способ очистки раствора гликоля - осушителя природного газа
Классы МПК: | B01D53/14 абсорбцией B01D3/10 вакуумная перегонка B01D53/26 сушка газов или паров |
Автор(ы): | Ананенков А.Г. (RU), Ахметшин Б.С. (RU), Борисов А.В. (RU), Губин В.М. (RU), Елистратов Вячеслав Иванович (UA), Есикова Л.А. (RU), Парфенов А.Н. (RU), Салихов З.С. (RU), Шевелев С.А. (RU), Тимашев А.П. (RU), Якупов З.Г. (RU) |
Патентообладатель(и): | Ананенков Александр Георгиевич (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-04-13 публикация патента:
10.04.2002 |
Изобретение относится к газовой промышленности и предназначено для использования на установках промысловой подготовки природного газа к магистральному транспорту методом абсорбционной осушки, в частности изобретение относится к способам очистки раствора гликоля - осушителя природного газа. Согласно предлагаемому способу отработанный раствор гликоля направляют в рекуперативный теплообменник и подают в куб ректификационной колонны, из средней части массообменной секции которой отбирают очищенный концентрированный гликоль. Нагрев кубовой жидкости проводят в испарителе с поддержанием нагреваемого раствора в жидкофазном состоянии. При этом кубовая жидкость циркулирует в контуре: куб ректификационной колонны - промежуточная емкость - отстойник твердой фазы - циркуляционный насос - испаритель - регулятор давления "до себя" - куб ректификационной колонны. Выходящие из верхней части ректификационной колонны пары охлаждают и конденсируют. Необходимый вакуум в установке очистки обеспечивают за счет откачки неконденсирующих паров и газов вакуумным насосом. Данный способ обеспечивает более полную очистку раствора гликоля, снижает отложение солей и малолетучих примесей в аппаратах и снижает энергозатраты. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Способ очистки раствора гликоля - осушителя природного газа, включающий нагрев раствора в рекуперативном теплообменнике, подачу из последнего нагретого раствора в вакуумную колонну, разделение раствора в вакуумной колонне, отвод кубовой жидкости из вакуумной колонны, нагрев ее в испарителе, отвод с верха вакуумной колонны паров с последующим охлаждением и конденсацией паров и создание разрежения в вакуумной колонне путем откачки несконденсировавшихся паров вакуумным насосом, отличающийся тем, что очистку раствора гликоля производят в вакуумной ректификационной колонне с отбором очищенного гликоля из средней части массообменной секции вакуумной ректификационной колонны, а кубовую жидкость после выхода ее из вакуумной ректификационной колонны нагревают в испарителе до температуры ниже температуры ее кипения при поддерживаемом в испарителе давлении. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что организуют циркуляцию кубовой жидкости в контуре: кубовая секция вакуумной ректификационной колонны - емкость-отстойник твердой фазы - циркуляционный насос - испаритель - регулятор давления "до себя" - кубовая секция ректификационной колонны. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве испарителя используют трубчатую печь.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к газовой промышленности и предназначено для использования на установках промысловой подготовки природного газа к магистральному транспорту методом абсорбционной осушки, в частности, изобретение может быть использовано для регенерации отработанного абсорбента - загрязненного гликоля. Абсорбционная осушка природного газа гликолями характеризуется накоплением в них различных вредных примесей, как нелетучих и малолетучих (минеральные соли, механические примеси, тяжелые фракции углеводородов, осмолы - продукты термоуплотнения гликолей, различные реагенты), так и легколетучих (кислоты, альдегиды - продукты термоокислительного разложения гликолей, метанол, вода, легкие фракции углеводородов), что снижает осушающую способность гликолей и предопределяет необходимость очистки образовавшихся растворов гликолей от примесей. Известные физические и физико-химические способы очистки предусматривают, как правило, избирательную очистку от определенного вида примесей. Известен способ очистки растворов гликолей от минеральных солей дистилляционным способом, включающий в себя выпарной аппарат, испаритель (с принудительной циркуляцией раствора), дефлегматор и конденсатор, солесборник, сборник обессоленного раствора гликолей и вспомогательное оборудование, где выпарной аппарат работает под вакуумом, создаваемым вакуумным насосом [1]. Недостатки данного способа1. Из очищаемых растворов гликолей выделяются только минеральные соли и механические примеси в виде суспензии солей. 