RU2786205C1 - Adsorbent regeneration method in natural gas processing - Google Patents
Adsorbent regeneration method in natural gas processing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786205C1 RU2786205C1 RU2022110112A RU2022110112A RU2786205C1 RU 2786205 C1 RU2786205 C1 RU 2786205C1 RU 2022110112 A RU2022110112 A RU 2022110112A RU 2022110112 A RU2022110112 A RU 2022110112A RU 2786205 C1 RU2786205 C1 RU 2786205C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- adsorbent
- regeneration
- adsorbate
- gas
- cooling
- Prior art date
Links
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 22
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 75
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 61
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 30
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims abstract description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 230000001172 regenerating Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000003197 catalytic Effects 0.000 claims description 11
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 5
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 4
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 claims description 3
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 3
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 2
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002588 toxic Effects 0.000 abstract description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 12
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 7
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 231100000614 Poison Toxicity 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- 150000003462 sulfoxides Chemical class 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии регенерации адсорбентов при переработке природного газа и может быть использовано на предприятиях газовой и газохимической промышленности.The invention relates to a technology for the regeneration of adsorbents in the processing of natural gas and can be used in the gas and petrochemical industry.
Одним из характерных и затратных процессов крупнотоннажной переработки природного газа является глубокая очистка газообразных и жидких технологических потоков от таких примесей как вода, сероводород, сернистые соединения и углеводороды на установках с неподвижным слоем адсорбента (цеолитов, силикагеля, активированного угля), который после насыщения указанными примесями подвергается регенерации.One of the characteristic and costly processes of large-scale processing of natural gas is the deep purification of gaseous and liquid process streams from impurities such as water, hydrogen sulfide, sulfur compounds and hydrocarbons at installations with a fixed adsorbent bed (zeolites, silica gel, activated carbon), which, after saturation with these impurities undergoing regeneration.
Известен способ регенерации силикагеля, отработавшего в процессе очистки дизельного топлива, насыщенного окисленными соединениями серы в виде сульфонов и сульфоксидов до их содержания 20 мг/кг, включающий промывку силикагеля, находящегося в адсорбере, водой при температуре 20-50 °С, осушку промытого силикагеля нагнетаемым в адсорбер азотом при температуре 180-195 °С, отвод азота, содержащего пары воды и следы остаточных углеводородов, из адсорбера в конденсатор с охлаждением его до 40-60 °С, далее охлажденный азот отводят в сепаратор для отделения жидкой фазы и дальнейшей его рециркуляции в адсорбер с обеспечением снижения температуры промытого и осушенного силикагеля до 30-40 °С (патент на изобретение RU 2657342, МПК B01J 20/34, заявлен 19.04.2017 г., опубликован 19.06.2018 г.). Недостатками изобретения являются:There is a known method of regeneration of silica gel spent in the process of cleaning diesel fuel saturated with oxidized sulfur compounds in the form of sulfones and sulfoxides to their content of 20 mg/kg, including washing the silica gel in the adsorber with water at a temperature of 20-50 ° C, drying the washed silica gel with pumped into the adsorber with nitrogen at a temperature of 180-195 °C, removal of nitrogen containing water vapor and traces of residual hydrocarbons from the adsorber to the condenser with its cooling to 40-60 °C, then the cooled nitrogen is removed to the separator for separation of the liquid phase and its further recirculation into the adsorber to ensure that the temperature of the washed and dried silica gel is reduced to 30–40 °C (patent for invention RU 2657342, IPC
