Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Выделение углеводородов с2-с5 из природного сернистого газа и их адсорбционная очистка (литературный обзор)
1.1. Методы извлечения углеводородов
1.2. Технологические процессы выделения углеводородов С2-С5 11
1.3 Глубокая осушка и адсорбционная очистка 19
1.4 Технология переработки гелийсодержащего природного газа на Оренбургском гелиевом заводе 29
ГЛАВА 2. Совершенствование подготовки природного сернистого газа для переработки
2.1 Изучение способности цеолита различного состава (на основе цеолита NaX) к дезактивации при очистке и осушке природного сернистого газа 38
2.2 Исследования по улучшению качества цеолита 46
2.2.1 Сравнительные исследования промышленных цеолитных адсорбентов отечественного и импортного производства 46
2.2.2 Изучение свойств глинистых связующих, используемых при получении цеолитов 49
2.2.3 Исследование влияние структуры цеолитов на их адсорбционную активность 56
2.2.4 Испытания новых отечественных цеолитов для глубокой очистки и осушки природного газа 59
ГЛАВА 3. Совершенствование процесса регенерации цеолитного адсорбента 62
3.1. Регенерация цеолита метановой фракцией 62
3.2. Регенерация цеолита смесью метановой и азотно-метановой фракций 71
ГЛАВА 4. Совершенствование технологии получения этана
4.1. Вовлечение в переработку газов деэтанизации Оренбургского газоперерабатывающего завода
4.2. Совершенствование технологии извлечения этана 79 з
4.3. Повышение степени очистки и осушки этановой фракции 96
4.3.1 Регенерация цеолитного адсорбента очистки этановой фракции
ГЛАВА 5. Повышение эффективности переработки ШФЛУ 112
5.1. Реконструкция блока стабилизации установки переработки 112
ШФЛУ
5.2. Разработка технологии разделения ШФЛУ
5.3 Разработка технологии разделения бутановой фракции
Выводы 136
Литература
- Глубокая осушка и адсорбционная очистка
- Сравнительные исследования промышленных цеолитных адсорбентов отечественного и импортного производства
- Регенерация цеолита смесью метановой и азотно-метановой фракций
- Повышение степени очистки и осушки этановой фракции
Введение к работе
Актуальность работы. На период 2007-2030 г г суммарный прирост запасов природного газа в России планируется в объеме 28-32 трлнм3, предполагаемые уровни добычи газа 700 млрд м3 в 2020г и 750 млрд м3 в 2030г, запасы газа к началу 2030 г-55-57 трлн м3
Около 15 % добываемого предприятиями ОАО «Газпром» природного газа содержит этан, а также такие ценные компоненты, как пропан, бутаны и т д Однако, в настоящее время извлекается не более 7 8 % этана и около 45 % пропан-бутанов. В развитых европейских странах и США эти показатели значительно выше-50...60 % - по этану и 90 % - по пропан-бутанам Согласно прогнозам, уже к 2010-2015гг в России производство этана может увеличиться до 25% и пропан-бутанов до 70% от потенциала Повышенное извлечение легких углеводородов из добываемого газа позволит нашей стране увеличить денежный поток за счет реализации легких углеводородов по более высоким ценам, чем товарный газ, и получить прекрасное сырье для нефтехимических и химических предприятий.
В этой связи работа, направленная на реконструкцию и оптимизацию работы существующих установок с целью увеличения степени извлечения высоколиквидных компонентов: гелия, этана, пропана, бутановых и пентан-гексановых фракций, а также разделение их на индивидуальные углеводороды, увеличение производительности и снижение эксплуатационных затрат на единственном в России гелиевом заводе, перерабатывающем природный газ Оренбургского месторождения, является актуальной задачей
Переработке газового сырья и извлекаемых из него компонентов препятствует их недостаточная очистка от примесей (H2S, СОг, меркаптаны, влага) Поэтому разработка мероприятий по улучшению степени очистки и осушки газовых потоков также является актуальной проблемой
Цель работы: разработка и внедрение на Оренбургском гелиевом заводе (ОГЗ) новых технологий для увеличения степени извлечения из природного газа углеводородных компонентов (Сг - Сб) и повышения их качества, а также для улучшения степени адсорбционной очистки и осушки газовых потоков.
