Способ осушки газа и блок осушки газа для его реализации
Владельцы патента RU 2534145:
Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" (RU)
Изобретение относится к нефтегазовой отрасли и может быть использовано при технологических операциях в процессе добычи и транспортирования природного и нефтяного газов. Способ осушки газа заключается в попеременном пропускании осушаемого газа через адсорберы, которые работают в режиме осушки и в режиме регенерации, при этом для осушки основного расхода газа используют основные адсорберы, а для осушки газа регенерации используют вспомогательные адсорберы, при этом газ после регенерации основных адсорберов направляют в первичный охладитель газа для охлаждения и удаления первичного конденсата, после чего подают на вход компрессора, где поднимают его давление, далее газ направляют в ресивер, после понижают давление газа и направляют в один из вспомогательных адсорберов для окончательной осушки, после чего газ направляют на вход блока осушки, при этом, по мере увлажнения адсорбента в одном из вспомогательных адсорберов, параллельно с процессом регенерации основного адсорбера проводят процесс регенерации вспомогательного адсорбера, для чего часть сухого газа регенерации направляют во второй вспомогательный адсорбер, находящийся в режиме регенерации и далее в атмосферу. Блок осушки газа содержит входной трубопровод, два адсорбера с трубопроводами, клапаны с системой управления, дроссель, компрессор, ресивер и блок регенерации, содержащий вспомогательные адсорберы, при этом выходные трубопроводы основных адсорберов соединены с теплообменником для первичного охлаждения газа, компрессором и ресивером. Изобретение обеспечивает эффективную осушку газа и позволяет исключить выбросы газа в атмосферу. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к нефтегазовой отрасли и может быть использовано при технологических операциях в процессе добычи и транспортирования природного и нефтяного газов.
В последнее время при добыче и транспортировании природного газа утверждается концепция повышения надежности и экологичности технологического оборудования и средств автоматики, обеспечивающей заданные параметры технологического цикла указанного процесса.
Известны устройства для осушки воздуха, включающие два адсорбера, соединенных трубопроводами, которые связаны с клапанами, обеспечивающими переключение режимов их работы с режима осушки в режим регенерации по команде от системы управления клапанами (см. заявку Японии N 61-35891 В, МКИ B01D 53/26, 53/02 от 86.08.15; заявка ЕПВ N 0212101, МКИ B01D 53/04, 53/26 от 87.03.04; заявка ФРГ N 3514473, МКИ B01D 53/26, от 86.10.23).
Известен способ и устройство для осушки сжатого воздуха (заявка ФРГ N 3304722, кл B01D 53/26), содержащее два адсорбера, соединенных трубопроводами с установленными на них клапанами, которые обеспечивают поочередное переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, дроссель с трубопроводом подачи осушенного газа при пониженном давлении, в регенерируемый адсорбер и влагоотделитель с влагоотводящим клапаном, открывающимся согласно ритму переключения адсорберов.
Недостатком известного устройства является то, что выброс накопившегося конденсата и газа регенерации происходит в окружающую среду, а также при высоком давлении. Поэтому использование приведенного устройства невозможно при осушке, например, токсичных и взрывопожароопасных газообразных веществ, например, природного газа, где в конденсате могут содержаться компоненты, опасные для человеческого организма и вредно воздействующие на окружающую среду.
Известен способ осушки газа и устройство для осушки сжатого газа, включающее два адсорбера, соединенных трубопроводами, содержащими клапаны, обеспечивающие переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, дроссель с трубопроводом подачи осушенного газа при пониженном давлении в регенерируемый адсорбер и влагоотделитель с влагоотводящим клапаном, отличающееся тем, что в нем влагоотделитель разделен на два резервуара: резервуар высокого давления, в полости которого размещен обратный клапан, механически связанный с поплавковым устройством, и резервуар низкого давления с автономно управляемым влагоотводящим клапаном, снабженным предохранительным клапаном (Патент РФ №2165786, МПК B01D 53/26 - прототип).
Устройство работает следующим образом.
Влажный газ с конденсатом поступает в резервуар высокого давления влагоотделителя, где конденсат накапливается. Отделенный от конденсата влажный газ поступает в один из адсорберов, работающих поочередно: один в режиме осушки; другой в режиме регенерации. Переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, по мере насыщения влагой, обеспечивается при помощи распределительных клапанов.
Для регенерации адсорбера используется часть осушенного газа, составляющая 25% при холодной регенерации, и 8…10% при тепловой, который при пониженном давлении, за счет дросселирования дросселем, пропускается через регенерируемый адсорбер. В режиме регенерации часть сухого газа подается в адсорбер в обратном направлении. Газ, проходя через внутреннюю полость адсорбера и слой адсорбента, насыщается влагой.
