СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АДСОРБЕНТА ПРОЦЕССА ОСУШКИ И ОЧИСТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR REGENERATION OF DRYING PROCESS ADSORBENT AND PURIFICATION OF HYDROCARBON GAS (VERSIONS) AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к технике и технологии адсорбционной осушки и очистки углеводородных газов и может быть использовано в нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности при проектировании и строительстве объектов подготовки и переработки газа, нефтехимпереработки (ГПЗ, НПЗ, ГХК, производства СПГ), имеющих в своем составе установки адсорбционной подготовки газа.
В процессах подготовки и переработки углеводородных газов и жидкостей, где применяются адсорбционные процессы (осушки или осушки/очистки), основные энергетические расходы приходятся на регенерацию адсорбента, которая, как правило, проводится при температуре 180-320°C продувкой находящегося в стадии регенерации адсорбера выбранным газом регенерации (углеводородный газ, инертный газ). Для нагрева газа регенерации используются, например, технологические печи, тепло дымовых газов турбинных приводов компрессоров, электронагрев.
3+выше
Известен способ регенерации адсорбента процесса осушки углеводородного газа, описанный в установке подготовки углеводородного газа (см. патент РФ на изобретение №2381822, B01D 53/04, опубл. 20.02.2010 в ОБ №5), включающий последовательную продувку цеолита частью потока сухого отбензиненного газа (СОГ) в качестве газа регенерации и газа охлаждения, который получают путем выделения углеводородов С из осушенного углеводородного газа при его низкотемпературной переработке, нагрев газа охлаждения после продувки адсорбента и подачу его в качестве газа регенерации на регенерацию адсорбента с последующим охлаждением отработанного газа регенерации и направлением его на дальнейшее использование.
Общими признаками известного и предлагаемого способов являются:
- последовательное нагревание и охлаждение адсорбента продувкой нагретым газом регенерации и газом охлаждения, соответственно;
3+выше
- использование в качестве газа регенерации и газа охлаждения части потока СОГ, который получают путем выделения углеводородов С из осушенного углеводородного газа при его низкотемпературной переработке;
- нагрев газа охлаждения после стадии охлаждения адсорбента для получения горячего газа регенерации и его подача на регенерацию адсорбента.
3
Недостатком известного способа является значительный расход энергии на нагрев газа регенерации в нагревательном аппарате, что особенно характерно для установок адсорбционной осушки (очистки) газов производительностью более 1 млрд м/год.
7
2+выше
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ регенерации цеолита процесса осушки и очистки природного газа от сернистых соединений (см. патент РФ №2159663, МПК B01D 53/02, B01D 53/26, опубл. 27.11.2000), включающий последовательную продувку цеолита нагретым газом регенерации и газом охлаждения, в качестве которых используют осушенный и очищенный от сернистых соединений природный газ, причем газ охлаждения перед продувкой цеолита подвергают низкотемпературной конденсации и ректификации с выделением углеводородов С, остаточных количеств сернистых соединений и влаги, оставшуюся метановую фракцию компримируют и очищают от паров компрессорного масла, а после продувки цеолита на стадии охлаждения дополнительно нагревают и используют в качестве газа регенерации.
Общими признаками известного и предлагаемого способов являются:
- последовательное нагревание и охлаждение адсорбента продувкой нагретым газом регенерации и газом охлаждения, соответственно;
2+выше
- использование в качестве газа регенерации и газа охлаждения СОГ, который получают путем выделения углеводородов С из осушенного и очищенного углеводородного газа при его низкотемпературной переработке, последующем сжатии и охлаждении в дожимной компрессорной станции (ДКС);
- нагрев газа охлаждения после стадии охлаждения адсорбента для получения горячего газа регенерации и его подача на регенерацию адсорбента.
Недостатками известного способа являются:
- отсутствие использования тепла газа регенерации для подогрева газа охлаждения перед подачей в печь нагрева газа регенерации;
- значительные колебания температуры газа охлаждения на стадии охлаждения соответствующего адсорбера (от 280-180°C до 60-40°C) перед входом в печь нагрева газа регенерации, оказывающие влияние на расход топливного газа и автоматическое регулирование печи;
- увеличение тепловой нагрузки на печь нагрева газа регенерации и увеличение расхода топливного газа за счет отсутствия рекуперации тепла газа регенерации;
- увеличенная энергетическая нагрузка на блок охлаждения отработанного газа регенерации (электроэнергия, вода).