2. Необходима добавка воды на всас циркуляционного насоса для интенсификации процесса очистки, что увеличивает в 3-8 раз содержание воды в очищенном гликолевом растворе и пропорционально увеличивает расход греющего агента в испаритель и в систему регенерации абсорбента для испарения добавленной воды. 3. После очистки гликолевые растворы должны быть поданы в систему регенерации для удаления излишне добавленной воды. Наиболее близким техническим решением является способ очистки растворов гликолей от минеральных солей, включающий в себя выпарной аппарат, испаритель (с принудительной циркуляцией раствора), узел двухступенчатой конденсации паров, первый сборник концентрированных гликолей и второй сборник разбавленных водогликолевых растворов, линию вывода смеси минеральных солей и механических примесей из нижней секции выпарного аппарата, где выпарной аппарат работает под вакуумом, создаваемым вакуумным насосом [2]. Согласно данному способу очистки растворов гликолей сырьевой раствор гликоля подают в рекуперативный теплообменник для предварительного нагрева, а затем в выпарной аппарат. Из низа выпарного аппарата смесь раствора гликоля и упаренной кубовой жидкости подают на всас циркуляционного насоса, где она смешивается с частью потока разбавленного водогликолевого раствора для поддержания состояния кипения смеси и нагнетается в испаритель, где происходит испарение части циркулирующего потока; образовавшаяся парожидкостная смесь выбрасывается из испарителя в выпарной аппарат для сепарации и удаления паровой фазы (смеси паров воды, гликоля и легкокипящих примесей). Минеральные соли и механические примеси, выпадающие в осадок в выпарном аппарате, охлаждают, частично конденсируют в рекуперативном теплообменнике (первая ступень конденсации) и подают в первую сборную емкость, где собираются концентрированные гликоли, подаваемые потребителю. Паровую фазу из первой емкости охлаждают и конденсируют в холодильнике-конденсаторе (вторая ступень конденсации) и образовавшийся конденсат - разбавленный водогликолевый раствор - подают во вторую сборную емкость, из которой неконденсирующуюся газовую фазу отсасывают вакуумным насосом, а часть образовавшегося конденсата возвращают на всас циркуляционного насоса для поддержания кипения в испарителе упариваемой смеси. Недостатки данного способа
1. Неполная очистка гликолей от легколетучих примесей, в том числе кислот с нормальной температурой кипения 70-105oС, которые способствуют разложению гликолей и увеличивают коррозионную активность технологической среды, поскольку они конденсируются в холодильнике-конденсаторе вместе с парами воды и поступают с конденсатом во вторую сборную емкость, откуда часть кислого конденсата повторно направляется в испаритель. 2. Образование большого количества разбавленного водогликолевого раствора (около 55% от массы исходного сырья), содержащего около 25 мас.% воды. После возврата 30% по объему этой фракции на вход в испаритель остается 70% остатка, который не может быть непосредственно использован в установке промысловой подготовки газа к магистральному транспорту и должен быть регенерирован в системе регенерации вместе с насыщенным влагой (на 5-10%) абсорбентом, поступающим из абсорберов осушки природного газа, что потребует значительного увеличения энергозатрат. 3. Необходимость испарения в испарителе выпарного аппарата кроме очищаемых гликолей и воды, содержащейся в исходном сырье, гликолей и воды, содержащихся в той части разбавленного водогликолевого раствора, которая подается в испаритель из второй сборной емкости, что потребует повышенной на 15% подачи греющего агента в испаритель установки очистки. 4. Интенсивная циркуляция кубовой жидкости выпарного аппарата через испаритель, необходимая для предотвращения отложения солей и осмолов в трубах испарителя, не позволит обеспечить гидродинамические условия, необходимые для отстоя и вывода всех взвешенных солевых кристаллов из нижней части выпарного аппарата. 