Научная новизна. Найдены закономерности изменения свойств цеолитов, позволяющие повысить их срок службы в процессе адсорбционной очистки и осушки природного сернистого газа Определён вклад отдельных компонентов природного газа на падение адсорбционной емкости цеолитов Получены зависимости снижения динамической активности цеолитов и увеличения количества "коксовых" отложений на них от числа циклов «адсорбция - регенерация»
Впервые разработан и обоснован эффективный способ регенерации и охлаждения цеолита, с использованием в качестве газов регенерации и охлаждения смеси
метановой (МФ) и азот-метановой фракций (АМФ), обеспечивающий одновременно высокое качество выпускаемой продукции, стабильность процесса регенерации, охлаждения, увеличение срока службы цеолита, снижение энергопотребления.
Разработан процесс низкотемпературной абсорбции углеводородов С2+ пентан-гексановой фракцией в оптимальньк условиях, что повышает выход этановои фракции и улучшает качество широкой фракции легких углеводородов
Впервые разработан способ разделения бутановой фракции путем её селективной адсорбции на синтетических цеолитах типа СаА с повышенным содержанием оксида кальция на н-бутан и изо-бутан с их последующей десорбцией метановой фракцией
Практическая значимость. Разработаны и внедрены рекомендации по модернизации процессов синтеза и формования цеолита. Их внедрение на ОАО "Са-лаватнефтеоргсинтез" и ОГЗ позволило полностью перевести установку подготовки природного газа на отечественный цеолит и увеличить срок его службы до 2 лет
Внедрение нового способа выделения и очистки углеводородов С2-С5 из природного сернистого газа, который состоит в смешивании газа деэтанизации, извлекаемого из потока природного газа в процессе его отбензинивания масляной абсорбцией, с газовым потоком, идущим с ГПЗ на ГЗ для разделения на криогенно-ректификационной установке позволило увеличить ежегодный объем производства очищенных этана и ШФЛУ. В результате промышленного внедрения новой технологии на ОГЗ только за четыре года ее использования дополнительно получено этана 129,7тыс т, ШФЛУ - 214 тыс.т
Предложенный к реализации способ регенерации и охлаждения цеолита, с использованием в качестве газов регенерации и охлаждения смеси метановой и азот-метановой фракций позволяет за счет обеспечения более высокой степени регенерации цеолита повысить качество товарного газа, снизить число циклов регенерации с 222 до 178 в год, увеличить срок службы цеолита до 3 лет
Внедрение цеолита СаА для очистки этановои фракции от СОг и сернистых соединений, а также способа его регенерации метановой фракцией позволило повысить качество получаемого этана до соответствия марке А по ТУ 0272-022-301 51638-99, понизить расход цеолита, снизить расходы на получение товарного газа на 180 руб. на 1000 м3.
Разработанная технология низкотемпературной абсорбции углеводородов Cw пентан-гексановой фракцией (ПГФ) с использованием перекрестноточной насадки «Петон» позволяет увеличить выход этановои фракции на 2,2 т/ час и улучшить качество отводимой из установки ШФЛУ
Предложенный к реализации способ разделения бутановой фракции путем её адсорбции на синтетических цеолитах типа СаА с содержанием оксида кальция не менее 11,0 % мае на н-бутан и изо-бутан с их последующей десорбцией метановой фракцией дает возможность получить углеводороды с чистотой 100% и 98% , соответственно
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Всероссийских научно-практических конференциях «Химия, технология и экология переработки нефти и газа (Москва, 1996 г), «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2001), «Актуальные проблемы химической технологии и подготовки кадров» (Стерлитамак, 2006), на 21 Европейском конгрессе по криогенной технике (Прага, 2006), Международной научно-практической конференции «Нефтепереработка и нефтехимия-2006» (Уфа, 2006), Международной конференции по химической технологии (Москва, 2007), на научно-техническом совете ОАО «Газпром» (Москва, 2000).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 38 научных публикациях, в том числе 1 монографии, в 11 статьях, 7 тезисах докладов на конгрессе и научно-технических конференциях, 9 патентах РФ на изобретения и 10 свидетельствах и патентах РФ на полезную модель.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения, изложена на 125 страницах машинописного текста, включая 43 рисунка, и 29 таблиц Список использованной литературы включает 112 наименований
Глубокая осушка и адсорбционная очистка
На первой стадии глубокой переработки природного газа для извлечения из него углеводородов использовались несколько методов: охлаждение добываемого сырья и сепарация конденсирующихся жидких углеводородов, поглощение газообразных углеводородов жидким абсорбентом или твердым адсорбентом с последующей их регенерацией, низкотемпературная ректификация и др.
