УСТАНОВКА ОЧИСТКИ ГЕЛИЕВОГО КОНЦЕНТРАТА ОТ ПРИМЕСЕЙ

Полезная модель относится к установкам очистки гелиевого концентрата от примесей (водорода, метана, диоксида углерода, воды, азота и неона) и может быть использована на газоперерабатывающих предприятиях.
Известна установка для очистки гелийсодержащих смесей от примесей, содержащая витой противоточный теплообменник, размещенный на наружной обечайке сосуда Дьюара, внутренняя полость которого является ванной жидкого азота, в которой расположен конденсатор, навитый на обечайку адсорбера, в нижней части которого расположен сборник конденсата с сепаратором. Адсорбер подвешен на тяге, прикрепленной к крышке, установленной на фланце, на которой закреплен дроссельный вентиль и через которую проходят трубопроводы. Снаружи теплообменник закрыт теплоизоляцией с кожухом [патент РФ №2009412, МПК 5 F25J 1/02, опубл. 15.03.1994].
Недостатком этой установки является большое количество примеси, остающейся в газовой фазе после отделения жидкой фракции, что при дальнейшей очистке требует адсорберов значительных размеров, и кроме того, этот способ нельзя использовать для очистки от низкокипящих примесей (водорода).
Наиболее близкой к заявляемой по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является установка очистки гелиевого концентрата от примесей, применяемая в настоящее время на Гелиевом заводе ООО «Газпром добыча Оренбург» [В.В.Николаев и др. Основные процессы физической и физико-химической переработки газа., Москва, «Недра», 1998, с.167-173]. Установка содержит блок предварительного подогрева гелиевого концентрата, включающий последовательно установленные рекуперативный теплообменник, подогреватель и буферную емкость, блок очистки гелиевого концентрата от водорода и метана, включающий узел подготовки кислородсодержащей смеси (воздуха) с линией подачи ее в гелиевый концентрат после буферной емкости, подогреватель, каталитический реактор, фильтр, воздушный и водяной холодильники и влагоотделитель, блок компремирования и комплексной очистки гелиевого концентрата, включающий адсорбер предварительной осушки гелиевого концентрата, компрессор, масловлагоотделитель, фильтр, адсорбер доочистки и доосушки гелиевого концентрата, блок очистки гелиевого концентрата от азота и неона, включающий конденсаторы, отделитель жидкого азота, адсорберы соответственно для очистки от азота и неона, фильтры.
Поток гелиевого концентрата среднего давления поступает на установку в блок предварительного его подогрева вначале в рекуперативный теплообменник, затем в подогреватель. Подогретый поток гелиевого концентрата среднего давления поступает в буферную емкость, из которой он подается в блок очистки от водорода и метана для окисления их кислородом воздуха. Сначала поток гелиевого концентрата среднего давления поступает в смеситель (участок трубопровода), в котором происходит смешение с воздухом, поступающим по линии, соединенной с узлом подготовки кислородсодержащей смеси. Далее полученная смесь нагревается в подогревателе и подается в каталитический реактор. В реакторе осуществляется непрерывный процесс каталитического окисления водорода и метана кислородом воздуха на алюмоплатиновом катализаторе. Очищенный от водорода и метана гелиевый концентрат среднего давления, пройдя фильтр очистки от пыли, направляется на охлаждение сначала в воздушный, затем в водяной холодильники. Охлажденный поток гелиевого концентрата среднего давления подается во влагоотделитель, в котором происходит отделение капельной жидкости за счет изменения скорости потока. После влагоотделителя гелиевый концентрат подается в осушитель. В нем обеспечивается понижение точки росы потока по влаге и одновременно очистка от двуокиси углерода путем адсорбции на цеолитах. Осушенный гелиевый концентрат среднего давления поступает на всас компрессора для дополнительного сжатия и подается в масловлагоотделитель, служащий для улавливания масла. Гелиевый концентрат высокого давления поступает в фильтр, обеспечивающий тонкую его очистку от масла путем адсорбции на силикагеле. Далее поток гелиевого концентрата высокого давления направляется в осушитель, где осуществляется его доочистка и доосушка на цеолитах. Очищенный и осушенный гелиевый концентрат подается в трубное пространство рекуперативного теплообменника блока предварительного подогрева для охлаждения и направляется в блок на дальнейшую тонкую очистку от азота и неона. После теплообменника гелий высокого давления, проходя последовательно установленные конденсаторы и отделитель жидкого азота, охлаждается и из него конденсируется жидкий азот за счет использования холода жидкого азота холодильного цикла, кипящего в рубашках конденсаторов. Далее гелий высокого давления направляется последовательно в адсорберы очистки соответственно от азота и неона. На входе и выходе адсорберов поток гелия высокого давления проходит фильтры. Очищенный гелиевый концентрат, предварительно нагретый в подогревателе, выводится с установки в виде товарной продукции.