5. Подача части разбавленного водогликолевого раствора на вход в испаритель будет определять (и регулировать) температуру кипения смеси, поступающей в нижнюю часть испарителя, но никак не будет влиять на температуру кипения упаренной смеси на выходе из испарителя (из которой испарены все гликоли и вода, подаваемые в выпарной аппарат с сырьевым потоком и потоком разбавленных гликолей из второй сборной емкости), которая будет определяться конечным составом упаренной смеси и величиной остаточного давления в кубовой секции выпарного аппарата, то есть температура кубовой жидкости в выпарном аппарате будет значительно выше температуры, поддерживаемой на входе в испаритель. Задачей предлагаемого изобретения является создание способа очистки гликоля - осушителя природного газа от всех видов примесей путем испарения и ректификации очищаемого гликоля, обеспечивающих более полную очистку при снижении энергозатрат. Предлагаемый способ очистки гликолей от примесей заключается в следующем: сырьевой раствор гликоля - осушителя природного газа - предварительно нагревают в рекуперативном теплообменнике, после чего испаряют в кубовой секции ректификационной колонны и очищают образовавшиеся пары гликоля от примесей (как летучих, так и малолетучих и нелетучих) в массообменной секции ректификационной колонны с отбором концентрированного гликоля с контактных устройств в средней части массообменной секции; испарение очищаемого гликоля производится за счет подвода тепла с кубовой жидкостью, нагреваемой в испарителе в жидкофазном состоянии; выходящие сверху ректификационной колонны пары охлаждают и конденсируют, а необходимый вакуум в установке очистки создают путем откачки неконденсирующихся газов и паров вакуумным насосом. Кубовая жидкость ректификационной колонны подвергается циркуляции в контуре: куб ректификационной колонны - промежуточная емкость-отстойник твердой фазы - циркуляционный насос - испаритель - регулятор давления "до себя" - куб ректификационной колонны, в котором производится ее нагрев и частичное испарение. В качестве испарителя может быть использована трубчатая печь. Предлагаемый способ очистки загрязненных гликолей отличается от известного тем, что очистку гликоля - осушителя природного газа - осуществляют в ректификационной колонне с отбором концентрированного гликоля с контактных устройств в средней части массообменной секции; нагрев кубовой жидкости проводят в испарителе, в частности в трубчатой печи, с поддержанием нагреваемого раствора в жидкофазном состоянии. При этом кубовая жидкость ректификационной колонны циркулирует в контуре: куб ректификационной колонны - промежуточная емкость-отстойник твердой фазы - циркуляционный насос - испаритель - регулятор давления "до себя" - куб ректификационной колонны, в котором производится ее нагрев и частичное испарение. Настоящее изобретение направлено на достижение более качественной очистки растворов гликолей и снижение эксплуатационных затрат, а именно:
- очистки загрязненного гликоля - осушителя природного газа - от всех видов примесей с получением очищенного концентрированного гликоля, содержащего не менее 99,5 мас.% основного вещества в количестве, составляющем не менее 90% от его содержания в загрязненном осушителе;
- обеспечения оптимальных условий для отстаивания и осаждения твердых примесей из кубовой жидкости ректификационной колонны;
- снижения до минимума отложений солей и малолетучих примесей в аппаратах установки очистки;
- снижения энергозатрат на процесс очистки за счет реализации оптимальных технологических решений по нагреву кубовой жидкости и выводу примесей из технологической схемы установки очистки. Реализация способа очистки загрязненного гликоля - осушителя природного газа - способом вакуумной ректификации представлена на чертеже. Способ реализуется следующим образом. Загрязненный раствор гликоля - осушителя природного газа - из установки промысловой подготовки природного газа к магистральному транспорту, содержащий вышеперечисленные примеси, накапливающиеся при обработке природного газа, используя метод абсорбционной осушки, подается по трубопроводу 1 в емкость 2. Насосом 3 раствор