SU1407522A1

SU1407522A1 - Способ очистки гелиевого концентрата

Info

Publication number: SU1407522A1
Application number: SU864060517A
Authority: SU
Inventors: Борис Георгиевич Берго; Ираида Евгеньевна Никитина; Василий Васильевич Николаев; Юрий Михайлович Афанасьев
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов
Priority date: 1986-03-10
Filing date: 1986-03-10
Publication date: 1988-07-07

Abstract

Изобретени е относитс к технологии адсорбционной очистки гелиевого концентрата от азота, неона и других микропримесей, примен емой в процессах переработки природного, попутного , нефт ного и других гелийсодержа- щих газов и обеспечивающей снижение затрат энергии и хладагента. Гелиевый концентрат охлаждают до 83 К и последовательно пропускают через два адсорбера с активным углем до проскока азота после второго адсорбера. Регенерацию первого адсорбера ведут продувкой потоком нагретого гелиевого концентрата и вакуумированием. Газы регенерации после охлаждени и компримировани возвращают в систему. Во втором адсорбере адсорбцию и регенерацию ведут при одинаковой температуре , равной 77-80 К. Регенерацию ведут снижением давлени до атмосферного , продувкой чистым гелием и вакуумированием . Газы регенерации второго адсорбера вывод т из системы как гелий марки В. Отношени времени адсорбции к временам снижени давлени , продувки и вакуумировани равны 2-3, 36-144 и 3-6 соответственно . Затраты хладагента - жидкого азота составл ют 268,9 т/год, затраты энергии 9730000 ккал/год. 1 ил. 1 табл. i С/ С

Description

|д

Сг К

к

Изобретение относитс к способам адсорбционной очистки гелиевого концентрата от азота, неона и других микропримесей и может найти примене- : ние в процессах переработки природного , попутного нефт ного и прочих гелийсодержащих газов

Цель изобретени - снижение затрат энергии и Хладагента„ Q

Пример. Предварительно гелиевый концентрат охлаждают до 83 К. На двух ступен х адсорбции, кажда из которых по два адсорбера, осущэствлена очистка гелиевого кон- jj центрата при 77-80 К с получением гели высшего качества.

Адсорберы первой и второй степеней загружены активным углем СКТ-6А в количестве 440 кг и снабжены ру- 20 башкой, заполненной жидким азотом. Давление адсорбции 17,5 МПа, расход очищаемого гелиевого концентрата 250-300 . Концентраци примесей в гелиевом концентрате на входе в 25 адсорбер первой ступени, об.%: азот 0,88} водород 0,0015; неон 0,005- 0,008; сумма аргона и кислорода 0,002-0,003; диоксид углерода 0,0068; оксид углерода 0,00001,- метан 0,00015.зд

Процесс адсорбции на первой ступени очистки до проскока азота продолжаетс 72 ч, после чего провод т Iрегенерацию путем снижени давлени IB адсорбере до 1,6 МПа с последующей I продувкой сло угл нагретым до 328 К гелиевым концентратом. Продувку заканчивают, когда температура га- ;за на выходе из адсорбера повышаетс до 271 К, после чего адсорбер ваку- умируют. Газы регенерации после охлаждени и компркмировани возвращают в систему.

Продолжительность адсорбции на второй ступени очистки до проскока неона (не более 0,004 об.%) равна 12 ч. Регенерацию угл при 77-80 К провод т сбросом давлени до атмос- 1ферного в течение 4-6 ч продувкой сло чистым гелием в течение 5-20 мин И вакуумированием в течение 2-4 ч. 50 Газы регенерации II ступени очистки вьюод т из системы как гелий марки В,

На первой ступени адсорбции осуществл етс очистка гелиевого кон- 1;ентрата от всех микропримесей, кро- 55 ле неона, содержание которого в активном угле на первой ступени к мо- Ыенту проскока азота минимально. В

40

45

д

0

5

0

5

св зи с этим при возврате газов регенерации в систему накоплени неона в очищаемом гелии не происходит. Кроме того, благодар высокой поглотительной способности активного угл по азоту по сравнению с неоном, вре- м между последовательными стади ми термической регенерации активного, угл увеличиваетс , тем самым снижаютс энергозатраты в процессе очистки .

