СПОСОБ ОСУШКИ И ОЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА
NATURAL GAS DRYING AND TREATING PROCEDURE

6+
2
2
Изобретение относится к подготовке природного и попутного нефтяного газа к транспортировке его на дальние расстояния, а именно к осушке и очистке газа от углеводородов С, следов сернистых соединений (СOS, СНSН и НS).
Известен способ адсорбционной очистки природного газа от сернистых соединений и его осушки путем контактирования с цеолитом NaX с последующей регенерацией цеолита путем продувки осушенным и очищенным газом при температуре 330÷350°С. Последнее обусловлено особенностью десорбции молекул воды из пор цеолита [1] (Кельцев Н.В. «Основы адсорбционной техники». - М.: Химия, 1985, с.396.
6+
Недостатком известного способа является его высокая температура регенерации и невозможность очистить природный газ от углеводородов С.
Известен также способ осушки и очистки углеводородных газов от меркаптанов и сероводорода путем последовательного контактирования по ходу газа с комбинированным слоем адсорбентов, состоящим из силикагеля и цеолита. Регенерацию комбинированного слоя проводят очищенным газом при температуре 180÷220°С [2] (патент РФ №2213085, МПК 7 С07С 7/12, опубл. 27.09.2003, бюл. №27).
6+
3
Недостатком этого способа является низкая динамическая емкость комбинированного слоя по углеводородам С, низкая степень очистки газа от малых концентраций сернистых соединений (<36 мг/м) и невозможность очистки газа от COS.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу осушки и очистки природных газов является способ, включающий контактирование газов с адсорбентом с последующей регенерацией очищенным газом адсорбента противотоком [3] (патент RU 2213085, кл. С07С 7/12, 27.09.2003 г., всего 10 страниц, весь документ).
Недостатком известного способа является накопление на поверхности пор углеродных отложений и серы, в результате чего уменьшается динамическая емкость силикагеля по углеводородам.
6+
3
Согласно этому способу осушку и очистку газа от углеводородов Сосуществляют комбинированным слоем силикагеля, который служит защитным слоем от попадания капельной влаги на основной слой, и мелкопористого силикагеля, который является основным слоем. Адсорбция воды и углеводородов происходит на мелкопористом силикагеле. Регенерацию силикагелей осуществляют при температуре 280°С. При попадании на слой основного мелкопористого силикагеля следов меркаптанов и COS (до 40 мг/м) происходит их адсорбция, накапливание (концентрирование) и разложение при регенерации силикагеля. Это приводит к накоплению на поверхности пор углеродных отложений и серы и уменьшению динамической емкости силикагеля по углеводородам.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности способа за счет предотвращения углеродных отложений и серы на поверхности силикагеля основного слоя, увеличение срока службы силикагеля.
2
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в известном способе осушки и очистки природных газов от углеводородов и следов сернистых соединений, таких как меркаптаны, COS и HS, путем контактирования природных газов с адсорбентом с последующей регенерацией противотоком очищенным газом адсорбента согласно изобретению проводят последовательное контактирование природных газов с адсорбентом и мелкопористым силикагелем, в качестве адсорбента используют оксид алюминия, содержащий 3÷25 мас.% оксидов металлов I-II группы, а именно: Na, К, Pb, Cs, Сu, Ag, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd и их смесей, а регенерацию очищенным газом насыщенных силикагеля и адсорбента проводят при температуре 220-280°С.
Контактирование газа с адсорбентом и силикагелем осуществляют при соотношении объемов адсорбента и силикагеля (1÷15):3 или 1÷15/3 соответственно.
Технический результат от использования специального адсорбента состоит в том, что он очищает газ от соединений серы, и последние не попадают на основной слой силикагеля. Это приводит к увеличению срока службы силикагеля, стабилизации его динамической емкости по углеводородам.
Способ осушки и очистки природных газов осуществляют следующим образом.
2
6+
Природный газ подают в адсорбер, в который загружен комбинированный слой из специального адсорбента и далее, по ходу газа, слой силикагеля. На специальном адсорбенте происходит хемосорбция следов сернистых соединений (меркаптанов, COS и HS). В то же время этот адсорбент защищает силикагель от попадания капельной влаги. На силикагеле происходит адсорбция паров воды и углеводородов С. При n-адсорберной схеме n-2 адсорбера работают в стадии адсорбции, один в стадии регенерации, другой в стадии охлаждения.
6+
Осушенный и очищенный газ поступает на компримирование или линию товарного газа. Часть осушенного и очищенного газа используют в качестве газа регенерации и охлаждения адсорбентов. Регенерацию проводят потоком очищенного газа противотоком в последовательности силикагель - специальный адсорбент. Очищенный газ сначала используют на стадии охлаждения и далее направляют на стадию регенерации, нагревая его в теплообменнике, а затем в печи до температуры 220÷280°С. После печи газ подают в адсорбер, находящийся на регенерации. Газы регенерации, содержащие воду и углеводороды С, подают на агрегат воздушного охлаждения, далее в сепаратор, а после отделения жидкой фазы газы подают на вход в адсорбера вместе с сырьем - неочищенным газом.
