СПОСОБ ОСУШКИ И ОЧИСТКИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ПРОПЕЛЛЕНТОВ
METHOD OF DRYING AND PURIFYING HYDROCARBON PROPELLANTS

Область техники
Данное изобретение относится к химической промышленности, конкретно к технике и осушки очистки экологически чистых углеводородных газов-пропеллентов, применяемых в качестве газа вытеснителя для аэрозольных упаковок. Газ вытеснитель представляет собой сжиженный углеводородный газ в виде фракций и (или) их смесей (композиций) и различается по давлению насыщенных паров и фракционному составу. Качество осушки и очистки газа вытеснителя определяет его использование в тех отраслях, где очень высоки требования к газу по содержанию меркаптанов и влаги (парфюмерно-косметическая продукция, медицинские аэрозоли, производство автокосметики, монтажной пены, лакокрасочной продукции).
Уровень техники
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому техническому результату является изобретение «Способ получения углеводородных пропеллентов» [1], [патент RU №2115684, C1, дата публикации 20.07.1998 г.]. Согласно данному изобретению в способе получения углеводородных пропеллентов, включающем ректификацию углеводородного сырья, очистку, дезодорацию и осушку, в процессе ректификации выделяют смесь углеводородов заданного композитного состава с избыточным давлением насыщенных паров, соответствующим избыточному давлению насыщенных паров углеводородных пропеллентов и подвергают ее предварительной очистке и дезодорации на активированном угле, а осушку осуществляют на синтетических цеолитах. Причем осушку и очистку осуществляют путем пропускания смеси углеводородов через размещенные последовательно слои цеолитов NaA, CaA и NaX. При этом регенерацию осуществляют азотом или осушенным углеводородным газом.
3+8
В качестве сырья для получения пропеллентов используется углеводородная смесь С.
Основными недостатками прототипа являются:
- применение послойной засыпки цеолитов NaA, CaA и NaX в адсорберах приводит к перемешиванию слоев в процессе адсорбционной осушки и очистки, что ухудшает селективность процесса и, соответственно, чистоту товарного пропеллента;
- применение угольных адсорберов увеличивает технологическую сложность и стоимость установки;
- использование в качестве газа регенерации чистого азота и адсорбционных блоков приводит к высокой себестоимости продукции.
Задача предлагаемого способа заключается в создании экологически чистой технологии осушки и очистки углеводородных пропеллентов, которая позволит получить продукцию высокого качества с низким содержанием влаги и сернистых до 0,0001% и значительно снизить эксплуатационные и капитальные затраты на реализацию и проведение процесса.
Раскрытие изобретения
Поставленная задача достигается тем, что способ осушки и очистки углеводородных пропеллентов, в отличие от прототипа, осуществляют путем пропускания смеси в жидкой фазе через сорбенты в трех последовательно расположенных адсорберах.
Осушку и очистку углеводородного пропеллента осуществляют следующими способами:
- первый и второй по ходу технологического процесса адсорберы заполнены активным оксидом алюминия, третий по ходу технологического процесса адсорбер заполнен цеолитом NaX;
- первый по ходу технологического процесса адсорбер заполнен активным оксидом алюминия, что второй по ходу технологического процесса адсорбер заполнен цеолитом NaA и третий по ходу технологического процесса адсорбер заполнен цеолитом NaX;
- первый и второй по ходу технологического процесса адсорберы заполнены активным оксидом алюминия, третий по ходу технологического процесса адсорбер заполнен цеолитом СаА;
- первый по ходу технологического процесса адсорбер заполнен активным оксидом алюминия, что второй по ходу технологического процесса адсорбер заполнен цеолитом NaA и третий по ходу технологического процесса адсорбер заполнен цеолитом СаА;
- первый и второй по ходу технологического процесса адсорберы заполнены активным оксидом алюминия, третий по ходу технологического процесса адсорбер заполнен цеолитом СаХ;
- первый по ходу технологического процесса адсорбер заполнен активным оксидом алюминия, что второй по ходу технологического процесса адсорбер заполнен цеолитом NaA и третий по ходу технологического процесса адсорбер заполнен цеолитом СаХ.
