Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОСУШКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА
СПОСОБ ОСУШКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА

СПОСОБ ОСУШКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к осушке газов и может быть использовано в газовой и нефтяной промышленности. Способ осушки углеводородного газа включает инерционное отделение капель жидкости от сырого газа в сепараторе с его предварительной осушкой от паров воды, подачу газа в распыливающий абсорбер на осушку абсорбентом, отделение капель раствора влажного абсорбента и его паров из распыливающего абсорбера от газа, его заключительную осушку от паров воды перед его подачей в магистральный трубопровод, вывод из распыливающего абсорбера насыщенного водой абсорбента на регенерацию в регенератор и рециркуляцию регенированного и очищенного от механических примесей абсорбента в распыливающий абсорбер. При этом инерционное отделение капель жидкости от сырого газа и его предварительную осушку от паров воды осуществляют поверхностно-вихревым смешением в цилиндрической витой трубе с многозаходными винтовыми гофрами с L/S≥2, N≥3 и D/d≅3 при скорости набегания сырого газа на гофры 30 - 400 м/с с непрерывным отводом жидкости с внутренней поверхности гофр, а отделение капель раствора влажного абсорбента и его паров и заключительную осушку газа от паров воды осуществляют поверхностно-вихревым смешением в цилиндрической витой трубе с многозаходными винтовыми гофрами с L/S≥2, N≥3 и D/d≅ 3 при скорости набегания осушаемого газа на гофры 50-400 м/с с непрерывным отводом раствора влажного абсорбента с внутренней поверхности гофр в регенератор и его рециркуляцией в абсорбер, где L - длина трубы, S - шаг спирали винтового гофра, N - число гофр в поперечном сечении трубы, D - максимальный внешний диаметр цилиндрического профиля витой трубы и d - минимальный внутренний диаметр цилиндрического профиля витой трубы. Использование данного изобретения позволяет снизить расход и потери абсорбента. 5 з. п. ф-лы., 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2160150
Класс(ы) патента: B01D53/26
Номер заявки: 99104695/12
Дата подачи заявки: 17.03.1999
Дата публикации: 10.12.2000
Заявитель(и): Открытое акционерное общество "Сибирская нефтегазовая компания"
Автор(ы): Вяхирев Г.И.; Загнитько А.В.; Пушко А.И.; Рапопорт З.Г.; Троценко Н.М.; Чаплыгин Ю.О.; Пушко Г.И.
Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Сибирская нефтегазовая компания"
Описание изобретения: Изобретение относится к промысловой обработке, главным образом осушке, газов и может быть использовано в газовой и нефтяной промышленности для подготовки природных и попутных нефтяных газов на промыслах к дальнему транспорту.
Известен способ осушки газа путем фильтрации через пористые твердые осушители, в качестве которых применяют следующие адсорбенты: силикагель, активированная окись алюминия, шариковый алюмогель, активированный боксит, молекулярные сита (см. А. Л. Коуль, Ф.С. Ризенфельд. Очистка газов.- М.: Недра, 1968, с. 275-281 [1]). Недостатком способа является невысокая степень осушки больших объемов газа и трудности периодической регенерации больших объемов адсорбента.
Известен способ осушки углеводородного газа путем его фильтрации через пористую среду, в качестве которой используют твердый сорбент, насыщенный водным раствором полиакриламида (см. авт. св. СССР. Способ осушки газа, N 787075, МКИ B 01 D 53/26, БИ N 46 от 15.12.1980 [2]). Недостатком данного способа является невысокая степень осушки больших объемов газа и трудности периодической регенерации раствора влажного сорбента.
Известен способ осушки углеводородного газа в дискретных аппаратах абсорбцией распыленным в трубопроводе смешения абсорбентом и последующей заключительной осушкой в барботажном или распыливающем абсорбере колонного типа с непрерывной регенерацией и рециркуляцией абсорбента (см. патент РФ. Способ осушки углеводородного газа, N 2108851, МКИ B 01 D 53/26, БИ N 11 от 20.04.1998 [3]).
Недостатком данного способа является большой расход абсорбента, а также его существенные потери при конвенктивном (механическом) уносе осушенным газом из абсорбера паров и капель влажного раствора абсорбента. Например, при использовании абсорбента типа диэтиленгликоля его расход составляет от 31 до 45,7 г на 1 г извлекаемой влаги из газа Уренгойского газоконденсатного месторождения.
Наиболее близким аналогом (прототип) к заявляемому объекту является способ осушки природного газа многофункциональными аппаратами, включающий инерционное отделение капельной жидкости от сырого газа в сепараторе, подачу газа в распыливающий абсорбер на осушку абсорбентом, отделение от газа в каплеуловителе - сетчатом отбойнике конвективно выносимых капель раствора влажного абсорбента перед подачей газа в магистральный трубопровод, вывод из распыливающего абсорбера насыщенного влагой абсорбента на регенерацию в регенератор и рециркуляцию регенерированного и очищенного от механических примесей абсорбента в распыливающий абсорбер (см. Н.В.Жданова, А.Л.Халиф.- Осушка углеводородных газов.- М.: Химия, 1984, глава 4, с. 45-46 [4]).
