Установка адсорбционной осушки жидких меркаптанов
INSTALLATION FOR ADSORPTION DRYING OF LIQUID MERCAPTANS

Установка адсорбционной осушки жидких меркаптанов может быть использована в газо- и нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности, в частности при получении природных или синтетических одорантов для осушки или предосушки природного одоранта (смеси этил- и пропилмеркаптанов), для осушки концентрата одоранта, для осушки смеси меркаптанов с повышенным содержанием метилмеркаптана.
Одной из важнейших особенностей получения глубоко осушенного одоранта является достижение для него максимально низкой температуры помутнения — начала выделения из объема жидких меркаптанов, составляющих одорант, микрокапель воды, кристаллизующихся при отрицательных температурах: выделяющиеся кристаллы льда забивают аппаратуру и трубопроводы при транспортировке жидких одорантов и топливных газов, обработанных этими одорантами.
o
o
Известен способ получения одоранта, в котором в качестве одной из стадий процесса используют установку адсорбционной осушки жидких меркаптанов, предусматривающую пропускание жидких меркаптанов через слой адсорбента в динамических условиях в адсорберах, работающих попеременно в режиме осушки и режиме регенерации адсорбента после его дезактивации, емкости, холодильники, систему нагрева газов регенерации и трубопроводную систему с клапанами, при этом осушаемые жидкие меркаптаны проходят через слой силикагеля марки ШСМГ двух параллельно работающих адсорберов в режиме осушки сверху вниз, десорбция адсорбированной влаги из силикагеля осуществляется в двух параллельно работающих адсорберах в режиме регенерации продувкой слоя силикагеля снизу вверх горячим товарным газом с постепенным повышением его температуры от 45°С до 160-170С и последующим охлаждением слоя силикагеля холодным товарным газом до температуры 45С (патент на изобретение RU № 2317978 С1, МПК С07С 3 19/02, С07С 3 19/28, заявлен 21.08.2006, опубл. 27.02.2008). Рассмотренная установка осушки жидких меркаптанов имеет следующие недостатки:
1) неэффективность использования силикагеля в качестве адсорбента для извлечения влаги из жидких меркаптанов по причине того, что, во-первых, средняя фракция (шихта) микропористого гранулированного силикагеля марки ШСМГ одновременно с молекулами воды неизбежно адсорбирует значительное количество меркаптанов, полярные молекулы которых обладают высоким сродством к адсорбенту в условиях высокой концентрации меркаптанов, что существенно снижает адсорбционную активность силикагеля по воде, во-вторых, меркаптаны в процессе регенерации силикагеля десорбируются совместно с водой, что приводит к загрязнению газов регенерации меркаптанами и существенным потерям меркаптанов как целевого продукта;
2) самопроизвольный сток жидкости в слое адсорбента при подаче жидких меркаптанов в адсорберы в слой силикагеля на стадии осушки сверху вниз на начальном этапе заполнения адсорбера сырьем, что не обеспечивает стационарное условие гидродинамики и, как следствие, приводит к отрицательно сказывающимся на проведении стадии адсорбционной осушки неравномерной осушке жидких меркаптанов в стекающих локальных струях жидкости и неравномерной отработке адсорбента в различных зонах слоя силикагеля;
3) унос из адсорбера оставшихся к началу десорбции в слое адсорбента между гранулами силикагеля жидких меркаптанов вместе с газами регенерации при десорбции адсорбированной влаги из силикагеля, осуществляемой продувкой слоя силикагеля снизу вверх горячим товарным газом, приводящий к потере значительного количества жидких меркаптанов – около 0,1-0,2 объема слоя адсорбента;
о
о
4) необходимость реализации нестационарной работы установки для обеспечения переменной температуры горячего товарного газа (в аналоге не охарактеризован способ нагрева товарного газа) при десорбции адсорбированной влаги из силикагеля, осуществляемой продувкой слоя силикагеля снизу вверх горячим товарным газом с постепенным повышением его температуры от 45С до 160-170С, нагреваемым, например, в теплообменнике при помощи водяного пара, что требует непрерывного изменения расхода теплоносителя;
о
5) проведение десорбции адсорбированной влаги из силикагеля, осуществляемой продувкой слоя силикагеля снизу вверх горячим товарным газом и последующим охлаждением слоя силикагеля до 45С продувкой слоя силикагеля холодным товарным газом в одном адсорбере в режиме регенерации, приводящее к разрыву технологического цикла с периодическим нагревом газа в теплообменном аппарате для регенерации силикагеля и соответствующим отключением теплообменного аппарата при охлаждении слоя силикагеля в том же адсорбере в режиме регенерации;
6) неравномерность насыщения слоя силикагеля в адсорбере по ходу потока осушаемых жидких меркаптанов, вызванная постепенным уменьшением адсорбционной емкости адсорбента по мере снижения концентрации воды в осушаемом сырье, что приводит к неэффективному использованию адсорбента в целом;
о
7) обеспечение температуры помутнения не ниже минус 15С при осушке жидких меркаптанов силикагелем марки ШСМГ, усложняющее трубопроводную транспортировку природного газа с добавлением полученного одоранта.
