способ регенерации осушителя природного газа

Формула изобретения

1. Способ регенерации осушителя природного газа, включающий вывод из абсорбера установки осушки природных и нефтяных газов насыщенного абсорбента и его обработку при повышенной температуре, отличающийся тем, что обработку ведут в две стадии, на первой из которых абсорбент прокачивают через первый мембранный элемент и последовательно пропускают через ионообменные колонки при 20 - 35^oC, а на второй абсорбент пропускают через второй мембранный элемент при 58 - 60^oC.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве осушителя используют моно-, ди-, триэтиленгликоли.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала первой мембраны используют рулонный элемент типа ЭРО-34 на основе эфиров целлюлозы типа УНФ-40, а для второй мембраны - гидрофильный материал карбоксиметилцеллюлозу.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при ионообмене используют смолы КУ-28 и АВ-16ГС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги (диэтиленгликоля), который используют в качестве абсорбента для извлечения водяных паров из газа в установках осушки природных и нефтяных газов.

Проблема очистки диэтиленгликоля (ДЭГ), поступающего после процесса осушки сырого природного газа и содержащего значительное количество воды, минеральных солей, газового конденсата и других примесей, является типичным примером утилизации и рекуперации отходов в химической технологии.

Известен способ регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги, заключающийся в том, что часть подогретого раствора после печи подают в буферную емкость, в которую поступает также из полуглухой тарелки колонны насыщенный раствор абсорбента (диэтиленгликоля). За счет смешения более горячего раствора, поступающего из печи, с раствором, имеющим более низкую температуру, в емкости происходит испарение части воды. Образующуюся паровую фазу подают в куб колонны. Раствор из буферной емкости насосами подают в печь. Регенерированный раствор из куба колонны насосами отводят от установки (авт. св. СССР N 1622362, кл. В 01 D 53/26, 1988).

Недостатками данного способа являются: термическое разложение диэтиленгликоля за счет его перегрева; интенсивная коррозия оборудования, которая в паровой фазе существенно выше, чем в жидкой; существенное нарушение режима при изменении производительности.

Наиболее близким по технической сущности является способ регенерации насыщенного раствора абсорбента, включающий вывод из абсорбера установки осушки природных и нефтяных газов, подачу последнего в десорбер разделенной полуглухой тарелкой, подогрев в печи с поддержанием жидкофазного состояния абсорбента в количестве, необходимом для получения заданной концентрации регенерированного раствора абсорбента и определяемом кратностью рециркуляции раствора через печь (патент РФ N 2023484, кл. В 01 D 53/26, 1994).

Недостатком этого способа является отсутствие в процессе регенерации стадии обессоливания диэтиленгликоля, что значительно увеличивает риск коррозии технологического оборудования даже при условии проведения всего технологического цикла с использованием жидкофазного состояния абсорбента. Кроме того, включение в технологическую схему печи приводит к неизбежному частичному термическому разложению диэтиленгликоля.

Задачей изобретения является создание замкнутого технологического процесса регенерации абсорбента с возможностью его многократного использования.

Технический результат - повышение качества регенерации абсорбента за счет сокращения содержания в нем солей и воды.

Технический результат достигается тем, что в способе регенерации осушителя природного газа, включающем вывод из абсорбера установки осушки природных и нефтяных газов насыщенного абсорбента и его обработку при повышенной температуре, обработку проводят регенерацией в две стадии, в первой из которых абсорбент прокачивают через первый мембранный элемент и последовательно пропускают через ионообменные колонки при 20-35^oС, а во второй стадии пропускают абсорбент через второй мембранный элемент при 58-60^oС. В качестве осушителя при работе используют моно-, ди-, триэтиленгликоли.

Кроме того, в качестве материала первой мембраны применяют рулонный элемент типа ЭРО-34, а в качестве материала второй мембраны используют гидрофильный материал - карбоксиметилцеллюлозу. Для проведения катионного обмена используют смолу КУ-28, а для анионного - смолу АВ-16ГС.

Контроль за протеканием процесса обессоливания осуществляется методом рентгенофлюоресцентного анализа, а за протеканием процесса первапорации (осушки) методом газожидкостной хроматографии.

Основой мембранных процессов разделения являются полупроницаемые полимерные мембраны (пленки), изготавливаемые из полимеров различных типов. В настоящее время известно несколько сотен типов полимерных мембран, характеристики которых приведены в справочной литературе. Наиболее широкое распространение получили мембраны на основе эфиров целлюлозы благодаря своей высокой экономической и технологической эффективности. Они относительно дешевы, и технология их производства освоена во всех промышленно развитых странах. В России подобные мембраны выпускают серийно (АО "Полимерсинтез" г.Владимир). Выбор определенного типа мембран для конкретных условий является отдельной инженерной задачей, при этом температурные условия процесса разделения обусловлены физико-химическими свойствами полимерного материала (температура стеклования и температура плавления) и необходимостью подогревания смеси в процессе разделения. Поэтому стадия обессоливания (или первая стадия) проводится при 20-35^oС и дополнительное охлаждение или нагревание насыщенного осушителя природного газа технологически не имеет смысла, а вторая стадия (первапорация или осушка) - при 58-60^oС, причем уменьшение температуры приводит к ухудшению процесса разделения диэтиленгликоля и воды, а увеличение - к порче мембраны. Максимальное давление ограничено механическими и термомеханическими свойствами полимера - материала мембраны и полимерной основы (подложки) мембраны.

