способ осушки природного газа

Формула изобретения

Способ осушки природного газа, включающий взаимодействие влажного природного газа с серной кислотой постоянного состава, отличающийся тем, что часть природного газа направляют на контактирование с серной кислотой, а затем проконтактировавший газ смешивают с оставшейся частью природного газа, концентрацию серной кислоты в ходе процесса контактирования поддерживают на уровне не менее 80% H₂SO₄ путем постоянного вывода части кислоты из процесса и постоянного введения свежей кислоты, концентрация которой превышает концентрацию выводимой кислоты, причем выводимую серную кислоту направляют в производства, использующие низкоконцентрированную серную кислоту.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к газовой промышленности и, в частности, к процессу осушки газа, подлежащего транспортированию на дальние расстояния в газопроводах.

Известен способ осушки природного газа, включающий сепарацию газа от капельной влаги, осушку газа путем абсорбции влаги концентрированным водным раствором гликоля, регенерацию насыщенного гликоля путем отпаривания влаги из него и конденсацию выпаренной влаги (см., например, патент США №2428643, кл. 55-28, 1958).

Основным недостатком данного способа является засорение абсорбента солями, которые содержатся в капельной влаге, частично уносимой после первичной сепарации на стадию окончательной осушки.

Данный способ, претерпевший определенные изменения (см., например, авторское свидетельство СССР №965486, патент РФ №2155092 и т.д.), тем не менее, является практически единственным, широко применяемым в газовой промышленности развитых стран.

Известен способ осушки природного газа абсорбционным методом с использованием в качестве абсорбента растворов серной кислоты, т.е. способ, включающий непосредственный контакт осушаемого газа и серной кислоты (см., например, К.С.Зарембо и Г.И.Нусинов «Очистка, осушка и одоризация природных газов». Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, М.-Л., 1947 г., стр.99).

Данный способ отличается столь существенными недостатками, что не нашел практического применения для целей осушки природного газа и используется лишь в лабораторных условиях. Недостатки способа состоят в следующем. Если не составляет труда подобрать необходимую для глубокого обезвоживания природного газа концентрацию серной кислоты, то практически невозможно реализовать процесс с поддержанием этого состава в ходе процесса. При этом зависимость парциального давления паров воды над кислотой от ее концентрации столь значительна, что ощутимое снижение концентрации кислоты в ходе процесса недопустимо, поскольку не будут выдержаны требования к содержанию паров воды в природном газе. Регенерация кислоты, связанная с ее упаркой, процесс весьма сложный, дорогостоящий и требующий особых приемов для соблюдения требований к экологическому состоянию производства (см., например, «Справочник сернокислотчика». Издание 2-е дополненное и переработанное под редакцией К.М.Малина, Изд. «Химия», М., 1971 г., стр.659-698).

Наиболее близким к настоящему изобретению является способ осушки природного газа абсорбционным методом с использованием в качестве абсорбента также растворов серной кислоты (см., патент РФ №2171131 «Способ осушки природного газа на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях и автомобильная газонаполнительная компрессорная станция», дата публикации 27.07.2001). В данном изобретении одновременно с осушкой природного газа проводят регенерацию серной кислоты с поддержанием ее постоянного состава путем электролиза.

Основной недостаток данного изобретения состоит в значительных затратах электрической энергии при электролизе, что приемлемо и допустимо при работе автомобильных газонаполнительных компрессорных станций, где осушке подвергаются ограниченные объемы природного газа с малым содержанием влаги. Использование электролиза для регенерации кислоты в масштабах транспортируемых газовых потоков экономически нецелесообразно.

Техническая задача настоящего изобретения состоит в упрощении способа обезвоживания природного газа, в улучшении технико-экономических показателей, а также в исключении регенерации серной кислоты.

Технический результат при использовании настоящего изобретения состоит в организации простой и надежной осушки природного газа, в стабилизации состава газа после осушки по содержанию паров воды, в удешевлении процесса и упрощении используемой аппаратуры.

Для достижения указанного результата в способе осушки природного газа, включающем взаимодействие влажного природного газа с серной кислотой постоянного состава, часть природного газа направляют на контактирование с серной кислотой, а затем проконтактировавший газ смешивают с оставшейся частью природного газа, концентрацию серной кислоты в ходе процесса контактирования поддерживают на уровне не менее 80% Н ₂SO₄ путем постоянного вывода части кислоты из процесса и постоянного введения свежей кислоты, концентрация которой превышает концентрацию выводимой кислоты, причем выводимую серную кислоту направляют в производства, использующие низкоконцентрированную серную кислоту.

Сущность настоящего изобретения состоит в следующем. Природный газ практически не содержит (или содержит в весьма малых количествах) примесей, взаимодействующих с серной кислотой, поэтому получаемая в результате процесса осушки разбавленная серная кислота может быть без осложнений использована в производствах, нуждающихся в серной кислоте с концентрацией, равной или меньшей той, которую получают в итоге процесса осушки при использовании настоящего изобретения.

Следует особо указать, что настоящее изобретение не подменяет способы осушки, широко применяемые в настоящее время, и носит достаточно частный характер, поскольку требует для своей реализации благоприятного сочетания требований газовой промышленности и достаточно близко расположенных производств, потребляющих разбавленную серную кислоту.

