CC BY
61
ISSN 1999-4125 (Print) http://vestnik.kuzstu.ru
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ТОПЛИВА И ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ CHEMICAL TECHNOLOGY OF FUEL AND HIGH-ENERGY
SUBSTANCES
Научная статья
УДК 661.183; 66.074.31
DOI: 10.26730/1999-4125-2022-2-31-41
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА АДСОРБЦИОННОЙ ОСУШКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА
Гафарова Элиза Багаутдиновна, Мельников Вячеслав Борисович
Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
*для корреспонденции: gafarovaeliza@mail.ru
Аннотация.
В статье изложены результаты технологического расчета используемых схем с двумя и тремя адсорберами процесса осушки природного газа перед сжижением при производстве сжиженного природного газа для пяти различных адсорбентов отечественных производителей. Целью данного расчета является минимизация затрат при осушке газа и выявления максимально эффективного использования свойств адсорбента и оптимальной технологической схемы данного процесса. Для каждого из этих случаев было вычислено необходимое количество адсорбента, основные размеры аппарата, обеспечивающего работу процесса, расчет расходов газа регенерации и охлаждения, тепловые затраты и так далее. По результатам расчета был проведен сравнительный анализ по основным показателям процесса и проведен дальнейший расчет при замене трехадсорберной схемы установки на двухадсорберную с использованием цеолита NaX без связующего, который также показал более высокую эффективность при использовании двухадсорберной схемы. В результате исследования было выявлено, что на сегодняшний день отечественной промышленностью разработаны и разрабатываются эффективно работающие осушители, которые позволяют достигать требуемого показателя значения точки росы по влаге газа, идущего с установки адсорбционной осушки при производстве сжиженного природного газа. Эти адсорбенты могут служить равноценной заменой зарубежным адсорбентам, использующимся на многих отечественных заводах при подготовке газа к сжижению.
Для цитирования: Гафарова Э.Б., Мельников В.Б. Сравнительный анализ основных показателей процесса адсорбционной осушки при производстве сжиженного природного газа // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2022. № 2 (150). С. 31-41. doi: 10.26730/1999-4125-2022-2-31-41
Информация о статье
Поступила: 19 ноября 2021 г.
Одобрена после рецензирования: 30 марта 2022 г.
Принята к публикации: 29 апреля 2022 г.
Ключевые слова:
сжиженный природный газ, СПГ, адсорбционная осушка газов, цеолиты, технологические схемы.
Неотъемлемой технологической частью производства сжиженного природного газа (СПГ), промысловой подготовке природного газа к трубопроводному транспорту, подготовки водорода и других газов для различных процессов в нефтегазовой отрасли является адсорбционная осушка и очистка газа. Так, осушка газа применяется для предупреждения образования гидратов и газовых гидратов в трубопроводах и аппаратах технологических процессов. Гидраты и капельная влага, отлагаясь в технологических трубопроводах и аппаратах, уменьшают их сечение, что приводит к увеличению гидравлических сопротивлений и дополнительным энергетическим затратам. Особенно важно предупреждение образования твердых газовых гидратов в теплообменных аппаратах, являющиеся одним из самых металлоемких, сложных по конструкции и обслуживанию, а также дорогостоящего оборудования производства СПГ [1-5].
В промышленных процессах адсорбционной осушки газов на установках как малой, так и высокой производительности в настоящее время широко применяются такие адсорбенты, как алюмосиликаты, силикагели и молекулярные сита (цеолиты типа А и Х), которые отвечают требованиям нормативных документов по содержанию влаги в газах [6].
На многих отечественных предприятиях, в том числе на заводах СПГ, в процессе адсорбционной осушки газа используются зарубежные адсорбенты, хотя их отечественное производство является в достаточной степени развитым. Российские адсорбенты имеют высокие показатели, не уступающие зарубежным аналогам, по всем основным характеристикам -активности, насыпной плотности, механической прочности, водостойкости и так далее - и способны осушать газ до требуемой по нормативным документам температуры точки росы по влаге при производстве СПГ.
Технологический процесс адсорбционной осушки газа состоит из следующих стадий: поглощение влаги из газа (адсорбция), удаление сорбированной влаги из адсорбента (регенерация) и охлаждение адсорбента [7].
Аппаратурное оформление процесса адсорбционной осушки газа может быть выполнено как по технологической схеме, включающей 2 адсорбера, так по схеме, включающей 3 адсорбера.