Недостатком данного способа является большой расход абсорбента и его существенные потери при механическом уносе паров и капель влажного раствора абсорбента осушенным газом после каплеуловителя - сетчатого отбойщика. Например, расход абсорбента типа гликоля (ДЭГ-диэтиленгликоль и ТЭГ-триэтиленгликоль) составляет от 15 до 100 г на 1 г извлекаемой влаги, а общие потери гликоля - от 5 до 20 г на 1000 м3 газа (и зависимости от конструкции распыливающего абсорбера, типа гликоля, давления, расхода и температуры газа [4, с. 47-48, с. 89- 103]). При этом наибольшие потери гликоля происходят за счет механического уноса капель распыленного гликоля из абсорбера (до 73% [4, с. 101]. Это обусловлено тем, что не осуществляют предварительную осушку сырого газа перед распыливающим абсорбером путем одновременного инерционного отделения капельной жидкости и частичного улавливания паров воды в сепараторе без использования абсорбента. Кроме того, каплеуловитель - сетчатый отбойник, с одной стороны, не позволяет осуществить высокоэффективное отделение от осушенною газа тонкодиснерсной фракции капель влажного раствора абсорбента, а с другой стороны, в каплеуловителе - сетчатом отбойнике практически не происходит заключительная осушка газа абсорбцией вследствие большой скорости течения газа и малого времени абсорбционного контакта газа с неразвитой поверхностью уловленною абсорбента в каплеуловителе - сетчатом отбойнике.
Техническим результатом данного изобретения является разработка способа осушки углеводородною газа, обеспечивающего уменьшение расхода абсорбента и снижение его потерь.
Технический результат достигается тем, что в способе осушки углеводородного газа, включающем инерционное отделение капельной жидкости от сырого газа и его предварительную осушку от паров воды, подачу газа в распыливающий абсорбер на осушку абсорбентом, отделение капель раствора влажного абсорбента и его паров из распыливающего абсорбера от газа и его заключительную осушку от паров воды перед его подачей в магистральный трубопровод, вывод из распыливающего абсорбера насыщенного водой абсорбента на регенерацию в регенератор и рециркуляцию регенерированного и очищенного от механических примесей абсорбента в распыливающий абсорбер, инерционное отделение капельной жидкости от сырого газа и его предварительную осушку от паров воды осуществляют поверхностно-вихревым смешением в цилиндрической витой трубе с многозаходными винтовыми гофрами с L/S ≥ 2, N ≥ 3 и D/d ≅ 3 при скорости набегания сырого газа на гофры 30-400 м/с с непрерывным отводом жидкости с внутренней поверхности пор, отделения капель раствора влажного абсорбента и его паров и заключительную осушку газа от паров воды осуществляют поверхностно-вихревым смешением в цилиндрической витой грубо с многозаходными винтовыми гофрами с L/S ≥ 2, N≥3 и D/d ≅ 3 при скорости набегания осушиваемого газа на гофры 50 - 400 м/с с непрерывным отводом раствора влажного абсорбента с вихревой поверхности гофр в регенератор и его рециркуляцией в абсорбер, где L - длина трубы, S - шаг спирали винтового гофра, N - число гофр в поперечном сечении трубы, D - максимальный внешний диаметр цилиндрического профиля витой трубы и d - минимальный внутренний диаметр цилиндрического профиля витой трубы. При этом после абсорбера и цилиндрической витой трубы с многозаходными винтовыми гофрами газ пропускают через регенерируемые, многослойные металлокерамические фильтры. Осуществляют непрерывную регенерацию многослойных металлокерамических фильтров самоочищением от уловленного раствора влажного абсорбента с его постоянным стоком с фильтрующей поверхности в регенератор. Осуществляют периодическую регенерацию многослойных металлокерамических фильтров от уловленного раствора абсорбента импульсным нагреванием до температуры регенерации меньшей температуры начала его разложения с отводом его парокапельной смеси из пор фильтров в регенератор и рециркуляцией в абсорбер. При абсорбции диэтиленгликолем температура регенерации металлокерамических фильтров составляет 100-163oC, а при абсорбции триэтиленгликолем температура регенерации металлокерамических фильтров составляет 140 - 205oC.