Известен блок адсорбционной осушки одоранта, предусматривающий пропускание жидких меркаптанов через слой адсорбента в динамических условиях в системе адсорберов и десорберов, работающих попеременно вследствие регенерации адсорбента при его дезактивации, и включающий емкости, холодильники, систему нагрева газов регенерации и трубопроводную систему с клапанами, с линией подачи жидкого одоранта в накопительную емкость, соединенную с параллельно установленными заполненными адсорбентом адсорберами, верх которых соединен трубопроводом выхода газа регенерации через холодильник с сепаратором, верх которого соединен с трубопроводом отвода газа регенерации, а низ с трубопроводом отвода воды, при этом низ адсорберов соединен с трубопроводами подачи газа регенерации и выхода осушенного одоранта, причем адсорберы содержат двухслойный адсорбент, верхний слой которого состоит из оксида алюминия, а нижний слой – из силикагеля, блок осушки дополнительно снабжен фильтрами для улавливания механических примесей, установленными на линии выхода осушенного одоранта, загрузочно-разгрузочной емкостью для слива жидкого одоранта, соединенной с низом адсорберов и гравитационным отстойником полочно-трубчатого типа, используемым в качестве накопительной емкости (патент на полезную модель RU № 112840 U1, МПК B01D53/26, B01D53/02, заявлен 03.03.2011, опубл. 27.01.2012). Рассмотренный блок адсорбционной осушки жидких меркаптанов имеет следующие недостатки:
1) неэффективность использования силикагеля в качестве адсорбента для извлечения влаги из жидких меркаптанов по причине того, что, во-первых, средняя фракция (шихта) микропористого гранулированного силикагеля одновременно с молекулами воды неизбежно адсорбирует значительное количество меркаптанов, полярные молекулы которых обладают высоким сродством к адсорбенту в условиях высокой концентрации меркаптанов, что существенно снижает адсорбционную активность силикагеля по воде, меркаптаны в процессе регенерации силикагеля десорбируются совместно с водой, что, во-вторых, приводит к загрязнению газов регенерации меркаптанами и существенным потерям меркаптанов как целевого продукта;
2) неэффективность использования силикагеля в качестве концевого слоя двухслойного адсорбента после слоя оксида алюминия, когда концентрация воды в осушаемых жидких меркаптанах существенно снижается, так как силикагель при низкой концентрации воды имеет незначительную динамическую активность;
o
3) промышленная нереализуемость температуры помутнения осушенных жидких меркаптанов на уровне минус 48С при наличии силикагеля в качестве концевого слоя адсорбента;
4) самопроизвольный сток жидкости в адсорбенте при подаче сверху вниз жидких меркаптанов в адсорберы последовательно через слой оксида алюминия и слой силикагеля на стадии осушки на начальном этапе заполнения адсорбера сырьем, что не обеспечивает стационарные условия гидродинамики и, как следствие, приводит к неравномерной осушке жидких меркаптанов в стекающих локальных струях жидкости и неравномерной отработке адсорбента в различных зонах, отрицательно сказывающимся на проведении стадии адсорбционной осушки;
5) унос из адсорбера оставшихся в слое адсорбента между гранулами силикагеля к началу десорбции жидких меркаптанов вместе с газами регенерации при десорбции адсорбированной влаги из силикагеля, осуществляемой продувкой слоя силикагеля снизу вверх горячим товарным газом, приводящий к потере значительного количества жидких меркаптанов – около 0,1-0,2 объема слоя адсорбента;
o
o