По мере превращения газоперерабатывающей промышленности из топливной в топливно-сырьевую на газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) начали более широко применять низкотемпературные процессы - низкотемпературные конденсацию (НТК) и ректификацию (НТР), абсорбцию (НТА) и адсорбцию (НТ-адсорбция) [6-8]. Это позволило увеличить отбор этана и повысить чистоту извлекаемых углеводородов.
Разделение углеводородных газов методом НТК осуществляется путем охлаждения их до заданной температуры при постоянном давлении, сопровождающееся конденсацией извлекаемых из газов компонентов, с последующим разделением в сепараторах газовой и жидкой фаз. Высокой четкости разделения углеводородных газов путем однократной конденсации и последующей сепарации добиться практически невозможно. Поэтому современные схемы НТК включают колонну деэтанизации или деметанизации. Газовая фаза при этом выводится с установки с последней ступени сепарации, а жидкая фаза после теплообмена с потоком сырого газа поступает на питание в колонну деэтанизации или деметанизации. В этом случае ректификация, как правило, предназначается для отделения остаточных количеств растворенных газов из жидкой фазы, например, этана из пропан-бутановой фракции (деэтанизаторы) или метана из фракции Сг+ (деметанизаторы).
Низкотемпературная ректификация (НТР) основана на охлаждении газового сырья до температуры, при которой система переходит в двухфазное состояние, и последующем разделении образовавшейся газожидкостной смеси без предварительной сепарации в тарельчатых или насадочных ректификационных колоннах. НТР по сравнению с НТК позволяет проводить разделение углеводородных смесей с получением более чистых индивидуальных углеводородов или узких фракций.
Низкотемпературная абсорбция (НТА) основана на различии в растворимости компонентов газа в жидкой фазе при низких температурах и последующем выделении извлеченных компонентов в десорберах, работающих по полной схеме ректификации. Преимущество НТА перед НТР состоит в том, что разделение углеводородных газов молено осуществлять при умеренных температурах, используя в качестве источника холода, например, пропановые испарители, применение которых в НТР оказывается недостаточным, но четкость разделения компонентов газа в этом процессе ниже, чем в НТР.
Низкотемпературная адсорбция (НТ-адсорбция) основана на различной способности компонентов газа адсорбироваться на твердых поглотителях. Они используются обычно для извлечения компонентов газа, имеющих очень низкое парциальное давление, вследствие чего извлечение их из газового потока другими методами весьма затруднительно. Эти процессы отличаются от всех низкотемпературных процессов разделения газов высокой избирательностью, но в то же время это весьма дорогие и требуют обеспечения хорошего теплосьема и четкого контроля за процессом. В связи с этим они применяются только для получения продуктов высокой степени чистоты, например, для тонкой очистки гелия от микропримесей и т.п.
Все перечисленные низкотемпературные процессы благодаря своим особенностям могут комплексно использоваться на различных стадиях переработ 9 ки газа, особенно в тех случаях, когда переработка осуществляется с получением широкого ассортимента продуктов.
На российских ГПЗ применяются только НТА и НТК [9]. Процесс НТА обе-спечивает извлечение лишь пропана и углеводородов С4 [6,7], процесс НТК по-зволяет углубить выделение углеводородов за счет создания более низких температур с помощью хладоагентов (жидких пропана и этана) или турбоде-тандеров [10].
Однако, процессы НТА и НТК не обеспечивают необходимой глубины извлечения углеводородов С2-С4. Например, в 1996 г. в России добыто (в млн. т) в составе природного и попутного нефтяного газов этана - 5,4, пропана - 3,2, бутанов - 2,0, но извлечено лишь этана - 0,387, пропана - 0,536, бутанов - 0,429, а остальная их часть использована в качестве топливного газа [4].
На ГПЗ США и других промышленно развитых стран используется более широкий круг методов извлечения углеводородов С2-С5 и гораздо более эффективно [11,12]. В зависимости от состава газа и экономических обстоятельств на ГПЗ может использоваться 1-3 различных процессов извлечения.
С ростом требований к глубине извлечения этановой фракции основным наиболее экономичным методом совместного извлечения этана и более тяжелых углеводородов является низкотемпературный метод частичной конденсации природного газа с последующим его детандированием и разделением в ректификационных колоннах. По этой технологии работают большинство ГПЗ, построенных в США[13].