На практике используются различные схемы нагрева газа регенерации - с использованием (рекуперацией) тепла газа регенерации и без рекуперации тепла - подачей газа охлаждения адсорберов напрямую в печь нагрева газа регенерации.
7
Схема нагрева газа регенерации без рекуперации тепла использована в известной установке осушки и очистки природного газа от сернистых соединений (см. патент РФ на полезную модель №12904, МПК B01D 53/02, опубл. 27.02.2000), которая содержит адсорберы с цеолитом, верх которых соединен с линиями подачи сырого газа и отвода газов регенерации и охлаждения, а низ - с линиями отвода товарного газа и подачи газов регенерации и охлаждения, печь нагрева газа регенерации, соединенная с линией отвода газа охлаждения, при этом линия подачи газа охлаждения соединена с линией отвода товарного газа и снабжена последовательно установленными блоком низкотемпературной конденсации и ректификации, дожимной компрессорной станцией и блоком улавливания паров компрессорного масла, выход которого соединен с линией подачи газа охлаждения адсорберов.
Общими признаками известной установки и предлагаемого изобретения являются:
- блок адсорбционной осушки и очистки газа, содержащий адсорберы с адсорбентом, верх которых соединен с линиями подачи сырьевого газа и отвода газов регенерации и охлаждения, а низ - с линиями отвода осушенного и очищенного газа и подачи газов регенерации и охлаждения;
- печь нагрева газа регенерации, соединенная с линией подачи газа регенерации в адсорберы;
- блок низкотемпературной переработки газа, соединенный с линией отвода осушенного и очищенного газа и снабженный линиями отвода сухого отбензиненного газа (СОГ) и широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ);
- дожимная компрессорная станция (ДКС), снабженная линиями подвода и отвода СОГ.
Недостатками известной установки являются:
- отсутствие использования тепла газа регенерации для подогрева газа охлаждения перед подачей в печь нагрева газа регенерации;
- значительные колебания температуры газа охлаждения на стадии охлаждения соответствующего адсорбера (от 280-180°С до 60-40°С) перед входом в печь нагрева газа регенерации, оказывающие влияние на расход топливного газа и автоматическое регулирование печи;
- увеличение тепловой нагрузки на печь нагрева газа регенерации и увеличение расхода топливного газа за счет отсутствия рекуперации тепла газа регенерации;
- увеличенная энергетическая нагрузка на блок охлаждения отработанного газа регенерации (электроэнергия, вода).
Схема нагрева газа регенерации с рекуперацией тепла использована в установке подготовки углеводородного газа (см. патент РФ на изобретение №2381822, B01D 53/04, опубл. 20.02.2010 в ОБ №5), являющейся наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению. Известная установка включает подключенный к линии подачи скомпримированного сырого газа от сырьевого компрессора блок адсорбционной осушки газа, содержащий параллельно соединенные адсорберы, заполненные сорбентом, с линиями подвода сырого газа и отвода осушенного газа, линиями подвода и отвода газа охлаждения и линиями подвода и отвода газа регенерации, дожимной компрессор и узел регенерации. Установка также снабжена блоком низкотемпературной обработки газа, вход которого соединен с линией отвода осушенного газа адсорберов, а выход - с входом дожимного компрессора, а также с линией подвода газа охлаждения к адсорберам. Кроме того, установка снабжена узлом подготовки отработанного газа регенерации, включающим установленные на линии отвода газа регенерации узел очистки (сепарации) отработанного газа регенерации и блок мембранного разделения, подключенный к линии подачи газа на дожимной компрессор и к линии подачи сырого газа на сырьевой компрессор.
