IT8422420A1 - Addolcitore di gas naturale e disidratatore senza scarico nell'atmosfera di gas acido - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"Addolcitore di gas naturale e disidratatore senza scarico nell'atmosfera di gas acido"

RIASSUNTO

Un'apparecchiatura ed un procedimento per la disidratazione e l'addolcimento di gas naturale leggermente acido, umido, non ha scarico nell'atmosfera di agenti inquinanti di gas acido.

'Ferro spugnoso di ossido di ferro idratato ? disposto in un anello di spurgo o rigenerazione chiuso di un essiccatore di gas a materiale assorbente, avente un materiale assorbente in grado di adsorbire sia vapor d'acqua che idrogeno solforato. Preferibilmente l'essiccatore a materiale assorbente ? un essiccatore a materiale adsorbente riattivato da calore esterno a combustione di gas, e il fehro spugnoso ? disposto dopo il refrigeratore ed il separatore nell'anello di spurgo. :Il ferro 3pugncsa? prefarilailmente a due letti, in nodo tale die ciascun letto pu? essere rigenerato intermittentemente, portando il letto fuori corrente ed introducendo ossigeno dall'aria e spruzzando acqua sul letto stesso, ^'idrogeno solforato ? concentrato in circa il 10# del flusso di processo, consentendo cos? risparmi nella struttura dell'ossido di ferro.

DESCRIZIONE

la presente invenzione riguarda generalmente il campo del condizionamento di gas naturale, e, specificatamente, un sistema per addolcire e disidratare gas naturale senza richiedere lo scarrico nell'atmosfera di anidride solforica, comunemente conosciuta nella tecnica come "gas acido".

Il condizionamento del gas naturale comporta fasi meccaniche e chimiche per rimuovere agenti contaminanti dal gas naturale quando il gas naturale viene inviato ?dalla testa del pozzo al consumatore. I>ue agenti contaminanti comuni che devono essere eliminati nel gas naturale sono il vapor d'acqua e l'idrogeno solforato. La presenza di vapor d'acqua nel gas naturale pu? disturbare il servizio agli utenti a causa del congelamento delle linee del gas, o della formazione di idrati o combinazioni d'acqua con gas idrocarburici. Il contenuto di vapor d'acqua deve essere tipicamente ridotto al di sotto 5-7 libbre per milione di piedi cubi standard di gas.

L'idrogeno solforato ? fortemente tossico e corrosivo ed ? facilmente rilevato dall'utente a causa del suo malodore, come ad esempio quello di uova marce. Una clausola di quasi tutti i contratti di acquisto e vendita del gas indica che nessuna quantit? di gas deve essere venduta o altrimenti erogata la quale contiene pi?. di un granello di idrogeno solforato per 100 piedi cubici di gas.

In un sistema a gas naturale, gas ? raccolto da varie installazioni di pozzo, e in corrispondenza della zona terminale del sistema di raccolta, il gas viene portato alla pressione della turbolinea e quindi disidrato e desolforato. La rimozione di composti dello zolfo, come idrogeno solforato, ? comunemente nota come "addolcimento". I processi pi? largamente impiegati per l'addolcimento e la disidratazione sono processi o solventi chimici impieganti glicole la disidratazione ed ammina per l'addolcimento. indicato che taluni impianti di condizionamento di gas naturale impiegano una combinazione di glicole di trietilene (TEG) e dietanolammina (DEA) in soluzione per la disidratazione e la desolforazione simultanee. Il processo a solvente chimico liquido opera sul principio che il vapor d'acqua o l'idrogeno solforato ? preferenzialmente disciolto nel solvente chimico. Il solvente chimico h rigenerato, ad esempio mediante riscaldamento, per liberare il vapor d'acqua disciolto o l'idrogeno solforato. In aggiunta alle alcanolammine per la rimozione dell'idrogeno solforato, sono talvolta impiegate soluzioni saline, come ad esempio composizione calda, Catacarb, e Benflield. In aggiunta, vi sono processi con solventi fisici come ad esempio Sulfinol, Selexol, e Fluor, e pure procedimenti di conversione diretta come ad esempio Stretford, Thylox, Takahax, e Ferrox

