УСТАНОВКА АДСОРБЦИОННОЙ ОСУШКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к области технологии подготовки газа к транспорту, в частности к установкам адсорбционной осушки газа, и может быть использована в газовой и газоперерабатывающей промышленности для осушки природного газа от водяных паров и сконденсированных углеводородов.
Известна установка осушки и очистки природного газа от сернистых соединений (свидетельство на полезную модель РФ №54813, 7 МПК В01D 53/02, опубл. 27.07.2006 г.). Установка включает входной сепаратор сырьевого газа, адсорберы с цеолитом, соединенные по схеме «режим адсорбции - режим регенерации - режим охлаждения», теплообменник, трубчатую печь, воздушный охладитель, выходной сепаратор газа регенерации. Верх адсорберов соединен с линией подачи сырьевого газа, линиями отвода газов регенерации и охлаждения, а низ - с линиями отвода товарного газа и подачи газов регенерации и охлаждения, причем линия подачи газов охлаждения соединена с линией отвода товарного газа, а линия отвода газа охлаждения соединена с последовательно подключенными теплообменником и печью нагрева газа регенерации.
Недостатком известной установки является значительные потери товарного газа, с потоком отработанного газа регенерации, отводимого с установки из выходного сепаратора. Кроме того, недостатком установки является невысокий срок службы, а также нарастающее по времени эксплуатации сопротивление адсорбента, загруженного в адсорберы, вследствие постепенного его насыщения высокомолекулярными углеводородами, поступающими с сырьевым газом и постепенно перемещающимися сверху вниз (под давлением газа в рабочем цикле адсорбции и под действием силы гравитации в цикле регенерации) по слою адсорбента и не удаляемыми из-за высокой температуры их кипения (превышающей температуру газа регенерации).
Известна также установка адсорбционной осушки и очистки газа (свидетельство на полезную модель РФ №78091, МПК B01D 53/02, B01D 53/26, опубл. 20.11.2008 г.). Установка включает устройство для промывки сырьевого газа, соединенное с емкостью для рециркуляции воды, и дополнительный сепаратор на выходе газа из устройства промывки газа, содержит адсорберы с сорбентом, фильтры, теплообменники, устройство для нагрева газа и выходной сепаратор. Сорбент может располагаться в адсорберах в виде одного или комбинированного слоев, а устройство для нагрева газа может быть выполнено в виде утилизационного теплообменника.
Недостатками известной установки по свидетельству на полезную модель РФ №78091 также являются значительные потери товарного газа, отводимого с установки в качестве газа регенерации, и невысокий срок службы адсорбента, загруженного в адсорберы, вследствие верхнего подвода сырьевого газа с жидкими углеводородами в адсорберы (в рабочем цикле) и вследствие подачи газа регенерации в нижнюю часть адсорберов (в цикле регенерации адсорбента), что приводит к постепенному его насыщению высокомолекулярными углеводородами.
Известна также установка адсорбционной осушки природного газа (Гухман Л.М. Подготовка газа северных газовых месторождений к дальнему транспорту. - Л.: Недра, 1980,с.125, рис.44).
Установка содержит входной газовый сепаратор, адсорберы (с двумя патрубками верхним и нижним, расположенными, на верхнем и нижнем днищах аппаратов), газовый компрессор, трубчатую печь-нагреватель газа регенерации, аппарат воздушного охлаждения (АВО) газа регенерации, сепаратор-разделитель газа регенерации.
Установка содержит также коллектор (линию) для подачи сырьевого газа на адсорберы, коллектор для отвода осушенного газа из адсорберов, коллектор для подачи сухого нагретого газа регенерации на адсорберы, коллектор для подачи сухого газа охлаждения на адсорберы, коллектор для отвода осушенного газа из адсорберов, коллектор для отвода влажного газа из адсорберов на охладитель.
Выходной патрубок входного газового сепаратора установки подключен к коллектору для подачи сырьевого газа на адсорберы, с которым соединены верхние патрубки адсорберов.
К коллектору для отвода осушенного газа из адсорберов подключены нижние патрубки адсорберов, а также входной патрубок газового компрессора.
