способ очистки попутных нефтяных газов

Формула изобретения

1. Способ очистки попутных нефтяных газов, включающий адсорбцию влаги и углеводородных компонентов сорбентом с последующей регенерацией сорбента, отличающийся тем, что в качестве сорбента применяют базальтовые волокна с диаметром элементарного волокна 5-8 мкм, длиной не более 50 мм, насыпной плотностью 40-50 кг/м³ и прочностью при нагрузке 4-8 кН/м², причем адсорбцию осуществляют при температуре 18-30°C, а регенерацию сорбента выполняют в два этапа: на первом этапе регенерацию выполняют в самотечном режиме адсорбированных компонентов, а на втором этапе регенерацию выполняют в сушильном шкафу при температуре 180-200°C.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на второй этап регенерации переходят после снижения динамической адсорбционной емкости сорбента до 30%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для дополнительной очистки нефтяных газов на промыслах при применении их в качестве моторного топлива.

После сепарации нефти на пунктах сбора и подготовки в выделенном попутном нефтяном газе остаются некоторое количество воды и тяжелых углеводородов /н-гексан, изо-гексан и др., до 0,5 г/м³/. При применении нефтяного газа в качестве моторного топлива указанные компоненты отрицательно влияют на работу двигателей внутреннего сгорания, и поэтому их необходимо удалить.

Известен способ осушки газов, включающий адсорбцию влаги гранулированным цеолитом NaA с последующей регенерацией насыпного цеолита продувкой нагретым газом /Пат. 2030199 Россия, В 01 D 53/02, 1995/.

Недостатками способа являются высокая стоимость цеолита и высокая температура регенерации сорбента /280-310°C/, приводящая к коксованию сорбента и большим энергозатратам.

Известен также способ очистки попутных нефтяных газов, включающий адсорбцию влаги и углеводородных компонентов сорбентом с последующей регенерацией сорбента, причем в качестве сорбента используют силикагель /Гухман Л.М. Подготовка газа северных газовых месторождений к дальнему транспорту. - Л.: Недра. - 1980. - С.124-127 - прототип/.

Недостатки этого способа: небольшая динамическая адсорбционная емкость сорбента /при наличии влаги в газе динамическая адсорбционная емкость составляет 0,06-0,1 г/г/, быстрое увеличение во времени гидравлического сопротивления адсорбера. Из-за измельчения сорбента при его регенерации размер гранул уменьшается от 5 мм до 1 мм, а гидравлическое сопротивление адсорбера за 6 месяцев увеличивается от 0,06 до 0,3 МПа.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в увеличении динамической адсорбционной емкости сорбента и уменьшении гидравлического сопротивления адсорбера.

Технический результат, реализуемый при использовании заявляемого изобретения - повышение эффективности очистки попутного нефтяного газа.

Для получения такого технического результата в известном способе очистки нефтяных газов, включающем адсорбцию влаги и углеводородных компонентов сорбентом с последующей регенерацией сорбента, в качестве сорбента применяют базальтовые волокна диаметром 5-8 мкм и длиной не более 50 мм, насыпной плотностью 40-50 кг/м ³ и прочностью при нагрузке 4-8 кН/м², причем адсорбцию осуществляют при температуре в диапазоне 18-30°C, а регенерацию сорбента выполняют два этапа: на первом этапе регенерацию выполняют в самотечном режиме адсорбированных компонентов, а на втором этапе - в сушильном шкафу при температуре 180-200°C. На второй этап регенерации переходят после снижения динамической адсорбционной емкости сорбента до 30% от начальной.

Сущность изобретения заключается в следующем. Применение в качестве сорбента базальтовых волокон, имеющих длину до 50 мм и прочность на раздавливание 4-8 кН/м², существенно уменьшает опасность измельчения материала сорбента в процессе эксплуатации и тем самым замедляет повышение гидравлического сопротивления адсорбера. При этом динамическая адсорбционная емкость базальтовых волокон существенно /3-4 раза/ больше силикагеля, особенно при наличии в адсорбируемых компонентах воды.

Использование самотечного режима регенерации сорбента существенно увеличивает продолжительность цикла, особенно в тех случаях, когда необходимо выделить из газа небольшое количество воды и тяжелых углеводородов /4-7 кг/сут/.

Способ реализуется следующим образом. Нефтяной газ после предварительной подготовки на центробежном газовом сепараторе при давлении 0,25-0,4 МПа поступает в верхнюю часть адсорбера, заполненного базальтовым волокном, имеющим насыпную плотность 40-50 кг/м³, динамическую адсорбционную емкость 0,2-0,4 г/г /экспериментально доказано, что динамическая адсорбционная емкость базальтовых волокон с насыпной плотностью 40-50 кг/м³, диаметром 5-8 мкм и длиной до 50 мм при наличии влаги в газе 0,05-0,1 г/м ³ составляет 0,2-0,4 г/г/. Контактирование газа с сорбентом ведут со скоростью 0,09-0,15 м/с при температуре 18-30°C.