В результате осуществления перед абсорбером поверхностно-вихревого смешения с интенсивным перемешиванием углеводородного газа, капель жидкости и паров воды в цилиндрической витой трубе с многозаходными винтовыми гофрами с L/S ≥ 2, N ≥ 3 и D/d ≅ 3 при скорости набегания сырого газа на гофры U = 30 - 400 м/с имеет место не только эффективное инерционное отделение от сырого газа и осаждение на внутреннюю поверхность гофр капель жидкости (тонкодисперсных, в том числе с размером более 1 мкм), но и частичная конденсация паров воды на внутренней поверхности гофр. При этом капли жидкости и сконденсировавшиеся пары воды непрерывно удаляются с внутренней поверхности гофр в сборник конденсата. В результате происходит предварительная осушка сырого газа без использования абсорбента. Фактически цилиндрическая витая труба с многозаходными гофрами позволяет реализовать модель смерча, ограниченного ее сложнопрофильной поверхностью, поскольку при течении газа в витой и гофрированной трубе происходит его интенсивная закрутка и одновременно в пристенном слое многозаходных гофр имеет место интенсивное образование локальных вихрей, т.е. происходит турбулизация и закрутка вязкого подслоя газа на гофрах с поверхностно-вихревым смешением. Это приводит к интенсивному обмену порциями газа между пристенным вихревым слоем и ядром газового потока и соответственно к инерционному осаждению капельной жидкости и конденсации паров воды около и на поверхности гофр с изменением гидродинамики пленки конденсата на их поверхности по сравнению с обычными цилиндрическими трубами с гладкой внутренней и наружной поверхностью. Эффективность осушки зависит, в первую очередь, от интенсивности закрутки газового потока, скорости вращения и количества локальных вихрей на гофрах, скорости поверхностно-вихревого смешения-перемешивания газа, капель и паров воды и соответственно определяется величиной скорости набегания газа на гофры U, числом витков гофра по длине трубы (L/S), количеством выступов-гофр N в поперечном сечении трубы (так называемое "число заходности" трубного изделия), а также отношением внешнего и внутреннего диаметров цилиндрической трубы (D/d), определяющем высоту гофра. Теоретический анализ и экспериментальные данные показывают, что при L/S ≥ 2, N ≥ 3 и D/d ≅ 3 и U ≥ 30 м/с можно осуществить эффективное удаление капель жидкости размером более 1 мкм от сырого газа и существенно уменьшить его относительную влажность при несущественном аэродинамическом сопротивлении потоку газа по сравнению с его магистральным давлением. При этом верхний предел скорости набегания газа на гофры (U = 400 м/с) ограничен тем, что скорость звука W в углеводородном газе составляет от 400 до 450 м/с при давлении менее 150 атм и температуре от (-50) до 50oC, характерных при добыче и транспортировке газа. При U ---> W аэродинамическое сопротивление трубы резко возрастает, что нецелесообразно. Скорость U ≥ 30 м/с надежно измеряют в процессе осушки газа, а параметры L/S ≥ 2, N ≥ 3 и D/d ≅ 3 точно контролируют при изготовлении многозаходных спиральных поверхностей витой и гофрированной трубы (см. патент РФ N 2076786, Накатная головка, МКИ B 21 H 3/04, БИ N 10, от 10.04.1997 [5]; А.Н. Фролов. Технология и оборудование для производства гофрированных труб.- Ж. Изобретатели - машиностроению, N 1, с. 13-14,1997 [6]).
Предварительная осушка сырого газа без потребления абсорбента с несущественным расходом только потенциальной энергии сжатого газа для создания поверхностно-вихревого смешения в витой и гофрированной трубе с одновременным улавливанием капельной жидкости, частичным удалением паров воды и непрерывным их отводом с внутренней поверхности гофр в сборник конденсата позволяет уменьшить расход абсорбента в распыливающем абсорбере и соответственно уменьшить его потери при механическом уносе капель и паров абсорбента осушенным газом из распыливающего абсорбера.
