СПОСОБ ОСУШКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА ПУТЕМ СОВМЕСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ РАСТВОРИТЕЛЯ И ПРИРОДНОГО ГАЗА
NATURAL GAS DRYING BY SIMULTANEOUS COOLING OF SOLVENT AND NATURAL GAS

Изобретение относится к способу осушки промышленных газов, в частности природного газа. В большинстве случаев осушку газов осуществляют путем обеспечения контакта поглощающего воду растворителя и содержащего воду газа, обычно при температуре окружающей среды, при этом растворитель поглощает воду, содержащуюся в газе. Воду удаляют из растворителя выпариванием и таким образом регенерируют растворитель.
В US 3105748 описан способ удаления воды из газов, в частности из природного газа, причем содержащуюся в газе воду удаляют с помощью поглощающего растворителя, циркулирующего по замкнутому контуру и перемещаемого для регенерации в регенерационную колонну или устройство подобного типа, в которой растворитель нагревают так, что вода, содержащаяся в растворителе, полностью испаряется и в пленочных испарителях тонкие пленки регенерированного растворителя приводят в контакт с сухим газом так, что растворитель дополнительно сушат.
В DE 60002710 Т2 описан способ и устройство для извлечения природного газа, в котором осуществляют контакт природного газа с жидкостью, содержащей поглотитель воды, причем природный газ и жидкость контактируют в условиях турбулентного перемешивания, что приводит к поглощению воды поглотителем и отделению фазы природного газа с пониженным содержанием воды и жидкой фазы, содержащей поглотитель и поглощенную воду, причем перемешивание осуществляют в вихревом реакторе, состоящем из сосуда с впускным отверстием для газа, впускным отверстием для жидкости, выпускным отверстием, ведущим к трубке Вентури, и трубки, проходящей назад выше по потоку от выхода, причем трубка снабжена отверстиями и/или расположена на определенном расстоянии от периметра выпускного отверстия. Воплощение изобретения позволяет добавлять стадию перемешивания выше по потоку или ниже по потоку от стадии турбулентного перемешивания, которая также может быть стадией турбулентного перемешивания. В другом воплощении изобретения природный газ и жидкость в контактом реакторе смешивают с образованием гомогенной смеси, причем гомогенную смесь охлаждают, чтобы разделить на газообразную фазу и жидкую фазу. В описании не раскрыто воплощений, где температура газа на выходе из камеры охлаждения, расположенной ниже по потоку, ниже, чем температура газа из камеры охлаждения, расположенной выше по потоку.
В WO 2004/085037 A1 описана система осушки газа, позволяющая, например, осуществлять осушку природного газа в сочетании с добычей нефти и газа, включающая блок сушки для осушки газа с помощью жидкости, направляемой рециклом посредством одного или нескольких насосов для смешивания с газом и в блок регенерации, в котором регенерируют поглощающую жидкость, причем блок сушки включает одну или несколько стадий сушки и каждая отдельная стадия включает массообменный блок в виде статического смесителя или петлевого трубопровода, в котором газ смешивают с жидкостью и перемещают в направлении потока осушающей жидкости в газожидкостной сепаратор, в котором газ пропускают на следующую стадию или к выходу, тогда как осушающую жидкость пропускают на стадию регенерации и/или в массообменный блок для соответствующих стадий процесса. В воплощении этой системы обеспечивают камеру охлаждения, расположенную в рециркуляционном контуре так, что газ можно охладить косвенно с помощью охлажденной осушающей жидкости. В данном документе также не представлено воплощений, в которых температура газа на выходе из камеры охлаждения, расположенной ниже по потоку, ниже, чем температура камеры охлаждения, расположенной выше по потоку.
В DE 19830458 C1 описан способ осушки природных газов, полученных при добыче сырой нефти, в котором природные газы, содержащие воду и низкокипящие конденсируемые углеводороды как сопутствующие вещества сушат посредством внутренней циркуляции осушителя, причем конденсат отделяют в холодном сепараторе от осушителя, наряду со всеми сопутствующими веществами, сжиженными при рабочей температуре и рабочем давлении холодного сепаратора, и конденсат впоследствии подают в трехфазный сепаратор, в котором конденсат, выходящий из холодного сепаратора с температурой, равной температуре на выходе из этого сепаратора, подают в трехфазный сепаратор без промежуточного охлаждения и в нем осуществляют разделение осушителя с водой, газообразных углеводородов и конденсированных углеводородов и удаляют по меньшей мере большую часть воды, причем осушитель сначала подают в обезвоживающий регенератор для удаления воды отгонкой, а затем в нагретом состоянии в трехфазный сепаратор для нагревания сепаратора. В примере описано последовательное охлаждение смеси газ/жидкость так, что температура газа на выходе из камеры охлаждения, расположенной ниже по потоку, ниже, чем температура камеры охлаждения, расположенной выше по потоку. В описании не раскрыто воплощений с использованием аналогичных камер охлаждения, соединенных последовательно, где в каждую камеру охлаждения подают поток растворителя и ниже по потоку от каждой камерой охлаждения присоединен газожидкостной сепаратор.
