УСТАНОВКА РЕГЕНЕРАЦИИ АБСОРБЕНТА С ТЕРМИЧЕСКОЙ УТИЛИЗАЦИЕЙ ГОРЮЧИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области технологии подготовки газа к транспорту, в частности к установкам регенерации абсорбента и может быть использована в газовой, нефтяной и газоперерабатывающей промышленности для комплектации установок абсорбционной осушки природного или попутного газа от водяных паров.
Известно устройство для регенерации абсорбента (см. патент на изобретение СССР №1600071, МПК В01D 53/18, опубл. 15.01.1994 г.), содержащее вертикальный корпус, включающий ректификационную колонну и испаритель, состоящий из вертикальных нагревательных труб, закрепленных в трубных решетках; рекуперативный теплообменник; камеру сгорания топливного газа, сообщенную с испарителем, камеру сбора продуктов сгорания топливного газа, сообщенную с дымовой трубой, соединенной с корпусом испарителя. Испаритель снабжен кожухом колоколообразного вида, установленным коаксиально вертикальному корпусу над нижней трубной решеткой испарителя с зазором к ней и паровым патрубком, установленным в верхней части кожуха, коаксиально расположенными внутри кожуха цилиндрическими обечайками, установленными над нижней трубной решеткой испарителя, при этом на наружной обечайке, ниже ее верхней кромки, установлена верхняя трубная решетка испарителя, а внутренняя обечайка снабжена трубными решетками с закрепленными в них перфорированными трубами, расположенными снаружи нагревательных труб, перфорированные трубы, размещенные внутри нагревательных труб, сообщены с выходом из рекуперативного теплообменника, трубами, укрепленными в нижних трубных решетках испарителя и внутренней обечайки, один из которых сообщают межтрубное пространство внутренней обечайки с камерой сгорания топливного газа, а другие - камеру сбора продуктов сгорания топливного газа с дымовой трубой.
Основным недостатком известной установки является непродолжительный срок ее непрерывной работы, обусловленный отложениями смол и солей на развитой теплопередающей поверхности труб огневого испарителя. Кроме того, недостатками известной установки также являются ее недостаточные энергоэффективность и экологическая безопасность, обусловленные:
- отводом за пределы установки с верха ректификационной колонны верхнего продукта колонны, состоящего из водяных паров, паров легкокипящих фракций углеводородного конденсата (газа выветривания) и большей части газа дегазации абсорбента;
- отсутствием на известной установке технических средств и решений по технологическому использованию и обезвреживанию верхнего продукта ректификационной колонны, особенно актуальных в случае регенерации абсорбента, поступающего с установки осушки и сероочистки природного газа, содержащего сероводород в составе газа дегазации абсорбента.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является установка регенерации гликолей с эжектированием паров воды из испарительной камеры (см., например, книгу Бекиров Т.М. Промысловая и заводская обработка природных и нефтяных газов. - М.: Недра, 1980, с.97, 98, рис.V.1). Установка содержит включенные последовательно (по ходу потока регенерируемого абсорбента) выветриватель (дегазатор-разделитель) насыщенного (водой) абсорбента; блок огневой регенерации абсорбента, включающий огневой испаритель с жаровой трубой и (установленную на его корпусе) ректификационную колонну; вакуумный разделитель (испарительную камеру) регенерированного абсорбента; воздушный охладитель-конденсатор водяных паров; эжектор; рекуперативный теплообменник-нагреватель насыщенного абсорбента, размещенный в емкости регенерированного абсорбента. Верхняя часть ректификационной колонны выполнена в виде оребренного воздушного конденсатора верхнего продукта, обеспечивающего его частичную конденсацию для создания потока орошения колонны. Причем несконденсированные пары и газы отводятся с верха ректификационной колонны, на установке не используются и не обезвреживаются. Термическая утилизация одного из горючих отходов установки - газа дегазации насыщенного абсорбента, выходящего из дегазатора-разделителя, осуществляется его подачей в камеру сгорания горелки, установленной в жаровой трубе огневого испарителя. Эжектор обеспечивает поддержание вакуума в испарительной камере регенерированного абсорбента и удаление из него водяных паров. В качестве активного потока в эжекторе используется насыщенный абсорбент, выходящий из рекуперативного теплообменника. Смешанный поток на выходе из эжектора, подаваемый в качестве питания на колонну блока регенерации абсорбента, включает насыщенный абсорбент и конденсационную воду, сконденсированную в воздушном охладителе.