В данной статье представлены результаты сравнительных технологических расчетов технологических схем с двумя и тремя адсорберами с целью минимизации затрат при адсорбционной осушке газа и выявления максимально эффективного использования свойств адсорбента и оптимальной технологической схемы осушки газа.
Для сравнительных технологических расчетов схем с тремя адсорберами была использована трехадсорберная схема осушки газа, применяемая, например, на установке осушки газа «ОАО Ямал СПГ», принципиальная схема которой представлена на рис. 1 [8].
Рис. 1. Принципиальная схема осушки с тремя адсорберами Fig. 1. Schematic diagram of drying with three adsorbers
Таблица 1. Циклограмма технологического переключения адсорберов
Table 1. Cyclogram of technological switching of adsorbers
адсорбер 1 адсорбер 2 адсорбер 3
18 часов адсорбция-осушка адсорбция-осушка. регенерация + охлаждение
18 часов регенерация + охлаждение адсорбция-осушка адсорбция-осушка
18 часов адсорбция-осушка регенерация + охлаждение адсорбция-осушка
Сначала поток сырьевого газа поступает во входной сепаратор 1, в котором из газа удаляются водометанольный раствор и газовый конденсат, а также механические примеси. Затем поток газа поступает в первый адсорбер. В рассматриваемой принципиальной схеме два аппарата работают в режиме (цикле) адсорбции, третий - на регенерации и охлаждении.
Газ заходит в адсорберы осушки сверху вниз, где, проходя через слой адсорбента, освобождается от влаги и приобретает требуемое значение концентрации влаги на выходе с установки.
При достижении заданной температуры точки росы по влаге адсорбер переключается на технологический цикл регенерации и охлаждения. Регенерация осуществляется потоком частью осушенного газа, предварительно подающегося компрессором в печь для нагрева до необходимой температуры. Поток осушенного и нагретого газа поступает в адсорбер на регенерацию адсорбента снизу вверх, в котором при определенных термобарических условиях осуществляется десорбирование влаги с поверхности и из пор адсорбента. Выходящий из адсорбера газ регенерации проходит через АВО, где охлаждается и поступает далее в сепаратор 6, в котором из газа отделяются продукты десорбции. Затем отсепарированный газ смешивается с потоком сырого газа и подается во входной сепаратор 1. Таким образом, технологический цикл осушки газа замыкается.
Стадия охлаждения адсорбента осуществляется потоком газа, являющегося также частью уже осушенного газа. Процесс охлаждения заканчивается при достижении температуры потока газа внизу адсорбера до значения приблизительно 50оС.
Рассмотрим технологический расчет осушки с тремя адсорберами применительно к установке «ОАО Ямал СПГ». В данном случае зададимся усредненным значением технологических циклов: стадия адсорбции осуществляется в течение 36 часов в двух аппаратах и стадии регенерации и охлаждения осуществляют по 9 часов каждая. Через каждые 18 часов происходит смена циклов и процесс сдвигается на один адсорбер. При этом технологическая циклограмма выглядит следующим образом (таблица 1).
При выполнении расчетов приняты следующие характеристики. Расход газа, поступающего на установку адсорбционной осушки, равен 627854 кг/ч, или 858780 м3/ч, что соответствует крупнотоннажному производству СПГ (5,5 млн т/год, так же как на заводе «Ямал СПГ» [8].
Примем температуру процесса адсорбции равной 20°С, давление процесса равным 7,2 МПа. Тогда плотность газа при рабочих условиях составит 56,14 кг/м3.
Требование по содержанию влаги к газу, поступающему на сжижение, составляет не более 1 ррту, т.е. концентрация влаги в потоке осушенного газа на выходе с установки осушки должна составлять не более 0,0001% масс.
Основные характеристики рассматриваемого процесса адсорбционной осушки газа представлены в таблице 2.
В таблице 3 приведен компонентный состав газа, поступающего в процесс адсорбционной осушки газа.