В результате осуществления после распыливающего абсорбера поверхностно-вихревого смешения с интенсивным перемешиванием углеводородного газа, капель влажного раствора абсорбента и паров воды в цилиндрической витой трубе с многозаходными винтовыми гофрами с L/S ≥ 2, N ≥ 3 и D/d ≅ 3 при скорости скорости набегания газа на гофры U = 50- 400 м/с имеет место не только эффективное инерционное отделение от газа и осаждение на внутреннюю поверхность гофр капель раствора влажного абсорбента (тонкодисперсных, в том числе с размером более 0,5 - 1 мкм), но и заключительная осушка углеводородного газа с частичной конденсацией паров абсорбента на внутренней поверхности гофр. При этом капли раствора влажного абсорбента, его сконденсировавшиеся пары и пары воды непрерывно удаляются с внутренней поверхности гофр в регенератор с последующей рециркуляцией регенерированного и очищенного от механических примесей абсорбента в абсорбер. В результате происходит заключительная осушка и одновременное отделение капель раствора абсорбента от осушенного газа перед его подачей в трубопровод. Фактически цилиндрическая витая труба с многозаходными гофрами позволяет реализовать модель смерча, границы которого ограничены ее сложнопрофильной поверхностью, поскольку при течении газа в витой и гофрированной трубе происходит его интенсивная закрутка и одновременно в пристенном слое многозаходных гофр имеет место интенсивное образование локальных вихрей, т.е. происходит турбулизация и закрутка вязкого подслоя газа, капель абсорбента и паров воды на гофрах с поверхностно-вихревым смешением. Это приводит к интенсивному обмену порциями газа между пристенным вихревым слоем и ядром газового потока с интенсивным перемешиванием капель абсорбента и паров воды в трубе и, соответственно, к инерционному осаждению капельной жидкости абсорбента и конденсации его паров около и на поверхности гофр с изменением гидродинамики пленки конденсата на их поверхности по сравнению с обычными цилиндрическими трубами с гладкой внутренней и наружней поверхностью. Эффективность заключительной осушки зависит, в первую очередь, от интенсивности закрутки газового потока, скорости вращения и количества локальных вихрей на гофрах, скорости поверхностно-вихревого смешения - перемешивания газа, капель и паров воды и соответственно определяется величиной скорости набегания газа на гофры U, числом витков гофра по длине трубы (L/S), количеством выступов-гофр N в поперечном сечении трубы (так называемое "число заходности" трубного изделия), а также отношением внешнего и внутреннего диаметров цилиндрической трубы (D/d), определяющем высоту гофра. Теоретический анализ и экспериментальные данные показывают, что при L/S ≥ 2, N ≥ 3 и D/d ≅ 3 и U ≥ 50 м/с можно осуществить эффективное удаление капель раствора влажного абсорбента размером более 0,5 - 1 мкм от газа и существенно уменьшить его относительную влажность при несущественном аэродинамическом сопротивлении потоку газа по сравнению с его магистральным давлением. При этом верхний предел скорости набегания газа на гофры (U = 400 м/с) ограничен тем, что скорость звука W в углеводородном газе составляет от 400 до 450 м/с при давлении менее 150 атм и температуре от (-50) до 50oC, характерных при добыче и транспортировке газа. При U ---> W аэродинамическое сопротивление трубы резко возрастает, что нецелесообразно. Скорость U ≥ 50 м/с надежно измеряют в процессе осушки газа, а параметры L/S ≥ 2, N ≥ 3 и D/d ≅ 3 точно контролируют при изготовлении многозаходных спиральных поверхностей витой и гофрированной трубы (см. патент РФ N 2076786. Накатная головка, МКИ B 21 H 3/04, БИ N 10, от 10.04.1997 [5]; А.Н. Фролов. Технология и оборудование для производства гофрированных труб. - Ж. Изобретатели - машиностроению, N 1, с. 13- 14, 1997 [6]).
Использование потенциальной энергии сжатого газа с ее несущественным расходом для создания поверхностно-вихревого смешения-перемешивания газа, капель раствора влажного абсорбента, его паров и паров воды в витой и гофрированной трубе с одновременным улавливанием капель влажного раствора абсорбента, удалением паров воды и непрерывным их отводом с внутренней поверхности гофр в регенератор и рециркуляцией регенерированного абсорбента в абсорбер, позволяет не только уменьшить его потери в результате механического уноса капель и паров из распыливающего абсорбера, но и одновременно с этим осуществить заключительную осушку газа, что в свою очередь позволяет за счет возврата уловленного абсорбента в абсорбер и заключительной осушки газа в сложнопрофильной витой и гофрированной трубе сократить его расход на осушку газа.