Общими признаками известной установки и предлагаемого изобретения являются:
- установленный на линии подачи сырого газа входной сепаратор;
- блок адсорбционной осушки газа, содержащий параллельно соединенные адсорберы, заполненные сорбентом, с линиями подвода сырого газа и отвода осушенного газа, линиями подвода и отвода газа охлаждения и линиями подвода и отвода газа регенерации;
- узел регенерации и охлаждения, содержащий фильтр газа регенерации, фильтр газа охлаждения, рекуперативный теплообменник, нагревательный аппарат, охлаждающий аппарат и сепаратор отработанного газа регенерации;
- линия отвода газа охлаждения последовательно соединена с фильтром газа охлаждения, рекуперативным теплообменником и нагревательным аппаратом;
- линия отвода газа регенерации последовательно соединена с фильтром газа регенерации, рекуперативным теплообменником, охлаждающим аппаратом и сепаратором отработанного газа регенерации;
- блок низкотемпературной переработки газа, соединенный с линией отвода осушенного и очищенного газа и снабженный линиями отвода СОГ и ШФЛУ;
- дожимной компрессор, снабженный линиями подвода и отвода СОГ.
3
Недостатком известной установки является значительный расход энергии на нагрев газа регенерации в нагревательном аппарате, что особенно характерно для установок адсорбционной осушки (очистки) газов производительностью более 1 млрд м/год.
Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергетических затрат на проведение процесса регенерации адсорбента.
2+выше
3+выше
Поставленная техническая задача согласно первому варианту заявляемого способа регенерации адсорбента процесса осушки и очистки углеводородного газа, включающему последовательное нагревание и охлаждение адсорбента продувкой сухим отбензиненным газом в качестве газа регенерации и газа охлаждения, который получают выделением углеводородов С или С из осушенного и очищенного углеводородного газа при его низкотемпературной переработке, последующем сжатии и охлаждении в дожимной компрессорной станции, нагрев газа охлаждения после стадии охлаждения адсорбента для получения горячего газа регенерации и его подачу на регенерацию адсорбента решается за счет того, что в качестве газа охлаждения используют часть потока сухого отбензиненного газа, который отбирают после охлаждения в дожимной компрессорной станции в количестве, равном общему количеству газа, необходимого для регенерации адсорбента, а при достижении заданной температуры на стадии охлаждения адсорбента подачу газа охлаждения прекращают и одновременно на стадию получения газа регенерации обеспечивают подачу части потока горячего сухого отбензиненного газа, отбираемого после сжатия в дожимной компрессорной станции в количестве, равном количеству газа охлаждения.
2+выше
3+выше
Поставленная техническая задача согласно второму варианту заявляемого способа регенерации адсорбента процесса осушки и очистки углеводородного газа, включающему последовательное нагревание и охлаждение адсорбента продувкой сухим отбензиненным газом в качестве газа регенерации и газа охлаждения, который получают выделением углеводородов С или С из осушенного и очищенного углеводородного газа при его низкотемпературной переработке, последующем сжатии и охлаждении в дожимной компрессорной станции, нагрев газа охлаждения после стадии охлаждения адсорбента для получения горячего газа регенерации и его подачу на регенерацию адсорбента, решается за счет того, что в качестве газа охлаждения используют часть потока сухого отбензиненного газа, который отбирают после охлаждения в дожимной компрессорной станции в рассчитанном количестве, обеспечивающем за время цикла охлаждение-регенерация охлаждение адсорбента, при этом после стадии охлаждения адсорбента газ охлаждения соединяют с частью потока горячего сухого отбензиненного газа, постоянно отбираемого после сжатия в дожимной компрессорной станции в количестве, суммарно обеспечивающем регенерацию адсорбента.
Поставленная техническая задача согласно заявляемой системе регенерации адсорбента, включающей установленный на линии подачи сырого газа входной сепаратор, блок адсорбционной осушки и очистки газа, содержащий параллельно соединенные адсорберы, заполненные сорбентом, с линиями подвода сырого газа и отвода осушенного и очищенного газа, линиями подвода и отвода газа охлаждения и линиями подвода и отвода газа регенерации, узел регенерации и охлаждения, содержащий фильтр газа регенерации, фильтр газа охлаждения, рекуперативный теплообменник, печь нагрева газа регенерации, охлаждающие аппараты и сепаратор отработанного газа регенерации, блок низкотемпературной переработки газа, соединенный с линией отвода осушенного и очищенного газа и снабженный линиями отвода сухого отбензиненного газа и отвода широкой фракции легких углеводородов, дожимной компрессор, снабженный линиями подвода и отвода сухого отбензиненного газа, решается за счет того, что отвод сухого отбензиненного газа после дожимного компрессора соединен с дополнительно установленным воздушным холодильником и далее с магистралью товарного газа, при этом отвод сухого отбензиненного газа после воздушного холодильника снабжен дополнительным отводом, соединенным с линией подачи газа охлаждения в адсорберы, а отвод сухого отбензиненного газа после дожимного компрессора снабжен дополнительным отводом, соединенным с входом рекуперативного теплообменника.