В соответствии с представленными данными содержание влаги на входе в установку осушки составляет [10]:
Жвх=0,0266665 кг/м3
а на выходе с установки осушки:
^вых=0,00005614 кг/м3
Минимальное количество влаги, которое необходимо удалить из газа в процессе его осушки, составляет:
Таблица 2. Основные характеристики процесса Table 2. Main characteristics of the process
Расход поступающего газа, кг/ч 627854
Расход поступающего газа, м3/ч ^г] 858780
Рабочая температура, °С [Траб] 20
Рабочее давление, МПа (кгс/см2) [Рраб] 7,2
Температура газа на входе, °С [Т^ 20
Температура газа на выходе, С, [Т2] 20
Давление процесса сжижения газа, МПа (кгс/см2) [РСПГ] 4,5(45)
Плотность газа при нормальных условиях, кг/м3 [рну| 0,7311
Плотность газа при рабочих условиях, кг/м3 [рр| 56,14
Относительная плотность газа по воздуху 0,5634
Объемный расход газа при рабочих условиях процесса, м3/с ^гр| 3,107
Таблица 3. Состав газа, поступающего на установку осушки [9] Table 3. Composition of gas supplied to the drying unit
Компонент Концентрация, % мас.
Вода 0,0475
Метанол 0,0011
Азот 2,2466
Диоксид углерода 0,0407
Метан 97,6011
Этан 0,0320
Пропан 0,0010
и-Бутан 0,0119
н-Бутан 0,0095
н-Пентан 0,0041
н-Гексан 0,0002
Гелий 0,0043
Таблица 4. Равновесная влагоемкость метана Table 4. Equilibrium moisture content of methane
Т, оС Р, МПа ^^равн
-83,5 4,5 0,0746
-87,3 4 0,0719
-91,6 3,5 0,0685
Таблица 5. Характеристики цеолитсодержащих адсорбентов [12-15] Table 5. Characteristics of zeolite-containing adsorbents
Марка Изготовитель Диаметр черенка, мм Насыпная плотность, г/см3 Механич. прочност ь, кг/мм2 Динамическая емкость по парам воды, мг/см3
NaX-БС "Ишимбайские Сорбенты" 2,8 0,62 1,0 159
NaX "Нижегородские Сорбенты" 3,0 0,68 1,1 123
CaA "Ишимбайские Сорбенты" 2,9 0,68 2,8 120
NaA-БС "Ишимбайские Сорбенты" 2,8 0,66 3,4 158
NaA "Нижегородские Сорбенты" 3,0 0,84 2,1 136
: БС - цеолиты без связующего
ЛЖ=0,0266665-0,00005614=0,02661036 кг/м3
Для предотвращения образования газовых гидратов необходимо, чтобы содержание влаги в газе на выходе с установки осушки было меньше минимального равновесного содержания влаги в газовом потоке (Жвых<Жравн), значения которого при различных значениях давления представлены в таблице 4.
Таблица 6. Основные формулы технологического расчета Table 6. Basic formulas for technological calculation
Требуемая масса адсорбента Са, кг = №101 С (А • п)
где А - динамическая емкость по парам воды, % масс.; п - количество аппаратов, одновременно _работающих на стадии адсорбции._
Объем слоя адсорбента Va, м3
Ga
a
_Рняс
Расчетный внутренний диаметр адсорбера Вт, м
Двн = е^-)1/2 п • wrр
где wгp - средняя допустимая скорость потока газа, м/с, значение которой принимаем равным 0,3 м/с; 0>гр - расход газа в рабочих условиях, м3/с_
Высота слоя адсорбента, Ha, м «.-4V
Количество теплоты для нагрева базовой части одного аппарата @1, кДж/цикл Ql = • ск + gи • си + gад • сад) • (12 - Ъ) где gк, gи, §ад - массы аппарата, изоляции и адсорбента соответственно, кг; ск, си, сад - средняя удельная теплоемкость 09Г2С, изоляции и адсорбента в интервале температур (/1 - Ь), кДж / (кг • оС); (Ь - и) - разность между конечной и начальной температурами стадии регенерации; оС.