Для выполнения требований к содержанию влаги в природном газе при достаточно стабильной температуре последнего (транспортируемый газ имеет в среднем температуру на уровне +5°С) концентрация кислоты не должна быть ниже 80% (парциальное давление паров воды над серной кислотой при этом составляет 0,03 мм рт.ст., что соответствует тому парциальному давлению, которое определяет влагосодержание природного газа по действующим стандартам). Следовательно, минимальная концентрация серной кислоты присуща случаю, когда требуемое содержание паров воды в природном газе достигают при контактировании с серной кислотой всего потока осушаемого природного газа. Но именно этот случай реализации настоящего изобретения соответствует максимальному размеру применяемого оборудования, в частности абсорбционного аппарата. Поэтому целесообразно, что и определено в настоящем изобретении, вводить в контакт с серной кислотой не весь поток транспортируемого природного газа, а часть его. Подобный прием имеет следствием повышение концентрации циркуляционного потока серной кислоты, т.е. повышение концентрации кислоты, выводимой из процесса. Одновременно уменьшение потока газа, контактирующего с серной кислотой, приводит к снижению габаритов используемого оборудования, в частности абсорбционного аппарата. Следствием этого является упрощение процесса и снижение габаритов и стоимости оборудования.

При реализации настоящего изобретения концентрация кислоты, циркулирующей через абсорбционный аппарат, равна концентрации кислоты, выводимой из процесса. Поддержание постоянной концентрации циркуляционного потока кислоты достигают за счет введения свежих порций серной кислоты, концентрация которой превышает концентрацию кислоты в выводимой кислоте. При этом отсутствуют технологические ограничения, касающиеся концентрации вводимой кислоты. Концентрация вводимой кислоты определяется экономическими и конструкционными факторами, касающимися применяемых материалов, стоимости вводимой кислоты и т.д. Принципиально для введения в процесс приемлем в пределе олеум.

Как указывалось ранее, повышение концентрации выводимой кислоты с целью ее последующего использования в качестве кислоты, вводимой в процесс в промышленных масштабах транспортируемых газовых потоков, ни путем электролиза, ни путем упарки кислоты приемлемым не является.

Однако кислота пониженной концентрации вполне пригодна для использования в ряде производств. К таким производствам относятся, прежде всего, производство суперфосфата (см., например, М.Е.Позин «Технология минеральных солей», ч. 2-я, стр.846-847, Издательство «Химия», Л.О., 1970) и фосфорной кислоты, производство стального проката (разбавленную кислоту применяют для травления последнего), коксохимическое производство (улавливание аммиака коксового газа) и т.д.

При этом следует учитывать как требования к концентрации серной кислоты соответствующих производств, так и условия транспортирования кислоты (необходим учет коррозионной стойкости материалов, температуры замерзания кислоты пониженной концентрации и т.д.).

Следует отметить и следующее. Парциальная упругость паров серной кислоты способна в наихудшем варианте привести к выносу серной кислоты из собственно процесса осушки в виде паров в чрезвычайно малом количестве. Попадание столь малого количества серной кислоты в последующую аппаратуру не может привести к нарушениям в ее работе. В реальном процессе по настоящему изобретению в последующую аппаратуру не может попасть даже столь малое количество серной кислоты, поскольку улавливание паров серной кислоты известная и достаточно легко решаемая техническая задача.

Реализация настоящего изобретения требует простейшей аппаратуры, которая может быть без значительных затрат изготовлена на механических производствах газовой промышленности.

Пример 1. Природный газ подводят к установке для осушки в количестве 9×10⁶ нм ³/сутки. Влагосодержание исходного газа составляет 110 мг/нм³. Газовый поток разделяют на два: 1/3 и 2/3 от общего объема. Первый поток подают непосредственно на осушку. Циркуляционный поток серной кислоты имеет концентрацию 90%. Равновесная парциальная упругость паров воды над кислотой данного состава составляет при 10°С 0,002 мм рт.ст. Парциальная упругость паров воды в газе на выходе из процесса осушки превышает равновесную величину и составляет 0,0038 мм рт.ст. Таким образом влагосодержание осушаемого потока газа составляет 4 мг/нм ³. Далее осушенный поток смешивают со вторым потоком. Влагосодержание общего потока составляет 74,4 мг/нм³, что соответствует точке росы при р=40 атм - нормативному показателю для летнего периода.

Пример 2. Природный газ подводят к установке для осушки в количестве 9×10⁶ нм³/сутки. Влагосодержание исходного газа составляет 110 мг/нм³. Газовый поток разделяют на два: 1/2 и 1/2 от общего объема. Первый поток подают непосредственно на осушку. Циркуляционный поток серной кислоты имеет концентрацию 90%. Равновесная парциальная упругость паров воды над кислотой данного состава составляет при 0°С 0,001 мм рт.ст. Парциальная упругость паров воды в газе на выходе из процесса осушки составляет 0,0015 мм рт.ст. Влагосодержание осушаемого потока газа составляет 2 мг/ нм³. Далее осушенный поток смешивают со вторым потоком. Влагосодержание общего потока составляет 51 мг/нм³, что при р=40 атм соответствует точке росы - 17°С. Нормативный показатель для точки росы для зимнего периода - 15°С.

В простейшем варианте технологическая схема, реализующая настоящее изобретение, включает в себя сборник концентрированной кислоты, сборник циркулирующей серной кислоты с побудителем расхода и абсорбционный аппарат. Естественно для автоматизации производства необходимо применение концентратомеров серной кислоты, при работе которых могут быть использованы соответствующие физические свойства серной кислоты, например электропроводность, плотность и т.д.

Предлагаемое техническое решение имеет следующие технико-экономические преимущества:

- упрощение процесса удаление влаги из природного газа,

- упрощение аппаратурного оформления,

- стабилизацию состава газа по содержанию влаги,

- возможность автоматизации процесса,

- исключение использования дорогостоящих абсорбентов и сложного процесса их регенерации,

- надежность процесса и обеспечение норм содержания влаги в природном газе.