Технический результат предлагаемого изобретения состоит в снижении энергетических затрат на проведение процесса регенерации адсорбента.
Заявляемая совокупность признаков предлагаемого способа регенерации адсорбента по первому и второму вариантам позволяет за счет дополнительного отвода горячего СОГ после дожимного компрессора, снабженного необходимыми средствами КиА (контроля и автоматизации) и арматурой, значительно снизить затраты энергии (топливного газа) на стадии регенерации адсорбента, что в зависимости от использования первого или второго варианта может составлять до 50%.
Заявляемая совокупность признаков предлагаемой системы регенерации адсорбента позволяет за счет соединения дополнительного отвода СОГ после воздушного холодильника с линией подачи газа охлаждения в адсорберы, а дополнительного отвода СОГ после дожимного компрессора - с входом рекуперативного теплообменника:
- повысить температуру газа на выходе рекуперативного теплообменника и снизить тепловую нагрузку на печь, при этом расход топливного газа в печь нагрева газа регенерации снизится на 20-50%;
- за счет меньшего колебания температуры после рекуперативного теплообменника осуществить более мягкое и стабильное автоматическое регулирование работы печи нагрева газа регенерации по поддержанию требуемой температуры газа регенерации на выходе из печи;
- при подаче горячих газов после дожимного компрессора в систему регенерации снизить энергетическую нагрузку на воздушный холодильник охлаждения СОГ на 5-15% (от количества газа регенерации на процесс) за счет отбора горячего СОГ после дожимного компрессора.
На чертеже представлена принципиальная технологическая схема предлагаемой системы регенерации адсорбента.
Система регенерации адсорбента включает входной сепаратор 1 для отделения жидкости, соединенный с блоком адсорбционной осушки и очистки газа.
Блок адсорбционной осушки и очистки газа содержит параллельно соединенные адсорберы 2, заполненные адсорбентом. Количество адсорберов 2 в схеме может быть 3, 4 или 6 (при необходимости). Каждый адсорбер 2 снабжен:
- линией 3 подачи сырьевого газа,
- линией 4 отвода осушенного и очищенного газа,
- линией 5 подачи газа регенерации,
- линией 6 отвода газа регенерации,
- линией 7 подачи газа охлаждения,
- линией 8 отвода газа охлаждения.
Линия 4 отвода осушенного и очищенного газа соединена с фильтром 9.
Установка снабжена узлом регенерации и охлаждения, содержащим фильтр 10 газа регенерации, фильтр 11 газа охлаждения, рекуперативный теплообменник 12, печь 13 нагрева газа регенерации, охлаждающие аппараты - воздушный холодильник 14 и водяной холодильник 15 (при необходимости) и сепаратор 16 отработанного газа регенерации.
Линия 6 отвода газа регенерации соединена с последовательно установленными фильтром 10 газа регенерации, рекуперативным теплообменником 12, воздушным холодильником 14, водяным холодильником 15 и сепаратором 16 отработанного газа регенерации. Сепаратор 16 отработанного газа регенерации снабжен отводами отработанного газа регенерации и сконденсированной воды.
Линия 8 отвода газа охлаждения соединена с последовательно установленными фильтром 11 газа охлаждения, рекуперативным теплообменником 12 и печью 13 нагрева газа регенерации. Выход печи 13 нагрева газа регенерации соединен с линией 5 подачи газа регенерации в адсорберы 2.
Установка снабжена блоком 17 низкотемпературной переработки газа, соединенным с линией 4 отвода осушенного и очищенного газа после фильтра 9. Блок 17 низкотемпературной переработки газа снабжен линией 18 отвода СОГ и линией 19 отвода ШФЛУ.
Установка снабжена дожимной компрессорной станцией (ДКС), включающей дожимной компрессор 20 и воздушный холодильник 22.