6) необходимость реализации нестационарной работы электронагревателей для обеспечения переменной температуры горячего товарного газа при десорбции адсорбированной влаги из адсорбентов, осуществляемой продувкой слоя силикагеля и слоя оксида алюминия снизу вверх горячим товарным газом с постепенным повышением его температуры от 45С до 300-320С, кроме того, электронагреватели, легко применимые в масштабе пилотной установки, для условий промышленного использования становятся слишком крупными потребителями электрической энергии;
o
7) проведение десорбции адсорбированной влаги из двухслойного адсорбента, осуществляемой продувкой слоя силикагеля и слоя оксида алюминия снизу вверх горячим товарным газом и последующим охлаждением двухслойного адсорбента до 45С продувкой слоя силикагеля и слоя оксида алюминия холодным товарным газом в одном адсорбере в режиме регенерации, приводящее к разрыву технологического цикла с периодическим нагревом газа в электронагревателе для регенерации двухслойного адсорбента и соответствующим отключением электронагревателя при охлаждении двухслойного адсорбента в том же адсорбере в режиме регенерации.
Известен также блок адсорбционной осушки одоранта, включающий пропускание жидких меркаптанов через слой адсорбента в динамических условиях в системе адсорберов и десорберов, работающих попеременно с регенерацией адсорбента при его дезактивации, емкости, холодильники, систему нагрева газов регенерации и трубопроводную систему с клапанами, трубопроводом подачи одоранта в накопительную емкость, соединенный с параллельно установленными адсорберами, заполненными адсорбентом, верх которых соединен трубопроводом выхода газа регенерации через холодильник с сепаратором, верх которого соединен с трубопроводом отвода газа регенерации, а низ - с трубопроводом отвода воды, при этом низ адсорберов соединен с трубопроводами подачи газа регенерации и выхода осушенного одоранта, причем адсорберы содержат цеолиты NaA, блок осушки дополнительно снабжен фильтрами для улавливания механических примесей, установленными на трубопроводе выхода осушенного одоранта, и загрузочно-разгрузочной емкостью для слива одоранта, соединенной с низом адсорберов, а в качестве накопительной емкости содержит гравитационный отстойник полочно-трубчатого типа (патент на полезную модель RU № 106558 U1, МПК B01D53/26, B01D53/02, заявлен 02.11.2010, опубл. 20.07.2011). Рассмотренный блок адсорбционной осушки жидких меркаптанов имеет следующие недостатки:
1) использование цеолитов NaA, с высокой влагоемкостью, одновременно способных в значительных количествах адсорбировать метан, этан и пропан, вызывающее адсорбцию некоторого количества углеводородов во время продувки слоя адсорбента товарным газом при вытеснении жидких меркаптанов из адсорбера перед десорбцией цеолитов, приводящую на стадии регенерации адсорбента к образованию недесорбируемых коксоподобных веществ и существенной дезактивации цеолитов NaA в ходе их многоцикловой эксплуатации;
2) самопроизвольный сток жидкости в слое адсорбента при подаче жидких меркаптанов в адсорберы в слой цеолитов NaA на стадии адсорбционной осушки сверху вниз на начальном этапе заполнения адсорбера сырьем, что не обеспечивает стационарное условие гидродинамики и, как следствие, приводит к неравномерной осушке жидких меркаптанов в стекающих локальных струях жидкости и неравномерной отработке адсорбента в различных зонах слоя цеолитов NaA, отрицательно сказывающимся на проведении стадии адсорбционной осушки;
3) унос из адсорбера оставшихся в слое адсорбента между гранулами силикагеля к началу десорбции жидких меркаптанов вместе с газами регенерации при десорбции адсорбированной влаги из слоя цеолитов NaA, осуществляемой продувкой слоя цеолитов NaA снизу вверх горячим товарным газом, приводящий к потере значительного количества жидких меркаптанов – около 0,1-0,2 объема слоя адсорбента;
