Установка сероочистки природного газа
Полезная модель относится к области очистки серосодержащих газов от сероводорода и может быть использована для повышения эффективности улавливания сероводорода, утилизации серы в газо-нефтедобывающей и перерабатывающей промышленности. Задачей предлагаемого решения является повышение срока службы за счет обеспечения непрерывной регенерации фильтрующей поверхности, повышение качества очистки, обеспечение возможности отделения конденсата в процессе очистки и утилизации продуктов очистки. Поставленная задача решается тем, что в установка сероочистки природного газа, включающее блок окисления, блок насыщения воды кислородом, инжектор, на выходе которого установлен фильтр с фильтрующей поверхностью, блок флотации, на выходе которого установлен блок уплотнения элементарной серы, соединенный с блоком плавления, накопитель жидкости, согласно решения, в него введен подогреватель газа регенерации со змеевиками высокого и низкого давлений, фильтрующая поверхность фильтра имеет слой активированного угля и выполнена с возможностью вращения и регенерации, а накопитель жидкости выполнен с возможностью трехфазного разделения на воду, газовый конденсат и дегазированный из жидкости газ, при этом вход змеевика высокого давления соединен через компрессор с выходом фильтра очищенного газа, а его выход - со входом фильтра для газа обратной продувки, вход змеевика низкого давления через регулятор давления также соединен с выходом фильтра очищенного газа, а его выход - со входом флотатора для подачи флотирующего агента, при этом вход жидкости во флотатор соединен с выходом фильтра для суспензии.
Полезная модель относится к области очистки серосодержащих газов от сероводорода и может быть использована для повышения эффективности улавливания сероводорода, утилизации серы в газо-нефтедобывающей и перерабатывающей промышленности.
Известно устройство для мокрой очистки газов от сероводорода, содержащее скруббер, выходы которого соединены с магистралью очищаемого газа и источником раствора-поглотителя, отделитель серы, сборник фильтрата и электролизер с набором ячеек, включающих два электрода и диафрагму, которая разделяет ячейки на катодную и анодную камеры, смеситель, расположенный между скруббером и фильтр-прессом. Катодная камера соединена со скруббером, а анодная - со смесителем. Сборник фильтрата соединен с обеими камерами ячеек электролизера, а катодная камера соединена с магистралью очищаемого газа для выхода газообразного водорода. Отделитель серы выполнен в виде фильтр-пресса (см. патент РФ №2110472, МПК С 01 В 17/05).
Однако данное устройство не позволяет отделять конденсат в процессе очистки.
Известна также установка для очистки газа от сероводорода, содержащая абсорбер, регенератор и сепараторы, при этом каждый абсорбер содержит струйный эжектор с диспергатором и последовательно присоединенный к ним трубопроводный змеевикообразный реактор (см. патент РФ №2116121, МПК B 01 D 53/14).
Недостатком является склонность к забиванию серой контактной поверхности реактора и отсутствие возможности отвода конденсата.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является установка очистки газа процессом Салфинт, включающее блок окисления, блок насыщения воды кислородом, инжектор, на выходе которого установлен фильтр с фильтрующей поверхностью, блок флотации, на выходе которого установлен блок уплотнения элементарной серы, соединенный с блоком плавления, накопитель жидкости (см. Т.М.Бекиров «Первичная обработка природных газов», М.: Химия, 1987 г., стр.152)
Недостатком прототипа является отсутствие возможности непрерывной регенерации фильтра в процессе очистки, отсутствие возможности отвода конденсата и утилизации промышленных стоков.
Задачей предлагаемого решения является повышение срока службы за счет обеспечения непрерывной регенерации фильтрующей поверхности, повышение качества очистки, обеспечение возможности отделения конденсата в процессе очистки и утилизации продуктов очистки.
Поставленная задача решается тем, что установка сероочистки природного газа, включающее блок окисления, блок насыщения воды кислородом, инжектор, на выходе которого установлен фильтр с фильтрующей поверхностью, блок флотации, на выходе которого установлен блок уплотнения элементарной серы, соединенный с блоком плавления, накопитель жидкости, согласно решения, в него введен подогреватель газа регенерации со змеевиками высокого и низкого давлений, фильтрующая поверхность фильтра имеет слой активированного угля и выполнена с возможностью вращения и регенерации, а накопитель жидкости выполнен с возможностью трехфазного разделения на воду, газовый конденсат и дегазированный из жидкости газ, при этом вход змеевика высокого давления соединен через компрессор с выходом фильтра очищенного газа, а его выход - со входом фильтра для газа обратной продувки, вход змеевика низкого давления через регулятор давления также соединен с выходом фильтра очищенного газа, а его выход - со входом флотатора для подачи флотирующего агента, при этом вход жидкости во флотатор соединен с выходом фильтра для суспензии.
