Способ осушки и очистки природного газа
Владельцы патента RU 2395329:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ГАЗПРОМ ТРАНСГАЗ-КУБАНЬ" (RU)
Изобретение может быть использовано для подготовки природного и попутного нефтяного газа к транспортировке на дальние расстояния. Природный газ подают в адсорбер, в который загружен комбинированный слой адсорбента и далее, по ходу газа, слой силикагеля. На адсорбенте происходит хемосорбция следов сернистых соединений, таких как меркаптаны, COS и H2S. На силикагеле происходит адсорбция паров воды и углеводородов С6+. В качестве адсорбента используют оксид алюминия, содержащий 3÷25 мас.% оксидов металлов I-II группы, а именно: Na, К, Рb, Cs, Сu, Ag, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd и их смесей. Регенерацию очищенным газом насыщенных силикагеля и адсорбента проводят при температуре 220-280°С. Изобретение позволяет повысить эффективность осушки и очистки природного газа за счет предотвращения углеродных отложений и серы на поверхности силикагеля основного слоя и увеличить срок службы силикагеля. 1 табл.
Изобретение относится к подготовке природного и попутного нефтяного газа к транспортировке его на дальние расстояния, а именно к осушке и очистке газа от углеводородов С6+, следов сернистых соединений (СOS, СН2SН и Н2S).
Известен способ адсорбционной очистки природного газа от сернистых соединений и его осушки путем контактирования с цеолитом NaX с последующей регенерацией цеолита путем продувки осушенным и очищенным газом при температуре 330÷350°С. Последнее обусловлено особенностью десорбции молекул воды из пор цеолита [1] (Кельцев Н.В. «Основы адсорбционной техники». - М.: Химия, 1985, с.396.
Недостатком известного способа является его высокая температура регенерации и невозможность очистить природный газ от углеводородов С6+.
Известен также способ осушки и очистки углеводородных газов от меркаптанов и сероводорода путем последовательного контактирования по ходу газа с комбинированным слоем адсорбентов, состоящим из силикагеля и цеолита. Регенерацию комбинированного слоя проводят очищенным газом при температуре 180÷220°С [2] (патент РФ №2213085, МПК 7 С07С 7/12, опубл. 27.09.2003, бюл. №27).
Недостатком этого способа является низкая динамическая емкость комбинированного слоя по углеводородам С6+, низкая степень очистки газа от малых концентраций сернистых соединений (<36 мг/м3) и невозможность очистки газа от COS.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу осушки и очистки природных газов является способ, включающий контактирование газов с адсорбентом с последующей регенерацией очищенным газом адсорбента противотоком [3] (патент RU 2213085, кл. С07С 7/12, 27.09.2003 г., всего 10 страниц, весь документ).
Недостатком известного способа является накопление на поверхности пор углеродных отложений и серы, в результате чего уменьшается динамическая емкость силикагеля по углеводородам.
Согласно этому способу осушку и очистку газа от углеводородов С6+осуществляют комбинированным слоем силикагеля, который служит защитным слоем от попадания капельной влаги на основной слой, и мелкопористого силикагеля, который является основным слоем. Адсорбция воды и углеводородов происходит на мелкопористом силикагеле. Регенерацию силикагелей осуществляют при температуре 280°С. При попадании на слой основного мелкопористого силикагеля следов меркаптанов и COS (до 40 мг/м3) происходит их адсорбция, накапливание (концентрирование) и разложение при регенерации силикагеля. Это приводит к накоплению на поверхности пор углеродных отложений и серы и уменьшению динамической емкости силикагеля по углеводородам.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности способа за счет предотвращения углеродных отложений и серы на поверхности силикагеля основного слоя, увеличение срока службы силикагеля.