Недостатком известной установки является невысокий срок ее непрерывной работы, обусловленный необходимостью ее остановки для периодической очистки оборудования установки от отложений механических примесей и удаления слоя газового конденсата с «зеркала испарения» - верхнего уровня жидкой фазы в огневом испарителе вследствие следующих причин:
- отсутствия фильтра на входе потока насыщенного абсорбента на установку и, вследствие этого загрязнения механическими примесями массообменных устройств ректификационной колонны, жаровой трубы, корпуса огневого испарителя, емкости регенерированного абсорбента и теплообменной поверхности рекуперативного теплообменника подогрева насыщенного абсорбента;
- отсутствия предварительного подогрева потока насыщенного абсорбента на входе в дегазатор-разделитель установки, что не позволяет предварительно отделить газовый конденсат от насыщенного абсорбента до поступления его в колонну и в огневой испаритель;
- неукомплектованности дегазатора-разделителя патрубком (техническими средствами) отвода из него отсепарированного газового конденсата, что приводит к постепенному накоплению высокомолекулярных углеводородов в потоке регенерированного абсорбента и в корпусе огневого испарителя.
Кроме того, недостатками известной установки являются также ее низкая энергоэффективность и недостаточная экологическая безопасность, обусловленные:
- использованием в эжекторе лишь незначительной части энергии начального давления потока насыщенного абсорбента, выходящего из рекуперативного теплообменника, для обеспечения смешения насыщенного абсорбента с конденсационной водой, выходящей из воздушного охладителя-конденсатора водяных паров (подключенного к испарительной камере) регенерированного абсорбента, а также для обеспечения подачи смеси в качестве питания ректификационной колонны;
- отводом за пределы установки с верха ректификационной колонны верхнего продукта колонны, состоящего из водяных паров, паров легкокипящих фракций углеводородного конденсата (газа выветривания) и большей части газа дегазации абсорбента;
- отсутствием на известной установке технических средств и решений по технологическому использованию и обезвреживанию верхнего продукта ректификационной колонны, особенно актуальных в случае регенерации абсорбента, поступающего с установки осушки и сероочистки природного газа, содержащего сероводород в составе газа дегазации абсорбента.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение энергоэффективности и экологической безопасности установки регенерации абсорбента и увеличение срока ее непрерывной работы.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является снижение удельного потребления топлива на регенерацию абсорбента, снижение токсичности уходящих дымовых газов, а также увеличение срока межремонтной эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что в установку регенерации абсорбента с термической утилизацией горючих отходов, содержащую дегазатор-разделитель насыщенного абсорбента; блок регенерации абсорбента, включающий огневой испаритель с жаровой трубой и установленную на его корпусе ректификационную колонну; рекуперативный теплообменник-нагреватель насыщенного абсорбента; емкость регенерированного абсорбента; конденсатор верхнего продукта колонны с воздушным охлаждением; эжектор, согласно полезной модели, дополнительно входят детандер-генератор, фильтр абсорбента, электронагреватель, рекуперативный теплообменник-нагреватель дегазированного абсорбента, нейтрализатор промстоков огневой с дымовой трубой, дымовой шибер, емкость приготовления реагента, устройство промывки дымовых газов, при этом вход "дегазатора-разделителя насыщенного абсорбента подключен к выходу детандера-генератора, вход которого соединен с выходом рекуперативного теплообменника-нагревателя насыщенного абсорбента, на входе которого подключен фильтр абсорбента, причем на входе перед фильтром абсорбента размещен электронагреватель, электроцепь которого соединена с электроцепью детандера-генератора, емкость регенерированного абсорбента и дегазатор-разделитель снабжены устройствами отвода газового конденсата, а отвод дегазированного абсорбента из дегазатора-разделителя подключен к входу рекуперативного теплообменника-нагревателя дегазированного абсорбента, выход которого подключен к входу питания на ректификационную колонну, выход газа дегазации из дегазатора-разделителя подключен к входу активного потока эжектора, вход пассивного потока эжектора подключен к выходу верхнего продукта из ректификационной колонны, выход смешанного потока из эжектора подключен к входу топливного газа на горелки нейтрализатора промстоков огневого, выход дымовых газов из которого подключен к входу жаровой трубы огневого испарителя и к дымовой трубе нейтрализатора, оснащенной дымовым шибером, причем выход раствора реагента из емкости приготовления реагента подключен к устройству промывки дымовых газов нейтрализатора.