Основными недостатками указанного блока осушки является то, что после регенерации использованный газ регенерации и конденсат сбрасывается в атмосферу, что в значительной степени ухудшает экологию и приводит к потерям газа.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа осушки газа и блока осушки с минимальным объемом, составляющим менее 5% к общему расходу выбросов регенерационного газа в атмосферу.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе осушки газа, заключающемся в попеременном пропускании осушаемого газа через адсорберы, с отбором и нагревом части осушенного газа для регенерации адсорбента, причем один из адсорберов используют в режиме осушки, другой - в режиме регенерации, согласно изобретению для осушки основного расхода газа используют основные адсорберы, а для осушки газа регенерации в процессе регенерации основных адсорберов используют вспомогательные адсорберы, при этом газ после регенерации основных адсорберов направляют в первичный охладитель газа, где его охлаждают до заданной температуры и удаляют первичный конденсат, после чего частично осушенный и охлажденный газ подают на вход компрессора, где поднимают его давление до величины, в несколько раз, предпочтительно 5…10, превышающей давление газа на входе в блок, при этом после компрессора газ направляют в ресивер высокого давления, а после ресивера понижают давление газа до величины, превышающей рабочее давление на входе в блок осушки как минимум на (0,03…0,05) МПа, и направляют в один из вспомогательных адсорберов блока регенерации, где производят окончательную его осушку, после чего полностью осушенный и охлажденный газ направляют на вход блока осушки, при этом по мере увлажнения адсорбента в одном из вспомогательных адсорберов, параллельно с процессом регенерации основного адсорбера, проводят процесс регенерации вспомогательного адсорбера, для чего часть сухого газа регенерации, выходящего из работающего в режиме осушки вспомогательного адсорбера, направляют во второй вспомогательный адсорбер, находящийся в режиме регенерации, и далее - в атмосферу.
В варианте применения способа, дополнительно контролируют степень осушки адсорбента в регенерируемом вспомогательном адсорбере, для чего используют дополнительный преобразователь температуры и влажности, который устанавливают на выходной линии блока регенерации.
В варианте применения способа, регенерацию адсорберов осуществляют при рабочем давлении, для чего упомянутый дроссель открывают полностью или вводят параллельный трубопровод с шаровым краном.
Для реализации указанного способа предложен блок осушки газа, который, согласно изобретению, содержит, как минимум, входной трубопровод, два адсорбера с входными и выходными трубопроводами, заполненные адсорбентом, соединенных между собой системой трубопроводов, клапаны с системой управления, обеспечивающие переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, дроссель с трубопроводом подачи осушенного газа в регенерируемый адсорбер, компрессор, ресивер высокого давления и блок регенерации, содержащий вспомогательные адсорберы, соединенные между собой и с основными адсорберами, при этом выходные трубопроводы основных адсорберов соединены, предпочтительно последовательно, с теплообменником для первичного охлаждения газа регенерации, компрессором и ресивером, а выходной трубопровод ресивера соединен с входным трубопроводом блока регенерации.
В варианте выполнения, блок осушки газа содержит дополнительный преобразователь температуры и влажности, установленный на выходной линии блока регенерации.
В варианте выполнения, параллельно дросселю установлен дополнительный трубопровод с шаровым краном.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема предложенного блока осушки газа, на фиг.2 - часть схемы блока с основными адсорберами, на фиг.3 - часть схемы блока со вспомогательными адсорберами.
Предложенный способ может быть реализован при помощи блока, имеющего следующую конструкцию.
