Циклонный адсорбер для комплексной очистки природного газа
CYCLONE ADSORBER FOR COMPLEX PURIFICATION OF NATURAL GAS

Изобретение относится к технике очистки газов и может быть использовано для очистки природных газов от вредных компонентов, а именно газообразных соединений серы (сероводорода и пр.) и механических примесей.
Известен циклонный адсорбер, содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, внутри цилиндрического корпуса помещена перфорированная кольцевая цилиндрическая корзина, заполненная гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, через верх которой тангенциально пропущен входной патрубок, соединенный с соединительным газопроводом, над вышеупомянутой корзиной расположен, кольцевой, перфорированный снизу, промывочный коллектор соединенный со штуцером промывочной воды центральная труба соединена с газопроводом очищенного газа, а сливной штуцер соединен с емкостью отработанной промывочной воды [В.С. Ежов, д. т. н., Н.Е. Семичева, Г.Г. Щедрина, к. т. н. Технология комплексной очистки природного газа перед подачей потребителю. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2020. No 9].
Основными недостатками известного циклонного адсорбера являются недостаточное использование адсорбционной емкости адсорбента - гранулированного доменного шлака, обусловленное образованием застойных зон у стенки корпуса и неполная регенерация адсорбента, обусловленная наличием непромытых зон гранулированного шлака, в которые промывочная вода поступает в недостаточном количестве, что снижает экономическую и экологическую эффективность циклонного адсорбера.
1
2
Более близким к предлагаемому изобретению является циклонный адсорбер для очистки природного газа, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого соосно помещена вертикальная центральная труба, сверху - вниз расположены горизонтальная кольцевая перегородка с диаметром центрального отверстия большим диаметра центральной трубы, полость между которой и крышкой корпуса образует кольцевой коллектор промывочной воды, центральное отверстие которого соединено с верхней кромкой перфорированной трубы оросительной рубашки, образующей между собой и центральной трубой кольцевую щель с зазором равным Δ, заглушенную снизу кольцевой планкой, примыкающую к нижней стороне кольцевой перегородки, перфорированную сбоку, изнутри и снизу кольцевую цилиндрическую корзину с зазором между ней и корпусом, закрытым сверху кольцевой перегородкой, открытым снизу и равным Δ, причем кольцевая цилиндрическая корзина заполнена гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, через верх корзины тангенциально пропущен входной патрубок, а кольцевой коллектор промывочной воды и коническое днище корпуса снабжены штуцером подачи промывочной воды и сливным штуцером [Патент РФ № 2762736, МПК B04C 5/22, B01D 45/12, B01D 45/18, 2021].
Основным недостатком известного циклонного адсорбера для очистки природного газа является быстрая закупорка пор гранул шлаковой пемзы мелкими частицами механических примесей, ведущая к резкому снижению ее адсорбционной активности, что снижает надежность его работы и ухудшает эффективность очистки газа.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности работы и экологической эффективности комплексного циклонного адсорбера для очистки природного газа.
Технический результат достигается тем, что предлагаемый циклонный адсорбер для комплексной очистки природного газа содержит цилиндрический корпус, внутри которого сверху - вниз расположена камера очищенного газа, снабженная сверху выходным патрубком и сбоку штуцером подачи промывочной воды, под которой соосно корпусу помещена кольцевая цилиндрическая корзина, перфорированная сбоку, снаружи и снизу, размещенная с кольцевым зазором, равным Δ, между ее боковой поверхностью и стенкой корпуса и заполненная гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, внутренняя боковая поверхность перфорированной корзины покрыта кольцевой фильтрующей перегородкой, внутри которй раположена центральная полость, закрытая сверху заглушкой, через верх перфорированной корзины и фильтрующей перегородки в центральную полость тангенциально пропущен входной патрубок, снизу фильтрующая перегородка, перфорированная корзина и кольцевой зазор покрыты кольцевой заглушкой, диаметр отверстия которой равен диаметру центральной полости, при этом кольцевой зазор между перфорированной корзиной и стенкой корпуса образует кольцевые коллектор очищеного газа и коллектор промывочной воды, соединенные сверху с камерой очищенного газа, а коническое днище корпуса снабжено сливным штуцером.
Предлагаемый циклонный адсорбер для комплексной очистки природного газа (ЦАКОПГ) изображен на фиг. 1 - 4 (фиг. 1 - общий вид ЦАКОПГ, фиг. 2-4 - разрезы, фиг. 5, 6 - узлы стыковки нижних кромок кольцевой цилиндрической корзины с кольцевой заглушкой).
Циклонный адсорбер для комплексной очистки природного газа содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого сверху - вниз расположена камера очищенного газа 2, снабженная сверху выходным патрубком 3 и сбоку штуцером подачи промывочной воды 4, под которой соосно корпусу 1 помещена кольцевая цилиндрическая корзина 5, перфорированная сбоку, снаружи и снизу, размещенная с кольцевым зазором 6, равным Δ, между ее боковой поверхностью и стенкой корпуса 1 и заполненная гранулами пемзы 7, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, внутренняя боковая поверхность перфорированной корзины 5 покрыта кольцевой фильтрующей перегородкой 8, внутри которой расположена центральная полость 9, закрытая сверху заглушкой 10, через верх перфорированной корзины 5 и фильтрующей перегородки 8 в центральную полость 9 тангенциально пропущен входной патрубок 11, снизу фильтрующая перегородка 8, перфорированная корзина 5 и кольцевой зазор 6 покрыты кольцевой заглушкой 12, диаметр отверстия 13 которой равен диаметру полости 9, при этом кольцевой зазор 6 образует кольцевые коллектор очищенного газа 14 и коллектор промывочной воды 15, соединенные сверху с камерой очищенного газа 2, а коническое днище корпуса 1 снабжено сливным штуцером 16.