Первый по ходу технологического процесса адсорбер предназначен для первичной осушки углеводородной смеси, второй по ходу технологического процесса адсорбер предназначен для глубокой осушки углеводородной смеси, третий по ходу технологического процесса адсорбер предназначен глубокой очистки углеводородной смеси от сероводорода, меркаптанов и других примесей.
Жидкая углеводородная смесь осушается и очищается, проходя последовательно через 3 адсорбера. После прохождения адсорберов регулярно контролируется остаточное содержание влаги и сернистых соединений в очищенной пропелленте. В схему включены два блока адсорберов по три адсорбера в каждом блоке. Процесс регенерации адсорберов в каждом блоке проводится поочередно. Для проведения регенерации используется паровая фаза очищенного пропеллента. Паровая фаза отбирается из емкости хранения очищенного пропеллента, компремируется до давления 0,6 МПа и подается в отрегенерированый адсорбер для проведения процесса охлаждения. Паровая фаза пропеллента, проходя через охлаждаемый адсорбер, частично нагревается и поступает в рекуперативный теплообменник. После рекуперативного теплообменника паровая фаза пропеллента нагревается в печи до регламентной температуры (150÷300°C в зависимости от типа адсорбционной загрузки) и поступает в верхнюю часть регенерируемого адсорбера. Контроль за процессом регенерации ведется по температуре газа регенерации на выходе из регенерируемого адсорбера. Газ регенерации после регенерируемого адсорбера с температурой 150÷300°C, проходя по трубной части рекуперативного теплообменника частично охлаждается, отдавая тепло газу, поступающему на регенерацию. Охлажденный, содержащий влагу и десорбированные примеси газ регенерации поступает в специальную емкость для сбора газа регенерации. Отстоявшаяся вода из емкости сбора газа регенерации периодически дренируется.
Предлагаемый способ осушки и очистки углеводородных пропеллентов осуществляется на установке, которая представлена на чертеже, где приведена принципиальная схема установки.
Установка содержит емкость 1, слив с которой соединен с насосом 2, нагнетательный патрубок которого через теплообменник 6 связан с входом в нижнюю часть адсорбера 3. Выход адсорбера 3, соединен с входом в верхнюю часть адсорбера 4. Выход адсорбера 4, соединен с входом в нижнюю часть адсорбера 5. Адсорберы 3, 4, 5 работают последовательно для глубокой осушки и тонкой очистки углеводородных пропеллентов с размещенными в них адсорбентами. Адсорбер 3 заполнен активным оксидом алюминия. Адсорбер 4 заполнен активным оксидом алюминия или цеолитом NaA. Адсорбер 5 заполнен или цеолитом NaX, или цеолитом СаА, или цеолитом СаХ. Выходы углеводородной смеси из адсорберов 3, 4, 5 соединены с фильтром 14 тонкой очистки пропеллентов от цеолитной пыли, выход из которого соединен с трубопроводом готовой продукции - углеводородного пропеллента, который направляется в емкость 16. Схемой предусмотрено два блока адсорбционной очистки, состоящих из адсорберов 3, 4, 5 с целью отключения любого блока или адсорбера для проведения процесса регенерации. При этом один из блоков продолжает работать в режиме осушки и очистки углеводородной смеси. Трубопровод 17, подводящий газ регенерации к верхней части адсорберов 3, 4, 5 соединен с узлом подготовки газа регенерации. В качестве газа регенерации используется паровая фаза углеводородного пропеллента из емкости 16, которая из ее верхней части поступает на компрессор 15, сжимается до 0,6 МПа и поступает по трубопроводу 18 в нижнюю часть адсорберов 3, 4, 5 для проведения процесса охлаждения адсорбента, прошедшего высокотемпературную регенерацию. Паровая фаза углеводородного пропеллента частично нагревается и охлаждает горячий адсорбент в адсорберах 3, 4, 5 и поступает из верхней части адсорберов в рекуперативный теплообменник 8. Рекуперативный теплообменник соединен трубопроводом с печью 9, в которой газ регенерации нагревается до режимной температуры и по трубопроводу 17 поступает в верхнюю часть адсорберов 3, 4, 5. Выход газа регенерации