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в известном способе осушки и очистки природных газов от углеводородов и следов сернистых соединений, таких как меркаптаны, COS и H2S, путем контактирования природных газов с адсорбентом с последующей регенерацией противотоком очищенным газом адсорбента согласно изобретению проводят последовательное контактирование природных газов с адсорбентом и мелкопористым силикагелем, в качестве адсорбента используют оксид алюминия, содержащий 3÷25 мас.% оксидов металлов I-II группы, а именно: Na, К, Pb, Cs, Сu, Ag, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd и их смесей, а регенерацию очищенным газом насыщенных силикагеля и адсорбента проводят при температуре 220-280°С.
Контактирование газа с адсорбентом и силикагелем осуществляют при соотношении объемов адсорбента и силикагеля (1÷15):3 или 1÷15/3 соответственно.
Технический результат от использования специального адсорбента состоит в том, что он очищает газ от соединений серы, и последние не попадают на основной слой силикагеля. Это приводит к увеличению срока службы силикагеля, стабилизации его динамической емкости по углеводородам.
Способ осушки и очистки природных газов осуществляют следующим образом.
Природный газ подают в адсорбер, в который загружен комбинированный слой из специального адсорбента и далее, по ходу газа, слой силикагеля. На специальном адсорбенте происходит хемосорбция следов сернистых соединений (меркаптанов, COS и H2S). В то же время этот адсорбент защищает силикагель от попадания капельной влаги. На силикагеле происходит адсорбция паров воды и углеводородов С6+. При n-адсорберной схеме n-2 адсорбера работают в стадии адсорбции, один в стадии регенерации, другой в стадии охлаждения.
Осушенный и очищенный газ поступает на компримирование или линию товарного газа. Часть осушенного и очищенного газа используют в качестве газа регенерации и охлаждения адсорбентов. Регенерацию проводят потоком очищенного газа противотоком в последовательности силикагель - специальный адсорбент. Очищенный газ сначала используют на стадии охлаждения и далее направляют на стадию регенерации, нагревая его в теплообменнике, а затем в печи до температуры 220÷280°С. После печи газ подают в адсорбер, находящийся на регенерации. Газы регенерации, содержащие воду и углеводороды С6+, подают на агрегат воздушного охлаждения, далее в сепаратор, а после отделения жидкой фазы газы подают на вход в адсорбера вместе с сырьем - неочищенным газом.
Пример 1. На пилотной адсорбционной установке исследовали адсорбционные свойства комбинированного слоя адсорбента, состоящего из специального адсорбента и силикагеля. Соотношение объемов специального адсорбента и силикагеля 1÷15 соответственно. Специальный адсорбент состоял из активного оксида алюминия и содержал 8 мас.% СuО.
В реактор диаметром 50 мм и высотой 3000 мм загружали 4 литра силикагеля марки АССМ и 267 мл специального адсорбента. Реактор снабжен внешним обогревом. Кроме реактора, установка включала узел приготовления исходной газовой смеси, узел компримирования газа, узел отбора газовых проб и их анализа. Исследования проводили в условиях, близких к работе промышленных адсорбционных установок: давление в адсорбере ~5 МПа, температура адсорбции ~30°С, линейная скорость газа ~0,07 м/с, время контакта «газ-комбинированный слой» ~43 с. Состав газа представлен в таблице 1.
Расход газа контролировали газовым счетчиком. Влагосодержание газа (температуру точки росы по влаге) на входе и выходе из адсорбера определяли влагомером «Parametric-280».
Концентрации в газе модельного углеводорода н-гептана и изопропилмеркаптана измеряли хроматографически.
Динамическую адсорбционную емкость комбинированного слоя адсорбента и его свойства оценивали по проскоку н-гептана на выходе из реактора. Проскоком считали величину содержания н-гептана, равную 5% от первоначальной концентрации. Защитные свойства специального адсорбента оценивали по величине динамической емкости комбинированного слоя и слоя силикагеля, не защищенного специальным адсорбентом, в течение 5 циклов.
Состав газа и результаты проведенных исследований адсорбционных свойств комбинированного слоя адсорбента приведены в таблице 1.
Из представленных результатов видно, что сернистые соединения и их отложения на «не защищенном» силикагеле резко снижают адсорбционную динамическую емкость по н-гептану.