o
o
4) необходимость реализации нестационарной работы электронагревателей для обеспечения переменной температуры горячего товарного газа при десорбции адсорбированной влаги из адсорбентов, осуществляемой продувкой слоя цеолитов NaA снизу вверх горячим товарным газом с постепенным повышением его температуры от 45С до 300С, кроме того, электронагреватели, легко применимые в масштабе пилотной установки, для условий промышленного использования становятся слишком крупными потребителями электрической энергии;
о
5) проведение десорбции адсорбированной влаги из слоя адсорбента, осуществляемой продувкой слоя цеолитов NaA снизу вверх горячим товарным газом и последующим охлаждением слоя адсорбента до 45С продувкой слоя цеолитов NaA холодным товарным газом в одном адсорбере в режиме регенерации, приводящее к разрыву технологического цикла с периодическим нагревом газа в теплообменном аппарате для регенерации слоя адсорбента и соответствующим отключением теплообменного аппарата при охлаждении слоя цеолитов NaA в том же адсорбере в режиме регенерации.
Известна также наиболее близкая к заявляемому изобретению установка адсорбционной осушки жидких меркаптанов, включающая обработку жидких меркаптанов адсорбентом в динамических условиях в системе адсорберов и десорберов, работающих попеременно с регенерацией адсорбента после его дезактивации, при этом система адсорберов представлена по меньшей мере четырьмя аппаратами с функцией адсорбер-десорбер, два из которых соединены последовательно и обеспечивают проведение стадий адсорбционной осушки жидких меркаптанов, третий аппарат с функцией адсорбер-десорбер находится в режиме регенерации адсорбента потоком горячего десорбирующего метансодержащего газа, четвертый аппарат с функцией адсорбер-десорбер находится в режиме охлаждения адсорбента потоком холодного метансодержащего газа, система нагрева газов регенерации представляет собой трубчатую печь (патент на изобретение RU № 2569351 С2, МПК B01D53/26, заявлен 27.11.2013, опубл. 20.11.2015). Рассмотренная установка адсорбционной осушки жидких меркаптанов имеет следующие недостатки:
1) использование печи для нагрева десорбирующего метансодержащего газа в стационарном режиме при максимальной тепловой производительности, приводящее к нерационально высокому расходу топливного газа и опосредованно к увеличению себестоимости осушки жидких меркаптанов;
2) высокая инерционность печи для нагрева десорбирующего метансодержащего газа, затрудняющая частое изменение режима ее работы, возникающее по причине того, что в ходе нагрева и регенерации адсорбента на начальной стадии нагрева адсорбента теплоподвод постоянен, а на заключительной стадии нагрева адсорбента теплоподвод возрастает, поскольку необходимы дополнительные затраты тепла на начавшуюся десорбцию влаги, на стадии регенерации адсорбента при постоянной температуре теплоподвод снижается, поскольку тепло расходуется только на десорбцию влаги;
3) усложнение обслуживания установки при наиболее целесообразном проведении нагрева и регенерации адсорбента в течение восьми часов из-за наличия четырех попеременно работающих аппаратов с функцией адсорбер-десорбер, формирующих 32-часовой цикл работы установки, при этом увеличение режима нагрева и регенерации адсорбента до 12 часов с удобным для обслуживания установки 48-часовым циклом работы увеличит загрузку адсорбента в 1,5 раза и приведет к соответствующему увеличению капитальных затрат.