из нижней части адсорберов 3, 4, 5 соединен с фильтром 7, предназначенным для очистки от цеолитной пыли. Очищенный газ регенерации по трубопроводу соединен с рекуперативным теплообменником 8 для частичного охлаждения и направляется в воздушный холодильник 10 для окончательного охлаждения. Выход из воздушного холодильника соединен трубопроводом с емкостью 12, предназначенной для сбора газа регенерации. В зимнее время газ регенерации с нижней части адсорберов 3, 4, 5 направляется в рекуперативный теплообменник 6 для утилизации тепла и подогрева углеводородной смеси, поступающей на адсорбцию. Выход из теплообменника 6 соединен трубопроводом с емкостью 12, которая соединена линией слива с насосом 13. Трубопровод с нагнетания насоса 13 предназначен для откачки жидкого углеводородного пропеллента для нужд автозаправочной станции. Теплообменник 6 соединен трубопроводами с сепаратором 11.
Примеры 1-6 показывают реализацию настоящего изобретения по способу осушки и очистки углеводородных пропеллентов с использованием различных вариантов осушки и очистки пропан бутановой фракции, и применения соответствующих типов сорбентов - активного оксида алюминия и цеолитов NaA, NaX, CaA и СаХ.
Пример 1. Данный пример иллюстрирует реализацию по способу осушки и очистки углеводородного пропеллента, состоящего из пропан бутановой фракции, на активном оксиде алюминия и цеолите NaX.
Способ осушки и очистки углеводородных пропеллентов реализован на установке (чертеж).
Жидкая пропан бутановая фракция принимается в емкость 1 и насосом 2 подается в нижнюю часть первого по ходу технологического процесса адсорбера 3, который заполнен активным оксидом алюминия общего назначения, предназначенной для первичной осушки углеводородных пропеллентов. С верхней части адсорбера углеводородных пропеллентов поступает во второй по ходу адсорбер 4, который заполнен активным оксидом алюминия для дальнейшей осушки. В третьем по ходу адсорбере 5, заполненном цеолитом NaX происходит глубокая очистка углеводородных пропеллентов от сероводорода, меркаптанов и других примесей. Полученный углеводородный пропеллент из адсорбера 5 очищается в фильтре тонкой очистки 14 от цеолитной пыли и поступает в емкость 16, предназначенной для сбора товарной продукции. Схемой предусмотрено два блока адсорбционной очистки, состоящих из адсорберов 3, 4, 5, с целью отключения любого блока или адсорбера для проведения процесса регенерации. При этом один из блоков продолжает работать в режиме осушки и очистки углеводородных пропеллентов.
Регенерация адсорбентов в адсорберах 3, 4, 5 осуществляется паровой фазой углеводородного пропеллента из емкости 16, которая из ее верхней части сжимается компрессором 15 до 0,6 МПа и подается в нижнюю часть адсорберов 3, 4, 5 для проведения процесса охлаждения адсорбента, прошедшего высокотемпературную регенерацию. Паровая фаза углеводородного пропеллента частично нагревается и охлаждает горячий адсорбент в адсорберах 3, 4, 5 и поступает из верхней части адсорберов в рекуперативный теплообменник 8. Рекуперативный теплообменник предназначен для утилизации тепла газа регенерации. После рекуперативного теплообменника паровая фаза углеводородного пропеллента нагревается в печи 9, до режимной температуры 150-300°C и поступает в верхнюю часть адсорберов 3, 4, 5. Газ регенерации после регенерируемых адсорберов направляется в фильтр 7, предназначенный для очистки от цеолитной пыли и далее направляется в рекуперативный теплообменник 8 частично охлаждается, отдавая тепло газу, поступающему на регенерацию. После рекуперативного теплообменника газ регенерации окончательно охлаждается в воздушном холодильнике 10 и поступает в емкость 12 для сбора и утилизации. В зимнее время для подогрева углеводородного пропеллента, подаваемого на адсорбционный блок, газ регенерации после воздушного холодильника 10 направляется в рекуперативный теплообменник 6, где происходит нагрев углеводородных пропеллентов за счет охлаждения газа регенерации. Теплообменник 6 включается в работу совместно с сепаратором 11.