Дожимной компрессор 20 снабжен подводом СОГ, соединенным по линии 18 с блоком 17 низкотемпературной переработки газа, и отводом СОГ, соединенным по линии 21 с воздушным холодильником 22. При необходимости дожимной компрессор 20 может быть снабжен блоком улавливания паров компрессорного масла (не показано).
Отвод СОГ из воздушного холодильника 22 по линии 23 соединен с магистралью товарного газа (не показано).
Линия 23 отвода СОГ после воздушного холодильника 22 снабжена дополнительным отводом, который по линии 24 соединен с линией 7 подачи газа охлаждения в адсорберы 2.
Линия 21 отвода СОГ после дожимного компрессора 20 снабжена дополнительным отводом, который по линии 25 соединен с входом рекуперативного теплообменника 12.
Система также снабжена необходимыми трубопроводами, запорно-регулирующей арматурой и средствами контроля и автоматики (не показаны).
Система работает следующим образом (в качестве примера приведена схема с четырьмя адсорберами).
Сырьевой газ с температурой 20-45°C и давлением 2,0-10,0 МПа после отделения жидкости во входном сепараторе 1 поступает по линии 3 в блок адсорбционной осушки и очистки углеводородного газа для осушки газа и его очистки от кислых компонентов. При этом два адсорбера находятся в цикле адсорбции, один в цикле регенерации адсорбента и один в цикле охлаждения. Время циклов регенерации и охлаждения - по 6 ч, цикл адсорбции - 12 ч. Температура газа регенерации 200-320°C. Температура в адсорбере в конце цикла регенерации 180-300°C.
Осушенный и очищенный газ по линии 4 поступает в фильтр 9, в котором улавливается пыль адсорбента, унесенная из адсорберов, и далее направляется в блок 17 низкотемпературной переработки газа.
В блоке 17 низкотемпературной переработки газа за счет понижения давления и снижения температуры часть осушенного и очищенного газа конденсируется и из него выделяется СОГ и ШФЛУ. ШФЛУ по линии 19 направляется на дальнейшую переработку, а СОГ по линии 18 с давлением 1,8-4,0 МПа поступает на сжатие в дожимной компрессор 20.
После дожимного компрессора 20 большая часть потока СОГ с температурой 140-220°C по линии 21 подается на охлаждение в воздушный холодильник 22, а другая часть потока СОГ по линии 25 направляется в рекуперативный теплообменник 12 и далее в печь 13.
В воздушном холодильнике 22 СОГ охлаждается до температуры 30-45°С, после чего основная часть потока СОГ по линии 23 направляется в магистраль товарного газа, а оставшаяся часть потока СОГ по линии 24 направляется в качестве газа охлаждения в адсорбер 2, находящийся в режиме охлаждения.
Газ охлаждения поступает в адсорбер 2 по линии 7 и после выхода из адсорбера 2 по линии 8 направляется в фильтр 11, где очищается от пыли адсорбента, и затем поступает в межтрубное пространство рекуперативного теплообменника 12, в котором нагревается горячим потоком газа регенерации, выходящим по линии 6 из адсорбера 2, находящегося в режиме регенерации, после чего поступает в печь 13.
Нагретый поток газа из печи 13 в качестве газа регенерации поступает по линии 5 на регенерацию адсорбента в адсорбер 2, находящийся в режиме регенерации. Насыщенный влагой отработанный газ регенерации по линии 6 через фильтр 10 поступает в рекуперативный теплообменник 12, в котором отдает свое тепло потоку газа охлаждения, поступающему в рекуперативный теплообменник по линии 8. Далее газ регенерации доохлаждается в воздушном холодильнике 14 и (при необходимости) водяном холодильнике 15, после чего направляется в сепаратор 16 для разделения отработанного газа регенерации и сконденсированной воды. Отработанный газ регенерации направляется на утилизацию одним из известных методов, а сконденсированная вода сбрасывается в дренаж.
Способ регенерации адсорбента процесса осушки и очистки газа осуществляется следующим образом.