В DE 1794353 описан способ удаления воды из природных газов под давлением, которые частично сжижены в низкотемпературной системе, в частности, когда должны быть предусмотрены пиковые нагрузки, и из которых кислые компоненты, здесь в частности диоксид кремния, удаляют промывкой при значительно пониженной температуре с помощью низкокипящих, органических, растворимых в воде растворителей, причем небольшое количество растворителя вводят в поток природного газа под давлением перед тем, как указанный газ охлаждают до температуры ниже температуры замерзания паров воды, содержащихся в природном газе, и после дальнейшего охлаждения потока природного газа, снова извлекают с полученной конденсированной водой. В описании не описаны камеры охлаждения, которые соединены последовательно для осушки газа.
В известных способах контакт между газом и растворителем обычно обеспечивают в абсорбционной колонне посредством соответствующих массообменных внутренних компонентов, таких как тарелки, неупорядоченные насадки и структурированные насадки. Так как очевидно, что в традиционных устройствах осушки абсорбционная колонна является наиболее дорогостоящей единицей оборудования, желательно снизить стоимость осушки в данной секции. Таким образом, целью изобретения является обеспечение способа и устройства, в которых можно осуществить поглощение воды по возможности более экономично.
Цели изобретения достигают проведением осушки путем совместного охлаждения газа и растворителя. Газ сушат посредством поглощения воды, содержащейся в газе, с использованием растворителя, подходящего для осушки газа в температурном диапазоне от 50°С до -20°С, причем совместное охлаждение растворителя и очищаемого газа осуществляют в соответствии с изобретением в нескольких камерах охлаждения, соединенных последовательно. Смесь газа и растворителя, выходящую из соответствующих камер охлаждения, разделяют в газожидкостном сепараторе ниже по потоку. С использованием камер охлаждения, снабжаемых растворителем и соединенных последовательно, возможно полностью исключить колонну, обычно используемую для осушки, что приводит к максимальной экономии затрат при поглощении воды из исходного газа. Поскольку очевидно, что в традиционных устройствах осушки абсорбционная колонна является наиболее дорогостоящей единицей оборудования, также достигают значительной экономии затрат для всего устройства осушки.
Осуществление способа осушки по меньшей мере в двух теплообменниках или камерах охлаждения обеспечивает возможность осушки соответствующего исходного газа до очень низкого содержания воды на выходе.
Низкий уровень температуры обеих сред вызывает улучшенное поглощение воды поглощающим растворителем тогда, как с другой стороны, точку росы газа снижают охлаждением до такой степени, при которой происходит очень интенсивное поглощение воды растворителем. Изобретение также относится к устройству для осуществления этого способа. Изобретение имеет особое преимущество, если газ находится при низкой температуре, или его необходимо охладить до более низких температур в любом случае, независимо от требования осушки.
Однако изобретение также может быть преимущественно использовано, если газ охлаждают только до температуры окружающей среды, как в случае традиционной осушки газа. С этой целью охлаждение, которое обычно осуществляют в одном устройстве, может быть осуществлено в двух, трех или нескольких устройствах, соединенных последовательно, при этом общий объем, требующийся для охлаждения, становится только незначительно больше, чем в случае единственного устройства.
Ниже по потоку от соответствующих камер охлаждения растворитель транспортируют от газожидкостных сепараторов в блок регенерации, в котором воду удаляют посредством нагревания и выпаривания. Регенерированный растворитель рециркулируют и подают в смесь газа и жидкости выше по потоку от камер охлаждения. Способ можно модифицировать таким образом, что предварительно обогащенный водой растворитель из по меньшей мере одного газожидкостного сепаратора подают в газ выше по потоку от камеры охлаждения, которая в направлении потока расположена выше по потоку от камеры охлаждения, из которой извлекают обогащенный водой растворитель. Очищенный и осушенный газ можно извлечь из газожидкостного сепаратора в направлении потока газа. Эффективность осушки может быть дополнительно увеличена путем изменения количества камер охлаждения или системы рециркуляции растворителя.