In contraddistinzione ai processi con solvente e ai processi di conversione diretta, vi sono processi a letto secco comportanti il contatto di vapor d'acqua od idrogeno solforato con un materiale solido. Il processo del ferro spugnoso* ? un processo a letto secco ben noto per rimuovere idrogeno solforato da ga3 naturale. Nel processo del ferro spugnoso idrogeno solforato e mercaptani sono rimossi facendo passare gas acido attraverso recipienti lascamente riempiti con ferro spugnoso? . Questa ?spugna "? costituita da trucioli di legno impregnati con una forma idrata di ossido di ferro. I trucioli di legno servono solo come supporto economico per la polvere di ossido di ferro attiva. Lo idrogeno solforato ? rimosso mediante reazione con l'ossido di ferro per formare solfuro di ferro. Tipicamente, la durata della spugna ? estesa rigenerando periodicamente o continuamente il letto con aria. La spugna esaurita reagisce con ossigeno per riconvertire il solfuro di ferro in ossido di ferro e zolfo elementare. Il processo ? principalmente adatto per l'addolcimento di piccoli volumi di gas con basso contenuto di idrogeno solforato ced anidride carbonica poich? il processo del'ferro spugnoso non rimuover? l'anidride carbonica, e la sostituzione del letto ? pi?.frequente per maggiori contenuti di idrogeno solforato. Si deve notare che il processo del ferro spugnoso non rimuove vapor d'acqua.

Essiccatori a materiale assorbente e addolcitori per trattamento di gas naturale 3ono stati venduti per molti anni e sono largamente usati in tutto il mondo. Il tipo consueto ? costituito da letti di materiale adsorbente multipli, uno dei quali a gas (essiccazione ed addolcimento od essiccazione) mentre gli altri vengono rigenerati. Durante la rigenerazione, gas di spurgo ? fatto passare in flusso contrario alla direzione o senso in cui il gas ? stato trattato. Un ciclo di trattamento singolo per l'essiccatore ed addolcitore, quindi, ? costituito da un intervallo di adsorbimento o semiciclo ed un intervallo di rigenerazione o semiciclo per ciascun letto. Il letto esaurito ? tipicamente rigenerato facendo passare gas di spurgo attraverso la camera al fine di provocare deassorbimento o cedimento dell'idrogeno solforato adsorbito o vapor d'acqua. Il gas di spurgo ?,tipicamente disposto in un inceneritore che ossida l'idrogeno solforato a gas acido di anidride solforosa che ? scaricato nell 'atmosfera.

Si deve notare che i processi chimici per l'addolcimento del gas naturale determinano pure una corrente di idrogeno solforato o di gas acido che deve essere eliminata. Se pi? di approssimativamente 5-10 tonnellate al giorno di zolfo vengono prodotte dall'impianto di desolforazione, allora l'impianto ? tipicamente dotato di un reattore di eGlaus" per il recupero dello zolfo. Con la aggiunta di fasi di conversione catalitica, l?efficienza del recupero dello zolfo per il metodo di Claus si approssima al 99$. Lo zolfo non recuperato ? scaricato nella atmosfera sotto forma di gas acido di anidride solforosa attraverso un inceneritore di gas di coda.

Attualmente la cosiddetta "pioggia acida" sta divenendo un severo problema ambientale e questa pioggia acida ? provocata, in un certo qual grado, dallo scarico di gas acido di anidride solforosa provocato dall?industria del gas naturale.

Uno scopo principale dell?invenzione ? il fornire un procedimento ed una apparecchia -tura per essiccare ed addolcire gas naturale, i quali non richiedano l'emissione nell'atmosfera di gas acido di anidride solfora.

Un altro scopo dell'invenzione e quello di fornire un?apparecchiatura per essiccare e addolcire gas naturale avente un costo di investimenti ridotto, ed un ridotto costo di funzionamento rispetto alla tecnologia attuale impiegante ammina per la rimozione dell'idrogeno solforato e glicole per la rimozione del vapor d?acqua.

Ancora un altro scopo dell'invenzione ? quello di fornire un impianto di essiccazione ed addolcimento per gas naturale il quale sia economico per requisiti di piccola come pure grande scala.

Secondo l'invenzione, ferro spugnoso di ossido di ferro idratato ? disposto in un anello chiuso di spurgo o rigenerazione di un frazionatone di gas od essiccatore a materiale adsorbente avente un materiale adsorbente in grado di adsorbire l'idrogeno solforato. Preferibilmente l'essiccatore a materiale adsorbente ? un essiccatore a materiale adsorbente riattivato da calore esterno a combustione di gas, e il ferro spugnoso, ? disposto a valle del refrigeratore e del separatore nello anello di spurgo.Il ferro spugnoso -preferibilmente ha due letti, in maniera tale che ciascun letto pu? essere intermittentemente rigenerato, portando fuori corrente il letto ed introducendo un flusso di ossigeno specifico, e spruzzando uno specifico flusso d'acqua sul letto.