Недостатком известной установки является то, что вследствие наличия линии подачи в гелиевый концентрат воздуха из узла его подготовки происходит не только окисление водорода и метана кислородом воздуха на катализаторе, но и увеличение в гелиевом концентрате содержания азота, поступающего на установку вместе с воздухом. Это приводит в дальнейшем к повышенному расходу жидкого азота, используемого в качестве хладагента, кипящего в рубашках конденсаторов, для охлаждения и конденсации содержащегося в гелиевом концентрате азота, что увеличивает эксплуатационные расходы установки.
Задачей заявляемой полезной модели является снижение эксплуатационных затрат установки за счет исключения подачи воздуха в качестве кислородсодержащей смеси для очистки гелиевого концентрата от водорода и метана.
Поставленная задача решается установкой очистки гелиевого концентрата от примесей, содержащей последовательно соединенные блок предварительного подогрева гелиевого концентрата, включающий рекуперативный теплообменник, подогреватель и буферную емкость, блок очистки гелиевого концентрата от водорода и метана, включающий узел подготовки кислородсодержащей смеси с линией подачи ее в гелиевый концентрат после буферной емкости, рекуперативный теплообменник, подогреватель, каталитический реактор, фильтр, воздушный и водяной холодильники, влагоотделитель, блок компремирования и осушки гелиевого концентрата с линией отвода осушенного гелиевого концентрата, включающий компрессор, масловлагоотделитель, фильтр и осушители, блок очистки гелиевого концентрата от азота и неона, включающий конденсаторы, отделитель жидкого азота, адсорберы соответственно для очистки от азота и неона, фильтры, в которой линия отвода осушенного гелиевого концентрата из блока компремирования и осушки гелиевого концентрата дополнительно соединена с узлом подготовки кислородсодержащей смеси.
Технический результат от соединения линии отвода осушенного гелиевого концентрата из блока компремирования и осушки гелиевого концентрата с узлом подготовки кислородсодержащей смеси заключается в обеспечении возможности отвода части осушенного гелиевого концентрата для подготовки гелиево-кислородной смеси в качестве кислородсодержащей смеси вместо воздуха. При этом исключается дополнительное внесение в гелиевый концентрат, подлежащий комплексной очистки, азота и незначительного количества других примесей (неон и т.д.). Это позволяет значительно снизить нагрузки на блок очистки гелиевого концентрата от азота и неона за счет снижения содержания азота в подаваемом на конденсацию гелиевом концентрате. При этом уменьшаются эксплуатационные затраты за счет сокращения потребления жидкого азота, используемого в качестве хладагента в конденсаторах. Кроме того, повысится качество гелия за счет сокращения в нем содержания неона, вносимого с воздухом.
На фиг.1 представлена схема установки очистки гелиевого концентрата от примесей.