Выходной патрубок газового компрессора подключен к входу трубчатой печи-нагревателя газа регенерации, выход из которой подключен к коллектору для подачи сухого нагретого газа регенерации на адсорберы, соединенному с нижними патрубками адсорберов.
Выходной патрубок газового компрессора подключен также к коллектору для подачи сухого газа охлаждения на адсорберы, соединенному с верхними патрубками адсорберов.
К верхним патрубкам адсорберов подключен коллектор для отвода влажного газа из адсорберов на вход охладителя (аппарата воздушного охлаждения). Выход охладителя соединен с входным патрубком сепаратора-разделителя газа регенерации. Верхний (газовый) патрубок указанного сепаратора соединен с входом входного газового сепаратора. Нижний патрубок сепаратора-разделителя предназначен для отвода сконденсированной жидкой фазы.
При работе установки природный газ проходит входной газовый сепаратор, в котором отделяется от потока сырьевого газа основная часть сконденсированной жидкости. Отсепарированный газ подается затем в верхнюю часть адсорберов, работающих попеременно (в цикле адсорбции и в цикле регенерации). В цикле адсорбции выход газа, осушенного от водяных паров и очищенного от сконденсированных и высокомолекулярных углеводородов, из адсорберов осуществляется из их нижней части, из-под распределительной решетки, на которой удерживается адсорбент. Осушенный и очищенный товарный газ из рабочего (находящегося в цикле адсорбции) адсорбера поступает в общий коллектор товарного газа и выходит с установки.
В цикле регенерации абсорбента часть потока осушенного товарного газа из общего коллектора подается на вход компрессора. Скомпримированный в нем газ подается в змеевик трубчатой печи, нагревается в нем и направляется в нижнюю часть одного из адсорберов, находящегося в цикле регенерации. Испарившиеся из адсорбента пары воды и поглощенные легкокипящие углеводороды вместе с газом десорбции выводятся с верха адсорбера и подаются в АВО газа, в котором происходит охлаждение газа и конденсация паров вышеуказанных компонентов.
Достоинством установки является отсутствие потерь товарного газа, так как отработанный газ регенерации смешивается с потоком сырьевого газа и подается вновь на вход установки осушки.
Недостатком установки является невысокий срок службы адсорбента, загруженного в адсорберы, вследствие верхнего подвода сырьевого газа с жидкими углеводородами в адсорберы (в рабочем цикле), стеканием их вниз под давлением потока сырьевого газа и силы гравитации и постепенным заполнением ими насадки адсорбера. Вследствие подачи горячего газа регенерации в нижнюю часть адсорберов (в цикле регенерации адсорбента) и невысокой восходящей скорости его фильтрации происходит разогрев и уменьшение вязкости высокомолекулярных углеводородов, дальнейшее их перемещение под действием силы гравитации вниз и постепенным заполнением ими всего объема насадки адсорбера, что приводит к снижению адсорбционной способности и повышению сопротивлению насадки, обусловливает снижение срока службы адсорбента и необходимость его замены.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является установка адсорбционной осушки газа, принципиальная схема которой приведена на странице «Установки подготовки газа» на сайте промышленной группы «Генерация».
Установка содержит входной сепаратор сырьевого газа, адсорберы, имеющие два патрубка (один в верхней части аппарата и второй - внизу обечайки, на ее боковой образующей), коллектор для подачи сырьевого газа на адсорберы, коллектор для отвода осушенного газа из адсорберов, коллектор для подачи сухого горячего газа регенерации на адсорберы, коллектор для отвода влажного газа из адсорберов на охладитель, фильтр для очистки осушенного газа от уносимого адсорбента, установленный на выходе потока товарного с установки, печь нагрева газа регенерации, охладитель газа регенерации, выходной сепаратор газа регенерации.
Причем выходной патрубок входного газового сепаратора установки подключен к коллектору для подачи сырьевого газа на адсорберы, с которым соединены нижние боковые патрубки адсорберов.
К коллектору для отвода осушенного газа из адсорберов подключены верхние патрубки адсорберов, а также входной патрубок трубчатой печи нагрева газа регенерации, выход из которой подключен к коллектору для подачи сухого нагретого газа регенерации на адсорберы, соединенному с верхними патрубками адсорберов.
