Молчанов Сергей Александрович. Разработка процесса осушки и очистки природного сернистого газа силикагелем и цеолитом

Краткое описание

Молчанов Сергей Александрович. Разработка процесса осушки и очистки природного сернистого газа силикагелем и цеолитом : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.07.- Москва, 2001.- 110 с.: ил. РГБ ОД, 61 02-5/680-0

Введение 4
Глава 1. Современное состояние технологии адсорбционной очистки при¬родного сернистого газа, в том числе на промышленных установ¬ках Оренбургского газохимического комплекса (литературный обзор) 7
1.1. Общая характеристика содержащих сернистые соединения газовых потоков, поступающих на газоперерабатывающий завод (ГПЗ) 7
1.2. Анализ работы адсорбционных процессов осушки и очистки природного газа от сульфида водорода и тиолов на ГПЗ 12
1.2.1. Описание действующей технологической схемы осуш¬ки природного газа от влаги и очистки от H2S и тиолов
на цеолите 12
1.2.2. Закономерности адсорбции и десорбции компонентов природного газа на цеолите 14
1.2.3. Накопление "кокса" в гранулах цеолита 20
1.2.4. Регенерация цеолита 23
1.2.5. Утилизация газа регенерации и отработанных цеолитов . 24
1.3. Совершенствование технологии адсорбционного процесса очистки природного газа от влаги, сульфида водорода и тио¬лов 27
1.4. Одновременная адсорбционная осушка и очистка природного газа от углеводородов на силикагелях 29
1.4.1. Технология адсорбционной осушки и очистка природ¬ного газа от паров жидких углеводородов 29
1.4.2. Регенерация силикагелевого адсорбента 36
1.5. Цель и задачи диссертационной работы 38
Глава 2. Сравнительная активность силикагелей при очистке природного
сернистого газа на пилотной установке ГПЗ 41
2.1. Свойства импортных и отечественных адсорбентов (силика¬гелей и цеолитов) 41
2.2. Описание пилотной установки ГПЗ и методики испытаний .. 44
2.3. Результаты испытаний процесса очистки природного серни¬стого газа на пилотной установке ГПЗ 49
Глава 3. Закономерности процесса одновременной очистки силикагелями нового поколения безсернистого природного газа от паров жид¬ких углеводородов и влаги 61
3.1. Определение адсорбционной емкости силикагелей по н. геп¬тану и Н2О в лабораторных условиях 61
3.2. Описание пилотной установки ВНИИГАЗа и методики испы¬таний силикагелей 62
3.3. Результаты испытаний процесса осушки и отбензинивани природного безсернистого газа силикагелями на пилотно
установке ВНИИГАЗа
Глава 4. Закономерности процесса одновременной очистки силикагелем и его композицией с цеолитом природного сернистого газа от паров жидких углеводородов, тиолов, влаги, а также сульфида водорода
4.1. Закономерности динамики сорбции-десорбции силикагелем тиолов,, паров жидких углеводородов, влаги, а также H2S...
4.2. Закономерности конкурирующей адсорбции паров жидких углеводородов и H2S из природного газа на цеолитах
4.3. Испытание процесса очистки природного сернистого газа от паров жидких углеводородов, тиолов, влаги и H2S в комби¬нированном слое силикагеля и цеолита
Глава 5. Разработка основ технологии адсорбционного процесса с приме¬нением комбинированного слоя силикагеля и цеолита для очистки природного сернистого газа, подаваемого из подземного храни¬лища в единую систему газоснабжения России
5.1. Характеристика подземного хранилища и состава отбираемо¬го из него природного сернистого газа
5.2. Примерный технологический расчет процесса очистки при¬родного сернистого газа в комбинированном слое силикагеля и цеолита на промышленной установке ГПЗ
Выводы
Список литературы
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации:
Сернистый газ Оренбургского месторождения, наряду с углеводородами Сг С|2, содержит H2S, СО2, COS, тиолы (RSH), пары влаги и др. примеси. От этих при¬месей газ (главным образом, метан) должен быть очищен перед подачей потребите¬лю в качестве топлива или сырья для переработки в химические продукты.
Среди технологий газоочистки важное место занимают адсорбционные про¬цессы осушки и очистки с применением цеолитов, обладающих уникальными свой¬ствами: высокой поглотительной способностью при низком парциальном давлении примесей, избирательностью адсорбции полярных веществ, молекулярно-ситовым эффектом и др. Их недостатком является относительно быстрая дезактивация при большом содержании RSH в очищаемом газе (до 500 мг S/m3 оренбургского газа). Дезактивация обусловлена высокой каталитической активностью цеолитов по отно¬шению к поглощенным тиолам с превращением их при нагревании до 300-350°С (термодесорбции) в углеродистые» условно называемые "коксовыми", отложения, ко¬торые блокируют адсорбционные центры.
Указанный недостаток можно в значительной мере устранить, используя в ка-честве адсорбента силикагели, обладающие меньшей, чем цеолиты, каталитической активностью и сродством к Н20 и требующие поэтому более низкой температуры для термодесорбции поглощенных примесей (не выше 200°С). Однако до настоящего времени силикагели, в том числе силикагели нового поколения, имеющие большие объем пор и механическую прочность, самостоятельно или в композиции с цеолита¬ми для осушки и очистки природного сернистого газа не применялись, в связи с чем исследование и разработка такого процесса является актуальной задачей.
Цель работы состоит в изучении закономерностей процесса очистки силика¬гелем и цеолитом природного газа от сернистых соединений, паров жидких углево¬дородов и влаги, а также разработка его физико-химических и технологических ос¬нов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Определить сравнительную активность силикагелей нового поколения в условиях очистки природного сернистого газа, близких к промышленным.
2. Изучить закономерности процесса одновременной очистки силикагелями нового поколения безсернистого природного газа от паров жидких углеводородов и вла¬ги.
3. Установить закономерности динамики сорбции-десорбции тиолов, H2S, паров жидких углеводородов и влаги силикагелем.
4. Разработать основы технологии адсорбционной очистки природного сернистого газа силикагелем и его композицией с цеолитом, определить технико¬экономическую эффективность разработанного процесса.
Научная новизна: Впервые показано, что силикагель способен поглощать из природ¬ного сернистого газа одновременно тиолы, в частности изопропилтиол, пары жидких углеводородов и влаги, мало задерживая при этом H2S. Адсорбционная емкость по указанным компонентам значительно выше для силикагеля с большим объемом ме- зопор, имеющих средний радиус 1,6-1,8 нм, - силикагеля нового поколения. При конкурирующей адсорбции на силикагеле активность компонентов нарастает в ряду Н28«углеводороды С5+< RSH«H20. Для очистки газа, в том числе от H2S, предло¬жен комбинированный слой силикагеля и цеолита NaX (или СаА).
Установлено, что термодесорбция поглощенных силикагелем и цеолитом при¬месей полностью завершается при нагревании ниже 200°С и не сопровождается кре¬кингом сернистых соединений с образованием углеродистых ("коксовых") отложе¬ний на активной поверхности адсорбентов.
Практическая ценность: Разработаны основы процесса адсорбционной очистки природного сернистого газа в комбинированном слое силикагеля и цеолита NaX (СаА). Преимущества этой технологии состоят в меньшей (примерно в 1,9 раза) энергоемкости регенерации адсорбентов, исключении их "закоксовывания" при этом и увеличении (не менее, чем в 4,5 раза) срока службы.
Разработанный процесс рекомендован к опытно-промышленной проверке для очистки на адсорбционной установке Оренбургского газоперерабатывающего завода природного сернистого газа, подаваемого из подземного хранилища в единую систе¬му газоснабжения России. Ожидаемый годовой эффект составит около 7,56 млн. руб.
Закономерности процесса одновременной очистки силикагелем нового поко¬ления природного безсернистого газа от паров влаги (осушки) и жидких углеводоро¬дов (отбензинивания) при его транспортировке из России использованы в разрабо¬танном ВНИИГАЗом проекте "Голубой поток".