Агрегаты блока осушки газа смонтированы на раме. Блок состоит из двух основных адсорберов, заполненных адсорбентом, 1 и 2, снабженных манометрами 3 и 4 соответственно; двух теплообменников 5 и 6, блока регенерации 7. Теплообменник 5 предназначен для подогрева газа регенерации. Теплообменник 6 предназначен для первичного охлаждения газа регенерации, накопления и автоматического удаления первичного конденсата. Блок регенерации 7 предназначен для окончательной осушки и охлаждения газа регенерации. Для первичной очистки газа от механических примесей и капельной влаги, на входной магистрали установлен фильтр-влагоотделитель 8. Фильтры 9 и 10 установлены на выходных трубках адсорберов и служат для очистки осушенного газа от механических примесей. Подачу газа в блок регенерации 7 и возврат его на вход блока осушки осуществляет компрессор 11, установленный на отдельной раме. Смену и переключение адсорберов с режима осушки на режим регенерации осуществляют 3-ходовые шаровые краны 12 и 13. Кран 14, установленный на входной магистрали блока, предназначен для переключения потока сырого газа в один из адсорберов или, минуя блок, в «байпасную» линию. Измерение влажности осушенного газа осуществляется первичным преобразователем точки росы 15, установленным параллельно выходной магистрали. Подачу газа через преобразователь точки росы осуществляет электропневмоклапан 16. Для сбора и последующего удаления конденсата из пневмосистемы служит конденсатосборник 17. Слив конденсата из конденсатосборника 17 осуществляется автоматически или вручную. Для сброса давления газа из агрегатов и трубопроводов блока, при техническом обслуживании или появлении аварийной ситуации, установлен электропневмоклапан 18. Для предотвращения потока осушенного газа из магистрали потребителя в блок осушки газа в составе блока предусмотрен обратный клапан 19. Обратные клапаны 20 и 21 предназначены для предотвращения поступления осушенного газа в адсорберы при регенерации. Клапан 22 служит для предотвращения попадания сырого газа в выходную линию блока регенерации 7, компрессор 11 и ресивер 23. Для поддержания расхода газа регенерации в заданных пределах на выходных патрубках адсорберов установлен дроссель 24. Ресивер 23 снабжен предохранительным клапаном 25. Для контроля температур процессов нагрева и охлаждения, различных устройств и газа в блоках осушки и регенерации установлены датчики температур. Для контроля давления в различных линиях блока установлены три датчика давления 26…28. Шкаф электрооборудования блока установлен в отдельном боксе. Все агрегаты блока связаны между собой трубопроводами 29 с соединительными фитингами.
Блок регенерации 7 состоит из фильтра-влагоотделителя 30, двух вспомогательных адсорберов 31 и 32, снабженных манометрами 33 и 34, пневмораспределителя 35, обратных клапанов 36 и 37, дросселей 38 и 39, электропневмоклапанов 40 и 41, четырех одинаковых фильтров 42…45, не допускающих попадание мелких частиц адсорбента в магистрали блоков осушки и регенерации.
Переключение основных адсорберов осуществляют электропневмоклапаны 46 и 47. На наружные поверхности всех адсорберов навиты электрические нагревательные элементы. Для настройки давления газа регенерации установлен регулятор давления 48. Для контроля состояния адсорбента во вспомогательных адсорберах и измерения влажности газа регенерации установлен первичный преобразователь точки росы 49.
Предложенный способ реализуется при помощи указанного блока осушки газа следующим образом.
Через шаровый кран 14, переключенный на расход газа через блок осушки, при включенном в положение «Открыто» электропневмоклапане 46 первого основного адсорбера 1 и при выключенном электропневмоклапане 47 второго основного адсорбера 2 газ через шаровый кран 12 поступает в адсорбер 1, где осуществляется осушка сырого газа. Адсорберы работают поочередно: один - в режиме осушки, другой - в режиме регенерации, а по окончании процесса регенерации - в ожидании.
Режим осушки состоит в том, что влажный газ при рабочем давлении (контроль по показаниям манометра 3 или 4) попадает в адсорбер 1 или 2, заполненный адсорбентом. Проходя через адсорбент, влажный газ осушается. Далее, пройдя фильтр 9 или 10, поступает на потребление.
Влажность осушенного газа контролируется измерительным преобразователем точки росы 15. Подачу газа через преобразователь влажности осуществляет электропневмоклапан 16.