Si deve notare che poich? il flusso di spurgo ? tipicamente inferiore al 10?4 del flusso di processo, ?1 ferro spugnoso? diviene molto economico Inoltre, la temperatura moderata e l'elevata umidit? del flusso di spurgo nel-' ferro spugnoso impedisce la formazione di idrati nella spugna ed impedisce pure all'ossido di ferro nella spugna di disidratarsi. Non ? necessario che il ferro spugnoso abbia ad essere completamente efficace nel rimuovere l'idrogeno solforato, poich? la corrente di uscita nel' ferro spugnoso ? rinviata all'ingresso dello essiccatore a materiale assorbente. I componenti essiccatori a materiale assorbente e il ferro spugnoso sono adatti per requisiti di piccola come pure di grande scala, ed il sistema funziona in modo efficiente indipendentemente dalla scala.

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Altri scopi e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione particolareggiata acclusa e con riferimento ai disegni, nei quali:

la figura 1 ? uno schema a blocchi funzionale dell'addolcitore ed essiccatore di gas secondo l?invenzione,

la figura 2 ?uno schema a blocchi della forma di realizzazione preferita dell'addolcitore di gas e disidratatore; e

la figura 3 ? uno schema di massima dettagliato della forma di realizzazione preferita rappresentata in figura 2.

Bench? l'invenzione sia descritta con riferimento alla forma di realizzazione preferita, si deve tener presente che non vi ? l'intenzione di limitare l?invenzione alla particolare forma di realizzazione illustrata ma che si desidera, al contrario, coprire le varie forme alternative ed equivalenti dell'invenzione incluse nello spirito ed ambito protettivo delle rivendicazioni accluse. I parametri di processo in seguito forniti sono esemplificativi, e una qualsiasi forma di realizzazione specifica dell'invenzione ? in grado di adattarsi ad un'ampia gamma di parametri del processo.

Facendo ora riferimento ai disegni, in figura 1 ? rappresentato uno schema a blocchi funzionale di un addolcitore di gas e disidratatore IO secondo l'invenzione. Gas naturale acido ed umido ? ricevuto in corrispondenza di un ingresso 11 che ? alimentato, ad esempio, da una stazione di pompaggio in corrispondenza dell'estremit? di un impianto di raccolta dalle teste di pozzo.

Una stazione di pompaggio, non ra ppresentata, genera una corrente di ingresso ad una pressione di 240 psig (16,8 kg/cm ) e ad una temperatura di circa 80?F (26,7?C). La corrente di ingresso ? saturata con vapor d'acqua ed ha un contenuto di idrogeno solforato di circa 30? tper 100 piedi cubici (100 grani per 2,8 metri cubi). La corrente di gas acido umida dall'ingresso 11 e ricevuta da un f ragionatore di gas, o, pi? specificatamente, un essiccatore ed addolcitore 12 che ha un'uscita 13 emettente una corrente di gas dolce secca, ed un'uscita di spurgo 14-scaricante una corrente di gas di spurgo acido umida. La corrente di gas dolce secca, ad esempio, ha un punto di rugiada di -20?P, contiene meno di 0,3 grani di idrogeno solforato per 100 piedi cubi (0,28 metri cubi) di gas, ed ha una pressione d? 230 psig. Lo spurgo viene alimentato ad un rigeneratore 15 che riduce la temperatura della corrente di spurgo in maniera tale che il valor d'acqua condensa in goccioline d'acqua ed il processo libera calore di condensazione che ? ricevuto dal refrigera tore. Le goccioline di vapor d'acqua sono raccolte mediante un separatore 16 e scaricate dalla corrente di spurgo.

F?rro spugnoso 17 rimuove idrogeno solfora to dalla corrente di gas acido di spurgo. Il ferro spugnoso 17 ? disposto a valle del separatore 16 dell'anello di spurgo, supponendo che l'anello di spurgo inizi dall'uscita di spurgo 14- del frazionato re 12. Il ferro spugnoso 17 ? costituito da almeno un letto di materiale di ferro spugnoso costituito da trucioli di legno ritenenti un materiale attivo di ossido di ferro idrato. L'ossido di ferro idrato reagisce chimicamente con l'idrogeno solforato in maniera tale che l'idrogeno solforato e l'ossido di ferro vengono convertiti a solfuro di ferro ed acqua. In aggiunta, come 9ar? descritto dettagliatamente in seguito, il materiale del ferro spugnoso esaurito costituito da solfuro di ferro, b preferibilmente rigenerato intermittentemente introducendo ossigeno ed acqua di spruzzatura sui letti in una maniera controllata, in modo tale che il solfuro di ferro ? riconvertito in ossido di ferro idra^-to e zolfo elementare viene liberato. La reazione di rigenerazione ? fortemente esotermica ed il calore di reazione viene rimosso dal ferro spugnoso tramite la spruzzatura controllata di acqua in modo tale che la temperatura di reazione risulta moderata.