Пример 1. На пилотной адсорбционной установке исследовали адсорбционные свойства комбинированного слоя адсорбента, состоящего из специального адсорбента и силикагеля. Соотношение объемов специального адсорбента и силикагеля 1÷15 соответственно. Специальный адсорбент состоял из активного оксида алюминия и содержал 8 мас.% СuО.
В реактор диаметром 50 мм и высотой 3000 мм загружали 4 литра силикагеля марки АССМ и 267 мл специального адсорбента. Реактор снабжен внешним обогревом. Кроме реактора, установка включала узел приготовления исходной газовой смеси, узел компримирования газа, узел отбора газовых проб и их анализа. Исследования проводили в условиях, близких к работе промышленных адсорбционных установок: давление в адсорбере ~5 МПа, температура адсорбции ~30°С, линейная скорость газа ~0,07 м/с, время контакта «газ-комбинированный слой» ~43 с. Состав газа представлен в таблице 1.
Расход газа контролировали газовым счетчиком. Влагосодержание газа (температуру точки росы по влаге) на входе и выходе из адсорбера определяли влагомером «Parametric-280».
Концентрации в газе модельного углеводорода н-гептана и изопропилмеркаптана измеряли хроматографически.
Динамическую адсорбционную емкость комбинированного слоя адсорбента и его свойства оценивали по проскоку н-гептана на выходе из реактора. Проскоком считали величину содержания н-гептана, равную 5% от первоначальной концентрации. Защитные свойства специального адсорбента оценивали по величине динамической емкости комбинированного слоя и слоя силикагеля, не защищенного специальным адсорбентом, в течение 5 циклов.
Состав газа и результаты проведенных исследований адсорбционных свойств комбинированного слоя адсорбента приведены в таблице 1.
Из представленных результатов видно, что сернистые соединения и их отложения на «не защищенном» силикагеле резко снижают адсорбционную динамическую емкость по н-гептану.
Применение данного способа в промышленности позволит увеличить срок службы силикагеля с 2-х до 3-4 лет. Все это повышает эффективность заявляемого способа осушки и очистки углеводородных газов.
Таблица 1.
№ примера
Состав специального адсорбента, % масс
Содержание Ме(I), Me(II)
Концентрация паров n-C<sub>7</sub>H<sub>16</sub>, г/нм<sup>3</sup>
Концентрация паров i-C<sub>3</sub>H<sub>7</sub>SH, мг/ нм<sup>3</sup>
Динамическая емкость по n-C<sub>7</sub>H<sub>16</sub>, мас.%
Суммарная динамическая емкость по n-C<sub>7</sub>H<sub>16</sub> и H<sub>2</sub>O, мас.%
№ цикла
1.
8
CuO
3,05
100
8,6
9,4
1
8
CuO
3,05
100
8,6
9,4
2
8
CuO
3,05
100
8,7
9,4
3
8
CuO
3,05
100
8,6
9,45
5
2.
25
CaO
3,47
88
8,7
9,45
5
25
CaO
3,47
88
8,7
9,42
1
3.
15
ZnO
3,25
100
8,6
9,38
1
15
ZnO
3,25
100
8,6
9,38
5
4.*
15
ZnO
3,25
100
9,0
9,5
1
15
ZnO
3,25
100
8,8
9,5
2
15
ZnO
3,25
100
8,2
9,3
1
15
ZnO
3,25
100
7,6
9,2
4
15
ZnO
3,25
100
7,2
9,2
5
5.
3
BaO
3,5
85
8,2
9,4
2
6.
25
CdO
3,5
85
8,25
9,2
2
7.
12
SrO
3,5
85
8,3
9,4
2
8.
8
MgO
3,5
85
8,6
9,4
2
9.
18
BeO
3,25
85
8,7
9,3
2
10.
3,5
Ag<sub>2</sub>O
3,25
85
8,8
9,3
2
11.
4,8
K<sub>2</sub>O
3,25
85
8,6
9,4
2
12.
10,2
Na<sub>2</sub>O
3,05
85
8,2
9,0
2
13.
3,8
Cs<sub>2</sub>O
3,25
85
8,2
9,2
2
14.
3,8
Na<sub>2</sub>O
4,2
100
8,9
9,5
2
6,2
BaO
15.
3,2
ZnO
3,5
100
8,9
9,6
2
4,8
MgO
16.
3,0
Pb<sub>2</sub>O
3,5
100
8,2
9,6
2
5,0
CuJ
* Эксперимент проводили на силикагеле без защитного слоя специального адсорбента