Регенерацию сорбента осуществляют в два этапа. На первом этапе регенерацию выполняют в самотечном режиме адсорбированных компонентов при температуре адсорбции 18-30°C. После снижения динамической адсорбционной емкости сорбента до 30% /дальнейшее снижение динамической адсорбционной емкости приводит к существенному снижению продолжительности цикла, что не целесообразно/ переходят на второй этап - регенерации сорбента в сушильном шкафу. При этом температуру в шкафу поднимают до 180-200°C со скоростью 50-60°C в час. Продолжительность цикла в самотечном режиме /первый этап регенерации/ достигает до 6 дней.

Пример. Попутный нефтяной газ ЗАО «Соболиное» производительностью 16000 м³/сут с давлением 0,35 МПа, содержанием тяжелых углеводородов /н-гексан, изо-гексан/ и воды 0,3 г/м³ при температуре 18°C подают в верхнюю часть адсорбера, заполненного базальтовым волокном насыпной плотностью 50 кг/м³. Скорость движения потока газа 0,11 м/с. Температуру адсорбции поддерживают теплообменником на уровне 25°C, температуру регенерации в сушильном шкафу - 190°C. Такую скорость потока газа в адсорбере обеспечивается при внутреннем диаметре адсорбера 1,0 м и коэффициенте свободного сечения 0,5. Время контакта при высоте адсорбера 1,27 м равна 11,5 с, масса сорбента 100 кг. Динамическая адсорбционная емкость равна 0,3 г/г. За сутки из газа необходимо выделить 4,5 кг воды и тяжелых углеводородов. С учетом динамической адсорбционной емкости сорбента адсорбер может выделить 100×0,3=30 кг указанных компонентов. Продолжительность цикла адсорбции равна 30:4,5=6,7 сут. После этого первый адсорбер /применяется двухадсорберная система очистки/ переключают на регенерацию /первый этап регенерации/, а второй адсорбер - на адсорбцию. В первом адсорбере происходит отекание адсорбирванных компонентов и охлаждение сорбента. Затем через 6 суток снова процесс очистки переключают на первый адсорбер. В процессе работы динамическая адсорбционная емкость уменьшается. После снижения ее до 30% от первоначальной регенерацию сорбента выполняют в сушильном шкафу при температуре 190°C /второй этап регенерации/. Для этого базальтовые волокна в адсорбере размещают в кассетах, торцевые стенки которых снабжены металлическими сетчатыми крышками, с возможностью замены сорбента. Для регенерации кассеты извлекаются из адсорбера и устанавливаются в сушильном шкафу.

В процессе адсорбции тяжелых углеводородов и воды одновременно происходит стекание их под действием гравитационных сил. При этом продолжительность цикла увеличивается. Оптимальная продолжительность цикла определяется опытным путем.

Основные характеристики базальтовых волокон производства из базальтового щебня Ивано-Долинского карьера.

Диаметр элементарного волокна, мкм	5-8
Длина элементарного волокна, не более, мм	50
Температура применения, °C	От -260 до +750

Стоек к воздействию агрессивных сред и нефтепродуктов.

Химический состав базальтов Ивано-Долинского месторождения, оксиды и массовая доля, %: SiO₂ /49.46/, TiO₂ /3,08/, Al₂О₃ /14,49/, Fe₂О₃ /4.42/, К₂O /1,69/, Н ₂O /1.16/, MnO /0,17/, FeO /5,1/, MgO /5,1/, CaO /8,5/, Р₂O₅ /0,2/, CO₂ /0,2/, Na ₂O /2,1/.

В таблице приведены сравнительные характеристики предлагаемого сорбента /базальтовых волокон/ и известного сорбента /силикагеля/. Как вытекает из приведенных данных, динамическая адсорбционная емкость базальтовых волокон при одних и тех же условиях эксплуатации существенно /2-4 раза/ больше, чем силикагеля. Благодаря высокой механической прочности базальтовых волокон и большой длине /до 50 мм/ они более устойчивые к ударным нагрузкам, возникающим при переходе на регенерацию и других переходных процессах. Кроме того, из-за малой объемной плотности и высокой удельной поверхности данного материала обеспечивается более эффективный массообмен, чем гранулы силикагеля.

Таким образом, применение в качестве сорбента базальтового волокна, осуществление двухэтапной регенерации сорбента существенно увеличивает динамическую адсорбционную емкость и повышает эффективность очистки нефтяных газов, что увеличивает срок службы двигателей внутреннего сгорания, работающих на очищенном газе.

Таблица
Показатели	Способ
	Предлагаемый	Известный
Динамическая адсорбционная емкость, г/г	0,2-0,4	0,06-0,1
Температура адсорбции, °C	18-30	25-30
Температура регенерации, °C	180-200	120-140
Увеличение гидравлического сопротивления после 6 мес.
эксплуатации, МПа	от 0,06 до 0,1	от 0,06 до 0,3
Характеристика базальтовых волокон:
насыпная плотность, кг/м3	40-50	-
длина, не более, мм	50	-
удельная адсорбционная
емкость, м2/кг	50-60	-
Характеристика силикагеля:
насыпная плотность, кг/м3	-	750-800
диаметр частиц, мм	-	4-5
Продолжительность цикла, сут	до 6	0,3