К нижним боковым патрубкам адсорберов подключен коллектор для отвода влажного газа из адсорберов на вход охладителя. Выход охладителя соединен с входным патрубком выходного сепаратора газа регенерации. Верхний (газовый) патрубок указанного сепаратора предназначен для отвода отработанного газа регенерации с установки осушки. Нижний патрубок сепаратора-разделителя предназначен для отвода сконденсированной жидкой фазы.
Основным достоинством установки является исключение возможности подачи жидкости вместе с сырьевым газом на верх насадки адсорбера и повышение срока службы верхних слоев насадки.
Основным недостатком установки являются потери товарного осушенного газа с потоком отработанного газа регенерации, отводимого с установки. Недостатком прототипа является также малый срок службы адсорбента, а также повышенное сопротивление насадки вследствие накопления жидкости внизу адсорберов и смачивание ею нижних слоев насадки. Повышение газодинамического сопротивления адсорбента потоку газа и снижение его срока службы обусловлены гидроударами и истиранием гранул адсорбента при барботаже газа через слой жидкой фазы, накапливающейся в нижней части адсорберов.
Задачей предлагаемого решения является повышение срока службы и снижение сопротивления загруженного в адсорбер адсорбента, а также снижение потерь осушенного газа.
Для решения указанной задачи предлагается установка адсорбционной осушки природного газа, содержащая входной газовый сепаратор, адсорберы, трубчатую печь-нагреватель газа регенерации, аппарат воздушного охлаждения (АВО) - охладитель газа регенерации, сепаратор газа регенерации, коллекторы сырьевого, осушенного газа, горячего и влажного газа регенерации, причем к коллектору для подачи сырьевого газа и коллектору влажного газа регенерации подключены нижние боковые патрубки адсорберов, выход коллектора влажного газа подключен к входу охладителя газа, выход которого соединен с входным газовым патрубком сепаратора-разделителя, а к коллектору горячего газа регенерации подключены верхние патрубки адсорберов, отличающаяся тем, что адсорберы содержат нижние патрубки отвода жидкости, к которым подключены конденсатоотводчики, выход из которых соединен с жидкостным коллектором, сепаратор-разделитель снабжен жидкостным входным патрубком, подключенным к жидкостному коллектору, выход газа из сепаратора-разделителя подключен к входу входного газового сепаратора, вход газового компрессора подключен к коллектору осушенного газа, а его выход к входу змеевика трубчатой печи, выход из змеевика подключен к коллектору горячего газа регенерации, причем к муфте ротора газового компрессора подключен тепловой двигатель, линия выхлопных газов которого подключена к входу в топку трубчатой печи.
На фиг.1 представлена предлагаемая установка адсорбционной осушки природного газа. Установка содержит входной газовый сепаратор 1, адсорберы 2, газовый компрессор 3, трубчатую печь-нагреватель 4 газа регенерации, аппарат воздушного охлаждения (АВО) - охладитель 5 газа регенерации, сепаратор 6 газа регенерации. Установка содержит коллектор 7 сырьевого газа, вход которого подключен к выходному газовому патрубку входного сепаратора 1. Коллектор 7 подключен к нижним боковым патрубкам 10 адсорберов 2. Коллектор 8 осушенного товарного газа подключен к верхним патрубкам адсорберов 2. К коллектору 8 осушенного товарного газа подключен вход газового компрессора 3, выход газа из которого соединен с входом змеевика трубчатой печи 4, а выход нагретого газа из змеевика трубчатой печи-нагревателя 4 подключен к коллектору 9 газа регенерации, соединенному с верхними патрубками адсорберов. В нижней части адсорберов размещены нижние патрубки отвода жидкости 11, к которым подключены конденсатоотводчики 12, выходные патрубки которых подключены к жидкостному коллектору 13, соединенному с входным жидкостным патрубком 14 сепаратора-разделителя 6 газа регенерации, выходной газовый патрубок которого подключен к входу входного газового сепаратора 1. К муфте ротора газового компрессора 3 подключен тепловой двигатель 15, линия выхлопных газов 16 которого подключена к входу в топку трубчатой печи 4.