- десорбция адсорбированных силикагелем соединений серы путем промывки адсорбента водой, то есть замещением адсорбируемой водой адсорбированных соединений серы, с последующей десорбцией адсорбированной воды азотом при 180-195 °С, что энергетически невыгодно, поскольку теплота десорбции воды существенно выше теплоты десорбции соединений серы ввиду более высокого сродства силикагеля к воде;- desorption of sulfur compounds adsorbed by silica gel by washing the adsorbent with water, that is, by replacing the adsorbed sulfur compounds with adsorbed water, followed by desorption of adsorbed water with nitrogen at 180–195 °C, which is energetically unfavorable, since the heat of water desorption is significantly higher than the heat of desorption of sulfur compounds due to the higher the affinity of silica gel for water;
- нереализуемое практически охлаждение силикагеля до 30-40 °С с помощью десорбирующего азота с температурой 40-60 °С после конденсации из него воды и остаточных углеводородов, поскольку азот, охлажденный максимум до 40 °С, не может охладить силикагель до 30-40 °С;- practically unrealizable cooling of silica gel to 30-40 °C using desorbing nitrogen at a temperature of 40-60 °C after condensation of water and residual hydrocarbons from it, since nitrogen cooled to a maximum of 40 °C cannot cool silica gel to 30-40 °C WITH;
- равновесная 100 % влажность подаваемого на охлаждение силикагеля азота после конденсации в нем влаги, приводящая к осушке азота силикагелем на заключительной стадии охлаждения и, соответственно, к снижению адсорбционной способности силикагеля при очистке дизельного топлива от соединений серы.-
Известен способ совместной очистки природного газа от фракции тяжелых углеводородов и серусодержащих примесей путем адсорбции, при этом в качестве адсорбента используют активный уголь, а адсорбционный процесс очистки проводят в двухфазном режиме с регенерацией отработанного адсорбента нагретым инертным газом и пропускаемым через слой отработанного адсорбента противотоком очищаемому природному газу с последующим охлаждением регенерированного адсорбента естественным охлаждением (патент на изобретение RU 2465041, МПК B01D 53/14, заявлен 04.05.2011 г., опубликован 27.10.2012 г.). Недостатками изобретения являются: A known method of co-purification of natural gas from the fraction of heavy hydrocarbons and sulfur-containing impurities by adsorption, while active carbon is used as the adsorbent, and the adsorption purification process is carried out in a two-phase mode with regeneration of the exhaust adsorbent with heated inert gas and a counterflow of purified natural gas passed through the exhaust adsorbent layer followed by cooling of the regenerated adsorbent by natural cooling (patent for invention RU 2465041, IPC B01D 53/14, declared on 05/04/2011, published on 10/27/2012). The disadvantages of the invention are:
- невозможность промышленной реализации способа, так как интенсивное естественное охлаждение адсорбента после регенерации при высокой температуре нельзя обеспечить за счет теплопередачи с окружающей средой через стенку адсорбера большого диаметра;- the impossibility of industrial implementation of the method, since the intensive natural cooling of the adsorbent after regeneration at high temperature cannot be ensured by heat transfer with the environment through the wall of the adsorber of large diameter;
- искусственное увеличение продолжительности фазы адсорбции за счет продолжительной фазы регенерации для обеспечения малоэффективного естественного охлаждения адсорбента, приводящее к многократному увеличению размеров адсорбера, капитальных и эксплуатационных затрат на реализацию процесса в целом;- artificial increase in the duration of the adsorption phase due to the long regeneration phase to ensure inefficient natural cooling of the adsorbent, leading to a multiple increase in the size of the adsorber, capital and operating costs for the implementation of the process as a whole;
- кожухотрубчатая конструкция адсорбера для проведения регенерации с размещением адсорбента в трубном пространстве, приводящая к увеличению габаритов, металлоемкости и стоимости аппарата- shell-and-tube design of the adsorber for regeneration with the placement of the adsorbent in the tube space, leading to an increase in dimensions, metal consumption and cost of the device
Наиболее близок к заявляемому изобретению способ регенерации адсорбера от влаги, включающий нагрев до 180-200 °С и охлаждение адсорбера потоком газа со сбросом его части в атмосферу при нагреве, использование при нагреве регенерирующего газа – азота, при этом нагрев до 180-200 °С обеспечивают в две стадии, на первой регенерирующий газ нагревают, эжектируют и смешивают с воздухом с образованием потока газа, который сбрасывают в атмосферу после адсорбера, при достижении температуры потока газа 100-110 °С подачу воздуха прекращают, на второй стадии организуют циркуляцию потока газа через адсорбер, причем в атмосферу сбрасывают часть потока газа, равную количеству регенерирующего газа, подаваемого на эжектирование, при достижении 180-200 °С нагрев и эжектирование прекращают, после чего поэтапно вакуумируют адсорбер до 1*10-2 мм рт. ст., при этом на первом этапе вакуумируют до 