При создании изобретения ставилась задача разработать установку осушки жидких меркаптанов с повышенными технико-экономическими показателями, полученными за счет оптимизации технологической схемы и обеспечения реализации динамического режима регенерации адсорбента.
Для решения поставленной задачи предлагается установка адсорбционной осушки жидких меркаптанов, включающая систему адсорберов и десорберов для пропускания жидких меркаптанов через слой адсорбента в динамических условиях с использованием в качестве адсорбента цеолитов КА или NaA и попеременной работой вследствие регенерации адсорбента при его дезактивации, емкости, холодильники, систему нагрева газов регенерации и трубопроводную систему с клапанами, при этом систему адсорберов и десорберов обеспечивают по меньшей мере тремя аппаратами с функцией адсорбер-десорбер, в первом аппарате с функцией адсорбер-десорбер осуществляют режим адсорбционной осушки жидких меркаптанов, во втором аппарате с функцией адсорбер-десорбер осуществляют режим нагрева и регенерации адсорбента потоком горячего десорбирующего метансодержащего газа, в третьем аппарате с функцией адсорбер-десорбер осуществляют режим охлаждения регенерированного адсорбента потоком холодного метансодержащего газа, систему нагрева газов регенерации обеспечивают электронагревателем с регулируемыми теплоподводом и расходом десорбирующего метансодержащего газа и рекуперативным теплообменником, верх каждого аппарата с функцией адсорбер-десорбер снабжают штуцером, соединенным с трубопроводом выхода осушенных жидких меркаптанов, которые далее очищают в фильтре, и трубопроводами подачи горячего десорбирующего метансодержащего газа и холодного метансодержащего газа, а низ каждого аппарата с функцией адсорбер-десорбер снабжают штуцером, соединенным с трубопроводом входа осушаемых жидких меркаптанов, поступающих из накопительной емкости, и трубопроводами выхода газов регенерации и холодного метансодержащего газа, десорбирующий метансодержащий газ последовательно пропускают через трубное пространство рекуперативного теплообменника, электронагреватель, второй аппарат с функцией адсорбер-десорбер, фильтр, межтрубное пространство рекуперативного теплообменника, воздушный холодильник и отстойник с накопительной емкостью, холодный метансодержащий газ последовательно пропускают через третий аппарат с функцией адсорбер-десобер, фильтр и трубное пространство рекуперативного теплообменника. Использование в схеме установки адсорбционной осушки жидких меркаптанов трех попеременно работающих аппаратов с функцией адсорбер-десорбер позволяет реализовать оптимальную циклограмму работы установки с переключением аппаратов на режим адсорбционной осушки жидких меркаптанов, режим нагрева и регенерации адсорбента и режим охлаждения регенерированного адсорбента в одно определенное время каждой восьмичасовой рабочей смены соответственно, что упрощает функционирование установки. Наличие электронагревателя с регулируемыми теплоподводом и расходом десорбирующего метансодержащего газа позволяет поддерживать оптимальный режим нагрева и регенерации адсорбента в соответствии с фигурой 1. Специфика режима нагрева и регенерации адсорбента заключается в том, что на первой стадии требуется поддержание определенного градиента температуры для обеспечения равномерного нагрева адсорбента до регламентируемой температуры десорбции с последующим поддерживанием постоянной температуры десорбции (фигурой 1 линия 1), однако при этом возникает проблема формирования необходимой величины теплоподвода, поскольку теплоподвод, необходимый для эффективной регенерации адсорбента, не аналогичен закону изменения температуры слоя. На участке зоны нагрева адсорбента линии 2 на фигуре 1, поскольку по мере роста температуры теплоемкость адсорбента возрастает (например, для гранулированных цеолитов при увеличении температуры с 20°С до 250°С удельная теплоемкость возрастает с 830 Дж/(кг⋅К) до 1000 Дж/(кг⋅К) (Новый справочник химика и технолога [Электронный ресурс] – Режим доступа: chemanalytica/com>book/novyy_spravocnik_chimika_)), при постоянном градиенте температуры необходим рост величины теплоподвода примерно 0,5 Дж/(кг⋅К). На этой стадии режима нагрева и регенерации адсорбента