В соответствии с первым вариантом газ охлаждения по линии 24 в количестве 5-15% от потока СОГ (соответствующем обычному расходу газа на охлаждение и регенерацию в существующих и известных системах регенерации адсорбентов) с температурой 30-45°C подают в адсорбер 2, находящийся в режиме охлаждения. При продолжительности стадий охлаждения и регенерации по 6 ч (обычный режим работы) для охлаждения адсорбера и адсорбента перед стадией адсорбции необходимо 1,5-2 часа. При достижении в адсорбере 2 заданной температуры 40-60°C системой автоматизации и регулирования плавно перекрывают (соответствующим клапаном) линию 24 подачи газа охлаждения и одновременно открывают линию 25 подачи горячего СОГ после дожимного компрессора. Горячий СОГ в количестве 5-15% от всего потока СОГ с температурой 140-220°C направляют в рекуперативный теплообменник 12, замещая таким образом газ охлаждения, ранее поступавший в рекуперативный теплообменник 12 по линии 8.
В соответствии со вторым вариантом рассчитанное (в соответствии с известной практикой промышленной эксплуатации установок адсорбционной осушки/очистки газа) количество газа, необходимое для охлаждения адсорбера (20-40% от количества газов охлаждения-регенерации) отбирают после охлаждения в воздушном холодильнике 22 и по линии 24 направляют в линию 7 подачи газа охлаждения в адсорбер 2, находящийся на стадии охлаждения. Дополнительное количество газа, отбираемого после сжатия в дожимном компрессоре 20 в количестве, суммарно обеспечивающем регенерацию адсорбента (60-80% от количества газов регенерации), по линии 25 подается в рекуперативный теплообменник 12 вместе с потоком газа охлаждения, поступающим в рекуперативный теплообменник 12 по линии 8.
В обоих случаях подача горячего СОГ после дожимного компрессора с температурой 140-220°C увеличит температуру газа, входящего и выходящего из рекуперативного теплообменника 12 и поступающего на подогрев до требуемой температуры регенерации в печь 13. При этом снижение тепловой нагрузки на печь 13 нагрева газа регенерации, а, следовательно, и количество топливного газа на нагрев газа регенерации снижается на 20-50%. Энергетический эффект в указанных пределах будет увеличиваться с увеличением необходимой температуры регенерации адсорбента, обеспечивающей более глубокую осушку/очистку газа, что особенно важно в процессах низкотемпературной переработки газов и получения СПГ.
Для примеров приведены следующие исходные данные по существующей промышленной установке осушки газа:
т.р.
На основании расчетов по известным формулам определяем суммарное количество тепла, которое необходимо внести для проведения регенерации цеолита Q:
наг.ад-та
- тепло для нагрева адсорбента: Q=2340 тыс. ккал.
дес.
- тепло для нагрева адсорбированной воды и десорбции воды из пор цеолита: Q=4321 тыс. ккал.
наг.ад-ра
- тепло для нагрева металла адсорбера: Q=1591 тыс. ккал.
пот.
т.р.
- потери тепла в окружающую среду: Q ~413 тыс. ккал. ΣQ=2340+1591+4321+413=8665 тыс. ккал.
охл.ад-та
охл.ад-ра
Аналогичным образом определяется необходимое количество отводимого тепла на стадии охлаждения адсорбента с 280°C до 50°C: Q=2070 тыс. ккал. Количество тепла на охлаждение стенок адсорбера до 50°C: Q=710 тыс. ккал.
охл
Общее количество отводимого тепла на стадии охлаждения: ΣQ=2780 тыс. ккал.
Остальные составляющие расхода тепла, необходимые при регенерации адсорбента, при его охлаждении отсутствуют.
охл.
т.р.
В результате количество тепла, отводимого на стадии охлаждения процесса, составляет: ΣQ/ΣQ=2780/8665=32,0% от количества тепла, необходимого на регенерацию.
г.р.
3
По известным формулам определяем количество газа регенерации с температурой 300°C, которое за цикл регенерации внесет 8665 тыс.ккал: V=12 тыс.м/ч (~9000 кг/ч), что составляет 12/119 ~10,0% от осушаемого на установке газа.
Таким образом, при продолжительности стадий охлаждения и регенерации по 6 ч (обычный режим работы) для охлаждения адсорбента и адсорбера до температуры 50°С перед стадией адсорбции необходимо: 6 ч. 0,32=2 ч. При этом после 2 ч температура газа охлаждения перед рекуперативным теплообменником 12 составит 50-60°С, а после него на входе в печь 13 при температуре отработанного газа регенерации (линия 6) на уровне 270-280°С составит 120-140°С.