Более подробно, цели изобретения достигают с помощью способа удаления воды из природных и промышленных газов, в котором
- растворитель, освобожденный от воды в блоке регенерации растворителя, подают на осушку газа, и
- подаваемый газ направляют через две или более камеры охлаждения, соединенные последовательно, причем в каждую из камер охлаждения подают поток растворителя, который удаляет воду из газа, поступающего в соответствующую камеру охлаждения, и
- смешанный поток, состоящий из газа и растворителя, поступает в каждую из этих камер охлаждения, проходит через соответствующую камеру охлаждения и, после совместного охлаждения в соответствующей камере охлаждения, его разделяют с помощью соответствующего газожидкостного сепаратора на выходе из соответствующей камеры охлаждения на поток газа с пониженным содержанием воды и обогащенный водой поток растворителя, и
- содержание воды в газе постепенно снижают от первой в направлении потока камеры охлаждения к последней в направлении потока камере охлаждения, причем каждый поток растворителя, отделенный и обогащенный водой, либо используют в качестве питающего потока для камеры охлаждения выше по потоку, или возвращают непосредственно в блок регенерации растворителя, в котором обогащенный водой растворитель снова освобождают почти полностью от воды,
отличающийся тем, что
- растворитель ниже по потоку от по меньшей мере одной камеры охлаждения направляют из газожидкостных сепараторов в блок регенерации, рециркулируют и подают по меньшей мере выше по потоку от последней камеры охлаждения в смесь газа и растворителя так, что температура газа на выходе по меньшей мере одной камеры охлаждения, расположенной ниже по потоку, ниже, чем температура газа из камеры охлаждения, расположенной выше по потоку, и
- регенерированный поток растворителя после блока регенерации растворителя подают в поток газа последней в направлении потока камеры охлаждения из камер охлаждения, соединенных последовательно, выше по потоку от входа этой камеры охлаждения, и соответствующий поток растворителя, отделенный с помощью газожидкостного сепаратора соответствующей камеры охлаждения ниже по потоку, подают во все другие камеры охлаждения, установленные выше по потоку, и обогащенный водой растворитель, полученный из первого в направлении потока газожидкостного сепаратора возвращают в блок регенерации растворителя для удаления воды.
Таким образом возможно усилить эффект осушки от камеры охлаждения к камере охлаждения, поскольку температура последовательно снижается от одной стадии охлаждения к следующей. В данной конфигурации способа воду можно поглощать с помощью растворителя очень тщательно, что позволяет проводить поглощение воды более экономично.
Способ по изобретению можно, например, дополнительно модифицировать таким образом, что часть потока регенерированного растворителя из блока регенерации растворителя подают в соответствующие потоки газа первой и последней в направлении потока камер охлаждения из камер охлаждения, соединенных последовательно, выше по потоку от входа в эти камеры охлаждения, и соответствующий поток растворителя, отделенный с помощью газожидкостного сепаратора соответствующей камеры ниже по потоку, подают во все другие промежуточные камеры охлаждения, и обогащенный водой поток растворителя, отделенный с помощью первого и второго в направлении потока газожидкостных сепараторов возвращают в блок регенерации растворителя для удаления воды.
В воплощении способа сепаратор, требующийся для соответствующего разделения газа и жидкости, выполнен как единое целое с соответствующей камерой охлаждения. Используемый сепаратор может быть любого типа. В предпочтительном воплощении используемый сепаратор представляет собой пластинчатый сепаратор.
В принципе, распределение и возврат отдельных потоков растворителя из газожидкостных сепараторов в блок регенерации растворителя могут быть обеспечены в любой конфигурации. В принципе, подача нового растворителя из блока регенерации растворителя или последнего газожидкостного сепаратора также может быть обеспечена в любой конфигурации. Блок регенерации растворителя представляет собой, например, регенерационную колонну.
В преимущественном воплощении поток растворителя из последнего газожидкостного сепаратора разделяют, причем отдельные части потока направляют по меньшей мере в два содержащих газ потока растворителя ко входу каждой камеры охлаждения. В еще одном воплощении поток регенерированного растворителя из блока регенерации растворителя также может быть разделен и направлен по меньшей мере в один содержащий газ поток растворителя ко входу каждой камеры охлаждения.
В качестве растворителя можно использовать физические растворители этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль или тетраэтиленгликоль, или смесь этих веществ. Также в качестве физического растворителя можно использовать N-метилморфолин или N-ацетилморфолин, или смесь этих веществ. Кроме того, в качестве физического растворителя можно использовать метанол или алкилированные полиэтиленгликоли или смесь данных веществ.
Способ изобретения обладает преимуществом в том, что поглощение воды из осушаемого природного газа, можно осуществлять без дорогостоящей абсорбционной колонны. Температуру конденсации воды в обрабатываемом газе в значительной степени можно снизить с помощью подходящего соединения отдельных блоков установки. В изобретении также обеспечено устройство для осуществления данного способа.