Установка может дополнительно содержать отводчики жидкости, установленные на выходе блоков насыщения воды кислородом, флотации, а также фильтра и накопителя жидкости.
Установка содержит охладитель газа с эжекторным скруббером и охладитель воды, включенный между блоком насыщения воды кислородом и блоком трехфазного разделения, причем вход скруббера соединен с выходом дымовых газов подогревателя.
Блок уплотнения элементарной серы выполнен в виде шнекового транспортера.
Блок плавления выполнен в виде жаротрубного газового подогревателя.
Газовый выход флотатора соединен с горелками подогревателя газа и блока плавления элементарной серы.
Газовый выход накопителя жидкости соединен с подогревателем газа для подачи дегазированного газа на горелки подогревателя, а шламовый выход
накопителя и выход газа дегазации блока плавления соединены со входом жаровой трубы блока плавления.
Предлагаемая установка сероочистки природного газа поясняется чертежом.
В состав установки входит инжектор 1 для смешения воды, насыщенной кислородом, и газа, подаваемого на сероочистку, фильтр-сепаратор 2 для отделения газа от жидкой фазы, отводчик жидкой фазы 3, флотатор 4, шламовый транспортер 5 для подачи серного шлама в нагреватель серы 6, шлюзовой затвор 7 для выгрузки расплава серы, фильтр жидкостной 8 и отводчик жидкости 9 для отвода водоконденсатногазовой смеси, разделитель трехфазный 10, укомплектованный отводчиком газового конденсата 11, фильтром 12 и насосом 13 для отвода циркуляционной воды из разделителя. Установка содержит также охладитель воды (аппарат воздушного охлаждения) 14, блок насыщения воды кислородом 15, отводчик воды 16, соединенный с эжекторным скруббером 17, выход которого через фильтр 18 и отводчик водяного конденсата 19 соединен со входом трехфазного разделителя 10.
Установка сероочистки включает также огневой подогреватель газа 20 с двумя змеевиками: высокого давления - для нагрева газа регенерации фильтровальной поверхности фильтра-сепаратора 2, а также низкого давления - для нагрева газа, подаваемого во флотатор 4. Газ обратной продувки, отбираемый из потока очищенного газа, подается на змеевик высокого давления через фильтр газовый 21, установленный перед компрессором газовым 22. На вход змеевика низкого давления газ поступает через регулятор давления 23. Воздух на горелки подогревателя газа 20 и нагревателя серы 6 подается за счет естественной тяги, создаваемой дымовыми трубами указанных аппаратов.
На чертеже приняты также следующие условные обозначения:
ВК - вода, насыщенная кислородом,
ВКГС - водоконденсатногазовая смесь,
ВО - вода на охлаждение,
ВЦ - вода циркуляционная,
ГД6 - газ дегазации из нагревателя серы 6,
ГД20 - газ дегазации из трехфазного разделителя 10 в подогреватель 20,
ГО - газ очищенный,
ГПФ - газ обратной продувки фильтра 2,
ГС - газ сырьевой,
ГТ - газ топливный,
ГТ6 - газ топливный к нагревателю серы 6,
ГТ20 - газ топливный на подогреватель 20,
ДГ6 - дымовые газы от нагревателя серы 6,
ДГ20 - дымовые газы от подогревателя газа 20,
ДГВ - дымовые газы влажные,
ДГО - дымовые газы осушенные,
KB - конденсат водяных паров,
КД - конденсат газовый дегазированный,
ПС - промстоки на сжигание,
СЖ - серосодержащая жидкость,
СТ - сера товарная.
Установка работает следующим образом.
Газ сырьевой, содержащий сероводород (линия ГС), поступает в инжектор 1, где происходит смешение потока очищаемого газа с водой, насыщенной кислородом, поступающей из блока насыщения воды кислородом 15 (линия ВК). Особенностью инжектора 1 является развитая поверхность межфазного контакта жидкости и газа, обеспечиваемая форсуночным распылом воды, насыщенной кислородом, в спутном потоке газа. При этом происходит жидкофазное окисление сероводорода, содержащегося в сырьевом газе, с получением элементарной серы.