Пример 1
3
3
Начало циклов охлаждение-регенерация проводится по обычной схеме. В качестве газа охлаждения используется часть потока СОГ, который отбирают по линии 24 после охлаждения в воздушном холодильнике 22. После подачи газа охлаждения в адсорбер с температурой 30-45°С в количестве 12 тыс.м/ч в течение 2 ч адсорбер с адсорбентом охлаждается до температуры 40-60°С и готов к стадии адсорбции. При достижении заданной температуры (40-60°С) подача газа охлаждения прекращается, для чего системой автоматизации и регулирования плавно перекрывают соответствующим клапаном линию 24. Одновременно с прекращением подачи газа охлаждения открывается линия 25 подачи горячего потока СОГ, отбираемого после сжатия в дожимном компрессоре 20. Горячий поток СОГ с температурой 140-220°С в количестве 12 тыс.м/ч направляют на вход рекуперативного теплообменника 12.
Для дальнейших расчетов экономии топливного газа приняты следующие данные.
3
3
Температура газа охлаждения (~12 тыс.м/ч) перед рекуперативным теплообменником 12 через 2 часа составит 50-60°С, а после него - 120-140°С. Для догрева газа в печи 13 в течение последующих 4 ч до температуры 300°С потребуется ~890000 ккал/ч тепла или ~95 кг/ч, или ~134 м/ч топливного газа.
3
После переключения и подачи горячего газа по линии 25 с температурой 140°С на вход рекуперативного теплообменника 12 температура газа после рекуперативного теплообменника 12 составит ~200°С. Для догрева газа в печи 13 до температуры 300°С потребуется ~60 кг/ч или ~85 м/ч топливного газа.
3
При температуре горячего газа перед рекуперативным теплообменником ~200°С его температура перед печью 13 составит ~240°С. Для догрева газа в печи 13 до температуры 300°С потребуется ~35 кг/ч или ~50 м/ч топливного газа.
С учетом того, что время снижения расхода топливного газа составляет 4 ч из 6 ч, необходимых на регенерацию, экономия топливного газа составит:
- при температуре газа по линии 24 на уровне 140°С: (134-85)/134 4/6≈24%
- при температуре газа по линии 24 на уровне 200°С: (134-50)/134 4/6≈42%
Пример 2
3
3
В качестве газа охлаждения используется часть потока СОГ, направляемого по линии 24 после охлаждения в воздушном холодильнике 22 в количестве 20-40% от общего количества газа, необходимого для проведения стадий охлаждение-регенерация (в данном примере это количество составляет ~33% от 12 тыс.м/ч, т.е. ~4,0 тыс.м/ч). Это количество газа обеспечивает охлаждение адсорбера с адсорбентом до 50-60°С в течение 6 ч.
3
3
Остальное количество газа - 60-80% от общего количества газа, необходимого для проведения стадий охлаждение-регенерация (в данном примере это количество составляет ~66% от 12 тыс.м/ч, т.е. ~8,0 тыс.м/ч) с температурой 140-220°С подается по линии 25 на вход рекуперативного теплообменника 12.
3
3
При температуре горячего газа, подаваемого по линии 25 на вход рекуперативного теплообменника 12 равной 140°С (в данном примере 8,0 тыс.м/ч в течение 6 ч), средняя температура газа после рекуперативного теплообменника 12 составит ~185°С. Для догрева газа в печи 13 до температуры 300°С потребуется ~70 кг/ч или ~100 м/ч топливного газа. Экономия топливного газа в данном случае составит: (134-100)/134≈25%
3
При температуре горячего газа, подаваемого по линии 25 на вход рекуперативного теплообменника 12 равной 200°С, температура газа после рекуперативного теплообменника 12 составит ~220°С. Для догрева газа в печи 13 до температуры 300°С потребуется ~47 кг/ч или -66 м/ч топливного газа. Экономия топливного газа в данном случае составит: (134-66)/134≈51%.
Таким образом, как видно из примеров 1 и 2, по сравнению с известными способами регенерации адсорбента предлагаемый способ позволяет снизить энергетические затраты на проведение процесса регенерации адсорбента вследствие снижения тепловой нагрузки на печь нагрева и снижения количества топливного газа на нагрев газа регенерации на 20-50%.