Повышение энергоэффективности установки обеспечивается за счет полезного использования перепада давления потока насыщенного абсорбента на его технологический нагрев, при этом повышается технологическая эффективность дегазатора-разделителя и улучшается разделение насыщенного абсорбента и газового конденсата, что интенсифицирует их дегазацию.
Экологическая безопасность предлагаемой установки регенерации повышается за счет термического обезвреживания на нейтрализаторе промстоков отсепарированной воды с установки осушки и воды промывки оборудования (исключаются загрязнения литосферы при подземном захоронении промстоков).
Увеличение срока непрерывной работы (безостановочной работы) предлагаемой установки регенерации абсорбента обеспечивает предварительное отделение газового конденсата до подачи на блок регенерации абсорбента.
Установка регенерации абсорбента с термической утилизацией горючих отходов иллюстрируется чертежом, на котором представлена схема предлагаемой установки регенерации абсорбента. Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - дегазатор-разделитель насыщенного абсорбента; 2 - блок регенерации абсорбента; 3 - огневой жаротрубный испаритель; 4 - жаровая труба огневого испарителя; 5 - ректификационная колонна; 6 - рекуперативный теплообменник-нагреватель насыщенного абсорбента; 7 - емкость регенерированного абсорбента; 8 - конденсатор верхнего продукта колонны с воздушным охлаждением; 9 - эжектор; 10 - детандер-генератор; 11 - фильтр абсорбента; 12 - электронагреватель; 13 и 14 - устройства отвода газового конденсата; 15 - рекуперативный теплообменник-нагреватель дегазированного абсорбента; 16 - нейтрализатор промстоков огневой; 17 - дымовая труба нейтрализатора промстоков; 18 - шибер дымовых газов; 19 - емкость приготовления реагента; 20 - устройство промывки дымовых газов. На чертеже также обозначены следующие технологические потоки: АД - абсорбент дегазированный; АН - абсорбент насыщенный; АР - абсорбент регенерированный; AC - абсорбент свежий; ВП - верхний продукт колонны; ВТ - вода техническая; ГД - газ дегазации; ГТ - газ топливный; Д - дренаж (вода промывки оборудования, отсепарированная вода с установки осушки); ДГ - дымовые газы; КГ - конденсат газовый; РК - реагент концентрированный; РО - реагент отработанный.