Выходящая из инжектора 1 смесь газа и суспензии серы подается в роторный фильтр-сепаратор 2. Фильтрующая поверхность фильтра-сепаратора 2 выполнена с использованием активированного угля и углеродных волокон. Не прореагировавший в инжекторе сероводород адсорбируется поверхностью активированного угля и окисляется на ней до элементарной серы. Вращающаяся фильтрующая поверхность обеспечивает режим короткоцикловой адсорбции-десорбции и окисления сероводорода. Таким образом, в фильтре-сепараторе 2 на участке от входа газа до размещения коллектора обратной продувки (линия ГПФ) осуществляется тонкая доочистка сырьевого газа от сероводорода. С учетом ранее проведенного жидкофазного окисления сероводорода в инжекторе 1 на установке осуществляется двухступенчатая сероочистка сырьевого газа.
Фильтрация суспензии серы происходит на фильтрующей поверхности фильтра 2, непрерывная регенерация и последующая сушка которой производится подогретым
газом обратной продувки, поступающим со змеевика высокого давления подогревателя газа 20 (линия ГПФ). Отфильтрованная серосодержащая жидкость с фильтрующей поверхности фильтра 2 под действием центробежной силы, силы тяжести и давления газа обратной продувки сбрасывается в нижнюю часть фильтра, снабженную отводчиком жидкой фазы 3, а затем поступает во флотатор 4 (линия СЖ).
Очищенный от сероводорода газ из фильтра-сепаратора 2 выводится в виде товарной продукции (линия ГО).
Часть потока очищенного газа через фильтр газовый 21 поступает на всас компрессора газового 22, затем нагревается в змеевике высокого давления подогревателя газа 20. Нагретый в нем поток газа (газ обратной продувки) подается затем в фильтр-сепаратор 2 для непрерывной регенерации его фильтровальной поверхности (линия ГПФ).
Из коллектора очищенного газа (линия ГО) производится также отбор, последующее снижение давления регулятором давления 23 и нагрев в подогревателе 20, в змеевике низкого давления, газа топливного, подаваемого предварительно в газораспределитель флотатора 4 (линия ГТ). Во флотаторе 4 при барботаже подогретым газом через суспензию серы производится осветление серосодержащей жидкости, флотация, перемещение в верхний слой и укрупнение частиц серного шлама, который затем шламовым шнековым транспортером 5 уплотняется и перемещается в нагреватель серы 6. Выходящая из нижней части флотатора 4 водоконденсатногазовая смесь через фильтр жидкостной 8 и отводчик жидкости 9 поступает в накопитель жидкости - разделитель трехфазный 10 (линия ВКГС). Выходящий из верхней части флотатора 4 поток газа подается в качестве топлива на горелки подогревателя газа 20 (линия ГТ20) и нагревателя серы 6 (линия ГТ6).
Серный шлам, подаваемый в нагреватель серы 6, при тепловом нагреве жаровой трубой, внутри которой установлена горелка, переводится в жидкую фазу, выходящую через шлюзовой затвор 7 в систему отгрузки (или на склад) готовой продукции (линия СТ).
В разделителе трехфазном 10 за счет гравитационных сил происходит дегазация водоконденсатогазовой смеси и расслоение жидкой фазы на легкую (дегазированный газовый конденсат) и тяжелую (вода) фракции. Газ дегазации из трехфазного разделителя 10 подается в качестве дополнительного топлива на горелку подогревателя газа 20 (линия ГД 20). Дегазированный газовый конденсат из разделителя 10 отводится самотеком через отводчик газового конденсата 11 и может
использоваться в качестве товарной продукции установки (линия КД). Очищенная от газового конденсата и дегазированная циркуляционная вода из разделителя 10 отводится через фильтр 12 циркуляционным насосом 13 и поступает в охладитель воды (аппарат воздушного охлаждения) 14. Охлажденная циркуляционная вода подается в блок насыщения воды кислородом 15 (линия ВЦ). Насыщенная кислородом вода из блока 15 поступает на форсунки инжектора 1 (линия ВК).