Количество теплоты для нагрева десорбированной влаги @2, кДж/цикл
Q2 = же • се • ((2 - и)
где ше - масса адсорбированной влаги, кг/цикл; се -средняя удельная теплоемкость воды при (11 -_/2), кДж / (кг • оС)_
Количество теплоты для нагрева всей системы десорбированной влаги @т, кДж/цикл
_Qт = Q1 + Q■?_
Количество теплоты, расходуемое на десорбцию поглощенной влаги @„, кДж/цикл
^ = ™в • Чад
где ше - масса адсорбированной влаги, кг/цикл._
Расход газа регенерации Срег, кг/цикл = Qп - Qт
Р (срег • ( —
где Срег - средняя удельная теплоемкость газа регенерации при температурах (Ц - /2'), кДж / (кг • оС); /1'- Ь' - разность между значениями температур газа регенерации при входе и при выходе из _аппарата, оС._
Расход газа охлаждения Сохл, кг/цикл С
хл ( ■ (+" —
(сохл • ( '-1 ^ 2)
где Ql' - теплота, которая нужна для охлаждения аппарата и адсорбента, кДж/цикл; Сохл - средняя
удельная теплоемкость газа охлаждения при температурах (Ц' - /2"), кДж / (кг • 0С); /1" - /2" -_температура газа охлаждения на входе и выходе из адсорбера соответственно, 0С._
Тепловая нагрузка печи, ^печи, МДж/цикл
Опечи = Срег • Сг • ^2 - Ьг)
где Сг - средняя удельная теплоемкость газа при температурах (12 - /1), кДж/(кг • 0С); /1, /2-_температуры газа при входе и выходе в печь._
Таблица 7. Результаты расчета осушки газа на цеолитах
Table 7. Calculation results of gas drying on zeolites
Параметр NaX-БС NaX CaA NaA-БС NaA
1 2 3 4 5 6
Требуемая масса адсорбента Са, кг 16040 22741 23310 16759 25407
Объем слоя адсорбента 7Я, м3 26 33 34 25 30
Расчетный внутренний диаметр адсорбера Двн, м 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6
1 2 3 4 5 6
Высота слоя адсорбента, На, м 2,50 3,2 3,3 2,4 2,9
Высота цилиндрической части адсорбера Н,м 5 6 6 6 5,5
Масса аппарата Мап, кг 57492 68990 68990 68990 63240
Количество теплоты для нагрева базовой части Q1, кДж/цикл 12051557 15295147 15430766 13868049 15108473
Количество теплоты для нагрева десорбированной влаги Q2, кДж/цикл 555684622 555684622 555684622 555684622 555684622
Количество теплоты для нагрева всей системы десорбированной влаги Qт, кДж/цикл 567736179 570979769 57111538 569552671 570793095
Расход газа регенерации Срег, кг/цикл 791947 796485 796675 794489 796224
Расход газа охлаждения Сохл, кг/цикл 78397 99497 100379 90213 98283
Тепловая нагрузка печи, фпечи, МДж/цикл 618657 622203 622351 620643 621998
Далее был проведен технологический расчет процесса адсорбционной осушки с применением различных цеолитных адсорбентов, характеристики которых представлены в таблице 5 [11].
Основные формулы технологического расчета представлены в таблице 6.
Результаты проведенных расчетов трехадсорберной технологической схемы адсорбционной осушки газа на указанных адсорбентах по основным показателям представлены в таблице 7.
Рассматривая результаты, представленные в таблице 7, можно провести анализ работы использованных адсорбентов в условиях трехадсорберной принципиальной схемы установки осушки газа при производстве СПГ.
Рис. 2. Принципиальная схема осушки с двумя адсорберами Fig. 2. Schematic diagram of drying with two adsorbers 1-сепаратор; 2- адсорбер; 3-компрессор; 4-печь огневого подогрева; 5-аппарат воздушного охлаждения газа регенерации; 6 -сепаратор газа регенерации.
Таблица 8. Циклограмма переключения адсорберов по стадиям Table 8. Cyclogram of switching adsorbers by stages
№ адсорбера Адсорбер 1 Адсорбер 2
36 часов адсорбция регенерация 18 ч. + охлаждение 18ч.
36 часов регенерация 18 ч. + охлаждение 18 ч. адсорбция
При заданных исходных технологических параметрах и свойствах адсорбентов наибольшей динамической активностью по парам воды и по остальным упомянутым показателям (при наименьшей насыпной массе) из представленных адсорбентов обладает NaX-БС. От динамической активности адсорбента напрямую зависят технологические показатели проведения процесса осушки, его тепловые затраты, материалоемкость, нагрузки на оборудование и так далее.
В ходе технологического расчета было определено время стадий регенерации и охлаждения, исходя из сопоставления расходов газов регенерации и охлаждения данной схемы и предыдущей.