100-200 мм рт. ст. с одновременной подачей в адсорбер калиброванного расхода регенерирующего газа, на втором этапе вакуумирование ведут с помощью механического насоса, а далее охлаждают до рабочей температуры потоком газа, в качестве которого используют чистый рабочий газ, организацию потока газа при нагреве адсорбера до 180-200 °С на первом этапе вакуумирования и при охлаждении осуществляют эжекторами, кроме того, при охлаждении для эжектирования используют часть неосушенного рабочего газа (патент на изобретение RU 2239489, МПК B01D 53/96, B01J 20/34, заявлен 21.10.2002 г., опубликован 10.11.2004 г.). Недостатками изобретения являются: Closest to the claimed invention is the method of regenerating the adsorber from moisture, including heating to 180-200 ° C and cooling the adsorber with a gas flow with the discharge of part of it into the atmosphere during heating, the use of regenerating gas - nitrogen when heated, while heating up to 180-200 ° C provided in two stages, at the first stage, the regenerating gas is heated, ejected and mixed with air to form a gas flow, which is discharged into the atmosphere after the adsorber, when the gas flow temperature reaches 100-110 ° C, the air supply is stopped, at the second stage, the gas flow is circulated through adsorber, and a part of the gas flow equal to the amount of regenerating gas supplied for ejection is discharged into the atmosphere, when 180-200 ° C is reached, heating and ejection are stopped, after which the adsorber is gradually evacuated to 1 * 10 -2 mm Hg. Art., while at the first stage vacuum up to 100-200 mm Hg. Art. with simultaneous supply of a calibrated flow rate of regenerating gas to the adsorber, at the second stage, evacuation is carried out using a mechanical pump, and then cooled to the operating temperature by a gas stream, which is used as a pure working gas, organizing the gas flow when the adsorber is heated to 180-200 ° C for the first stage of evacuation and during cooling is carried out by ejectors, in addition, during cooling, a part of the undried working gas is used for ejection (patent for invention RU 2239489, IPC B01D 53/96,
- проведение процесса регенерации в две стадии по несколько этапов с различными технологическими операциями, что усложняющее управление процессом;- carrying out the regeneration process in two stages in several stages with different technological operations, which complicates the process control;
- малоэффективное с позиций подвода тепла в электронагревателе формирование потока теплоносителя на первом этапе первой стадии регенерации нагреванием азота до 280-300 °С в электронагревателе, к которому затем подкачивается холодный воздух, из-за относительно низкого коэффициента теплопередачи (низкая скорость потока газа в электронагревателе) и температурного напора;- inefficient from the standpoint of heat supply in the electric heater, the formation of a coolant flow at the first stage of the first stage of regeneration by heating nitrogen to 280-300 ° C in the electric heater, to which cold air is then pumped, due to the relatively low heat transfer coefficient (low gas flow rate in the electric heater) and temperature difference;
- нагрев на втором этапе первой стадии регенерации слоя адсорбента лишь до температуры 180-200 °С, недостаточной для высокой степени восстановления адсорбционных свойств сорбентов, особенно некоторых типов цеолитов, широко применяемых при глубокой осушке и очистке технологических потоков;- heating at the second stage of the first stage of regeneration of the adsorbent layer only to a temperature of 180-200 °C, which is insufficient for a high degree of restoration of the adsorption properties of sorbents, especially some types of zeolites widely used in deep drying and purification of process streams;
- влияние колебаний температуры окружающей среды на параметры ведения процесса, т.к. при формировании потока теплоносителя в систему подкачивается воздух из атмосферы; - the influence of fluctuations in ambient temperature on the parameters of the process, because when forming a coolant flow, air is pumped into the system from the atmosphere;
- использование на двух этапах второй стадии регенерации различных аппаратов с разной глубиной вакуумирования, что существенно удорожает реализацию способа;- use at two stages of the second stage of regeneration of various devices with different depths of evacuation, which significantly increases the cost of the implementation of the method;
- попадание в продукты десорбции при осушке природного газа вместе с водой углеводородов, которые вместе с газами регенерации сбрасываются в атмосферу, загрязняя окружающую среду. - the ingress of hydrocarbons into the desorption products during drying of natural gas together with water, which, together with regeneration gases, are discharged into the atmosphere, polluting the environment.