сначала достаточно тепла, получаемого десорбирующим метансодержащим газом в рекуперативном теплообменнике, обеспечивающем частичный подогрев десорбирующего метансодержащего газа за счет тепла нагревшегося при охлаждении горячего регенерированного адсорбента и выходящего из третьего аппарата с функцией адсорбер-десорбер метансодержащего газа, что позволяет снизить энергозатраты на проведение режима нагрева и регенерации адсорбента во втором аппарате с функцией адсорбер-десорбер. Однако в зоне нагрева и начала регенерации и, тем более, при изотермической регенерации адсорбента в зоне регенерации необходим существенный дополнительный (выше пунктирного продолжения линии 2) нелинейный подвод тепла на компенсацию теплоты десорбции, который осуществляется электронагревателем, практически не имеющий инерционности и обеспечивающий необходимый теплоподвод в соответствии с заданным законом регулирования. Монтаж фильтров на линиях выхода осушенных жидких меркаптанов, горячего десорбирующего метансодержащего газа и охлаждающего метансодержащего газа повышает надежность работы клапанов трубопроводной системы, обеспечивающих переключение аппаратов и регулирование работы электронагревателя, а также срок службы аппаратов установки адсорбционной осушки меркаптанов.
Целесообразно также в аппаратах с функцией адсорбер-десорбер установить дополнительные электронагреватели в слое адсорбента, включаемые периодически во время режима нагрева и регенерации адсорбента в случае необходимости создания пиковых нагрузок по теплоподводу для компенсации теплоты десорбции, а также для обеспечения дополнительного теплоподвода при первичной активации адсорбента во время пуска установки адсорбционной осушки меркаптанов, когда в системе еще отсутствует нагретый десорбирующий метансодержащий газ, возникающий во время режима охлаждения регенерированного адсорбента.
На фигуре 2 представлена схема заявляемой установки адсорбционной осушки жидких меркаптанов, где используются следующие обозначения:
101 – отстойник-разделитель;
102-105 – промежуточная емкость;
106, 107 – продуктовая емкость;
108-110 – насос;
111-113 – фильтр;
114 – электронагреватель;
115 – рекуперативный теплообменник;
116 – теплообменник;
117 – воздушный холодильник;
118-120 – аппарат с функцией адсорбер-десорбер;
1-36 – трубопровод.
Жидкие меркаптаны по трубопроводу 1 поступают в отстойник-разделитель 101, где отстаиваются и отделяются от воды, отводимой с установки по трубопроводу 29. Далее отделенные от воды жидкие меркаптаны по трубопроводу 2 поступают на всас насоса 108, после которого по трубопроводу 3 направляются в теплообменник 116, откуда нагретые до 40-50°С жидкие меркаптаны последовательно по трубопроводам 4 и 6 поступают в промежуточную емкость 103 до полного ее заполнения. В это время метансодержащий газ в виде метановой фракции после установки низкотемпературной ректификации поступает последовательно по трубопроводам 7 и 8 в промежуточную емкость 102, вытесняя ранее заполнившие промежуточную емкость 102 жидкие меркаптаны, которые далее последовательно по трубопроводам 10 и 12 поступают в первый аппарат с функцией адсорбер-десорбер 118, находящийся в режиме адсорбционной осушки жидких меркаптанов. Промежуточные емкости 102 и 103 представляют собой горизонтальные цилиндрические пустотелые аппараты, заполняемые и разгружаемые жидкими меркаптанами по очереди по трубопроводам 5 и 6 и по трубопроводам 10 и 11 соответственно. Аппараты с функцией адсорбер-десорбер 118-120 представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты, заполненные цеолитом КА или NaA и работающие в соответствии с циклограммой процесса (фигура 3). Система адсорберов и десорберов работает по трехадсорберной схеме: аппарат с функцией адсорбер-десорбер 118 находится в режиме адсорбционной осушки жидких меркаптанов, аппарат с функцией адсорбер-десорбер 119 – в режиме нагрева и регенерации адсорбента, аппарат с функцией адсорбер-десорбер 120 – в режиме охлаждения регенерированного адсорбента. По окончании режима адсорбционной осушки жидких меркаптанов аппарат с функцией адсорбер-десорбер переключают сначала в режим нагрева и регенерации адсорбента, а затем в режим охлаждения регенерированного адсорбента.