Дополнительное пропускание газа после абсорбера и витой трубы с многозаходными винтовыми гофрами через многослойные металлокерамические фильтры позволяет осуществить более высокую степень заключительной осушки газа, а также сократить потери абсорбента при механическом уносе газом из абсорбера тонкодисперсных капель влажного раствора абсорбента с размером более 0,01 мкм газом. При тонкодисперсном диспергировании абсорбента в распыливающем абсорбере с средним размером частиц менее 0,5 - 1 мкм с целью сокращения его расхода и развития (увеличения) поверхности диспергированного абсорбента использование витой трубы с многозаходными винтовыми гофрами для отделения тумана от газа не столь эффективно. В этом случае витую трубу используют как предосушитель и предфильтр для улавливания капель влажного раствора абсорбента с размером более 1 - 3 мкм, а для высокоэффективного улавливания более мелких капель (средний размер менее 0,5 - 1 мкм) используют многослойные металлокерамические фильтры с тонкопористой структурой, нанесенной на грубопористую армирующую основу. Технология изготовления фильтров, выдерживающих высокие температуры (до 500-1000oC) и перепады давления (до 7 атм), описана в патенте РФ N 2070873. Способ изготовления многослойного фильтрующего материала, БИ N 36 от 27.12.1996 [7]. При улавливании столь мелких капель за счет капиллярных сил происходит накопление абсорбента в тонкопористой структуре с равномерным распределением жидкости на поверхности тонких пор с размером около 1 мкм, т.е. развитую тонкопористую структуру металлокерамических фильтров покрывают тонким слоем абсорбента. В результате происходит дополнительная осушка при течении газа через фильтр за счет абсорбции молекул воды на развитой поверхности тонкой пленки абсорбента. В процессе накопления капель толщина пленки абсорбента возрастет и соответственно возрастает аэродинамическое сопротивление металлокерамических фильтров, поэтому их непрерывно регенерируют постоянным стоком раствора уловленного абсорбента с фильтрующей поверхности в регенератор и его рециркуляцией в абсорбер. При существенном увеличении аэродинамического сопротивления и частичной забивке фильтров осуществляют их периодическую ("взрывную") регенерацию путем импульсного (периодического) нагревания и отпаривания от уловленного раствора абсорбента до температуры регенерации меньшей температуры начала его разложения с отводом парокапельной смеси из пор фильтров в регенератор и его рециркуляцией в абсорбер. Температура регенерации при осушке газа диэтиленгликолем составляет 100-163oC, поскольку при более высоких температурах (> 163oC) начинается разложение ДЭГ, а при температурах менее 100oC давление насыщенных паров ДЭГ существенно падает, что практически не позволяет осуществить регенерацию металлокерамических фильтров нагреванием и отпариванием. Температура регенерации при осушке газа триэтиленгликолем составляет 140 - 205oC, поскольку при более высоких температурах (> 205oC) начинается разложение ТЭГ, а при температурах менее 140oC давление насыщенных паров ТЭГ существенно падает, что практически не позволяет осуществить периодическую регенерацию металлокерамических фильтров нагреванием и отпариванием.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для осуществления способа осушки углеводородного газа: цилиндрическая витая труба с многозаходными винтовыми гофрами - 1, отвод конденсата с внутренней поверхности гофр - 2, сборник конденсата - 3, абсорбер - 4, распылитель - 5, отбойник - 6, каплеуловитель - сетчатый отбойник - 7, сборник раствора влажного абсорбента на регенерацию - 8, цилиндрическая витая труба с многозаходными винтовыми гофрами - 9, отвод раствора влажного абсорбента с внутренней поверхности гофр на регенерацию - 10, многослойные металлокерамические фильтры - 11, отвод раствора влажного абсорбента с фильтрующей поверхности на регенерацию - 12, нагреватель для периодической регенерации многослойных металлокерамических фильтров - 13, регенератор - 14, змеевик - 15, ректификационная колонна - 16, емкость регенерированного абсорбента - 17, насос - 18, фильтр - 19:
I - линия сырого газа;
II - линия осушенного газа;
III - линия конденсата;
IV - линия абсорбента на регенерацию;
V - линия регенерированного абсорбента;
VI - линия сброса воды.
Фиг. 2 - цилиндрическая витая труба с тремя винтовыми гофрами: длина трубы - L, шаг спирали винтового гофра - S, максимальный внешний диаметр цилиндрического профиля витой трубы - D, минимальный внутренний диаметр цилиндрического профиля трубы - d.
Осушку газа осуществляют следующим образом. Сырой газ пропускают через цилиндрическую витую трубу 1 с многозаходными винтовыми гофрами с L/S ≥ 2, N ≥ 3 и D/d ≅ 3 при скорости скорости набегания сырого газа на гофры U = 30 - 400 м/с. Труба толщиной 0,5 - 2 мм изготовлена по технологии согласно [5,6]. Угол наклона и высота гофра, количество гофр, диаметр и длина трубы, скорость набегания газа на гофры определяются требованиями к величине аэродинамического сопротивления трубы и степени предварительной осушки, а также величинами объемного расхода, среднего размера капель и массовой концентрации капельной жидкости и паров воды в сыром газе. Схематичное изображение цилиндрической витой трубы приведено на фиг. 2. В трубе происходит поверхностно-вихревое смешение - перемешивание газа, капельной жидкости с размером капель и паров воды с их отделением от сырого газа и осаждением на внутренние стенки гофр. Собранный конденсат непрерывно отводится с внутренней поверхности гофр через заборный канал 2 в сборник конденсата 3 с последующим периодическим выводом из устройства. Далее газ подают в распыливающий абсорбер 4, в котором его осушку осуществляют абсорбцией распыленного в устройстве 5 абсорбента с частичным улавливанием капельной жидкости с помощью отбойников 6 и каплеуловителя - сетчатого сепаратора 7. В качестве абсорбента используют 98,5 - 99,5 % растворы гликолей типа ДЭГ или ТЭГ.