Часть потока охлажденной воды из блока 15 через отводчик 16 поступает на форсунки эжекторного скруббера 17 (линия ВО) и используется для конденсации водяных паров из потока дымовых газов, поступающего из дымовой трубы подогревателя газа 20 (линия ДГВ), после смешения дымовых газов с воздухом. Конденсация водяных паров происходит интенсивно на поверхности микрокапель, в объеме, заполненном факелом распыла форсунки. Образующийся конденсат стекает в поддон эжекторного скруббера 17. Смесь конденсата водяных паров и воды охлаждения дегазируется в скруббере от диоксида углерода, содержащегося в потоке дымовых газов, абсорбирует кислород воздуха, необходимый для последующей подготовки воды, насыщенной кислородом, поступающей затем в инжектор 1 для жидкофазного окисления сероводорода.
Осушенные и охлажденные дымовые газы из эжекторного скруббера 17 затем сбрасываются в атмосферу (линия ДГО). В атмосферу также отводятся потоки дымовых газов из подогревателя газа 20 (линия ДГ20) и из нагревателя серы 6 (линия ДГ6).
Конденсат водяных паров из второй ступени эжекторного скруббера 17 совместно с потоком воды охлаждения поступает через фильтр 18 и отводчик 19 на подпитку в разделитель трехфазный 10 (линия KB).
Отвод (дренаж) шламосодержащих промстоков из разделителя 10 (линия ПС) производится по мере необходимости в поддон жаровой трубы нагревателя серы 6, где происходит их огневое обезвреживание.
Газ дегазации из верхней части нагревателя серы 6 подается на термическое обезвреживание в его жаровую трубу (линия ГД6).
В предлагаемой установке качество основной продукции - очищенного природного газа, соответствующее требованиям ОСТ 51-40-93 обеспечивается при двухступенчатой очистке газа от сероводорода путем осуществления жидкофазного окисления и короткоцикловой адсорбции.
Получаемые на ней газовая сера и дегазированный газовый конденсат могут быть реализованы как вспомогательные товарные продукты.
Для работы установки не требуется постоянная подача воды для подпитки системы циркуляционной воды, так как на ней используется вода, конденсируемая из потока дымовых газов, а также образующаяся в результате жидкофазного окисления сероводорода.
Промстоки и газовые сбросы установки проходят термическое обезвреживание на горелочных устройствах, входящих в состав установки: подогревателе газа и нагревателе серы.
Таким образом, предлагаемая установка является безотходной и экологически безопасной и в наибольшей степени соответствует современным требованиям к установкам сероочистки, эксплуатируемым в маловодных района.
1. Установка сероочистки природного газа, включающая блок окисления, блок насыщения воды кислородом, инжектор, на выходе которого установлен фильтр с фильтрующей поверхностью, блок флотации, на выходе которого установлен блок уплотнения элементарной серы, соединенный с блоком плавления, накопитель жидкости, отличающаяся тем, что в него введен подогреватель газа регенерации со змеевиками высокого и низкого давлений, фильтрующая поверхность фильтра имеет слой активированного угля и выполнена с возможностью вращения и регенерации, а накопитель жидкости выполнен с возможностью трехфазного разделения на воду, газовый конденсат и дегазированный из жидкости газ, при этом вход змеевика высокого давления соединен через компрессор с выходом фильтра очищенного газа, а его выход – со входом фильтра для газа обратной продувки, вход змеевика низкого давления через регулятор давления также соединен с выходом фильтра очищенного газа, а его выход – со входом флотатора для подачи флотирующего агента, при этом вход жидкости во флотатор соединен с выходом фильтра для суспензии.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в него введены отводчики жидкости, установленные на выходе блоков насыщения воды кислородом, флотации, а также фильтра и накопителя жидкости.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в него введен охладитель газа с эжекторным скруббером и охладитель воды, включенный между блоком насыщения воды кислородом и блоком трехфазного разделения, причем вход скруббера соединен с выходом дымовых газов подогревателя.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в нем блок уплотнения элементарной серы выполнен в виде шнекового транспортера.
5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок плавления выполнен в виде жаротрубного газового подогревателя.
6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что газовый выход флотатора соединен с горелками подогревателя газа и блока плавления элементарной серы.
7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что газовый выход накопителя жидкости соединен с подогревателем газа для подачи дегазированного газа на горелки подогревателя, а шламовый выход накопителя и выход газа дегазации блока плавления соединены с входом жаровой трубы блока плавления.