В аппарате с функцией адсорбер-десорбер 118 при температуре 40-50°С происходит поглощение адсорбентом растворенной в жидких меркаптанах воды. Жидкие меркаптаны проходят через слой адсорбента в аппарате с функцией адсорбер-десорбер 118, далее осушенные меркаптаны по трубопроводу 13 поступают в фильтр 113 для очистки от унесенных частиц цеолита и по трубопроводу 14 направляются в продуктовые емкости 106 и 107, работающие поочередно: продуктовую емкость наполняют меркаптанами, затем из нее отбирают пробу меркаптанов на анализ, если глубина осушки меркаптанов недостаточна, то они направляются на повторную осушку по трубопроводу 31. Если же глубина осушки достаточна, то меркаптаны выводят по трубопроводу 32 с установки. Отвод осушенных меркаптанов происходит следующим образом: метансодержащий газ в виде метановой фракции после установки низкотемпературной ректификации, поступающий последовательно по трубопроводам 7 и 18 и параллельно по трубопроводам 33 и 34 в продуктовые емкости 106 и 107, соответственно, вытесняет меркаптаны из продуктовых емкостей.
Перед началом режима нагрева и регенерации адсорбента проводят слив жидких меркаптанов из аппарата с функцией адсорбер-десорбер 118, находящегося в режиме адсорбционной осушки жидких меркаптанов, по трубопроводу 15 в промежуточную емкость 105 путем вытеснения жидких меркаптанов метансодержащим газом в виде метановой фракцией после установки низкотемпературной ректификации, поступающим последовательно по трубопроводам 7 и 18. Жидкие меркаптаны из промежуточной емкости 105 по трубопроводу 16 поступают на всас насоса 109, а затем направляются в промежуточную емкость 103 по трубопроводу 17, а метановая фракция по трубопроводу 19 отправляется в коллектор топливной сети.
Метансодержащий газ в виде метановой фракции после установки низкотемпературной ректификации при температуре 25-40°С подается последовательно по трубопроводам 7 и 18 в аппарат с функцией адсорбер-десорбер 120, находящийся в режиме охлаждения регенерированного адсорбента от 330-350°С до 40-45°С, после этого нагретая метановая фракция по трубопроводу 35 очищается от унесенных частиц пыли в фильтре 112. Далее поток метановой фракции нагревается в следующей системе: по трубопроводу 20 поступает в межтрубное пространство рекуперативного теплообменника 115, после которого по трубопроводу 21 направляется в электронагреватель 114. Нагрев метановой фракции в электронагревателе регулируется в соответствии с необходимой скоростью режима нагрева и регенерации адсорбента в аппарате с функцией адсорбер-десорбер 119 (40-60°С/ч во избежание растрескивания гранул адсорбента). Далее нагретая до температуры 330-350°С метановая фракция по трубопроводу 22 поступает в аппарат с функцией адсорбер-десорбер 119, находящийся в режиме нагрева и регенерации адсорбента. После аппарата с функцией адсорбер-десорбер 119 метановая фракция направляется по трубопроводу 36 на очистку от унесенных частиц цеолита в фильтр 111. Охлаждение метановой фракции после регенерации адсорбента происходит по следующей схеме: по трубопроводу 23 метановая фракция направляется во внутреннее пространство рекуперативного теплообменника 115, далее по трубопроводу 24 – в воздушный холодильник 117 и по трубопроводу 25 – в теплообменник 116. Охлажденная в теплообменнике 116 до 40-50°С метановая фракция по трубопроводу 26 поступает в промежуточную емкость 104, откуда по трубопроводу 27 отправляется в коллектор топливной сети, а жидкие меркаптаны и вода разделяются. Отстоявшая вода из промежуточной емкости 104 по трубопроводу 30 выводится с установки, а жидкие меркаптаны по трубопроводу 28 поступают на всас насоса 110 и далее по трубопроводу 17 перекачиваются в промежуточную емкость 103.