Установка очистки гелиевого концентрата от примесей содержит:
- блок предварительного подогрева гелиевого концентрата, включающий рекуперативный теплообменник 1, подогреватель 2 и буферную емкость 3;
- блок очистки гелиевого концентрата от водорода и метана, включающий узел подготовки кислородсодержащей смеси 4 с линией 5 подачи ее в гелиевый концентрат, рекуперативный теплообменник 6, подогреватель 7, каталитический реактор 8, фильтр 9, воздушный 10 и водяной 11 холодильники, влагоотделитель 12;
- блок компремирования и осушки гелиевого концентрата с линией отвода осушенного гелиевого концентрата, включающий осушители 13-14, компрессор 15, масловлагоотделитель 16, фильтр 17, и линии отвода осушенного гелиевого концентрата 18-19;
- блок очистки гелиевого концентрата от азота и неона, включающий конденсаторы 20-21, отделитель жидкого азота 22, адсорберы 23-24 соответственно для очистки от азота и неона, фильтры 25-27, холодильник 28 и подогреватель 29.
Поток гелиевого концентрата среднего давления поступает на установку в блок предварительного подогрева сначала в рекуперативный теплообменник 1, затем в подогреватель 2. Подогретый поток гелиевого концентрата среднего давления поступает в буферную емкость 3, из которой он подается в блок очистки от водорода и метана для окисления их кислородом. Сначала поток гелиевого концентрата среднего давления поступает в смеситель (участок трубопровода), в котором происходит его смешение с гелиево-кислородной смесью, поступающей по линии ее подачи 5, соединенной с узлом подготовки кислородсодержащей смеси 4. Далее полученная смесь нагревается последовательно в рекуперативном теплообменнике 6, подогревателе 7 и подается в каталитический реактор 8. В реакторе осуществляется непрерывный процесс каталитического окисления водорода и метана кислородом на алюмоплатиновом катализаторе. Очищенный от водорода и метана гелиевый концентрат, пройдя фильтр очистки от пыли 9, направляется на рекуперацию тепла в теплообменник 6 и далее на дальнейшее охлаждение сначала в воздушный 10, затем в водяной 11 холодильники. Охлажденный поток гелиевого концентрата подается во влагоотделитель 12, в котором происходит отделение капельной жидкости за счет изменения скорости потока. После влагоотделителя 12 гелиевый концентрат подается в осушитель 13. В нем обеспечивается понижение точки росы потока по влаге и одновременно очистка от двуокиси углерода путем адсорбции на цеолитах. Осушенный гелиевый концентрат среднего давления поступает на всас компрессора 15 для дополнительного сжатия и подается в масловлагоотделитель 16 для улавливания масла, унесенного потоком после компрессора. Гелиевый концентрат высокого давления поступает в фильтр 17, обеспечивающий тонкую очистку от масла путем адсорбции на силикагеле. После фильтра поток гелиевого концентрата высокого давления направляется в осушитель 14 для осуществления окончательной очистки гелиевого концентрата от паров воды и возможных примесей двуокиси углерода, которые могли образоваться в реакторе. После осушителя 14 основной поток осушенного гелиевого концентрата высокого давления по линии 18 отводится на дальнейшую тонкую очистку от азота и неона, а часть его отбирается и по линии 19 подается в узел подготовки кислородсодержащей смеси 4 для образования гелиево-кислородной смеси. Основной поток осушенного гелиевого концентрата высокого давления направляется в трубное пространство рекуперативного теплообменника 1 блока предварительного подогрева для охлаждения. После теплообменника 1 гелиевый концентрат высокого давления подается в последовательно установленные конденсаторы 20-21 на охлаждение и частичную конденсацию за счет использования холода жидкого азота холодильного цикла, кипящего в рубашках конденсаторов. В результате охлаждения из гелиевого концентрата высокого давления конденсируется основное количество азота. Гелиевый концентрат высокого давления поступает в отделитель жидкого азота 22, после чего через фильтр 25 направляется в угольный адсорбер 23 для окончательной очистки гелиевого концентрата от примесей азота, кислорода, аргона. Далее очищенный от примесей азота гелиевый концентрат высокого давления поступает через холодильник 28 и фильтр 26 в угольный адсорбер 24 для очистки от неона. Гелиевый концентрат высокого давления после адсорбера 24 проходит фильтр 27, подогреватель 29 и выводится с установки в виде товарной продукции.
Таким образом, использование полезной модели позволяет снизить эксплуатационные затраты установки за счет снижения расхода жидкого азота, используемого в качестве хладагента в конденсаторах.