При работе установки отсепарированный во входном сепараторе 1 сырьевой газ поступает в коллектор сырьевого газа 7, из которого подается на один из адсорберов, находящийся в цикле осушки. Сырьевой газ поступает через нижний боковой патрубок 10 адсорбера в нижнюю часть адсорбера 2 под распределительную решетку, поддерживающую нижний слой насадки (адсорбента). Поток газа проходит насадку адсорбера снизу вверх, осушенный газ из адсорбера выходит из его верхней части и поступает в коллектор 8 осушенного газа.
Сконденсированная в нижней части адсорбера жидкость (водометанольная смесь и газовый конденсат) под действием сил гравитации стекает вниз и непрерывно отводится через нижний патрубок отвода жидкости 11, предотвращая накопление жидкости в аппарате. Тем самым исключается смачивание адсорбента и накопление в нем жидкости и, следовательно, исключается повышение газодинамического сопротивления адсорбента потоку газа и повышается его срок службы вследствие отсутствия гидроударов и истирания гранул адсорбента при предотвращении барботажа газа через слой жидкой фазы.
Непрерывный (как в цикле осушки, так и в цикле регенерации) отвод жидкой фазы из нижней (сепарационной) части адсорбера обеспечивается через конденсатоотводчик 12, осуществляющий пропуск только жидкой фазы и исключающий проскок газа в подключенный к конденсатоотводчику 12 коллектор отводимой жидкости 13. Из коллектора 13 водометанольная смесь и газовый конденсат непосредственно (минуя охладитель 5) поступает через входной жидкостной патрубок 14 в нижнюю часть сепаратора-разделителя 6. Предотвращение избыточного охлаждения жидкой фазы обеспечивает улучшение последующего ее выветривания (дегазации). Газ, выветренный в сепараторе-разделителе 6 из поступившей в него жидкой фазы, выходит из выходного газового патрубка и подается на вход входного сепаратора 1, тем самым снижая потери газа с жидкостью (водометанольной смесью и газовым конденсатом), отводимой из сепаратора-разделителя 6 и с установки осушки.
Основная часть осушенного газа из коллектора 8 отводится с установки осушки в качестве товарного газа. Часть потока осушенного газа поступает на вход компрессора 3, обеспечивающего перемещение потока газа регенерации по контуру: змеевик трубчатой печи 4 - верхний патрубок адсорбера 2 (находящегося в цикле регенерации) - насадка адсорбера 2 - боковой нижний патрубок 10 - охладитель 5 влажного газа регенерации - сепаратор-разделитель 6 - входной патрубок входного сепаратора 1.
Уменьшение газодинамического сопротивления (потерь напора) по указанному контуру в цикле регенерации адсорбента в предлагаемой установке обеспечивается снижением сопротивления на насадке адсорбера (благодаря непрерывному отводу жидкости из нижней части адсорбера). Кроме того, раздельный отвод газовой фазы через боковой нижний патрубок 10 и жидкой фазы через нижний патрубок 11 из нижней части адсорбера в режиме регенерации обеспечивает более эффективное охлаждение влажного газа регенерации в охладителе 5 и снижение газодинамического сопротивления указанного аппарата. Благодаря снижению потерь напора в последовательно подключенных адсорбере 2 и охладителе 5 уменьшается работа сжатия в газовом компрессоре 3 и, тем самым, снижаются потери товарного газа предлагаемой установки осушки газа.
Снижению потерь товарного осушенного газа способствует также подключение к муфте ротора газового компрессора теплового двигателя 15, горячие выхлопные газы из которого подаются по линии 16 в топку трубчатой печи 4. Использование теплоты выхлопных газов привода 15 компрессора 3 для нагрева газа регенерации в змеевике трубчатой печи 4 позволяет снизить расход топливного газа, подаваемого на горелки трубчатой печи 4.
Таким образом, предложенная установка адсорбционной осушки природного газа соответствует заявленной цели и обеспечивает повышение срока службы и снижение сопротивления загруженного в адсорбер адсорбента, а также снижение потерь осушенного газа.