3
Пример 1. Выполнен расчет установки адсорбционной осушки жидких меркаптанов производительностью 1200 кг/ч с содержанием влаги в жидких меркаптанах 3 % масс. Загрузка цеолита КА с влагоемкостью при глубокой осушке меркаптанов равной 10 % масс. составляет при продолжительности режима адсорбционной осушки жидких меркаптанов 8 часов 280 кг в один аппарат с функцией адсорбер-десорбер и 840 кг на установку в целом. Размеры одного аппарата с функцией адсорбер-десорбер: диаметр 0,4 м, высота 4,0 м. Количество осушенных жидких меркаптанов равно 1161 кг/ч, потери меркаптанов – 3 кг/ч. Затраты тепловой энергии на нагрев и регенерацию адсорбента за восьмичасовой режим нагрева и регенерации адсорбента составят около 120 МДж, из них 98 МДж – на нагрев адсорбента, 18 МДж – на нагрев аппарата с функцией адсорбер-десорбер, находящегося в режиме нагрева и регенерации адсорбента, 4 МДж – на компенсацию теплоты десорбции. Количество метансодержащего газа для режимов нагрева и регенерации адсорбента и охлаждения регенерированного адсорбента составляет 5-6 тыс. м/ч.
Пример 2. Необходимый подвод тепловой энергии на нагрев и регенерацию адсорбента за восьмичасовой режим нагрева и регенерации адсорбента в примере 1 составляет 120 МДж. Если обеспечить этот теплоподвод за счет нагрева десорбирующего газа в печи по прототипу, при КПД печи 60% (в связи с потерями тепла с горячими дымовыми газами) потребуется затратить 200 МДж тепла за счет сжигания топлива. При этом печь является дорогостоящим аппаратом с высокой инерционностью во время перехода от одного температурного режима на другой со сложной системой регулирования, усложняющей управление установкой, и загрязнением окружающей среды дымовыми газами.
Пример 3. Необходимый подвод тепловой энергии на нагрев и регенерацию адсорбента за восьмичасовой режим нагрева и регенерации адсорбента в примере 1 составляет 120 МДж. Если обеспечить этот теплоподвод за счет нагрева десорбирующего газа в рекуперативном теплообменнике и электронагревателе по заявляемому изобретению, то с учетом частичной рекуперации тепла в рекуперативном теплообменнике за первые три часа десорбирующий метансодержащий газ может получить от нагретого метансодержащего газа, выходящего из аппарата с функцией адсорбер-десорбер, находящегося в режиме охлаждения регенерированного адсорбента, 45 МДж тепла, сохраняя при этом разность температур между охлаждаемым и нагреваемым газами на уровне 100°С, что обеспечивает достаточно высокую движущую силу теплопередачи. Дальнейший теплоподвод к десорбирующему метансодержащему газу осуществляется в электронагревателе с КПД 95% (в связи с минимальными потерями в окружающую среду через стенку электронагревателя). Тогда при необходимом теплоподводе 120-45=75 МДж фактический подвод тепла в электронагревателе составит 79 МДж за счет использования электроэнергии.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет сэкономить 60% энергозатрат на реализацию режима нагрева и регенерации адсорбента за счет использования электронагревателя, являющегося дешевым и простым устройством, обеспечивающим безинерционный переход от одного температурного режима нагревания газа на другой и не загрязняющим окружающую среду.