подается через рекуперативный теплообменник 4, где нагревается и по трубопроводу 5 поступает в кубовую секцию вакуумной ректификационной колонны 6 на очистку. Подача загрязненного раствора в ректификационную колонну устанавливается клапаном 7. Кубовая жидкость колонны, содержащая сконцентрированные нелетучие и малолетучие растворимые примеси и взвешенные кристаллы минеральных солей, по трубопроводу 8 направляется в промежуточную емкость-отстойник твердой фазы 9, в которой происходит осаждение взвешенных твердых примесей, которые в виде суспензии выводятся из нижней части емкости насосом 10 по трубопроводу 11 в емкость промстоков 12. Вывод суспензии твердых примесей из емкости 9 регулируется клапаном 13 по температуре в кубе колонны 6. Осветленная кубовая жидкость по трубопроводу 14 поступает на всас циркуляционного насоса 15 и далее по трубопроводу 16 нагнетается в испаритель, в качестве которого может быть использована трубчатая печь с огневым нагревом 18. Расход кубовой жидкости в трубчатую печь устанавливается клапаном 17. Часть осветленной кубовой жидкости из промежуточной емкости 9 по трубопроводу 41 отбирается в емкость промстоков 12 для удаления нелетучих и малолетучих растворимых примесей, выделенных из очищаемого осушителя природного газа. Величина отбора регулируется клапаном 42 по температуре в кубе колонны 6. В трубном пространстве трубчатой печи производится нагрев осветленной кубовой жидкости в жидкофазном состоянии (без образования паровой фазы). Необходимое для осуществления этого процесса давление (на 0,02-0,03 МПа большее давления начала кипения жидкости при температуре на выходе из печи) поддерживается клапаном-регулятором давления "до себя" 19. Скорость течения нагреваемой кубовой жидкости в трубном пространстве печи обеспечивает гидродинамические условия, препятствующие заметному образованию осадка минеральных солей и малолетучих примесей на теплопередающей поверхности. Парожидкостная смесь, образующаяся в трубопроводе 20 после клапана-регулятора давления 19, поступает в верхнюю часть кубовой секции ректификационной колонны очистки 6, где происходит сепарация паровой и жидкой фаз. Частично упаренная жидкая фаза, в которой из-за перенасыщения происходит кристаллизация минеральных солей, стекает в нижнюю часть кубовой секции, где смешивается с новой порцией загрязненного раствора гликоля - осушителя природного газа, подаваемого на очистку. Отсепарированная паровая фаза, содержащая очищаемый гликоль и все легколетучие примеси, поступает в нижнюю часть массообменной секции ректификационной колонны очистки, где осуществляется процесс ректификационного взаимодействия паров со стекающей флегмовой жидкостью на контактных устройствах колонны. Результатом указанного взаимодействия будет обогащение поднимающихся паров легколетучими примесями и отпарка этих примесей из стекающей жидкости - очищаемого гликоля. Данная характерная особенность протекания ректификационного процесса приводит к образованию в средней части массообменной секции колонны очистки зоны, включающей несколько соседних контактных устройств, жидкая фаза на которых практически не содержит как легколетучих, так и малолетучих примесей, исчерпанных из отсепарированной паровой фазы на нижних контактных устройствах массообменной секции. Отбор части жидкой фазы с контактных устройств указанной зоны в средней части массообменной секции ректификационной колонны по трубопроводу 21 позволяет выделить фракцию очищенного гликоля с содержанием основного вещества 99,5-99,8 мас.%. Величина отбора очищенного гликоля регулируется клапаном 22 по уровню жидкости в кубовой секции ректификационной колонны очистки 6. Горячий, очищенный от всех видов примесей гликоль направляется в рекуперативный теплообменник 4, после которого поступает в емкость 23 готового продукта. Из емкости 23 очищенный гликоль - осушитель природного газа - насосом 24 нагнетается в установку промысловой подготовки природного газа. Пары, выходящие из верха колонны, содержащие гликоль, воду и все легкокипящие примеси, отпаренные из очищенного гликоля - осушителя природного газа, а также неконденсирующиеся инертные газы - воздух, природный газ - поступают в холодильник-конденсатор 25, например аппарат воздушного