнительного объема осушенного и очищенного природного газа, который в установке по прототипу применялся в качестве газа регенеращш. Это позволяет дополнительный объем этановой фракции, зтлеводородов Сз+ и гелиевого концентрата.

-обеспечение возможности проведения регенерации и охлаждения цеолита блока осушки и очистки этановой фракции при пониженном давлении, незначительно превышающим давление всаса I ступени компрессоров магистрали товарного газа, составляющем 16-20 кг/см, что соответствует давлению адсорбции в отделении осушки и очистки этановой фракции. Это исключает перепад давления в адсорберах при переводе адсорбера из режима адсорбции в режим регенерации, что позволит снизить металлоемкость адсорберов и уменьшить нормы расхода цеолита в следствие снижения его физического износа. Снижение давления газа регенерации обусловливает также снижение его температуры. Проведение регенерации цеолита при пониженной температуре (210 - 230°С) позволит предотвратить разложение поглощенных цеолитом в процессе адсорбции меркаптанов и тяжелых углеводородов и, следовательно, уменьшить скорость падения адсорбционной емкости цеолита;

Большая адсорбционная способность цеолита СаА по отношению к углекислому газу, исключение его закоксовывания в процессе регенерации и снижения адсорбционной емкости в процессе охлаждения позволят увеличить продолжительность стадии адсорбщш на блоке осушки и очистки этановой фракции.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемой установки адсорбционной осушки, очистки и низкотемпературного разделения природного газа.

Установка включает:

-отделение 1 адсорбционной осушки и очистки природного газа (включает адсорберы, заполненные цеолитом NaX, печь нагрева газа регенерации - на чертеже не показаны), соединенное с линией 2 подачи сырьевого газа, линией 3 отвода осзшгенного и очищенного газа, линией 4 подачи газа регенерации и охлаждения, линией 5 отвода насыщенного газа регенерации, соединенной с коллектором 6 газов регенерации;

-блок 7 низкотемператзфнбй конденсации и ректификации, соединенный с лшшей 3 отвода осзштенного и очищенного газа с отделения 1, линиями 8 отвода ШФЛУ, 9 - гелиевого концентрата, 10 - этановой фракции и 11 метановой фракции; линия 11 метановой фракции соединена с компрессорами 12 магистрали 13 товарного газа;

-отделение 14 подготовки газа охлаждения и регенерации цеолшта с линией 15подачи метановой фракции с компрессоров 12, содержащее сепаратор-маслоотделитель, адсорбер для улавливания паров компрессорного масла и фильтр тонкой очистки (на чертеже не показаны);

-отделение 16 адсорбционной осзшпси и очистки этановой фракции, включающее адсорберы (на чертеже не показаны) с цеолитом СаА, верх которых соединен с линией 10 отвода этановой фракции с блока 7 низкотемпературной конденсации и ректификации и линией 17 отвода насыщенного газа регенерации цеолита, соединенной с первой ступенью компрессоров 12 магистрали 13 товарного газа, а низ - с линией 18 отвода очищенной и осзшхенной этановой фракции и линией 19 подачи газа охлаждения и регенерации цеолита с отделения 14 подготовки газа охлаждения и регенерации, при этом на линии 19 подачи газа охлаждения и регенерации цеолита установлен дроссельный элемент 20.

Установка адсорбционной осушки и очистки этановой фракции работает следующим образом.

Сырьевой газ по лини 2 под давлением 48 - 50 атм. поступает на блок 1 адсорбционной осупжи и очистки природного газа, где в адсорберах происходит адсорбция цеолитом NaX паров воды, сероводорода и меркаптанов. Осущенный и очищенный от сернистых соединений газ под давлением незначительно ниже, чем давление сырьевого газа, направляется по линии 3 отвода осушенного и очищенного газа на блок 7 низкотемперат5фной конденсации и ректификации, где за счет понижения давления и, соответственно, снижения температ5фы природный газ конденсируется и затем из него выделяется гелиевый концентрат, этановая фракция с СОа и ШФЛУ (Сз+) с сернистыми соединениями и водой. Этановая фракция по линии 10 направляется в отделение 16 осушки и очистки этановой фракции, ШФЛУ по линии 8 и гелиевый концентрат по линии 9 направляются на дальнейшую переработку. Метановая фракция под давлением 14-18 атм. натравляется по линии 11 на всас компрессоров 12 магистрали 13 товарного газа, где ее давление поднимается до 48 - 52 атм. Далее основная часть метановой фракции в качестве товарного газа подается в магистраль 13 товарного газа, а меньшая часть по линии 15 - в отделеЕме 14 подготовки газа охлаждения и регенерации, где очищается от паров компрессорного масла и цеолитовой пыли. Далее очищенная метановая фракция постзшает по линии 4 на блок 1 адсорбционной осушки и очистки природного газа в адсорбер, прошедший стадию регенерации цеолита для его охлаждения, затем в печь нагрева газа регенерации (на чертеже не показана); нагретый до температуры 300 - 320°С газ регенерации направляется в адсорбер, прошедший стадию адсорбции, для регенерации цеолита. Насыщенный газ регенерации (метановая фракция) по линии 5 отводится в коллектор 6 газа регенерации.