Тогда циклограмма процесса адсорбционной осушки газа при такой схеме будет выглядеть следующим образом (таблица 8):
Для сравнительного анализа технологии адсорбционной осушки газа в работе был произведен расчет двухадсорберной технологической схемы на цеолите типа NaX-БС, который также показал высокую эффективность при использовании двухадсорберной схемы.
Расчет схем с разным числом адсорберов проводился при условии одинакового расхода газа, поступающего на осушку, одинаковой суммарной массы адсорбента, необходимого для получения заданной концентрации влаги в газе на выходе, а также при условии одинакового времени стадии осушки, равном 36 часам. Полученные данные по установкам с тремя и двумя аппаратами на цеолитах типа №Х-БС представлены в таблице 9.
По результатам можно сделать следующие выводы:
- При двухадсорберной схеме меняются габариты основного оборудования -адсорбционной колонны: как масса одного аппарата, так и масса в целом в технологической схеме также становятся больше, чем при сложении масс аппаратов при трехадсорберной схеме.
Таблица 9. Результаты расчетов Table 9. Calculation results
Параметр 3-адсорберная 2-адсорберная
схема схема
Требуемая масса адсорбента для осушки Са, кг 32080 32080
Необходимый объем адсорбента Уа, м3 52 52
Расчетный внутренний диаметр адсорбера Двн, м 3,6 3,6
Высота слоя адсорбента в одном адсорбере, На, м 2,50 5
Высота цилиндрической части адсорбера Н,м 5 9
Масса одного адсорбера Мал, кг 57492 91987
Масса адсорберов в технологической схеме, кг 172476 183974
Количество теплоты для нагрева адсорбера в 24103113 20812979
технологической схеме Ql, кДж/схема
Количество теплоты для нагрева десорбированной влаги Q2, кДж/схема 1111369244 1111369244
Количество теплоты для нагрева всей системы 1135472357 1132182223
десорбированной влаги Qт, кДж/схема
Расход газа регенерации Срег, кг/схема 1583894 1579291
Расход газа охлаждения Сохл, кг/схема 156792 135391
Тепловая нагрузка печи, фпечи, МДж/схема 1237314 1233719
- Двухадсорберная схема адсорбционной осушки газа также может быть использована при крупнотоннажном производстве СПГ.
- Двухадсорберная схема адсорбционной осушки газа более компактная и сравнительно более простая в управлении, имеет меньшее количество технологических газопроводов обвязки между адсорберами в технологической схеме и соответственно меньшее число необходимых приборов КИП для измерения температуры, давлении, расходов и т.п., также при ее использовании незначительно меньше тепловые затраты.
Следует отметить, что выбор той или иной технологии адсорбционной осушки осуществляется при анализе многих факторов, начиная от климатических условий и местоположения установки и заканчивая типом применяемого адсорбента, времени его активного действия, составом и расходом газа, поступающего на осушку, его влагосодержания, а также требованиями влагосодержания на выходе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Mokhatab S. Handbook of Liquefied Natural Gas / S. Mokhatab, J.Y. Mak, J.V. Valappil, D.A. Wood. Oxford : Elsevier Inc., 2014. 589 p.
2. 2019 World LNG Report. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.igu.org/sites/default/files/nodenews_itemfield_file/IGU%20Annual%20Report%202019_23%20loresfina l.pdf
3. Мельников В. Б. Промысловый сбор и переработка газа и газового конденсата: Учебник. М. : Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина, 2017. 464 с.
4. Афанасьев А. И., Бекиров Т. М., Барсук С. Д. Технология переработки природного газа и конденсата: Справочник. М. : Недра, 2002. 517 с.
5. Гафарова Э. Б., Мельников В. Б., Федорова Е. Б. Роль и значение адсорбции в газовой промышленности. // Наука и бизнес: пути развития. 2018. № 4. С. 67-76
6. TerrigeolA. Molecular sieves in gas processing: Effects and consequences by contaminants [Электронный ресурс] // Gas Processing & LNG. - Режим доступа: http://www.hydrocarbonprocessing.com/Article/3137897/GasProcessing-or-LNG-Amines/Molecular-sieves-in-gas-processing-Effects-andconsequences-by-contaminants.html
7. Гречко А. Г., Новиков А. И. Возможные направления оптимизации проектов крупнотоннажного производства сжиженного природного газа // Газовая промышленность. 2017. №6(753). С.74-81.