Список литературы

ВЫВОДЫ:
1 .Впервые установлено, что силикагель способен поглощать из

сернистого газа одновременно тиолы, например, изопропилтиол углеводородов и влаги, мало задерживая при этом H2S. Для очистки газа, в том числе от H2S, предложен комбинированный слой силикагеля и цеолита NaX (или СаА). Определены закономерности такого процесса очистки и разработаны рекомендации для его практического осуществления.
2. Показано, что адсорбционная емкость по парам Н20, жидких углеводородов и тиолов значительно выше для силикагелей с большим объемом мезопор, имеющих средний радиус 1,6-1,8 нм - силикагелей нового поколения. При конкурирующей адсорбции на силикагеле активность поглощаемых из природного газа компонентов нарастает в ряду H2S « углеводороды С5+ < тиолы « Н2О.
3. Найдено, что термодесорбция как из слоя силикагеля, так и комбинированного его слоя с цеолитом, примесей, поглощенных ими из природного сернистого газа, завершается ниже 200°С и не сопровождается крекингом сернистых соединений с образованием углеродистых отложений на активной поверхности адсорбентов, т.е. "закоксовыванием". Это должно способствовать увеличению срока их службы при чередующейся многоцикловой эксплуатации.
4. Силикагели нового поколения типа "КС Trokenperlen Н, N" обладают в 1,3-1,9 раз более высокой динамической емкостью по парам влаги и жидких углеводородов по сравнению с силикагелем КСМГ и т.п. Установленные с их применением закономерности процесса одновременной осушки и отбензинивания природного безсернистого газа по его транспортировке из России использованы ВНИИГАЗом при выполнении проекта "Голубой поток".
5. Разработаны основы технологии процесса эффективной очистки природного сернистого газа в комбинированном слое силикагеля и цеолита. Процесс рекомендован к опытно-промышленной проверке на газоперерабатывающем заводе для очистки газа, подаваемого из подземного хранилища в систему газоснабжения России. Преимущества этой технологии перед цеолитной очисткой газа состоят в
меньшей (примерно в 1,9 раза) энергоемкости регенерации адсорбентов, исключении их "закоксовывания" при этом и увеличении (не менее, чем в 4,5 раза) срока службы.
Ожидаемый годовой экономический эффект при очистке 1,2 млрд. м3 природного сернистого газа составит около 7,56 млн. руб.