При создании изобретения была поставлена задача разработки природосберегающего способа регенерации адсорбентов при переработке природного газа путем эффективного использования технологических потоков.When creating the invention, the task was to develop an environmentally friendly method for the regeneration of adsorbents in the processing of natural gas through the efficient use of process streams.
Поставленная задача решается за счет того, что способ регенерации адсорбентов при переработке природного газа включает стадии нагрева адсорбента с десорбцией адсорбата и охлаждения адсорбента потоками регенерирующего и охлаждающего инертного газа, соответственно, при этом в качестве регенерирующего и охлаждающего инертного газа используют сухой азот, имеющий точку росы по воде не выше, чем требуемая точка росы по воде потока, очищенного на адсорбенте, сухой азот последовательно проходит через слой охлаждаемого адсорбента на стадии охлаждения адсорбента, нагревается до температуры регенерации в рекуперативном теплообменнике и дополнительном нагревательном аппарате, пропускается через слой нагреваемого адсорбента на стадии нагрева адсорбента с десорбцией адсорбата, далее отработанный газ регенерации поступает совместно с десорбатом в виде азото-десорбатной смеси нестационарного состава в рекуперативный теплообменник для нагрева сухого азота, охлаждается в дополнительном охлаждающем аппарате и подается для выравнивания состава азото-десорбатной смеси на смешение с сухим азотом, после чего смешивается с воздухом, направляется в реактор термокаталитического окисления десорбированного адсорбата и далее сбрасывается на свечу. The problem is solved due to the fact that the method of regeneration of adsorbents in the processing of natural gas includes the stages of heating the adsorbent with desorption of the adsorbate and cooling the adsorbent with flows of regenerating and cooling inert gas, respectively, while dry nitrogen having a dew point is used as regenerating and cooling inert gas for water is not higher than the required dew point for water of the stream purified on the adsorbent, dry nitrogen sequentially passes through the layer of the cooled adsorbent at the stage of cooling the adsorbent, is heated to the regeneration temperature in the recuperative heat exchanger and additional heating apparatus, is passed through the layer of the heated adsorbent at the stage of heating adsorbent with desorption of the adsorbate, then the exhaust gas of regeneration enters together with the desorbate in the form of a nitrogen-desorbate mixture of a non-stationary composition into a recuperative heat exchanger for heating dry nitrogen, is cooled in an additional cooling apparatus ate and is fed to equalize the composition of the nitrogen-desorbate mixture for mixing with dry nitrogen, after which it is mixed with air, sent to the reactor for the thermal catalytic oxidation of the desorbed adsorbate, and then discharged onto the candle.
Целесообразно при использовании в качестве адсорбента синтетических цеолитов температуру сухого азота, пропускаемого через слой нагреваемого адсорбента на стадии нагрева адсорбента с десорбцией адсорбата, обеспечивать в диапазоне 250-350 °С.When using synthetic zeolites as an adsorbent, it is advisable to provide the temperature of dry nitrogen passed through the heated adsorbent layer at the adsorbent heating stage with adsorbate desorption in the range of 250–350 °C.
Целесообразно при использовании в качестве адсорбента активированных углей температуру сухого азота, пропускаемого через слой нагреваемого адсорбента на стадии нагрева адсорбента с десорбцией адсорбата, обеспечивать в диапазоне 180-250 °С.When using activated carbons as an adsorbent, it is advisable to ensure the temperature of dry nitrogen passed through the heated adsorbent layer at the stage of adsorbent heating with adsorbate desorption in the range of 180–250 °C.
В качестве дополнительного нагревательного аппарата можно использовать печь прямого нагрева, трубчатые электронагреватели или иные теплообменные аппараты с применением конденсируемого водяного пара или масла-теплоносителя или горячих дымовых газов.As an additional heating device, you can use a direct heating furnace, tubular electric heaters or other heat exchangers using condensed water vapor or heat transfer oil or hot flue gases.
В качестве дополнительного охлаждающего аппарата можно использовать водяной или воздушный холодильник.As an additional cooling device, you can use a water or air cooler.