Для уменьшения потерь абсорбента в результате механического уноса капель влажного раствора абсорбента и его паров газ после абсорбера пропускают через цилиндрическую витую трубу 9 с многозаходными винтовыми гофрами с L/S ≥ 2, N ≥ 3 и D/d ≅ 3 при скорости скорости набегания сырого газа на гофры U = 50 - 400 м/с. Труба толщиной 0,5 - 2 мм изготовлена по технологии согласно [5,6] . Угол наклона и высота гофра, количество гофр, диаметр и длина трубы, скорость набегания газа на гофры определяются требованиями к величине аэродинамического сопротивления трубы и степени осушки газа перед подачей в трубопровод, величинами объемного расхода газа, среднего размера и массовой концентрации капель раствора влажного абсорбента из абсорбера, а также величиной концентрации паров воды в газе из абсорбера. Схематичное изображение цилиндрической, витой трубы приведено на фиг. 2. В трубе происходит поверхностно-вихревое смешение - перемешивание газа, капель раствора влажного абсорбента и паров воды. В результате происходит заключительная осушка газа абсорбентом, не уловленным в абсорбере отбойниками 6 и в каплеуловите - сетчатом сепараторе 7, и одновременное отделение капель раствора влажного абсорбента и его паров от газа на гофры. Собранный раствор влажного абсорбента непрерывно отводится с внутренней поверхности гофр через заборный канал 10 в сборник раствора влажного абсорбента 8 для последующей непрерывной регенерации и рециркуляции в абсорбер.
При тонкодисперсном диспергировании абсорбента в распыливающем абсорбере с размером частиц менее 0,5 - 1 мкм с целью сокращения его расхода и развития (увеличения) поверхности диспергированного абсорбента использование витой трубы с многозаходными винтовыми гофрами для отделения тумана от газа не столь эффективно. В этом случае для повышения степени осушки газа и уменьшения потерь абсорбента при механическом уносе тонкодисперсных капель с средним размером менее 0,5 - 1 мкм применяют многослойные металлокерамические фильтры 11, а витую трубу 9 используют одновременно в качестве первого каскада заключительной осушки газа и как предфильтр для высокоэффективного улавливания капель раствора влажного абсорбента с размером более 0,5 - 1 мкм. Многослойные металлокерамические фильтры изготовлены из никеля и никеля с добавками оксидов алюминия, из нержавеющей стали и оксидов алюминия по технологии согласно [7]. Средний размер пор тонкопористой структуры составляет от 1 до 5 мкм, а средний размер грубопористого армирующего основания - от 15 до 30 мкм. Эффективность улавливанию частиц абсорбента с размером более 0,01 мкм от 99 до 99,999999% (в зависимости от типа многослойной структуры фильтрующего материала) при несущественном аэродинамическом сопротивлении потоку природного газа. Фильтры выдерживают высокие температуры (до 500 - 1000oC в зависимости от типа газа и материала), обладают большой электропроводностью и механической прочностью. В процессе накопления капель раствора влажного абсорбента происходит его перераспределение внутри многослойной пористой структуры фильтрующего материала. В результате поры фильтра покрываются тонкой пленкой абсорбента, на развитой поверхности (более 1 м2 на 1 г веса фильтроматериала) которого происходит заключительная абсорбционная осушка газа от паров. В результате фильтр позволяет не только осуществить высокоэффективное улавливание капель раствора влажного абсорбенат, но и осушать газ на развитой поверхности тонкой пленки абсорбента.
При накоплении абсорбента возрастает аэродинамическое сопротивление многослойных металлокерамических фильтров, поэтому их непрерывно регенерируют в режиме самоочищения стоком жидкости абсорбента под действием силы тяжести и капиллярных сил с его постоянным выводом раствора влажного абсорбента с фильтрующей поверхности по отводу 12 в сборник 8 и далее в регенератор 14.
При существенном накоплении раствора влажного абсорбента (более 0,5 - 1 г на 1 см2 фильтрующей поверхности) и соответственно при существенном увеличении аэродинамического сопротивления многослойные металлокерамические фильтры подвергают периодической регенерации путем их импульсного ("взрывного") нагревания до температуры регенерации, например, электрическим током от источника тока 13. Температура регенерации не должна превышать температуры начала разложения абсорбента. Кроме того, температура регенерации должна быть достаточно высокой для ускорения процесса отпаривания фильтров за счет создания существенного давления насыщенных паров абсорбента при повышенных температурах. В результате при осушке газа диэтиленгликолем температура регенерации составляет 100-163oC, а при осушке триэтиленгликолем -140 - 205oC. При этом парокапельная смесь отводится по стоку 12 в сборник 8 и далее в регенератор 14.
Собранный влажный раствор абсорбента с концентрацией 95 - 96 мас.% из накопителя 8 подают в регенератор 14, в котором насыщенный водой абсорбент нагревают в змеевике 15, отделяют влагу от абсорбента выпариванием или путем подачи отдувочного газа в ректификационной колонне 16, собирают в емкость 17 регенерированный абсорбент с концентрацией до 98,5 - 99,5% и возвращают в абсорбер 4 с помощью насоса 18 системы Кимрея, пропуская жидкость через фильтр 19 на основе металлокерамического материала с многослойной структурой для очистки регенерированного абсорбента от механических примесей.
