Циклонный адсорбер для комплексной очистки природного газа

Изобретение относится к технике очистки природных газов от вредных компонентов и механических примесей. Циклонный адсорбер содержит цилиндрический корпус, внутри которого сверху вниз расположена камера очищенного газа, под которой соосно корпусу помещена кольцевая перфорированная цилиндрическая корзина, 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 которой расположена 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. Кольцевой зазор между перфорированной корзиной и стенкой корпуса образует кольцевые коллекторы очищенного газа и промывочной воды, соединенные сверху с камерой очищенного газа, а коническое днище корпуса снабжено сливным штуцером. Техническим результатом является обеспечение надежной работы адсорбера. 6 ил.

 

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.

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 Δ₁, 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 Δ₂, 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.

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, SiO₂, Al₂O₃, 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.

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 H₂SO₄ и H₂CO₃. 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.

Циклонный адсорбер для комплексной очистки природного газа, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого расположены кольцевой коллектор промывочной воды, перфорированная сбоку, изнутри и снизу кольцевая цилиндрическая корзина с зазором между ней и корпусом, 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, отличающийся тем, что внутри корпуса сверху вниз расположена камера очищенного газа, снабженная сверху выходным патрубком, внутренняя боковая поверхность кольцевой перфорированной корзины покрыта кольцевой фильтрующей перегородкой, внутри которой расположена центральная полость, закрытая сверху заглушкой, через верх 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 очищенного газа и коллектор промывочной воды, соединенные сверху с камерой очищенного газа.