При выравнивании состава азото-десорбатной смеси целесообразно концентрацию окисляемого десорбируемого адсорбата в смеси отработанного газа регенерации с воздухом обеспечивать не выше величины, при которой начинается температурное спекание катализатора в реакторе термокаталитического окисления десорбированного адсорбата.When equalizing the composition of the nitrogen-desorbate mixture, it is expedient to ensure that the concentration of the oxidizable desorbed adsorbate in the mixture of the exhaust gas of regeneration with air is not higher than the value at which the temperature sintering of the catalyst begins in the reactor for the thermocatalytic oxidation of the desorbed adsorbate.
Целесообразно при ограниченном диапазоне производительности реактора термокаталитического окисления десорбированного адсорбата предусмотреть стабилизацию расхода отработанного газа регенерации с помощью ресивера в момент пикового выделения десорбированного адсорбата. Причем смешение отработанного газа регенерации с сухим азотом осуществляют перед и/или после ресивера.With a limited capacity range of the desorbed adsorbate thermocatalytic oxidation reactor, it is expedient to provide for the stabilization of the regeneration exhaust gas flow rate with the help of a receiver at the moment of peak release of the desorbed adsorbate. Moreover, the mixing of the regeneration exhaust gas with dry nitrogen is carried out before and/or after the receiver.
Целесообразно для выравнивания состава азото-десорбатной смеси отработанный газ регенерации через инжектор подавать в ресивер с диафрагменным смесителем и системой инжекционной циркуляции газа регенерации. To equalize the composition of the nitrogen-desorbate mixture, it is expedient to supply the regeneration exhaust gas through an injector to a receiver with a diaphragm mixer and a regeneration gas injection circulation system.
Целесообразно расход воздуха, подаваемого на смешение с отработанным газом регенерации, обеспечивать в количестве не менее десятикратного избытка по сравнению с минимальным расходом воздуха, необходимым для полного окисления десорбированного адсорбата в отработанном газе регенерации.It is advisable to provide the air flow rate supplied for mixing with the regeneration exhaust gas in an amount of at least a tenfold excess compared to the minimum air consumption required for complete oxidation of the desorbed adsorbate in the regeneration exhaust gas.
В качестве катализатора в реакторе термокаталитического окисления десорбированного адсорбата можно использовать благородные металлы или оксиды переходных металлов. Noble metals or transition metal oxides can be used as a catalyst in the reactor for the thermal catalytic oxidation of the desorbed adsorbate.
Целесообразно при регенерации адсорбентов очистки жидкофазных потоков от примесей перед стадией нагрева адсорбента с десорбцией адсорбата выполнять продувку слоя адсорбента сухим азотом и сбор выделенной жидкой фазы в дополнительном сборнике с объединением газов продувки и отработанного газа регенерации.When regenerating adsorbents for cleaning liquid-phase flows from impurities, before the stage of heating the adsorbent with desorption of the adsorbate, it is advisable to purge the adsorbent layer with dry nitrogen and collect the separated liquid phase in an additional collector with the combination of purge gases and exhaust regeneration gas.
Целесообразно при широком диапазоне производительности реактора термокаталитического окисления предусмотреть подачу отработанного газа регенерации в реактор напрямую без разбавления сухим азотом.It is expedient for a wide range of performance of the thermal catalytic oxidation reactor to provide for the supply of regeneration exhaust gas to the reactor directly without dilution with dry nitrogen.
Целесообразно перед подачей в термокаталитический реактор отработанный газ регенерации объединять с другими потоками производства по переработке природного газа, требующими окисления перед сбросом в атмосферу, например, с кислым газом установки аминовой очистки.It is advantageous to combine the regeneration exhaust gas with other natural gas processing streams that require oxidation prior to release to the atmosphere, such as acid gas from an amine treatment plant, prior to being fed into the catalytic reactor.
Целесообразно при наличии в составе производства по переработке природного газа установки деазотирования природного газа в качестве регенерирующего и охлаждающего газа использовать азотсодержащий газ, вырабатываемый на этой установке.It is advisable if there is a natural gas denitrification plant in the natural gas processing plant as a regenerating and cooling gas to use nitrogen-containing gas produced at this plant.