Il gas di spurgo affluente dal ferro spugnoso 17 viene alimentato indietro ad un ingresso 18 del frazionaiore 12. L'anello di spurgo, in altre parole, ? "chiuso",come tale termine viene impiegato nel descrivere frazionatori a materiale adsorbente, o essiccatori a materiale assorbente.

Nella tecnica, l'anello di spurgo ? "chiuso" quando tutto il gas di spurgo dall'uscita di spurgo 14 ? rinviato indietro ad almeno trn ingresso 18 del frazionatore 12. La corrente di gas di spurgo, tuttavia, pu? necessariamente non essere chiusa nel senso che il medesimo gas di spurgo viene fatto ricircolare. Ai fini della presente domanda di brevetto, un anello di spurgo sar? considerato come chiuso quando il flusso di spurgo da un frazionatore 12 viene rinviato ad almeno un ingresso 18 del frazionatore indipendentemente dal fatto se il medesimo gas di spurgo o gas di spurgo identico ? fatto ricircolare attraverso l'anello di spurgo, in maniera tale che l'anello di spurgo ? "chiuso" dall'atmosfera. Il significato della parola "chiuso" nella tecnica degli essiccatori a materiale adsorbenteRiviene chiaro se si comprende che per la maggior parte delle applicazioni in essiccatori a materiale adsorbente, l'uscita di spurgo 14 b meramente scaricata nell'atmosfera, invece che essere ricircolata.

X,?aAddolcitore e disidratatore IO di gas rappresentato in figura 1 ? una combinazione sinergica del frazionatone 12 e del ferro spugnoso 17.

L'essiccatore ed addolcitore 12 non pu? di per se stesso essere fatto funzionate con un anello di spirgo chiuso e rimuovere idrogeno solforato, poich? alla fine l'idrogeno solforato saturerebbe il materiale attivo nel frazionatore. Il ferro spugnoso 17, d'altro canto, non pu? rimuovere vapor d'acqua dallo ingresso del gas acido umido. Di maggior importanza, tuttavia ? il fatto che la combinazione del frazionatone 12 e del ferro spugnoso 17 consente funzionamento pi? economico ed affidabile del ferro spugnoso 17, rispetto al caso in cui il ferro spugnoso 17 fosse impiegato da solo od in combinazione con l'impianto di disidratazione convenzionale come ad esempio un disidratatore a glicole. Il diametro richiesto del recipiente 17 del ferro spugnoso dipende principalmente dalla portata di gas attraverso il ferro spugnoso stesso. Se il ferro spugnoso 17 fosse impiegato in combinazione con un disidratatore a glicole, allora il ferro spugnoso 17 dovrebbe sopportare il pieno volume della corrente d'ingresso di gas acido umido, o della corrente di uscita di gas secco. Tuttavia, quando impiegato in combinazione con il frazionatore 12 il ferro spugnoso 17 deve solo portare il flusso di spurgo. Per i parametri di processo precedentemente indicati, il flusso di spurgo ? inferiore all'8$ del flusso di ingresso. Pertanto, il diametro e lo spessore di parete minimo risultante del recipiente 17 del ferro spugnoso ? corrispondentemente ridotto. Preferibilmente, il ferro spugnogo 17 pu? essere dimensionato alquanto pi? grande delle dimensioni minime richieste, in modo tale che una minor caduta di pressione attraverso il ferir? spugnoso deriver? dalla ridotta portata di spurgo, risparmiando energia nel far circolare il flusso di spurgo.

Il flusso di spurgonel ferro spugnoso ? pure vicino alla saturazione e pertanto in corrispondenza di circa l'umidit? relativa ideale del 90# per mantenere 11idratazione dell'ossido di ferro nel ferro spugnoso. Se un ferro spugnoso fosse impiegato in serie con un disidratatore a glicole allora il disidratatore a glicole dovrebbe essere disposto dopo il ferro spugnoso, poich? il ferro spugnoso non rimuove il vapor d'acqua. Tuttavia in tal caso l'impianto sarebbe efficiente relativamente all*essiccare ed addolcire gas non saturo con vapor d'acqua, poich? vapor d'acqua dovrebbe essere aggiunto alla corrente d'ingresso al ferro spugnoso per impedire disidratazione. Nella presente invenzione, la corrente d'ingresso al ferro spugnoso ? saturata non perch? ? stato aggiunto vapor d'acqua, ma poich? il vapor d'acqua dalla corrente d'ingresso gassosa 11 ? concentrato mediante il frazionatore 12.