На чертеже представлены выходные кривые адсорбции азота и неона в процессе очистки гелиевого концентрата на активном угле при 77-80 К, загрузке угл в адсорбере 440 кг, количестве гелиевого концентрата, поступающего на очистку, 250-300 , концентрации компонентов до очистки, об.%: азот 0,88J неон 0,005 а - выходна крива , адсорбции неона, б - выходна крива адсорбции азота, в - предельна концентраци азота в гелии высшего качества, г - предельна концентраци неона в гелии высшего качества, д - врем проскока неона, е - врем проскока азота).

На второй ступени адсорбции происходит очистка гелиевого концентрата от неона при 77-80 К. Регенераци активного угл также производитс при 77-80 К сбросом давлени до атмосферного с последующей продувкой сло чистым гелием и вакуумированием.

Процесс очистки ведут при отношении времени адсорбции к времени снижени давлени , продувки и ваку- умировани , равном 2-3, 36-144 и 3-6 соответственно.

Отношение времени адсорбции к времени сброса давлени ,, равное 3, соответствует экспериментально установленному нижнему пределу максимально допустимой скорости сброса давлени (0,07-0,1 МПа /мин).

При возрастании соотношени , например , до 4 снижение давлени происходит в течение 3 ч (180 мин) и скорость снижени давлени 0,096 МПа/мин, т.е. близка к 0,1 МПа/мин. При таком быстром сбросе давлени в аппарате в слое поглотител возникают большие точечные скорости газа, что вызывает взрыхление сло и истирание зерен поглотител , способ становитс неработоспособным .

При отношении време 1и адсорбции к времени сброса давлени меньше 2 суммарна продолжительность стадий регенерации становитс больше про- должительности стадии адсорбции, и способ также становитс неработоспособным .

Наибольшее значение отношени времени адсорбции к времени продувки , равное 144, выбрано исход из необходимости однократной смены газа, загр зненного неоном, в свободном объеме адсорбера.

При отношении времени адсорбции к времени продувки больше 144, т.е. при меньшей продолжительности продувки , не весь газ, обогаш;енньй неоном , выводитс из свободного объема адсорбера, т.е„ стабильность очистки гелиевого концентрата не обеспечиваетс , способ становитс неработоспособным „

Меньшее значение отношени выбрано исход из необходимости четьфех- кратной смены газа в свободном объеме адсорбера

При отношении времени адсорбции к времени продувки меньше 36 расход газа продувки больше 6,5% от расхода очищаемого гелиевого концентрата, в результате чего не обеспечиваетс стабильность очистки гелиевого концентрата .

Вакуумиррвание применено дл достижени уровн адсорбционной емкости необходимой дл обеспечени качественых показателей очистки гели от неона. Так как кинематические кривые десорбции имеют зкспоненциальньй характер , то дл достижени необходимого уровн остаточной адсорбционной емкости нужно значительное врем .

Наибольшее значение отношени времени адсорбции к времени вакуумиро- вани , равное 6, определено исход из необходимости создани остаточного давлени системы пор дка 1 мм вод.ст.

При большем отношении времени адсорбции к времени вакуумировани (например, 7) врем вакуумировани меньше, в результате чего остаточна

5

адсорбционна емкость вьште, и способ становитс неработоспособньпч, так как обеспечивает требуемую степень очистки.

Меньшее значение отношени времени адсорбции к времени вакуумировани , равное 3, ограничиваетс суммарным временем десорбционных операций, которое должно быть меньше времени адсорбции дл создани резерва времени на операции переключени .