Этановая фракция под давлением 20 - 25 атм. поступает в отделение 16 по линии 10, контактируя с цеолитами СаА, осущается и очищается от двуокиси углерода и остаточных количеств сернистых соединений (сероводорода, меркаптанов, сероокиси и сероуглерода). Одновременно поглощаются цеолитом СаА также содержащиеся в этановой фракции остаточные количества углеводородов Сз+. После проведения регенерации адсорбер переключается на охлаждение, которое производится путем подачи газа охлаждения с отделения 14 подготовки газа охлаждения по линии 19 через дроссельный элемент 20, где происходит снижение давления до 20 - 24 кг/см . Нагретый в

iftciMjl f

адсорбере газ охлаждения подогревается в печи до температуры 210 - 230°С и напавляется в адсорбер отделейия 16, прошедший стадию адсорбции, для регенерации цеолита. Таким образом, регенерация и охлаждение цеолита СаА адсорберов отделения 16 осушки и очистки этановой фракции производится с помощью метановой фракции. При продувке цеолита метановой фракцией десорбируются поглощенные в процессе стадии адсорбции тяжелые углеводороды, двуокись углерода, сероводород, меркаптаны, пары воды. Вследствие пониженной температзфы газа регенерации разложение тяже.11ых углеводородов и меркаптанов не происходит (массовое разложение меркаптанов с образованием «кокса идёт при t 250°С), адсорбционная емкость цеолита сохраняется. Насыщенный газ регенерации направляется по линии 17 на всас компрессоров 12 магистрали 13 товарного газа, т.к. содержание в нем сероводорода и меркаптанов значительно ниже уровня, регламентируемого требованиями на товарный газ (ГОСТ 5542-85 Газы горючие природные промышленного и коммунально-бытового назначения. ОСТ51.40.93 Газы горючие природные поставляемые и транспоргируемые по магистральным газопроводам).

Проводились опытно-промышленные испытания предлагаемого технического решения на установке адсорбционной осушки и очистки природного газа от сернистых соединений (У-25) Гелиевого завода ООО «Оренбурггазпром. Испытания установки с применением заявляемой полезной модели показали высокую эффективность предлагаемой установки по сравнению с прототипом:

-качество получаемой этановой фракции соответствовало марке А согласно ТУ 0272-022-00151638-99. При этом максимальное содержание пропана в этановой фракции, получейной на известной установке (по прототипу), составило 3% масс, (при этом в некоторых случаях наблюдалось превышение регламентируемого уровня), а на предлагаемой - 1,5% масс., бутаны в обоих случаях отсутствовали (при относительно равном содержании этих компонентов в составе этановой фрашщи, поступающей на очистку);

-состав насыщенного газа регенерации - метановой фракции на выходе из адсорберов блока осушки и очистки этановой фракциии соответствовал требованиям к товарному газу согласно вышеупомянутым ГОСТ 5542-85 и ОСТ 51.40.93., а именно: максимальное содержание сероводорода в нем сосшвшю 4 мг/м (в товарном газе максимальное содфжание сероводорода регламентировано на уровне 20 мг/м), а максимальное содержание меркап танов - 8,53 мг/м (в товарном газе - 36/ мг/м);

-за счет снижения физического износа и исключения закоксовывания цеолита норма его расхода при эксплуатации предлагаемой установки составила ОЛ4 кг/т этановой фракции, тогда как по прототипу норма расхода цеоsmm составляла 0,2 кг/т этановой фракции;

-СНИЗИЛИСЬ эксплуатационные расходы за счет исключения необходимости повторной сероочистки газа регенерации блока осушки и очистки этановой фракции на 180 руб. на

-продолжительность стадии адсорбции на блоке осушки и очистки этановой фракции предлагаемой установки составила 18 час., тогда как по прототипу - 8 час;

-вследствие исключения перепада давления в адсорберах блока осушки и очистки этановой фракции расчетная металлоемкость адсорберов снижается за счет уменьшения толщины стенки с 150 до 100 мм, что позволит при проектировании новых установок и тфи плановой замене исчерпавших срок эксплуатации адсорберов заменить их на менее металлоемкие.

Claims (1)

1. Установка адсорбционной осушки, очистки и низкотемпературного разделения природного газа, включающая последовательно включенные в технологическую схему отделение адсорбционной осушки и очистки природного газа с линией отвода осушенного и очищенного природного газа и линией отвода насыщенного газа регенерации в коллектор газов регенерации, блок низкотемпературной конденсации и ректификации с линиями отвода продуктов и метановой фракции на всас компрессоров магистрали товарного газа, отделение подготовки газа охлаждения с линией отвода метановой фракции, отделение осушки и очистки этановой фракции, включающее адсорберы с цеолитом, верх которых соединен с линиями подачи этановой фракции и отвода насыщенного газа регенерации цеолита, а низ - с линиями отвода осушенной и очищенной этановой фракции и подачи газа регенерации и охлаждения цеолита, отличающаяся тем, что в отделении осушки и очистки этановой фракции в качестве цеолита адсорберы содержат цеолит СаА, линия подачи газа охлаждения цеолита соединена с линией отвода метановой фракции отделения подготовки газа охлаждения, а линия отвода насыщенного газа регенерации цеолита соединена с компрессорами магистрали товарного газа, причем на линии подачи газа регенерации и охлаждения цеолита установлен дроссельный элемент.