Режим регенерации заключается в следующем. Часть осушенного газа через дроссель 24 поступает в теплообменник 5, где подогревается до температуры 300…320°C, пройдя обратный клапан 20 (или 21), попадает в адсорбер 1 или 2, корпус которого также нагревается электронагревательным элементом, выполненным в виде ленты, навитой на его наружную поверхность. Сухой горячий газ, проходя через подогретый и насыщенный влагой адсорбент, насыщается влагой, тем самым, осушая адсорбент, и, пройдя через открытый кран 13, поступает в первичный охладитель газа 6, представляющий собой типовой агрегат воздушного охлаждения (АВО), где происходит охлаждение газа регенерации до заданной температуры. Здесь же происходит первичный сбор конденсата в сепараторе, входящим в состав теплообменника АВО. Затем газ поступает на вход компрессора 11, который поднимает давление газа до установленного значения. Газ под большим давлением поступает в ресивер 23. Затем газ регенерации, пройдя регулятор давления 48, где происходит понижение его давления (и температуры) до величины, превышающей давление сырого газа на входе в блок на 0,03…0,05 МПа, поступает в блок регенерации 7, где происходит окончательная стадия его осушки. Охлажденный и осушенный газ возвращается на вход блока осушки. В блоке регенерации 7 газ, пройдя через фильтр-влагоотделитель 30 и пневмораспределитель 35, поступает в один из вспомогательных адсорберов 31 или 32, где происходит окончательная глубокая его осушка до точки росы до - минус 40…45°C т.р. Из адсорбера охлажденный и осушенный газ поступает на вход блока осушки. По мере увлажнения адсорбента в одном из вспомогательных адсорберов 31 или 32, по сигналу от первичного преобразователя точки росы 49, во время очередного процесса регенерации основного адсорбера 1 или 2, параллельно с ним начнется процесс регенерации одного из увлажненных вспомогательных адсорберов. На поверхности увлажненного адсорбера включится электрическая нагревательная лента. Часть сухого газа регенерации, выходящего из работающего в данный момент времени в режиме осушки вспомогательного адсорбера, через один из дросселей 38 или 39, поступает в увлажненный адсорбер, увлажняется и через открытый в данный момент времени электропневмоклапан дренажа 40 выходит в атмосферу. Через установленное время, достаточное для полной осушки адсорбента, которое меньше времени регенерации основного адсорбера, процесс нагрева адсорбера прекращается, затем адсорбер продувается холодным сухим газом до установленной температуры. По окончании продувки электропневмоклапан дренажа 40 выключается. Вспомогательный адсорбер с восстановленным адсорбентом готов к работе. При начале нового процесса регенерации основного адсорбера произойдет смена вспомогательного адсорбера и в блоке регенерации.
Система управления обеспечивает работу блока в автоматическом режиме.
Использование предложенного технического решения позволит создать блок осушки с минимальными выбросами регенерационного газа в атмосферу.
1. Способ осушки газа, заключающийся в попеременном пропускании осушаемого газа через адсорберы, с отбором и нагревом части осушенного газа для регенерации адсорбента, причем один из адсорберов используют в режиме осушки, другой - в режиме регенерации, характеризующийся тем, что для осушки основного расхода газа используют основные адсорберы, а для осушки газа регенерации после регенерации основных адсорберов используют вспомогательные адсорберы, при этом газ после регенерации основных адсорберов направляют в первичный охладитель газа, где его охлаждают до заданной температуры и удаляют первичный конденсат, после чего частично осушенный и охлажденный газ подают на вход компрессора, где поднимают его давление до величины, в несколько раз, предпочтительно 5…10, превышающей давление газа на входе в блок, при этом после компрессора газ направляют в ресивер высокого давления, а после ресивера понижают давление газа до величины, превышающей рабочее давление на входе в блок осушки как минимум на (0,03…0,05) МПа, и направляют в один из вспомогательных адсорберов блока регенерации, где производят окончательную его осушку, после чего полностью осушенный и охлажденный газ направляют на вход блока осушки, при этом по мере увлажнения адсорбента в одном из вспомогательных адсорберов, параллельно с процессом регенерации основного адсорбера, проводят процесс регенерации вспомогательного адсорбера, для чего часть сухого газа регенерации, выходящего из работающего в режиме осушки вспомогательного адсорбера, направляют во второй вспомогательный адсорбер, находящийся в режиме регенерации, и далее - в атмосферу.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно контролируют степень осушки адсорбента в регенерируемом вспомогательном адсорбере, для чего используют дополнительный преобразователь точки росы, который устанавливают на выходной линии блока регенерации.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что регенерацию основных адсорберов осуществляют при рабочем давлении, для чего упомянутый дроссель открывают полностью или вводят параллельный трубопровод с шаровым краном.
4. Блок осушки газа для реализации способа по п.1, характеризующийся тем, что он содержит, как минимум, входной трубопровод, два адсорбера с входными и выходными трубопроводами, заполненные адсорбентом и соединенные между собой системой трубопроводов, клапаны с системой управления, обеспечивающие переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, дроссель с трубопроводом подачи осушенного газа в регенерируемый адсорбер, компрессор, ресивер высокого давления и блок регенерации, содержащий вспомогательные адсорберы, соединенные между собой и с основными адсорберами, при этом выходные трубопроводы основных адсорберов соединены, предпочтительно последовательно, с теплообменником для первичного охлаждения газа регенерации, компрессором и ресивером, а выходной трубопровод ресивера соединен с входным трубопроводом блока регенерации.
5. Блок осушки газа по п.4, отличающийся тем, что он содержит дополнительный преобразователь точки росы, установленный на выходной линии блока регенерации.
6. Блок осушки газа по п.4, отличающийся тем, что параллельно дросселю установлен дополнительный трубопровод с шаровым краном.