Применение данного способа в промышленности позволит увеличить срок службы силикагеля с 2-х до 3-4 лет. Все это повышает эффективность заявляемого способа осушки и очистки углеводородных газов.
| Таблица 1. | |||||||
| № примера | Состав специального адсорбента, % масс | Содержание Ме(I), Me(II) | Концентрация паров n-C7H16, г/нм3 | Концентрация паров i-C3H7SH, мг/ нм3 | Динамическая емкость по n-C7H16, мас.% | Суммарная динамическая емкость по n-C7H16 и H2O, мас.% | № цикла |
| 1. | 8 | CuO | 3,05 | 100 | 8,6 | 9,4 | 1 |
| 8 | CuO | 3,05 | 100 | 8,6 | 9,4 | 2 | |
| 8 | CuO | 3,05 | 100 | 8,7 | 9,4 | 3 | |
| 8 | CuO | 3,05 | 100 | 8,6 | 9,45 | 5 | |
| 2. | 25 | CaO | 3,47 | 88 | 8,7 | 9,45 | 5 |
| 25 | CaO | 3,47 | 88 | 8,7 | 9,42 | 1 | |
| 3. | 15 | ZnO | 3,25 | 100 | 8,6 | 9,38 | 1 |
| 15 | ZnO | 3,25 | 100 | 8,6 | 9,38 | 5 | |
| 4.* | 15 | ZnO | 3,25 | 100 | 9,0 | 9,5 | 1 |
| 15 | ZnO | 3,25 | 100 | 8,8 | 9,5 | 2 | |
| 15 | ZnO | 3,25 | 100 | 8,2 | 9,3 | 1 | |
| 15 | ZnO | 3,25 | 100 | 7,6 | 9,2 | 4 | |
| 15 | ZnO | 3,25 | 100 | 7,2 | 9,2 | 5 | |
| 5. | 3 | BaO | 3,5 | 85 | 8,2 | 9,4 | 2 |
| 6. | 25 | CdO | 3,5 | 85 | 8,25 | 9,2 | 2 |
| 7. | 12 | SrO | 3,5 | 85 | 8,3 | 9,4 | 2 |
| 8. | 8 | MgO | 3,5 | 85 | 8,6 | 9,4 | 2 |
| 9. | 18 | BeO | 3,25 | 85 | 8,7 | 9,3 | 2 |
| 10. | 3,5 | Ag2O | 3,25 | 85 | 8,8 | 9,3 | 2 |
| 11. | 4,8 | K2O | 3,25 | 85 | 8,6 | 9,4 | 2 |
| 12. | 10,2 | Na2O | 3,05 | 85 | 8,2 | 9,0 | 2 |
| 13. | 3,8 | Cs2O | 3,25 | 85 | 8,2 | 9,2 | 2 |
| 14. | 3,8 | Na2O | 4,2 | 100 | 8,9 | 9,5 | 2 |
| 6,2 | BaO | ||||||
| 15. | 3,2 | ZnO | 3,5 | 100 | 8,9 | 9,6 | 2 |
| 4,8 | MgO | ||||||
| 16. | 3,0 | Pb2O | 3,5 | 100 | 8,2 | 9,6 | 2 |
| 5,0 | CuJ | ||||||
| * Эксперимент проводили на силикагеле без защитного слоя специального адсорбента |
Способ осушки и очистки природных газов от углеводородов С6+ и следов сернистых соединений, таких, как меркаптаны, COS и H2S, путем контактирования природных газов с адсорбентом с последующей регенерацией противотоком очищенным газом адсорбента, отличающийся тем, что проводят последовательное контактирование природных газов с адсорбентом и мелкопористым силикагелем, в качестве адсорбента используют оксид алюминия, содержащий 3÷25 мас.% оксидов металлов I-II группы, а именно: Na, K, Pb, Cs, Сu, Ag, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd и их смесей, а регенерацию очищенным газом насыщенных силикагеля и адсорбента проводят при температуре 220-280°С.