В процессе обессоливания с точки зрения экономической эффективности возможно использование мембран на основе эфиров целлюлозы типа УНФ (УНФ-15, УНФ-20, УНФ-40). Каждый из этих материалов обладает собственной селективностью по ионам и производительностью. Обессоливание модельных смесей ДЭГ/вода/СаСl₂ свидетельствует, что лучшие показатели по селективности по ионам Са²⁺R 70-74%, по производительности Q 2 л/(м²ч) имеет мембрана типа УНФ-40, поэтому она предпочтительна в использовании для проведения процесса обессоливания, а значит могут применяться рулонные элементы на ее основе типа ЭРО-34. Аналогичным образом, для первапорационных процессов были выбраны гидрофильные первапорационные мембраны на основе карбоксиметилцеллюлозы.

Для ионного обмена используются наиболее экономически целесообразные (серийность и объемы производства, дешевизна) смолы: для катионного обмена - смола типа КУ-28, для анионного обмена - смола типа АВ-16ГС. Применение других ионообменных материалов приведет к дополнительным денежным затратам.

Способ регенерации осушителя природного газа на основе мембранных технологий, включающий две технологические стадии, первая из которых позволяет обессолить насыщенный абсорбент за счет его прокачки через мембранный элемент и последующее пропускание через ионообменные колонки при 20-35^oС, а вторая приводит к осушке обессоленного абсорбента путем его первапорации, проводимой при 58-60^oС, является новым по сравнению с прототипом.

Проведение процесса регенерации осушителя природного газа по описанной технологии и при приведенных условиях позволяет получать конечный продукт (регенерированный диэтиленгликоль) с очень низким (менее 1%) содержанием как воды так и солей, что позволяет вновь использовать его в технологии обезвоживания природных и нефтяных газов, а также повышает надежность эксплуатации технологического оборудования и снижение эксплуатационных затрат за счет снижения коррозионной опасности.

На фиг. 1 изображена технологическая схема процесса регенерации осушителя природного газа; на фиг. 2 - конструкция мембранного элемента.

Технологическая схема процесса регенерации осушителя природного газа состоит из следующих основных узлов: отстойника 1, в который поступает абсорбент из установки природных и нефтяных газов и из которого насосом 2 насыщенный абсорбент подают на мембранный элемент 3, где осуществляется первая стадия процесса обессоливания и откуда обессоленный, насыщенный водой абсорбент (диэтиленгликоль) поступает в накопительную емкость 4, а концентрированная солевая смесь возвращается в отстойник 1. Из накопительной емкости 4 насосом 5 диэтиленгликоль прокачивают через ионнообменные колонки 6 (для катионного обмена) и 7 (для анионного обмена), в которых полностью завершается процесс обессоливания, и собирают в накопительную емкость 8 для обессоленного насыщенного водой абсорбента. Насосом 9 обессоленный диэтиленгликоль прокачивают через теплообменник 10 и подают на второй мембранный элемент 11, где вода, проходя через мембрану, оказывается в подмембранном пространстве, где под действием вакуума испаряется, при этом водяной пар откачивают вакуум-насосом 12, а обезвоженный (регенерированный) диэтиленгликоль собирают в емкость 13, откуда снова подают в процесс осушки природного газа 14.

На стадии обессоливания мембранный элемент работает следующим образом. Насыщенный, загрязненный солями абсорбент подается из отстойника 1 в надмембранное пространство 15. Через мембрану 16, выполненную из рулонного элемента типа ЭРО-34 на основе эфиров целлюлозы типа УНФ-40 с поверхностью мембраны 0,3 м², проходят в подмембранное пространство 17 диэтиленгликоль и вода, соли накапливаются в смеси над мембраной и возвращаются в отстойник 1. После мембранного обессоливания диэтиленгликоль пропускают последовательно через ионнообменные колонки: колонку 6 с катионитом КУ-28 и колонку 7 с анионитом АВ-16ГС, при этом объем колонок 20 мл, объемная обменная емкость 1,7 мг-экв/мл, общая обменная емкость 1,720 = 34 мг-экв/мл, регенерация (для катионного обмена) осуществляется 1 н. р-р НСl - 30 мл, для анионного обмена применяется 1 н. р-р NaOH - 30 мл с последующей промывкой дистиллированной водой до нейтрального значения pН (около 500 мл). Подобная технология процесса обессоливания позволяет удалить из абсорбента 99% содержащихся в нем солей.

При проведении процесса первапорации в надмембранное пространство 15 подается через теплообменник 10 нагретый до 58-60^oС обессоленный, насыщенный водой диэтиленгликоль. Через мембрану 16, выполненную на основе гидрофильного материала (карбоксиметилцеллюлоза), проходит в подмембранное пространство 17 вода, а прошедший над мембраной осушенный диэтиленгликоль накапливается в емкости 13.

Результаты проведения процесса регенерации осушителя природного газа представлены в таблице.

Предлагаемый способ можно широко применять для утилизации и рекуперации (регенерации) отходов в химической технологии, применяемой в нефте-, газоперерабатывающей и добывающей промышленности, так как он позволяет безотходно и технологично использовать осушитель природных и нефтяных газов.