На фигуре 1 представлена схема одного из возможных вариантов реализации заявляемого изобретения с использованием следующих обозначений:The figure 1 shows a diagram of one of the possible embodiments of the claimed invention using the following notation:
1-14 – трубопровод;1-14 - pipeline;
101-103 – адсорбер;101-103 - adsorber;
201 – рекуперативный теплообменник;201 - recuperative heat exchanger;
202 – дополнительный нагревательный аппарат;202 - additional heating apparatus;
203 – дополнительный охлаждающий аппарат;203 - additional cooling apparatus;
301 – ресивер;301 - receiver;
401 – реактор термокаталитического окисления десорбированного адсорбата.401 – reactor for thermocatalytic oxidation of desorbed adsorbate.
Приведенная на фигуре 1 схема функционирует следующим образом.The circuit shown in figure 1 functions as follows.
Условно принято, что адсорбер 101 находится на стадии адсорбции, адсорбер 102 – на стадии охлаждения адсорбента, адсорбер 103 – на стадии нагрева адсорбента с десорбцией адсорбата. Поток очищаемого сжиженного углеводородного газа (СУГ) по трубопроводу 1 поступает для адсорбционной очистки от сернистых соединений в адсорбер 101 и проходит снизу вверх слой адсорбента. Очищенный от сернистых соединений поток СУГ сверху адсорбера 101 по трубопроводу 2 выводится для дальнейшей переработки на производстве по переработке природного газа.It is conventionally assumed that
В качестве регенерирующего и охлаждающего газа используют сухой азот, вырабатываемый на производстве по переработке природного газа и поступающий из заводской сети по трубопроводу 3.Dry nitrogen is used as a regenerating and cooling gas, which is produced at the natural gas processing plant and comes from the factory network through
Поступающий из заводской сети по трубопроводу 3 сухой азот пропускается сверху вниз через слой охлаждаемого адсорбента в адсорбере 102, находящемся на стадии охлаждения адсорбента, и далее последовательно проходит по трубопроводу 4 рекуперативный теплообменник 201 и по трубопроводу 5 дополнительный нагревательный аппарат 202 для нагрева до температуры регенерации. Нагретый поток в качестве газа регенерации пропускается сверху вниз через слой нагреваемого адсорбента в адсорбере 103, находящемся на стадии нагрева адсорбента с десорбцией адсорбата. Отработанный газ регенерации в виде азото-десорбатной смеси нестационарного состава из адсорбера 103 направляется по трубопроводу 7 сначала в рекуперативный теплообменник 201 для нагрева сухого азота, а затем по трубопроводу 8 в дополнительный охлаждающий аппарат 203 для дополнительного охлаждения. Охлажденная азото-десорбатная смесь далее для выравнивания состава азото-десорбатной смеси смешивается с потоком сухого азота, поступающим по трубопроводу 12, формируя поток отработанного газа регенерации стационарного состава, который затем подается по трубопроводу 9 в реактор термокаталитического окисления десорбированного адсорбата 401, где сернистые соединения окисляются кислородом воздуха, поступающего по трубопроводу 14, и сбрасывается на свечу по трубопроводу 13. Формирование потока отработанного газа регенерации стационарного состава за счет смешения с потоком сухого азота также позволяет избежать роста температуры в реакторе термокаталитического окисления десорбированного адсорбата 401. Dry nitrogen coming from the factory network through
В момент пикового выделения сернистых соединений для стабилизации расхода отработанного газа регенерации, подаваемого в реактор термокаталитического окисления десорбированного адсорбата 401, часть азото-десорбатной смеси после дополнительного охлаждающего аппарата 203 отводят по трубопроводу 10 в ресивер 301. Разгрузка ресивера 301 производится путем направления его содержимого по трубопроводу 11 на смешение с азото-десорбатной смесью, поступающей из дополнительного охлаждающего аппарата 203 в реактор 401 по трубопроводу 9, в период последующего снижения концентрации сернистых соединений в данном потоке.At the time of the peak release of sulfur compounds to stabilize the flow rate of the regeneration exhaust gas supplied to the reactor for the thermal catalytic oxidation of the
Возможная циклограмма работы адсорберов 101-103 приведена на фигуре 2.A possible cyclogram of the operation of adsorbers 101-103 is shown in figure 2.