В таблице приведены сравнительные данные дл предлагаемого и известного способов по расходу жидкого азота и затратам энергии на производство одинакового количества гели .

Затраты хладагента - жидкого азота сокращаютс при предлагаемом способе до 268,9 т/год против 548,8 т/год при известном способе. Затраты энергии снижаютс до 9730000 ккал/год против 20000000 ккал/год.

Claims

Формула изобретени

Способ очистки гелиевого концент- рата от азота неона и других микро- Q примесей адсорбцией, включающий

охлаждение концентрата до температуры 83 К, последовательное пропускание его через два адсорбера с активным углем до проскока азота после первого адсорбера и проскока неона после второго адсорбера и регенерацию угл снижением давлени , продувкой потоком гели и вакуумированием при использовании нагретого гелиевого концентрата при продувке первого адсорбера с возвратом его в процесс, отличающийс тем, что, с целью снижени затрат энергии и хладагента , во втором адсорбере температуру угл поддерживают равной 77- 80 К, на стади х адсорбции и регенерации давление снижают до атмосферного , продувку ведут чистым гелием с вьгоодом его из процесса при отношении времени адсорбции к временам снижени давлени , продувки и вакуумировани , равном 2-3, 36-144 и 3-6 соответственно.

5

0

0

е- о - -. )

а

H-

Продолжительность , цикла адсорбции- регенерации 35. ч, расход очнцаеного гелиевого концентрата 250 нм /ч, содержание азота в очищаемом газе, 0,88 об.Х 4

Масса угл 440 кг, начальна температура разогрева угл -190, ко- нечиа -SO С

Касса аппарата 3900 кг,.иачаль- иа температура разогрева , конечна -50 С

в

Расход азота на покрытие теп71а адсорбции 123, 800 т/год,

Угол охлаждаетс холодньм чис- , тын гелием с температурой -190°С, аппарат охлаждаетс жидким азотом

Адсорбци (1 ступень адсорбции, число «кк- ЛО8 адсорбции-регенерации год 111)

Затраты знергии Разогрев ка разогрев уг- адсорбента л I 2350 ккал/цихл

Затраты энергии на разогрев металлоконструкций аппарата 75400 ккал/цикл, годовые затраты знергии на разогрев 20000000 ккал/год

Затраты энергии на охлаждение .угл

12350 ккал/цикл, на охлаждение металлоконструк- цнй аппарата 75400 ккал/цикл, годовые затраты жидкого азота ма охлаждение 425,0 т/год

Разогрев металлоконструкций аппарата

Охлаждение

Продолжительность цикла адсорбции- регенерации 72 ч, расход очицаемого гелиевого, концентрата 250 нм /ч, содержание азота в очищаемом газе 0,68 овЛ

Аналогичны изаест- иому способу

Расход азота на покрытие тепла адсорбции 61500 кг/Год,

Затраты зиерг на -разогрев угл 12350 ккал/цикп

н

ь)

То же

Уголь охлаждаетс хдлодньа4 чнстт гелием с температурой -190°С, аппарат охла аетс жидким азотом

Затраты энерги на разогрев металлоконструкций аппарата

75400 кхал/цихл, годовые aa fpaTbi зиергии на разогрев 9730000 ккап/год

Затраты знергии на охлаждение угл

12350 ккал/цгасл, на охлаждение металлоконструкций аппарата 75400 ккал/цикл годовые затраты жидкого азота ва охлаждение 207,0 т/год

Расход азотз покрытие тепда адсорбции 412 гг/год

Регенераци активного угл во II ступени производитс при 77-6Q К сбросом даалеки до атмос 1 ериого с последующей продувкой сло угл чистки г«лием н ва- куумированиеи без затрат знергии и ж |дкого аэот

5 |аШ/

I

о г и 6 & 10 12 П IB 18 го Ю 72 7 76 78 врем адсорбции, V