2
2
3
В основу работы предлагаемого ЦАКОПГ положены использование процессов фильтрации мелких механических примесей фильтрующей перегородкой и адсорбции вредных газообразных примесей гранулированной шлаковой пемзой. В качестве фильтрующей перегородки используется фильтрующее полотно, изготовленное из химически стойкого, гидрофобного материала. Шлаковая пемза, изготовленная из основных металлургических шлаков, представляет собой материал с высокопористой механически прочной структурой (прочность на сдавливание до 2,7 МПа), состоящий из оксида кальция, оксида кремния, оксида алюминия и частично из оксида магния (CaO, SiO, AlO, MnO) c модулем основности М>1 [Строительные материалы. Справочник. Под ред. Болдырева А. С. и др. - М.: Стройизд.,1989, с. 423; Домокеев А.К. Строительные материалы. - М.: Высш. школа, 1989, с. 163]. Высокое значение модуля основности придает гранулам шлаковой пемзы основные свойства, позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные примеси, которые присутствуют в природных газах (соединения серы, диоксид углерода и пр.) [Ежов В.С. и др. Использование гранулированных доменных шлаков для очистки газообразных продуктов сгорания и атмосферного воздуха от вредных компонентов. Химическое и нефтегазовое машиностроение. №6, 2019. - С. 44-48]. Кроме того, исходя из своего состава, гранулы шлаковой пемзы устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов природных газов, широко доступны и дешевы.
2
4
2
3
ЦАКОПГ предназначен для очистки природного газа от мелких механических примесей и сернистых соединений. После предварительной очистки природного газа от конденсата, частиц кристаллогидратов углеводородов и большей части механических примесей газ из входного патрубка 11 тангенциально поступает в центральную полость 9 ЦАКОПГ (вариант - батарея ЦАКОПГ), где происходит закручивание его потока и частицы газа за счет центробежных сил отбрасываются к стенке кольцевой фильтрующей перегородки 8, проходят через нее, очищаясь при этом от мелких механических примесей и поступают в перфорированную кольцевую корзину 5, проникают вовнутрь ее и контактируют с гранулами шлаковой пемзы 7, в порах которой происходит адсорбция молекул сероводорода, меркаптанов, оксидов серы, обладающих кислыми свойствами, которая осуществляется за счет основности шлака. Адсорбированные сернистые соединения, диоксид углерода, в свою очередь, взаимодействуют с частицами воды образующейся в порах гранул 7 в результате капиллярной конденсации паров воды, которые находятся в газе, с образованием соответствующих кислот HSO и HCO. Кроме того, на поверхности и в порах гранул 7 оседают мелкодисперсные частицы. При этом, наличие кольцевого зазора 6, образующего кольцевой коллектор очищенного газа между стенкой корпуса 1 и наружной перфорированной стенкой корзины 5 обеспечивает прохождение потока газа через всю толщину загрузки шлака и отсутствие застойных зон у стенки корпуса 1, что увеличивает рабочий объем адсорбента и таким образом интенсифицирует процесс адсорбции. Окончательно очищенный природный газ собирается в камере очищенного газа 2 и через выходной патрубок 3 поступает в газопровод очищенного газа (на фиг. 1-6 не показан), откуда направляется потребителю.
При заполнении живого сечения фильтрующей перегородки 8 механическими примесями и насыщении адсорбента (гранул шлаковой пемзы 7) газообразными примесями перегородку 8 и гранулы 7 подвергают регенерации, которая заключается в промывке их промывочной водой, подаваемой из штуцера 13 в кольцевой коллектор промывочной воды 15, откуда она проходит через толщу шлаковой пемзы 7 и живое сечение перегородки 8, вымывая оттуда вредные примеси. При этом, кольцевая конструкция коллектора промывочной воды 15, расположенного снаружи перфорированной корзины 6 и наличие свободной центральной полости 9 за фильтрующей перегородкой 8 обеспечивает прохождение потока промывочной воды через всю толщину гранул шлака 7 и фильтрующей перегородки 8 и надежную промывку всего их объема. Полученная промывочная вода, содержащая механические примеси и насыщенная кислотными компонентами, через сливной штуцер 16 сбрасывается в емкость отработанной промывочной воды (на фиг. 1-6 не показана), откуда по мере накопления удаляется на очистку.
Диаметр отверстий перфорации цилиндрической корзины 6 принимают меньшим диметра гранул металлургического шлака 7. Оптимальный расход промывочной воды определяют опытным путем. При этом гидрофобные свойства и химическая стойкость материала фильтрующей перегородка 8 предотвращают его насыщение водой и химическое взаимодействие с газообразными примесями.
Таким образом, циклонный адсорбер для комплексной очистки природного газа обеспечивает надежную очистку газа от механических примесей и сернистых соединений, что снижает коррозионный износ газопроводов и газоиспользующего оборудования, регенерацию всего объема гранулированного шлака и очистку фильтрующей перегородки, повышая тем самым надежность своей работы и экологические характеристики природного газа, поставляемого потребителю.