Пример. Выполнено математическое моделирование способа регенерации адсорбентов при переработке природного газа в соответствии с прототипом и заявляемым изобретением. Поток СУГ, состав которого приведен в таблице 1, в количестве 135864 кг/ч подается в находящийся на стадии адсорбции адсорбер. Очистка СУГ от сернистых соединений (меркаптанов) происходит при температуре 40 °C и давлении 18,3 бар (изб.) до уровня 15 ppm масс. Регенерация насыщенного адсорбента производится сухим азотом при давлении 17,3 бар (изб.) и температуре 270 °C для заявляемого способа и 200 °C для прототипа. Для заявляемого способа, в отличие от прототипа, предусмотрена подача сухого азота для поддержания необходимой концентрации меркаптанов в отработанном газе регенерации в виде азото-десорбатной смеси, направляемой в реактор термокаталитического окисления десорбированного адсорбата. Согласно заявляемому изобретению во время пикового выделения меркаптанов (четвертый час стадии нагрева адсорбента с десорбцией адсорбата) основная часть потока отработанного газа регенерации будет подаваться на заполнение ресивера, что позволяет стабилизировать расход отработанного газа регенерации, поступающего в реактор термокаталитического окисления десорбированного адсорбата. Материальные балансы обоих способов приведены в таблице 2. Из данных таблицы 2 видно, что для прототипа в период пикового выделения меркаптанов для полного их окисления потребуется большее количество кислорода воздуха, что вызывает рост температуры в реакторе термокаталитического окисления десорбированного адсорбата с 460 °C до 516 °C. Приведенные в таблице 3 результаты расчетов адсорбции и регенерации также показывают, что проведение регенерации адсорбентов для заявляемого способа при более высокой температуре 270 °C позволяет увеличить степень регенерации адсорбента и, как следствие, емкость регенерированного адсорбента, сокращая количество загружаемого адсорбента и металлоемкость адсорберов, т.е. эксплуатационные и капитальные затраты. Также для заявляемого способа потребуется меньшее количество газа регенерации ввиду того, что с увеличением температуры регенерации адсорбентов возрастает теплоемкость газа регенерации. Каталитическое окисление извлеченных на стадии адсорбции примесей позволяет повысить уровень экологической безопасности способа путем сокращения выбросов токсичных веществ производства в окружающую среду.Example. Performed mathematical modeling of the method of regeneration of adsorbents in the processing of natural gas in accordance with the prototype and the claimed invention. The flow of LPG, the composition of which is shown in table 1, in the amount of 135864 kg/h is fed into the adsorber at the stage of adsorption. Purification of LPG from sulfur compounds (mercaptans) occurs at a temperature of 40 ° C and a pressure of 18.3 bar (g) to a level of 15 ppm mass. The saturated adsorbent is regenerated with dry nitrogen at a pressure of 17.3 bar (g) and a temperature of 270 °C for the proposed method and 200 °C for the prototype. For the proposed method, in contrast to the prototype, the supply of dry nitrogen is provided to maintain the required concentration of mercaptans in the exhaust gas of regeneration in the form of a nitrogen-desorbate mixture sent to the reactor for thermal catalytic oxidation of the desorbed adsorbate. According to the claimed invention, during the peak release of mercaptans (the fourth hour of the adsorbent heating stage with adsorbate desorption), the main part of the regeneration exhaust gas flow will be fed to the receiver, which allows stabilizing the regeneration exhaust gas flow entering the desorbed adsorbate thermocatalytic oxidation reactor. The material balances of both methods are shown in table 2. From the data in table 2 it can be seen that for the prototype during the period of peak release of mercaptans for their complete oxidation, a larger amount of atmospheric oxygen will be required, which causes an increase in temperature in the reactor for the thermocatalytic oxidation of the desorbed adsorbate from 460 ° C to 516 ° C. The results of calculations of adsorption and regeneration given in Table 3 also show that carrying out the regeneration of adsorbents for the proposed method at a higher temperature of 270 ° C makes it possible to increase the degree of regeneration of the adsorbent and, as a result, the capacity of the regenerated adsorbent, reducing the amount of adsorbent loaded and the metal consumption of adsorbers, i.e. e. operating and capital costs. Also, the proposed method will require a smaller amount of regeneration gas due to the fact that with an increase in the regeneration temperature of the adsorbents, the heat capacity of the regeneration gas increases. The catalytic oxidation of impurities extracted at the adsorption stage makes it possible to increase the level of environmental safety of the method by reducing emissions of toxic substances from production into the environment.