Использование криогенных (сверхнизких) температур обеспечивает более глубокое целевое извлечение углеводородов Сг+ (таблица 1.1), поэтому лидирующую роль стали играть криогенные процессы с применением различных холодильных циклов или турбодетандерных агрегатов [14].
Сопоставление себестоимости пропана и этана, полученных на установках с применением турбодетандеров и низкотемпературного маслоабсорб-ционного процесса (таблица 1.2), также показывает преимущество использования турбодетандеров [15].
Сравнительные исследования промышленных цеолитных адсорбентов отечественного и импортного производства
Чтобы уменьшить токсичность и коррозионную агрессивность природного сернистого газа, из него извлекают, в первую очередь, основную часть H2S и С02 абсорбцией водным раствором этаноламинов [32].
После очистки природного сернистого газа водными растворами этанол -аминов от основного количества H2S и СОг, а также последующей осушки мо 20 но- или диэтиленгликолем он содержит ешё достаточное количество нежела-тельных примесей: тиолы С3-С4 (до 550 мг/м ), воду (до 0,7 мг/м ), этаноламин и гликоль (до 100 мг/м3) [33].
В целях более рационального использования природного газа проводят его глубокую очистку от влаги и тиолов[6, 7, 34-41], что позволяет затем осуществить его криогенно-ректификационное фракционирование с получением этана, ШФЛУ и 85-90 %-ного концентрата гелия.
Чаще всего очистку газа проводят на твердых адсорбентах, среди которых наиболее высокой емкостью в отношении азотистых и сернистых соединений, воды и других полярных веществ обладают цеолиты [37,42-48].
Преимущества применения цеолитов состоят в избирательности поглощения полярных веществ, в том числе молекул определенного размера, а также в большой поглотительной емкости при повышенной температуре и малой концентрации извлекаемого компонента [40,49].
Согласно изотермам адсорбции сероорганических соединений на цеолитах взаимодействие между ними определяется геометрической и химическим строением адсорбированных молекул, а также структурой цеолитов [49].
Установлено [46, 50], что при адсорбции сераорганических соединений на цеолитах атом серы взаимодействует с обменными катионами (и протонами) кристаллической решетки, причем сила этого взаимодействия определяется как электроно-донорной способностью атома серы, так и акцепторными свойствами катионов. Донорная способность атома серы и, соответственно, адсорбционная емкость цеолитов возрастают в ряду сероорганических соединений: (CI S C2H5SH CH3SH H2S COS [37, 51]. Указанная емкость увеличивается с повышением основности обменных катионов, например, при замене катионов Na+ на К+ [39], еще более - на Са2+ [46] и Си2+ [52], их концентрации в кристаллах, а также при переходе от цеолитов типа Y к X и А [37,49].
Обычно для сероочистки природного газа применяют цеолиты NaA, СаА и NaX [37]. Наибольшей адсорбционной емкостью обладает цеолит NaX. Несмотря на лучшие адсорбционные характеристики цеолиты NaX по индивиду 21 альным серосодержащим соединениям, оптимальный выбор типа цеолита для очистки конкретного сернистого газа зависит от его состава. Цеолит NaX, в отличие от цеолитов с меньшим размером входных "окон" во внутренние полости кристаллов (NaA, СаА), поглощает все молекулы с эффективным диаметром 9А. Поэтому наличие в газе заметного количества тяжелых алифатических или ароматических углеводородов и др. веществ, хорошо поглощаемых цеолитом NaX, может сократить его емкость в отношении сернистых примесей.
При очистке влажных углеводородных газов вода сорбируется в первых по ходу газового потока слоях цеолита, практически полностью вытесняя сернистые соединения [34,40,41,49,53]. Аналогичное явление наблюдается при наличии в газе С02, который адсорбируется совместно с серосодержащими веществами и снижает емкость цеолита по сероводороду и тиолам [37]. Для более селективной адсорбции С02 обычно применяют цеолит типа NaA, который имеет диаметр входных "окон" во внутренние полости кристаллов 4А и позволяет избирательно поглощать молекулы Н20( 3,2А), С02 ( 3,ЗА), в меньшей степени более крупные молекулы H2S (3,6-3,8А) и RSH ( 5А) [44]. По хемосорбцион-ной активности на цеолитах компоненты природного газа располагаются в ряд: Н20 RSH H2S COS С02. Сорбируемость углеводородов возрастает по мере увеличения их молекулярной массы [49, 54].
