Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
По схеме (см. рис. 3.42) сырой гелий, выходящий из конденсатора 6, кроме азота содержит в качестве примеси водород. Поэтому последующие стадии очистки гелия заключаются в удалении из смеси N2-H2- Не водорода и азота. Для удаления водорода сырой гелий подогревают в теплообменнике 7, затем к нему добавляют некоторое количество воздуха и смесь подогревают в аппаратах 9 и //до 420 К, далее направляя ее в реактор 10. В реакторе, где процесс идет в присутствии платинового катализатора, водород выделяют, связывая его с кислородом воздуха. При прохождении сырого гелия через реактор молярная доля водорода в нем уменьшается от 2 % до значения менее 0,0002 %. Перед окончательной очисткой сырого гелия от азота гелий очищается от капельной влаги во влаго-отделителе 17, сконденсировавшейся после охлаждения в аппаратах 9 и 12, а затем в абсорбере 8, заполненном цеолитом, удаляется остаточное количество H2O и CO2. Следующая стадия очистки, на которой происходит удаление основного количества азота, производится в аппаратах 18 и 16. В первом из них осуществляется конденсация азота, содержащегося в сыром гелии, за счет охлаждения жидким азотом, кипящим при давлении ниже атмосферного. Во втором - отделение сконденсированного азота. При этом молярная доля азота в смеси N2 -Не снижается до 1,5 %. Пары азота из конденсатора 18 после прохождения через подогреватель 13 откачиваются вакуум-насосом 14. Полное удаление примесей завершается в низкотемпературном адсорбере 15. Полученный чистый гелий затем подается на установку сжижения гелия.
В работе [10] описана технологическая схема установки очистки гелиевого концентрата под высоким давлением на Оренбургском гелиевом заводе.
В установку тонкой очистки гелиевый концентрат (рис. 3.49) поступает при температуре 83 К и давлении 1,5-1,8 МПа. В рекуперативном теплообменнике / гелиевый концентрат нагревается до температуры 293-303 К и поступает в блок очистки от водорода.
217
Рис. 3.49. Схема установки тонкой очистки гелия
Блок очистки от водорода состоит из нескольких (например, трех) попеременно работающих линий, включающих в себя рекуперативные теплообменники 2, обеспечивающие подогрев газа перед реакторами и охлаждение после них; подогреватели 3, нагревающие газ до температуры начала реакции (673-723 К), и реакторы 4 с активной окисью меди (в настоящее время реакторы с активной окисью меди заменены на реакторы прямого окисления в присутствии алюмоплатинового катализатора). После очистки от водорода газ охлаждается в водяном холодильнике 5, сепарируется от воды в сепараторе, осушается в адсорберах 7, заполненных цеолитами, дожимается мембранными компрессорами 8 до 17,5 МПа, проходит фильтр и отделитель масла и доосушается в адсорберах высокого давления 9. Далее гелиевый концентрат охлаждается в рекуперативном теплообменнике / и поступает в конденсаторы азота 10 и //. Окончательную очистку от примесей осуществляют в адсорберах, заполненных активированным углем. В адсорберах 12 (при температуре 83 К) производится очистка гелия от примесей азота и водорода, в адсорберах 14 ~ от неона. Хладоагентом в адсорберах является жидкий азот, 13, 15 или поступает в баллоны 16.
На рис. 3.50 приведена технологическая схема очистки гелиевого концентрата, который будет выделяться на установке Братского ГПЗ (см. рис. 3.45) [12]. Этот концентрат отличается высоким содержанием водорода - 26,7 %, содержание в нем азота - 13,8 %.
На установку поступает 249 м3/ч гелиевого концентрата при давлении 2,9 МПа и температуре 87 К, который после подогрева в теплообменнике / до 290 К подают в узел очистки от водорода. В реакторе 7 осуществляют окисление водорода кислородом воздуха на алюмоплатиновом катализаторе АП-64. Из-за очень высокого содержания водорода в гелиевом концентрате применена схема с 9-кратной циркуляцией очищенного потока в реактор (с помощью газодувки 2), что позволяет снизить содержание водорода в потоке перед реактором до 2,5-3 % и проводить одноступенчатую очистку.
Разбавленный гелиевый концентрат перед реактором смешивают с воздухом и подогревают до 370-390 К в рекуперативном теплообменнике 3. Расход воздуха, циркулирующего гелиевого концентрата и подогрев реакционной смеси регулируется автоматически, чтобы на выходе из реактора остаточное содержание водорода и кислорода в гелиевом концентрате не превышало соответственно 0,003 и 0,2 %, а температура его экзотермического разогрева не превышала 700 К.
219
Рис. 3.50. Технологическая схема установки получения чистого гелия:
/ - вход геиневого концентрата, //, IX - азот на регенерацию адсорберов, III - воздух IV - теплоноситель, V - водный конденсат, VI - сброс вакуумного азота, VII - жидкий азот нз хотодптьного цикла, VIII - холодный азот (газ) в холодильный цпкт X - гетневые сдувкп в газгоіьдер, XI - выход чистого гетня » .л
Горячий гелиевый концентрат из реактора отдает часть своего тепла в теплообменниках 3, 5, 6 (подогревая реакционную смесь и азот для регенерации осушителей / / и угольных адсорберов 15) и охлаждается водой до 350 К в конденсаторе 8. После отделения водного конденсата в влагоотделителе 9 большую часть гелиевого концентрата возвращают в реактор, а расходную его часть осушают на цеолитах в адсорберах //. Осушенный концентрат охлаждают до 103 К в рекуперативных теплообменниках /, 12 , /6 и до 74 К в конденсаторе 13 за счет использования холода сдросселированных до 0,04 МПа потоков жидкого азота, сконденсированного из гелиевого концентрата и подаваемого из азотного холодильного цикла. Оставшиеся в гелии примеси азота, кислорода и водорода удаляют (до остаточного содержания 0,001-0,005 %) в угольных адсорберах 15 при температурах 75-90 К. В технологическую схему включены также следующие аппараты: подогреватель газа в период запуска установки 4, вакуум-насосы 10, 17, отделитель жидкого азота 14.