Установка содержит дегазатор-разделитель 1 насыщенного абсорбента, блок 2 регенерации абсорбента, включающий огневой испаритель 3 с жаровой трубой 4, на корпусе которого размещена ректификационная колонна 5, рекуперативный теплообменник-нагреватель 6 насыщенного абсорбента, емкость 7 регенерированного абсорбента, конденсатор 8 верхнего продукта колонны с воздушным охлаждением, эжектор 9. Установка содержит также детандер-генератор 10, к выходу которого подключен вход дегазатора-разделителя 1 насыщенного абсорбента. Вход детандера-генератора 10 соединен с выходом рекуперативного теплообменника-нагревателя 6 насыщенного абсорбента, на входе которого подключен фильтр 11 абсорбента. На входе перед фильтром 11 абсорбента размещен электронагреватель 12, электроцепь которого подключена к электроцепи детандера-генератора 10. Емкость 7 регенерированного абсорбента и дегазатор-разделитель 1 снабжены устройствами отвода газового конденсата, соответственно 13 и 14. Отвод дегазированного абсорбента из дегазатора-разделителя 1 подключен к входу рекуперативного теплообменника-нагревателя 15 дегазированного абсорбента, выход которого подключен к входу питания на ректификационную колонну 5. Выход газа дегазации из дегазатора-разделителя 1 подключен к входу активного потока эжектора 9, вход пассивного потока эжектора 9 подключен к выходу верхнего продукта из ректификационной колонны 5, выход смешанного потока из эжектора 9 подключен к входу топливного газа на горелки огневого нейтрализатора 16 промстоков. Выход дымовых газов из нейтрализатора 16 промстоков подключен к входу жаровой трубы 4 огневого испарителя 3 и к дымовой трубе 17 нейтрализатора 16, оснащенной дымовым шибером 18. Для приготовления раствора реагента для промывки дымовых газов нейтрализатора 16 (для обезвреживания их от продуктов сжигания сернистых соединений) установка содержит емкость 19 приготовления реагента. Раствор реагента из емкости 19 подается на устройство промывки дымовых газов 20, размещенное на дымовой трубе 17 нейтрализатора 16.
Установка регенерации абсорбента с термической утилизацией горючих отходов работает следующим образом.
При работе установки регенерации абсорбента с термической утилизацией горючих отходов насыщенный абсорбент (поток АН на схеме) поступает на вход фильтра 11 абсорбента, на котором производится очистка абсорбента от механических примесей. Для улучшения очистки на фильтре 11, с целью уменьшения вязкости насыщенного абсорбента и исключения образования гидратов на входе в фильтр 11 производится предварительный нагрев абсорбента с помощью электронагревателя 12.
Отфильтрованный поток насыщенного абсорбента АН поступает затем на вход рекуперативного теплообменника-нагревателя 5 насыщенного абсорбента. Подогретый (теплотой потока регенерированного абсорбента АР, выходящего из огневого испарителя 3) в теплообменнике 6 поток насыщенного абсорбента АН подается на вход детандера-генератора 10, в котором производится снижение давления (детандирование) насыщенного абсорбента АН от рабочего давления на входе до рабочего давления в дегазаторе-разделителе 1 установки регенерации абсорбента. При этом энергия перепада давления преобразуется в детандере-генераторе 10 в электрическую энергию, подаваемую на электронагреватель 12. Полезное использования перепада давления потока насыщенного абсорбента АН на его технологический нагрев повышает энергоэффективность установки и обеспечивает повышение технологической эффективности дегазатора-разделителя 1, улучшение разделения насыщенного абсорбента АН и газового конденсата, (поток КГ на схеме) и интенсификацию дегазации указанных технологических потоков.
Подогретый насыщенный абсорбент АН, имеющий на выходе из детандера-генератора 10 термобарические параметры, заданные технологическим регламентом, поступает в дегазатор-разделитель 1, который оснащен устройством 14 отвода газового конденсата КГ. После завершения процесса дегазации насыщенного абсорбента АН и отделения газового конденсата КГ из дегазатора-разделителя 1 раздельно выводятся потоки дегазированного абсорбента АД, газового конденсата КГ и газа дегазации (поток ГД на схеме). Дегазированный абсорбент АД подается на вход рекуперативного теплообменника-нагревателя дегазированного абсорбента 15 и, после подогрева в нем (теплотой потока регенерированного абсорбента АР, выходящего из огневого испарителя 3) подается в качестве питания ректификационной колонны 5.