Таким образом, обеспечивая сокращение металлоемкости оборудования, количества используемого газа регенерации и выбросов токсичных продуктов в атмосферу, заявляемое изобретение решает поставленную задачу разработки природосберегающего способа регенерации адсорбентов при переработке природного газа путем эффективного использования технологических потоков.Thus, providing a reduction in the metal consumption of equipment, the amount of regeneration gas used and emissions of toxic products into the atmosphere, the claimed invention solves the problem of developing an environmentally friendly method for the regeneration of adsorbents in the processing of natural gas through the efficient use of process streams.
Claims (18)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2786205C1 true RU2786205C1 (en) | 2022-12-19 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2239489C2 (en) * | 2002-10-21 | 2004-11-10 | Открытое акционерное общество криогенного машиностроения | Method and device for moisture removal from adsorber |
| FR2856607B1 (en) * | 2003-06-27 | 2006-08-18 | Air Liquide | ACCELERATED TSA CYCLE AIR PURIFICATION METHOD |
| RU2669269C2 (en) * | 2017-02-13 | 2018-10-09 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" | Method for regenerating the adsorbent of dehydration of natural gases |
| RU2750699C1 (en) * | 2020-06-26 | 2021-07-01 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" | Adsorption unit for preparing natural gas for transport |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2239489C2 (en) * | 2002-10-21 | 2004-11-10 | Открытое акционерное общество криогенного машиностроения | Method and device for moisture removal from adsorber |
| FR2856607B1 (en) * | 2003-06-27 | 2006-08-18 | Air Liquide | ACCELERATED TSA CYCLE AIR PURIFICATION METHOD |
| RU2669269C2 (en) * | 2017-02-13 | 2018-10-09 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" | Method for regenerating the adsorbent of dehydration of natural gases |
| RU2750699C1 (en) * | 2020-06-26 | 2021-07-01 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" | Adsorption unit for preparing natural gas for transport |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5059405A (en) | Process and apparatus for purification of landfill gases | |
| JP6575050B2 (en) | Carbon dioxide recovery method and recovery apparatus | |
| US8409329B2 (en) | Method for the purification of a gas containing CO2 using an adsorption purification unit | |
| KR20110081216A (en) | Multi-stage process for purifying carbon dioxide and producing sulfuric acid and nitric acid | |
| BRPI0910303B1 (en) | method and apparatus for separating blast furnace gas | |
| JPS62136222A (en) | Method for adsorbing and separating specific gas from gaseous mixture | |
| WO2013084402A1 (en) | Method and apparatus for separating hydrogen sulfide and hydrogen production system using same | |
| RU2602908C9 (en) | Method of natural gas cleaning from impurities during its preparation for production of liquefied methane, ethane and hydrocarbons wide fraction | |
| CA2731185C (en) | Method for the removal of moisture in a gas stream | |
| CN116059784A (en) | Method and system for capturing carbon dioxide in flue gas by pressure swing adsorption | |
| RU2786205C1 (en) | Adsorbent regeneration method in natural gas processing | |
| JP2008212845A (en) | Carbon monoxide adsorbent, gas purification method, and gas purifier | |
| JP4839114B2 (en) | Liquefied carbon dioxide purification equipment | |
| EP3216511A1 (en) | A temperature-swing adsorption process | |
| KR20180123579A (en) | Multi-Stage Gas Adsorption Separation Process and System | |
| JP5074116B2 (en) | Regenerative desulfurization apparatus and desulfurization system | |
| RU2206375C1 (en) | Commercial gaseous carbon dioxide production process | |
| KR101909291B1 (en) | Purifying method and purifying apparatus for argon gas | |
| JPH02284618A (en) | Method for reducing oxygen concentration | |
| CN111093801B (en) | Temperature swing adsorption process | |
| CN117529359A (en) | Ammonia cracking for green hydrogen | |
| JP6855525B2 (en) | How to make carbon dioxide | |
| US20240238722A1 (en) | System and process for gas upgrading | |
| JPS6291408A (en) | Method for dioxidizing oxygen-containing gaseous nitrogen | |
| SU161701A1 (en) |