При адсорбционной сероочистке природного газа, когда происходит совместная адсорбция нескольких его компонентов, распределение в слое адсорбента имеет сложный характер [54]. Анализ возможного влияния соадсорбции компонентов позволяет правильно выбрать тип цеолита, рассчитать размеры аппаратуры, продолжительность стадии очистки, условия проведения процессов адсорбции и десорбции [37,55].
Промышленный процесс адсорбционной очистки газа (рисунок 1.6) обычно организуют по периодической схеме, поскольку после насыщения слоя адсорбента извлекаемыми из газа примесями его активность резко снижается. Чтобы восстановить его адсорбционную активность, поглощенные вещества необходимо десорбировать, т.е. регенерировать адсорбент [41,49]. Регенерацию осуществляют продувкой слоя сорбента нагретым газом или снижением давления в системе [8, 34]. Первый способ является более распространенным. Температурный режим регенерации выбирают, исходя из условий десорбции наиболее сильно адсорбируемого компонента очищаемого природного газа.
Для обеспечения непрерывной работы адсорбционной установки она должна иметь несколько адсорберов [37], часть которых работает в режиме адсорбции, а другие готовятся к следующему адсорбционному циклу, подвергаясь регенерации и охлаждению в соответствии с заданной циклограммой. Циклограмма связывает время адсорбции (тадс), регенерации (трег) и охлаждения (тохл) с числом адсорберов уравнением рег = охл Тадс где К - отношение числа адсорберов, находящихся на стадиях очистки и регенерации (охлаждения).
Регенерация цеолита смесью метановой и азотно-метановой фракций
Таким образом, одной из основных причин ускоренной дезактивации отечественного цеолита по сравнению с импортными аналогами при адсорбционной очистке природного газа от сернистых соединений является меньшая вторичная пористость гранул цеолита. Она может быть улучшена подбором глинистого связующего. Поэтому для приготовления гранулированных цеолитов испытаны различные глинистые связующие, имеющие разный минералогический тип, состав и свойства (таблица 2.2).
Адсорбцию Н2О, RSH, СОг измеряли объемным методом по общепринятой методике. Адсорбционную емкость ЦА определяли в статических и динамических условиях также по общепринятым методикам [49].
Из таблицы видно, что при относительно близкой адсорбционной емкости глины заметно отличаются по механической прочности, насыпной массе и каталитической активности в крекинге тиолов.
Каталитическую активность глин оценивали при крекинге при температуре 250С модельного бутилтиола, который вносили в концентрации 50-60 г/м в поток азота, пропускаемый через их слой с объемной скоростью 44,3 ч . Таблица 2.2.- Состав и свойства глинистых связующих, примененных для получения цеолитных адсорбентов
Месторождение глины Тип гли ны Состав оксидов металлов, % мае. Насыпная масса,г/см3 Свойства глин
Примечание: )К - каолинитовая глина, Б - бентонитовая глина Наибольшее превращение тиола достигается на куганакской глине (22,3%), на трошковской и латненской глинах - 4,3-4,5 %, на салаватской глине -2,0%. Активность глин тем больше, чем выше в них содержание егОз (таблица 2.2). В тех же условиях крекинг H.C4H9SH на кристаллическом NaX (без связующего) происходит более чем на 40 %. Следовательно, приемлемой каталитической активностью обладают салаватская, трошковская и латненская глины.
Несмотря на некоторое отличие в крекирующей способности глинистых связующих, сформованные с ними цеолиты проявляют примерно одинаковую склонность к накоплению "коксовых" отложений (таблица 2.3). Динамику "за-коксовывания" цеолита изучали на проточной установке. - бутилтиол. Крекинг модельного вещества н.бутилтиола проведен в условиях, обеспечивающих почти полное его разложение: температура 350С, содержание H.C4H9SH в газе-носителе (гелии) 600-800 мг/м3, объемная скорость газового потока 20 ч"1, время контакта 84 сек. В условиях эксперимента обеспечивалось 100% разложение тиола. Содержание коксовых отложений определяли их выжиганием в токе воздуха при 500С.
Установлено, что скорость накопления "кокса" несколько выше для гранул цеолита диаметром 3,0 ± 0,2 мм, сформованных с куганакской салаватской трошковской латненской глинами, и практически равна для гранул отечественного и импортного цеолита меньшего диаметра.