Газовый конденсат КГ из дегазатора-разделителя 1 проходит через устройство 14 отвода газового конденсата и поступает на установку подготовки конденсата к транспорту (на схеме не показана). Предварительное (до подачи на блок 2 регенерации абсорбента) отделение газового конденсата КГ позволяет обеспечить практически безостановочную работу предлагаемой установки регенерации абсорбента.
Этой же цели служит размещение на емкости 7 регенерированного абсорбента устройства 13 отвода газового конденсата КГ, обеспечивающего непрерывный вывод по отдельной линии из емкости 7 отделенного в ней газового конденсата КГ.
Газ дегазации ГД из дегазатора-разделителя 1 подается на вход активного потока эжектора 9. На вход пассивного потока эжектора 9 подается выходящий из конденсатора 8 с воздушным охлаждением (обеспечивающего создание потока орошения и поддержание заданной температуры верха колонны 5) поток ВП, верхнего продукта колонны, включающий несконденсированные в нем горючие газы дегазации абсорбента, водяные пары и инертные газы. Смешанный поток газов (поток топливного газа ГТ на схеме) из эжектора 9 подается на вход топливного газа на горелки нейтрализатора 16 промстоков огневого. Тем самым обеспечивается термическое обезвреживание верхнего продукта ВП ректификационной колонны 5 и обеспечивается повышение экологической безопасности предлагаемой установки регенерации абсорбента.
Поток дымовых газов (поток ДГ на схеме) из нейтрализатора 16 промстоков подается на вход жаровой трубы 4 огневого испарителя 3, обеспечивая рекуперацию теплоты дымовых газов ДГ и использование теплоты термического обезвреживания газа дегазации ГД и верхнего продукта колонны ВП для достижения основной технологической цели - поддержания требуемой температуры в кубе колонны 5 и создания в ней восходящего потока паров. Регулирование теплопроизводительности огневого испарителя 3 осуществляется шибером 18 дымовых газов, путем изменения расхода дымовых газов ДГ, подаваемых на жаровую трубу 4.
Регенерированный абсорбент (поток АР на схеме) из огневого испарителя 3 подается на охлаждение в рекуперативные теплообменники 6 и 15, обеспечивая нагрев целевых потоков насыщенного и дегазированного абсорбента (АН и АД). Затем охлажденный регенерированный абсорбент АР поступает в емкость 7, в которой за счет разности плотностей газового конденсата КГ и абсорбента АР происходит их гравитационное разделение (отстаивание). Целевой продукт установки, регенерированный абсорбент АР, не содержащий газовый конденсат КГ, отводится с установки регенерации и подается на установку абсорбционной осушки газа.
Повышение экологической безопасности предлагаемой установки регенерации (исключения загрязнения литосферы при подземном захоронении промстоков) обеспечивается за счет термического обезвреживания на нейтрализаторе 16 промстоков отсепарированной воды с установки осушки и воды промывки оборудования (поток Д на схеме). При регенерации на предлагаемой установке абсорбента, содержащего соединения серы (например, сероводород) повышение ее экологической безопасности обеспечивается путем подачи из емкости 19 приготовления реагента раствора (поток РК+ВТ на схеме), включающего концентрированный реагент РК в смеси с технической водой ВТ, на вход устройства 20 для промывки (очистки от оксидов серы) дымовых газов ДГ, размещенного на дымовой трубе 17 нейтрализатора 16. Отработанный реагент (поток РО на схеме) подается на сушку (термическое обезвреживание) на нейтрализатор 16 промстоков, сухой термически обезвреженный остаток из которого, неопасный для литосферы, может быть, в зависимости от состава остатка, захоронен на полигоне твердых промотходов или использован для целей производства строительных изделий.
Предложенная установка регенерации абсорбента с термической утилизацией горючих отходов обеспечивает повышение энергоэффективности и экологической безопасности установки регенерации абсорбента и увеличение срока ее непрерывной работы.