Пример осуществления способа.
Осушке подвергали газ с использованием распыливающего абсорбера 4 абсорбцией каплями 98,5% раствора диэтиленгликоля при температуре от 21 до 28oC. Каплеуловитель - сетчатый отбойник 7 был выполнен из нержавеющего пакета сеток с размером ячейки 0,5 мм х 0,5 мм. Распыление ДЭГ осуществляли с помощью генераторов 5 тонкодисперсного (размер капель от 0,1 -2 мкм) и грубодисперсного (размер капель от 25 до 200 мкм) распыления.
Для предварительной осушки газа использовали стальную, цилиндрическую, витую трубу 1 с L/S = 2, N=12 и D/d = 1,5 при скорости скорости набегания сырого газа на гофры U ≈ 35-40 м/с (L = 0,4 м, S = 0,2 м, D = 0,075 м, d = 0,05 м, толщина стенки около 1 мм). Аэродинамическое сопротивление трубы не превышало 2,5 мм Hg и измерялось дифференциальным манометром типа "ДП-5" (на фиг.1 не указаны).
Для анализа эффективности улавливания капельной жидкости перед трубой газ смешивался с каплями воды различного размера (от 1 до 500 мкм). Тонкодисперсное и грубодисперсное распыление осуществляли в пневматических генераторах тонкого и грубого диспергирования воды. Кроме того, для исследования эффективности отделения влаги газ насыщался парами воды из парогенератора при температуре нагревания от 130 до 200oC (на фиг. 1 не указаны).
Для заключительной осушки газа и уменьшения потерь абсорбента после абсорбера использовали стальную цилидрическую витую трубу 9 с L/S = 2, N=12 и D/d = 2 при скорости скорости набегания сырого газа на гофры U ≈ 55 м/с (L = 0,4 м, S = 0,2 м, D = 0,08 м, d = 0,04 м, толщина стенки около 1 мм). Аэродинамическое сопротивление трубы не превышало 5 мм Hg и измерялось дифференциальным манометром типа "ДП - 10" (на фиг. 1 не указаны). Конденсат с внутренней поверхности гофр отводился в сборник влажного раствора ДЭГ по отводу 12.
Многослойные металлокерамические фильтры 11 типа "МКФ-П" [7] были изготовлены из никеля, толщиной стенки 3 мм, внешним диаметром 40 мм, эффективностью улавливания более 99% по каплям абсорбента размером более 0,01 мкм и начальном сопротивлением менее 10 мм Hg при скорости фильтрации газа около 4,5 см/с. Их непрерывная регенерация осуществлялась в режиме их самоочищения постоянным стоком раствора влажного абсорбента под действием капиллярных сил и силы тяжести через пористый и гидрофильный по отношению к ДЭГ материал в сборник 8 по отводу 12. Периодическую регенерацию металлокерамических фильтров осуществляли путем их импульсного нагревания до температуры регенерации от 100 до 163oC с помощью источника тока 13, в качестве которого использовали трансформатор тока с напряжением не более 15 В. При этом парокапельная смесь, образующаяся при выпаривании ДЭГ, поступала в сборник 8 через отвод 12.
Регенерацию раствора ДЭГ осуществляли в ректификационной колонне 16 с его выпариванием и последующей рециркуляцией в распылительные генераторы.
Для очистки ДЭГ от механических примесей использовали фильтр 19 с многослойным нержавеющим фильтроматериалом и с предфильтром на основе тонкого стекловолокна.
Влажность и температура газа непрерывно измерялась приборами "ИВТМ - 7" и"ИВГ-1МК-П".
Анализ экспериментальных данных показал, что цилиндрическая витая труба 1 позволяет эффективно улавливать грубодисперные капли с размером более 100 мкм с эффективностью улавливания более 99%. С уменьшением размера капель эффективность улавливания уменьшается и составляет не более 50% по частицам с размером около 0,5 - 1 мкм. Кроме того, при использовании трубы 1 происходит понижение относительной влажности в 1,5 - 2 раза за счет отделения паров воды от сырого газа, т.е. одновременно имеет место осушка газа путем улавливания капельной жидкости и паров воды.
Результаты с грубодисперсным распылением ДЭГ.
При грубодисперсном распылении абсорбента в абсорбере (размер капель от 25 до 200 мкм) для глубокой осушки газа с точкой росы (-10oC) - (-20oC) расход абсорбента составляет до 15 г на 1 г воды в осушаемом газе, а при использовании трубы 1 перед абсорбером расход уменьшается до 10 -12 г на 1 г воды в осушаемом газе. При этом наблюдается механический унос ДЭГ с концентрацией 20 мг/м3. При использовании трубы 9 после абсорбера концентрация упала до 1 мг/м3 и степень осушки газа в трубе 9 возросла до точки росы от (-25oC) до (-30oC). В случае последующего пропускания газа через многослойные металлокерамические фильтры механический унос составил менее 0,01 мг/м3, а степень осушки газа возросла до точки росы (-40oC).