Накопление "кокса" в гранулах цеолита оказывает существенное влияние на уменьшение объема их микро-, мезо- и макропор (объем пор определяли по методике, разработанной совместно Институтом органической химии РАН, ВНИИГАЗ и НИИО-ГАЗ), а также - адсорбционной способности (таблица. 2.4). Так, несколько больший объем самых доступных мезо- и макропор у образцов цеолита, сформованных с латненской и трошковской глинами (0,093 и 0,082 см /г, соответственно), обусловливает меньшую скорость накопления ими "кокса" и большую величину остаточной адсорбционной емкости. Таблица 2.3 Каталитическая активность в крекинге H.-C4H9SH гранул цеолитных адсорбентов, сформованных с различными глинистыми связующими
Месторождение глинистого связующего Диаметр гранул цеолита, мм А Б Относительная скорость накопления "кокса" (Б/А)
Куганакское 0 0,202 70,4 0,085 29,6 0,287 0,0396 0,150 57,5 0,111 42,5 0,261 90,9 75,4 Таким образом, одной из основных причин ускоренной дезактивации отечественного цеолита по сравнению с импортными аналогами при адсорбционной очистке природного газа от сернистых соединений является меньшая вторичная пористость гранул цеолита. Она может быть улучшена подбором глинистого связующего каолинитового типа, обладающего минимальной каталитической активностью в крекинге RSH (и др. сернистых соединений) и способного создать при формовании максимально возможный объем мезо- и макропор в гранулах цеолита.
Важной функцией глинистого связующего является также придание прочности гранулам цеолита, которые должны выдерживать давление расположенных выше слоев сорбента в адсорбере и нагрузки, возникающие вследствие изменения температуры и давления при переходе от условий адсорбции к термодесорбции [49]. Кроме того, гранулы цеолита должны обладать также механической прочностью на истирание, поскольку они в процессе демеркаптаниза-ции природного сернистого газа в промышленных адсорберах незначительно, но непрерывно движутся относительно друг друга [37]. В таблице 2.5 представлены результаты испытаний гранул цеолита на раздавливание известным методом [49], а также при перемешивании во взвешенном слое, моделирующем ускоренное истирание гранул.
Из таблицы видно, что предел прочности гранул ЦА на раздавливание находится примерно на одинаковом уровне, несколько увеличиваясь для импортного цеолита и сорбента, сформованного с Куганакской глиной (бентонитового типа), и уменьшаясь при формовании кристаллитов NaX с Латненскими глинами образцов ЛТ-0, ЛТ-1 и ЛТ-У (каолинитового типа), приводящем к более пористой структуре цеолита. Также близки испытанные цеолиты, сформованные с отечественными глинами, по механической прочности на истирание, которая, однако, в 4-5 раз выше для импортного цеолита.
Повышение степени очистки и осушки этановой фракции
Для регенерации цеолита обычно используют часть очищенного продукта или природный газ [49].
Однако использование природного газа для регенерации и охлаждения цеолита приводит к поглощению цеолитом на стадии охлаждения углекислого газа, тяжелых углеводородов, сернистых соединений, что снижает его адсорбционную емкость; затем в процессе адсорбционной осушки и очистки поглощенные на стадии охлаждения компоненты природного газа попадают в очищаемый продукт - этан или этан-пропановую фракцию, снижая качество продукта. В случае использования для регенерации и охлаждения цеолита очищенного продукта (этана или этан-пропановой фракции) возникает необходимость его повторной осушки и очистки для достижения требований к готовому продукту [104].
Мы поставили перед собой задачу повышения эффективности осушки и очистки этановой фракции от сернистых соединений и углекислого газа за счет увеличения продолжительности стадии адсорбции и срока службы цеолита при стабильном обеспечении требуемого качества получаемой этановой фракции, а также за счет исключения необходимости повторной осушки и сероочистки газа регенерации.
Мы посчитали, что эту задачу можно решить путем осушки и очистки этановой фракции цеолитом под давлением с последующими регенерацией и охлаждением его с помощью газа регенерации и охлаждения, используя в этом качестве метановую фракцию, а качестве цеолита - цеолит СаА, регенерацию которого осуществлять при температуре 210-230С и давлении на 1-3 кг/см ниже давления адсорбции, а насыщенный газ регенерации цеолита подавать на всас компрессора магистрали товарного газа.