Далее воплощения способа по изобретению для очистки потока углеводородов, содержащих кислый газ, описаны более подробно на основании двух чертежей, причем способ изобретения не ограничен этими воплощениями.
На Фиг.1 поток (1) газа для обработки смешивают с потоком (12) содержащего воду растворителя из насоса, который извлекают из газожидкостного сепаратора (23) и направляют через первую камеру (20) охлаждения, получая поток (2) газа, содержащего растворитель. Данный поток подают в первый газожидкостной сепаратор (21), получая содержащий воду поток (14) растворителя и предварительно осушенный поток (3) газа. Предварительно осушенный поток (3) газа смешивают с потоком (8) растворителя, не содержащего воду, и направляют во вторую камеру (22) охлаждения, получая содержащий растворитель поток (4) газа. Растворитель поглощает большую часть остаточной воды из газа. Отделение осушенного газа (7) от содержащего воду потока (11) растворителя осуществляют во втором газожидкостном сепараторе (23). С помощью насоса (27) содержащий воду поток (11) растворителя из второго газожидкостного сепаратора (23) подают рециклом выше по потоку от первой камеры (20) охлаждения. Содержащий воду поток (14) растворителя из первого газожидкостного сепаратора (21) возвращают в блок (26) регенерации растворителя. Воду, поглощенную растворителем, отделяют от растворителя в блоке (26) регенерации растворителя и выпускают из блока в виде отработанного пара или потока (15) сточных вод. Тогда поток растворителя (8), почти полностью освобожденный от воды, снова пригоден для использования в осушке газа.
На Фиг.2 поток газа (1) для обработки смешивают с растворителем (9), почти полностью освобожденным от воды. Смесь газа и жидкости проходит через первую камеру (20) охлаждения, при этом получают содержащий растворитель поток (2) газа. Поток (14) содержащего воду  растворителя отделяют от предварительно осушенного потока (3) газа в первом газожидкостном сепараторе (21). Предварительно осушенный поток (3) газа смешивают с содержащим воду потоком (12) растворителя. Полученную таким образом смесь газа и жидкости совместно охлаждают во второй камере (22) охлаждения, получая содержащий растворитель поток (4) газа. Отделение предварительного осушенного газа (5) от содержащего воду потока (13) растворителя осуществляют в газожидкостном сепараторе (23). Второй регенерированный поток (10) растворителя подают в предварительно осушенный поток (5) газа, выходящий из второго газожидкостного сепаратора (23). Затем смесь газа и жидкости проходит через третью камеру (24) охлаждения, также с образованием на выходе содержащего растворитель потока (6) газа. Растворитель поглощает большую часть остаточной воды из газа. Отделение осушенного газа (7) от содержащего воду потока (11) растворителя осуществляют в газожидкостном сепараторе (25). С помощью насоса (27) содержащий воду поток (12) растворителя подают рециклом выше по потоку от второй камеры (22) охлаждения для дальнейшей осушки предварительного осушенного газа (3).
Содержащий воду поток (14) растворителя из первого газожидкостного сепаратора (21) и содержащий воду поток (13) растворителя из второго газожидкостного сепаратора (23) возвращают в блок (26) регенерации растворителя. Воду, поглощенную растворителем, отделяют от растворителя в блоке (26) регенерации растворителя и выпускают из блока в виде отработанного пара или потока (15) сточных вод. Тогда поток растворителя (8), почти полностью освобожденный от воды, снова пригоден для использования в осушке газа.
Модификация способа согласно Фиг.2 состоит в том, что содержащий воду поток (13) растворителя, выходящий из второго газожидкостного сепаратора (23), не возвращают в блок регенерации растворителя, а направляют вместе с первой частью потока (9) регенерированного растворителя выше по потоку от первой камеры (20) охлаждения.
Перечень обозначений
1. Поток газа для обработки
2. Содержащий растворитель поток газа
3. Предварительно осушенный газ
4. Содержащий растворитель поток газа
5. Предварительно осушенный газ
6. Содержащий растворитель поток газа
7. Осушенный газ
8. Поток растворителя, почти полностью освобожденный от воды
9. Первая часть потока регенерированного растворителя, почти полностью освобожденного от воды
10. Вторая часть потока регенерированного растворителя
11. Содержащий воду поток растворителя
12. Содержащий воду поток растворителя из насоса
13. Содержащий воду поток растворителя
14. Содержащий воду поток растворителя
15. Отходящий пар/сточные воды
20. Первая камера охлаждения
21. Первый газожидкостной сепаратор
22. Вторая камера охлаждения
23. Второй газожидкостной сепаратор
24. Третья камера охлаждения
25. Третий газожидкостной сепаратор
26. Блок регенерации растворителя
27. Насос