охлаждения. Образовавшаяся в холодильнике-конденсаторе газожидкостная смесь поступает в разделительную емкость 26, где происходит сепарация несконденсированной фазы, а также разделение жидкой водогликолевой фазы и углеводородного конденсата. Газовая фаза, содержащая часть водяных паров и неконденсирующихся легколетучих примесей, по трубопроводу 27 поступает на всас вакуумного насоса 29, где захватывается рабочей жидкостью и после сепаратора 30 по трубопроводу 31 направляется на факельное устройство. Разрежение, создаваемое вакуумным насосом 29 в верху ректификационной колонны очистки 6, регулируется клапаном 28. Жидкость из сепаратора 30 и рабочая жидкость вакуумного насоса 29 по трубопроводу 32 направляются на охлаждение и после охлаждения по трубопроводу 33 возвращаются в вакуумный насос. Углеводородный конденсат, отслоившийся в разделительной емкости 26 от водогликолевого раствора, по трубопроводу 34 выводится из разделительной емкости потребителю. Отбор углеводородного конденсата регулируется клапаном 35 по уровню в углеводородной камере разделительной емкости 26. Водогликолевый раствор из разделительной емкости по трубопроводу 36 откачивается насосом 37 и направляется на флегмирование в массообменную секцию ректификационной колонны очистки 6. Расход флегмовой жидкости регулируется клапаном 38 по уровню водогликолевого раствора в гликолевой камере разделительной емкости 26. Часть водогликолевого раствора по трубопроводу 39 направляется в емкость промстоков 12 для вывода легколетучих примесей, отпаренных из очищенного гликоля - осушителя природного газа. Величина отбора регулируется клапаном 40 по температуре в верхней части массообменной секции колонны очистки. Вывод растворимых малолетучих и нелетучих примесей из установки очистки осуществляется отбором части кубовой жидкости по трубопроводу 41 в количестве не более 2,5-3,5% от количества загрязненного гликоля, подаваемого на очистку. Вывод легколетучих примесей из установки очистки осуществляется отбором части водогликолевого раствора из разделительной емкости 26 по трубопроводу 39 в количестве не более 2,5-3,0% от количества загрязненного гликоля, подаваемого на очистку. Вывод суспензии осажденных минеральных солей из установки очистки осуществляется отбором из нижней части промежуточной емкости-отстойника твердой фазы 9 по трубопроводу 10 в количестве не более 1,0-1,5% от количества загрязненного гликоля, подаваемого на очистку. Отходы, содержащие примеси, выделенные из загрязненного раствора гликоля при очистке, из емкости промстоков 12 откачиваются насосом 43 на утилизацию. Основные режимные параметры процесса очистки - величина разрежения, создаваемого вакуумным насосом, и температура в массообменной и кубовой секциях ректификационной колонны - определяются составом загрязненного раствора гликолей, подаваемого на очистку. Использование предлагаемого способа очистки загрязненного раствора гликолей от примесей рассмотрено на примере Ямбургского газоконденсатного месторождения. В таблице сравниваются показатели работы установок очистки растворов гликолей по известному и предлагаемому способам при сопоставимых условиях - одинаковой производительности по перерабатываемому сырью. Из сравнения показателей следует, что предлагаемый способ, в сравнении с известным, обеспечивает более полную очистку от разного вида примесей и характеризуется меньшими тепловыми расходами. Экспертная оценка показала, что в условиях Ямбургского месторождения стоимость очистки одной тонны загрязненного гликоля по предлагаемому способу на установке производительностью 2,2 т/час составит около 150-180 долларов США при годовой производительности до 1000 т. Качество очищенного гликоля (диэтиленгликоля) соответствует товарному продукту высшего сорта (ГОСТ 10136-77). Учитывая стоимость 1 т товарного диэтиленгликоля 600 долларов США, годовой экономический эффект от очистки загрязненного осушителя составит около 420 тысяч долларов США. Источники информации
1. Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. - М.: Недра, 1999. - с. 240-244. 2. Патент 2110558 Роспатента на изобретение "Способ очистки раствора гликоля от минеральных солей". 1998 г.
Класс B01D3/10 вакуумная перегонка
Класс B01D53/26 сушка газов или паров