СПОСОБ ОСУШКИ И ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ
METHOD OF DRYING AND CLEANING NATURAL GASES

Изобретение относится к подготовке природного и попутного нефтяного газа к транспорту, а именно к осушке и очистке природных газов, и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтеперабатывающей и нефтехимической промышленности.
Известен способ осушки и очистки углеводородных газов от меркаптанов и сероводорода путем последовательного контактирования по ходу газа с комбинированным слоем адсорбентов, состоящим из силикагеля и синтетического цеолита. Контактирование углеводородного газа с силикагелем и цеолитом осуществляют при их массовом соотношении 1-10:1 соответственно. Регенерацию комбинированного слоя осуществляют при температуре очищенного углеводородного газа 180-220°С (Патент РФ №2213085, опубл. 27.09.2003).
6+
К недостаткам способа можно отнести низкую динамическую емкость комбинированного слоя адсорбентов по углеводородам C.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу очистки и осушки природных газов является способ, включающий последовательное контактирование природных газов с адсорбентом-осушителем на основе оксида алюминия, содержащим 3-25 мас.% оксидов металлов I-II группы, а именно Na, K, Pb, Cs Сu, Ag, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd и их смесей, и мелкопористым силикагелем (Заявка РФ №2007142831/15, опубл. 27.05.2009).
Недостатком этого способа является низкая динамическая емкость комбинированного слоя адсорбентов по воде.
6+
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно повышение эффективности способа за счет увеличения динамической емкости комбинированного слоя адсорбентов по углеводородам C и по воде.
6+
Технический результат изобретения достигается за счет того, что в способе осушки и очистки природных газов от углеводородов C путем контактирования природных газов с комбинированным слоем адсорбентов, состоящим из последовательно расположенных по ходу природного газа адсорбента-осушителя на основе оксида алюминия и мелкопористого силикагеля с последующей регенерацией очищенным газом мелкопористого силикагеля и адсорбента-осушителя, в качестве мелкопористого силикагеля используют модифицированный мелкопористый силикагель, содержащий в своем составе 0,01÷0,5 мас.% соединений углерода, при этом контактирование природных газов с адсорбентом-осушителем и мелкопористым силикагелем осуществляют при соотношении адсорбента-осушителя к мелкопористому силикагелю, равном 5÷20% об. от общей загрузки комбинированного слоя адсорбентов.
6+
6+
Использование модифицированного мелкопористого силикагеля, содержащего в своем составе 0,01÷0,5 мас.% соединений углерода, позволяет увеличить динамическую емкость по углеводородам C и по воде комбинированного слоя адсорбентов. Кроме того, предварительное контактирование природного газа с адсорбентом-осушителем, соотношение которого к модифицированному мелкопористому силикагелю равно 5÷20% об. от общей загрузки комбинированного слоя адсорбентов, позволяет защитить силикагель от капельной влаги и предотвратить его разрушение (гидравлическое сопротивление слоя остается постоянным в течение срока его службы), что, соответственно, увеличит срок службы силикагеля и его динамическую емкость по углеводородам С. Это приводит к снижению точки росы по влаге и улучшению качества подготовленного к транспорту газа.
Способ осушки и очистки природных газов осуществляют следующим образом.
6+
Природный газ подают в адсорбер, в который загружены комбинированный слой из адсорбента-осушителя на основе оксида алюминия и далее, по ходу газа, слой модифицированного мелкопористого силикагеля. На адсорбенте-осушителе происходят поглощение капельной влаги и осушка газа. На силикагеле происходит адсорбция углеводородов C и паров воды.
На пилотной адсорбционной установке исследовали адсорбционные свойства комбинированного слоя адсорбента, состоящего из адсорбента-осушителя на основе оксида алюминия и модифицированного мелкопористого силикагеля - РС-АССМ-М (ТУ 2161-023-21742510-2008. Адсорбент силикагелевый модифицированный РС-АССМ-М). Соотношение адсорбента-осушителя к силикагелю равно 20% об. от общей загрузки комбинированного слоя адсорбентов.
В реактор диаметром 0,05 м и высотой 3 м загружали 0,4 л адсорбента-осушителя и 1,6 л силикагеля. Реактор снабжен внешним обогревом. Кроме реактора, установка включала узел приготовления исходной газовой смеси и компримирования, узел отбора и анализа газовых проб. Исследования проводили в условиях, близких к работе промышленных адсорбционных установок: давление в адсорбере ~50 ат, температура адсорбции ~25°С, линейная скорость газа ~0,06 м/с.
Регенерацию комбинированного слоя адсорбентов проводили осушенным на цеолите сетевым природным газом в течение 1,1 ч при температуре 280°C. Весь цикл регенерации, включая нагрев и охлаждение, составлял около 5 часов.
Расход газа контролировали по ротаметру и замеряли газовым счетчиком. Влагосодержание газа (точку росы по влаге) на входе и выходе из адсорбера определяли влагомером «Panametrics System-280».
Концентрации в газе модельного углеводорода n-гептана измеряли с помощью портативного газового хроматографа «Varian СР-4900».
Динамическую адсорбционную емкость комбинированного слоя адсорбентов оценивали по проскоку n-гептана на выходе из реактора. Проскоком считали величину содержания n-гептана, равную 5 мас.% от первоначальной концентрации. Адсорбционные свойства силикагеля оценивали по величине динамической емкости комбинированного слоя адсорбентов и точке росы по влаге в течение 5 циклов (см. таблицу).
Все вышесказанное характеризуется примером 1.
Пример 2 приведен для комбинированного слоя, состоящего из 10% об. адсорбента-осушителя на основе оксида алюминия и 90% об. мелкопористого силикагеля.
Пример 3 приведен для комбинированного слоя, состоящего из 5% об. адсорбента-осушителя на основе оксида алюминия и 95% об. мелкопористого силикагеля.
Пример 4 приведен для обоснования соотношения адсорбента-осушителя к силикагелю.
Пример 5 приведен для комбинированного слоя, заявленного по прототипу.
Пример 6 приведен для комбинированного слоя, состоящего из 10% об. адсорбента-осушителя на основе оксида алюминия и 90% об. мелкопористого силикагеля КСМГ (ГОСТ 3956-76. Силикагель технический. Технические условия).
6+
Из представленных в таблице результатов видно, что динамическая емкость по n-гептану и по воде в предложенном способе осушки и очистки природного газа от углеводородов C на 10-25% превышает динамическую емкость по n-гептану и оптимальное соотношение для комбинированного слоя - 10% об. адсорбента-осушителя на основе оксида алюминия и 90% об. мелкопористого модифицированного силикагеля.
Применение данного способа в промышленности позволит снизить точку росы по влаге подготовленного к транспорту газа. Все это повышает эффективность заявляемого способа осушки и очистки природных газов.
Способ осушки и очистки природных газов
№ примера
Марка силикагеля
Соотношение адсорбента-осушителя к силикагелю, % об.
Содержание соединений углерода, мас.%
Динамическая емкость по n-гептану, мас.%
Динамическая емкость по воде, мас.%
Точка росы по влаге, °С
№ цикла
1
РС-АССМ-М
20
0,01
8,8
9,5
-65,0
2
2
-//-
10
0,05
8,7
9,5
-65,0
2
3
-//-
5
0,5
8,5
8,6
-64,8
2
4
-//-
25
0,05
7,6
9,5
-65,1
2
5
АССМ
10
-
7,3
7,9
-63,0
2
6
КСМГ
10
-
5,6
7,0
-61,0
2