Охлажденный, содержащий влагу и десорбированные примеси газ регенерации поступает в специальную емкость 12 для сбора газа регенерации. Отстоявшаяся вода из емкости 12 периодически дренируется. Жидкий углеводородный пропеллент насосом 13 откачивается для нужд автозаправочной станции.
Пример 2. Данный пример иллюстрирует реализацию по способу осушки и очистки углеводородного пропеллента аналогично примеру 1, отличающийся тем, что второй по ходу технологического процесса адсорбер 4 (чертеж) заполнен цеолитом NaA, предназначенным для глубокой осушки углеводородной смеси.
Пример 3. Данный пример иллюстрирует реализацию по способу осушки и очистки углеводородного пропеллента аналогично примеру 1, отличающийся тем, что третий по ходу технологического процесса адсорбер 5 (чертеж) заполнен цеолитом СаА, предназначенным для глубокой очистки углеводородной смеси от сероводорода, меркаптанов и других примесей.
Пример 4. Данный пример иллюстрирует реализацию по способу осушки и очистки углеводородного пропеллента аналогично примеру 3, отличающийся тем, что второй по ходу технологического процесса адсорбер 4 (чертеж) заполнен цеолитом NaA, предназначенным для глубокой осушки углеводородной смеси.
Пример 5. Данный пример иллюстрирует реализацию по способу осушки и очистки углеводородного пропеллента аналогично примеру 1, отличающийся тем, что третий по ходу технологического процесса адсорбер 5 (чертеж) заполнен цеолитом СаХ, предназначенным для глубокой очистки углеводородной смеси от сероводорода, меркаптанов и других примесей.
Пример 6. Данный пример иллюстрирует реализацию по способу осушки и очистки углеводородного пропеллента аналогично примеру 5, отличающийся тем, что второй по ходу технологического процесса адсорбер 4 (фиг.) заполнен цеолитом синтетическим гранулированным NaA, предназначенным для глубокой осушки углеводородной смеси.
Качество осушки и очистки углеводородного пропеллента в зависимости от вариантов реализации процесса приведены в таблице 1 и позволяют судить об его эффективности.
Таблица 1
№ примера
Содержание воды, %
Содержание сернистых, %
1
2
3
1
0,0020
0,00040
2
0,0001
0,00005
3
0,0021
0,00100
4
0,0001
0,00060
5
0,0020
0,00080
6
0,0001
0,00040
Прототип
0,0100
0,00050
Достигаемый технический результат
Преимуществом заявляемой установки перед прототипом являются:
- осушка углеводородного пропеллента высокого качества с низким содержанием воды до 0,0001%;
- очистка углеводородного пропеллента высокого качества с низким содержанием сернистых соединений до 0,00005%;
- реализация принципа комплексной глубокой осушки и очистки сырья.
Осушка и очистка углеводородной смеси происходит трех адсорберах, соединенных последовательно;
- предложены схемы загрузки в блоке адсорберов включающие осушку и очистку углеводородного сырья, отличающиеся тем, что осушку и очистку углеводородного сырья осуществляют путем пропускания смеси в жидкой фазе через сорбенты в трех последовательно расположенных адсорберах, первый по ходу технологического процесса адсорбер заполнен оксидом алюминия, второй по ходу технологического процесса адсорбер заполнен оксидом алюминия или цеолитом NaA и третий по ходу технологического процесса адсорбер заполнен цеолитом NaX или цеолитом СаА, или цеолитом СаХ.