Мы исходили из того, что за счет применения метановой фракции для регенерации и охлаждения цеолита можно получить положительный технический результат, который заключается в следующем: содержание в метановой фракции незначительного остаточного 107 количества сернистых соединений и углеводородов СЗ+, несопоставимого с содержанием этих компонентов в товарном газе, позволяет, несмотря на больший размер входных окон пор цеолита СаА по сравнению с цеолитом NaA, применить для очистки этановой фракции цеолит СаА, как обладающий большей адсорбционной способностью по отношению к углекислому газу - основному загрязняющему компоненту этановой фракции; поглощение тяжелых углеводородов из метановой фракции цеолитом в процессе его охлаждения происходит, но на уровне, не оказывающем на стадии адсорбции заметного отрицательного влияния на качество очищаемой этановой фракции; вследствие низкого уровня поглощения цеолитом из метановой фракций сернистых соединений и углекислого газа на стадии его охлаждения (по сравнению с использованием для этих целей товарного газа) предотвращается снижение адсорбционной емкости цеолита, восстановленной в процессе его регенерации, что позволяет изменить циклограмму работы адсорбера в сторону увеличения продолжительности цикла адсорбции, сократить количество циклов регенерации в год и увеличить срок службы цеолита.
Технический результат, получаемый за счет осуществления регенерации цеолита при пониженном давлении и, вследствие этого, при пониженной температуре (210-230С) состоит в обеспечении возможности сохранения адсорбционной емкости цеолита в процессе регенерации вследствие предотвращения деструкции тяжелых углеводородов и меркаптанов, поглощенных в процессе адсорбции. Кроме того, проведение регенерации и охлаждения цеолита при давлении, незначительно отличающимся от давления адсорбции, и исключение таким образом перепада давления при переходе со стадии адсорбции в режим регенерации, снижает динамическую нагрузку на цеолит, уменьшает истирание его частиц и разрушение вторичной пористости. Уменьшение физического износа цеолита наряду с сохранением его адсорбци 108 онной емкости в процессе регенерации (за счет исключения "закоксовыва-ния") позволяет увеличить срок службы цеолита.
Незначительное превышение давления адсорбции над давлением по-тока газа регенерации и охлаждения (на 1-3 кг/см ) позволяет предотвратить попадание насыщенного газа регенерация через возможные неплотности вентилей в поток очищаемой этановой фракции на стадии адсорбции.
Возможность же подачи насыщенного газа регенерации в магистраль товарного газа обусловлена тем, что по содержанию загрязнений насыщенный газ регенерации цеолита процесса осушка и очистки этановой фракции соответствует требованиям к товарному газу, согласно которым содержание сероводорода в товарном газе не должно превышать 0,02 г/м , меркаптанов - 36 мг/л.
Положительный технический результат, получаемый за счет подачи насыщенного газа регенерации цеолита в магистраль товарного газа состоит не только в исключении необходимости повторной переработки значительного объема газа регенерации и получении дополнительного объема товарного газа, но и в обеспечении возможности проведения регенерации при давлении, незначительно превышающим давление всаса первой ступени компрессоров ма-гистрали товарного газа, которое составляет обычно 14-16 кг/см , что сопос-тавимо с давлением адсорбции: 21-25 кг/см ; соответственно снижению давления появляется возможность снизить температуру регенерации до 210-230С.
На рисунке 4.9 представлена технологическая схема установки адсорбционной осушки и очистки этановой фракции, иллюстрирующая разработанную нами технологию.
Этановая фракция, получаемая путем низкотемпературного разделения на блоке 1 природного газа, предварительно осушенного и очищенного от основного количества сернистых соединений на блоке 2, по линии 3 под дав-лением 21-25 кг/см поступает в адсорберы 4, заполненные цеолитом СаА. Метановая фракция, полученная на блоке 1 низкотемпературной конденсации и ректификации, направляется по линии 5 на всас компрессоров 6 магистрали 109 товарного газа, ШФЛУ - на дальнейшую переработку. В качестве газа регенерации на блоке 2 адсорбционной осушки и очистки природного газа используется метановая фракция, полученная на блоке 1. Насыщенный газ регенерации блока 2 адсорбционной осушки и очистки природного газа направляется на повторную осушку и сероочистку на блоке 8 низкотемпературной масляной абсорбции, откуда направляется в магистраль 7 товарного газа.