8. Официальный сайт Ямал СПГ - [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://yamallng.ru/;
9. Российский рынок газа. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gazprom.ru/about/marketing/russia/
10. Мельников В. Б., Федорова Е. Б., Макарова Н. П., Гафарова Э. Б. Технологический расчёт адсорбционной осушки газа для производства СПГ: Учебное пособие. М. : Издательский центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина, 2017. 35 с.
11. Melnikov V. B., Fedorova E. B., Gafarova E. B. Comparative evaluation of adsorbents for natural gas dehydration at liquefied natural gas plant. Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2020. №1. С.31-35.
12. Гафарова Э. Б., Мельников В. Б., Макарова Н. П., Федорова Е. Б. Исследование регенерации цеолитсодержащих адсорбентов // Нефтепромысловое дело. 2021. №7( 631). С. 46-48
13. Аджиев А. Ю., Морева Н. П., Долинская Н. И. Отечественные цеолиты для глубокой осушки газа при производстве сжиженного природного газа // Нефтегазохимия. 2015. С. 34-38
14. Официальный сайт компании Ишимбайские Сорбенты - [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://zeolitegroup.ru/ru/index.html
15. Официальный сайт компании Нижегородские сорбенты - [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.nsorbent.ru/
© 2022 Авторы. Эта статья доступна по лицензии CreativeCommons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная (https://creativec0mm0ns.0rg/licenses/by/4.0/)
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Об авторах:
Гафарова Элиза Багаутдиновна, старший преподаватель, Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, (119991, г. Москва, Ленинский просп., д. 65, корп. 1, Российская Федерация), gafarovaeliza@mail.ru
Гафарова Элиза Багаутдиновна, Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, (119991, г. Москва, Ленинский просп., д. 65, корп. 1, Российская Федерация), доктор. хим. наук, профессор, gafarovaeliza@mail.ru
Заявленный вклад авторов:
Гафарова Э.Б. - постановка исследовательской задачи; научный менеджмент; обзор соответствующей литературы; концептуализация исследования; написание текста, сбор и анализ данных; обзор соответствующей литературы; выводы; написание текста.
Мельников В.Б. - постановка исследовательской задачи; научный менеджмент; обзор соответствующей литературы; концептуализация исследования; написание текста, сбор и анализ данных; обзор соответствующей литературы; выводы; написание текста.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Original article
COMPARATIVE ANALYSIS OF KEY PROCESS INDICATORS ADSORPTION DRYING IN PRODUCTION LIQUEFIED NATURAL GAS
Eliza B. Gafarova, Vyacheslav B. Melnikov
National University of Oil and Gas "Gubkin University" *for correspondence: gafarovaeliza@mail.ru
Abstract.
The article presents the results of the technological calculation of the schemes used with two and three adsorbers of the process of drying natural gas before liquefaction in the production of liquefied natural gas for five different adsorbents of domestic manufacturers. The purpose of this calculation is to minimize the cost of drying gas and to identify the most efficient use of the properties of the adsorbent and the optimal technological scheme of this process. For each of these cases, the required amount of adsorbent was calculated, the main dimensions of the apparatus that ensure the operation of the process, the calculation of the consumption of regeneration and cooling gas, heat costs, and so on. Based on the results of the calculation, a comparative analysis was carried out on the main indicators of the process and further calculation was carried out when replacing the three-cylinder scheme of the installation with a two-cylinder one using NaX zeolite without binder, which also showed higher efficiency when using a two-cylinder scheme. As a result of the study, it was revealed that today the domestic industry has developed and is developing efficiently working dehumidifiers that allow achieving the required moisture dew point value for gas coming from the adsorption dehydration unit for the production of liquefied natural gas. These adsorbents can serve as an equivalent replacementfor foreign adsorbents used at many domestic plants in the preparation of gas for liquefaction.
For citation: Gafarova E.B., Melnikov V.B. Comparative analysis of key process indicators adsorption drying in production liquefied natural gas. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta=Bulletin of the Kuzbass State Technical University. 2022; 2(150):31-41. (In Russ., abstract in Eng.). doi: 10.26730/1999-41252022-2-31-41
REFERENCES
1. Mokhatab S. Handbook of Liquefied Natural Gas / S. Mokhatab, J.Y. Mak, J.V. Valappil, D.A. Wood. - Oxford : Elsevier Inc.; 2014.