Экспериментальные данные и расчетный анализ по оптимизации процесса осушки при грубодисперном распылении ДЭГ по заявляемому способу показали, что для достижения глубокой осушки газа с точкой росы (-10oC) - (-20oC) можно сократить расход ДЭГ в 1,5 - 2 раза (до 7-10 г на 1 г воды в осушаемом газе), а потери уменьшить более чем в 2000 раз.
Результаты с тонкодисперсным распылением ДЭГ
При тонкодисперсном распылении абсорбента в абсорбере (размер капель от 0,1 до 2 мкм) для глубокой осушки газа с точкой росы (-10oC) - (-20oC) потери при механическом уносе капель из абсорбера составляют более 90% от массы распыленного ДЭГ, что делает невозможным осушку газа по прототипу на практике.
Экспериментальные данные и расчетный анализ по оптимизации процесса осушки при тонкодисперном распылении ДЭГ по заявляемому способу показали, что для достижения глубокой осушки газа с точкой росы (-10oC) - (-20oC) расход ДЭГ можно сократить почти в 3 раза (до 5 г на 1 г воды в осушаемом газе) по сравнению с грубодисперсным распылением в прототипе (до 15 г на 1 г воды в осушаемом газе).
Таким образом, сравнение заявленного объекта с прототипом показывает, что разработанный способ осушки углеводородного газа позволяет осуществить его глубокую осушку с точкой росы (-10oC) - (- 20oC) согласно ОСТ 51.40-83 [4, с. 75-76] при существенно меньших расходах и потерях абсорбента типа гликолей ДЭГ или ТЭГ, а также позволяет перейти на осушку углеводородного газа в распыливающих абсорберах абсорбцией тонкодисперсными каплями абсорбента с размером от 0,01 до 1-5 мкм, что также приводит к существенному уменьшению расхода и потерь абсорбента. Это обеспечивает безгидратный транспорт газа и его минимальную коррозийность.
Формула изобретения: 1. Способ осушки углеводородного газа, включающий инерционное отделение капель жидкости от сырого газа в сепараторе с его предварительной осушкой от паров воды, подачу газа в распыливающий абсорбер на осушку абсорбентом, отделение капель раствора влажного абсорбента и его паров из распыливающего абсорбера от газа, его заключительную осушку от паров воды перед его подачей в магистральный трубопровод, вывод из распыливающего абсорбера насыщенного водой абсорбента на регенерацию в регенератор и рециркуляцию регенерированного и очищенного от механических примесей абсорбента в распыливающий абсорбер, отличающийся тем, что инерционное отделение капель жидкости от сырого газа и его предварительную осушку от паров воды осуществляют поверхностно-вихревым смешением в цилиндрической витой трубе с многозаходными винтовыми гофрами с L/S ≥ 2, N ≥ 3 и D/d ≅ 3 при скорости набегания сырого газа на гофры 30 - 400 м/с с непрерывным отводом жидкости с внутренней поверхности гофр, а отделение капель раствора влажного абсорбента и его паров и заключительную осушку газа от паров воды осуществляют поверхностно-вихревым смешением в цилиндрической витой трубе с многозаходными винтовыми гофрами с L/S ≥ 2 и N ≥ 3 и D/d ≅ 3 при скорости набегания осушаемого газа на гофры 50 - 400 м/с с непрерывным отводом раствора влажного абсорбента с внутренней поверхности гофр в регенератор и его рециркуляцией в абсорбер, где L - длина трубы, S - шаг спирали винтового гофра, N - число гофр в поперечном сечении трубы, D - максимальный внешний диаметр цилиндрического профиля витой трубы и d - минимальный внутренний диаметр цилиндрического профиля витой трубы.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после абсорбера и цилиндрической витой трубы с многозаходными винтовыми гофрами газ пропускают через регенерируемые многослойные металлокерамические фильтры.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осуществляют непрерывную регенерацию многослойных металлокерамических фильтров самоочищением от уловленного раствора влажного абсорбента с его постоянным стоком с фильтрующей поверхности в регенератор.
4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что осуществляют периодическую регенерацию многослойных металлокерамических фильтров от уловленного раствора абсорбента импульсным нагреванием до температуры регенерации меньшей температуры начала его разложения с отводом его парокапельной смеси из пор фильтров в регенератор и рециркуляцией в абсорбер.
5. Способ по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что при абсорбции диэтиленгликолем температура регенерации металлокерамических фильтров составляет 100 - 163oC.
6. Способ по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что при абсорбции триэтиленгликолем температура регенерации металлокерамических фильтров составляет 140 - 205oC.