2. 2019 World LNG Report. [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: https://www.igu.org/sites/default/files/nodenews_itemfield_file/IGU%20Annual%20Report%202019_23%20loresfinal.p df
3. Mel'nikov V.B. Promyslovyj sbor i pererabotka gaza i gazovogo kondensata: Uchebnik. - M.: Rossijskij gosudarstvennyj universitet nefti i gaza (NIU) imeni I. M. Gubkina; 2017. 464 p.
4. Afanas'ev A.I., Bekirov T.M., Barsuk S.D. Tekhnologiya pererabotki prirodnogo gaza i kondensata: Spravochnik M.: Nedra, 2002. 517 p.
5. Gafarova E.B., Mel'nikov V.B., Fedorova E.B. Rol' i znachenie adsorbcii v gazovoj promyshlennosti. Nauka i biznes: puti razvitiya. 2018; 4:67-76.
6. Terrigeol A. Molecular sieves in gas processing: Effects and consequences by contaminants [Elektronnyj resurs] Gas Processing & LNG. - Rezhim dostupa: http://www.hydrocaibonprocessing.com/Article/3137897/GasProcessing-or-LNG-Amines/Molecular-sieves-in-gas-processing-Effects-andconsequences-by-contaminants.html
7. Grechko A.G., Novikov A.I. Vozmozhnye napravleniya optimizacii proektov krupnoton-nazhnogo proizvodstva szhizhennogo prirodnogo gaza. Gazovayapromyshlennost'. 2017; 6(753):74-81.
8. Oficial'nyj sajt YAmal SPG - [Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://yamallng.ru/;
9. Rossijskij rynok gaza. [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://www.gazprom.ru/about/marketing/russia/
Article info
Submitted: 19 November 2021
Approved after reviewing: 30 March 2022
Accepted for publication: 29 April 2022
Keywords: liquefied natural gas, LNG, adsorption gas dehydration, zeolites, technological schemes
10. Mel'nikov V.B., Fedorova E.B., Makarova N.P., Gafarova E.B. Tekhnologicheskij raschyot adsoibcionnoj osushki gaza dlya proizvodstva SPG: Uchebnoe posobie. M.: Izdatel'skij centr RGU nefti i gaza (NIU) imeni I. M. Gubkina; 2017.
11. Melnikov V.B., Fedorova E.B., Gafarova E.B. Comparative evaluation of adsorbents for natural gas dehydration at liquefied natural gas plant. Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2020; 1:31-35.
12. Gafarova E.B., Mel'nikov V.B., Makarova N.P., Fedorova E.B. Issledovanie regeneracii ceolitsoderzhashchih adsorbentov. Neftepromyslovoe delo. 2021; 7(631):46-48.
13. Adzhiev A.Yu., Moreva N.P., Dolinskaya N.I. Otechestvennye ceolity dlya glubokoj osushki gaza pri proizvodstve szhizhennogo prirodnogo gaza. Neftegazohimiya. 2015; 34-38 p.
14. Oficial'nyj sajt kompanii Ishimbajskie Sorbenty - [Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://zeolitegroup.ru/ru/index.html
15. Oficial'nyj sajt kompanii Nizhegorodskie sorbenty - [Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://www.nsorbent.ru/
©2022 The Authors. This is an open access article under the CC BY license (http://creativecommons. org/licenses/by/4.0/).
The authors declare no conflict of interest.
About the authors:
Eliza B. Gafarova, Senior Lecturer, National University of Oil and Gas "Gubkin University", (119991 Moscow, Leninsky prospect, 65, building 1, Russian Federation), gafarovaeliza@mail.ru
Vyacheslav B. Melnikov, National University of Oil and Gas "Gubkin University", (119991 Moscow, Leninsky prospect, 65, building 1, Russian Federation), Dr. Sc. in Chemistry, Professor, v.mel@mail.ru
Contribution of the authors:
Eliza B. Gafarova - research problem statement; scientific management; reviewing the relevant literature; conceptualisation of research; writing the text, data collection; data analysis; reviewing the relevant literature; drawing the conclusions; writing the text.
Vyacheslav B. Melnikov - research problem statement; scientific management; reviewing the relevant literature; conceptualisation of research; writing the text, data collection; data analysis; reviewing the relevant literature; drawing the conclusions; writing the text.
All authors have read and approved the final manuscript.