Il frazionatore 12 concentra pure l'idrogeno solforato nello spurgo. Diversaoience da un ferro spugnoso in serie con il flusso di processo, 11 ferro spugnoso 17 deve solo ridurre la concentrazione di idrogeno solforato nel flusso di spurgo ad approssimativamente la concentrazione dell'idrogeno solforato nel flusso d'ingresso, poich? il frazionatone 12, invece che il ferro spugnoso 17, garantisce un basso livello di idrogeno solforato in corrispondenza dell'uscita, .?'finch? il frazionatone 12 non ? saturato con idrogeno solforato.

Ulteriori vantaggi della presente invenzione risultano evidenti dallo schema a blocchi della forma di realizzazione preferita 10' per l'essiccazione ed addolcimento di gas naturale rappresentati in figura 2. Risulter? evidente che lo schema a blocchi funzionale di figura 1 ? una descrizione generica rispetto alle specie 10' rappresentate in figura 2. In figura 1, il frazionatone 12 di gas ? un blocco funzionale che potrebbe avere una pluralit? di forme di realizzazione. Il frazionatore 12, ad esempio, potrebbe essere costituito con qualsiasi tipo di frazionatore di gas avente un anello di spurgo chiuso, ad esempio essiccatore a materiale assorbente riattivato da calore interno, riattivato da calore esterno oppure riattivato da oscillazione di pressione. In pratica, a causa del basso costo e della disponibilit? di gas naturale sul posto di un disidratatore ed addolcitore di gas naturale, ? preferibile che l'essiccatore a materiale assorbente ed addolcitore 12 sia un essiccatore a materiale assorbente a corrente divisa riattivato da calore esterno 12'. Un simile essiccatore a materiale assorbente ed addolcitore 12' riattivato di calore ha due ingressi, un ingresso di corrente principale 21 ed un ingresso di corrente di spurgo 22. l'essiccatore o frazionatore 12' riattivato con calore rappresentato impiega un riscaldatore alimentato con gas naturale 23 per riscaldare una porzione della corrente di gas acido umida dall'ingresso 11 prima che essa sia applicata all'ingresso di spurgo 22 dell'essiccatore 12'. Inoltre, la forza motrice per far circolare il gas di spargo ? fornita da una valvola a farfalla o di regolazione 18 ' che genera una caduta di pressione nella corrente di flusso principale uguale a quella che ? incontrata nell'anello di spurgo. In taluni casi, tuttavia, potrebbe essere vantaggioso impiegare il compressore della stazione di pompaggio per far circolare lo spurgo semplicemente alimentando la corrente di spurgo dal ferro spugnoso 17 al lato d'ingresso o lato di bas? pressione del compressore della stazione di pompaggio.

Bench? la caduta di pressione sulla valvola di regolazione 18* ed il flusso di gas attraverso la valvola di regolazione rappresenti una perdita di energia od aumento di entropia, l'impiego di una valvola di regolazione ? preferibile all'impiego di una pompa o compressore separato a causa del fatto che il grande compressore nella stazione di pompaggio del gas naturale (non rappresentata) fornente il gas acido ed umido d'ingresso ha scarsi rendimenti a causa dell'economia di scala. la valvola di regolazione 18' ? regolata per impostare la portata desiderata del flusso di spurgo. Si deve anche notare che il sistema riattivato con calore per l'essiccatore 12' garantisce pure che il flusso di spurgo al ferro spugnoso 17 sia a temperatura moderata in modo tale che ? impedita la forinazione di idrati nel ferro spugnoso 17.

Facendo ora riferimento alla figura 3, in essa ? rappresentato un disegno schematico detta^-gliato della forma di realizzazione preferita IO' mostrata in figura 2. Il gas acido umido in corrispondenza dell'ingresso 12 ? dapprima fatto passare attraverso un prefiltro di coalescenza 26 per rimuovere qualsiasi condensa od impurit? dalla stazione di pompaggio (non rappresentata). La valvola di regolazione 18? h illustrata come costituita da una valvola di controllo o regolazione di flusso differenziale "Pali Pio" (marchio di fabbrica depositato) fabbricata dalla Pali Corporation, Glen Cove, New York, 11542. La valvola 18" di regolazione di flusso differenziale "Pali Pio" ha un ingresso di spurgo separato 27 che ? impiegato dalla valvola 18" come una valvola di controllo. La valvola di controllo e regolazione di flusso differenziale "Pali Pio" regola automaticamente la sua azione di controllo per mantenere il flusso di spurgo nell?ingresso di controllo 27 ad un valore predeterminato, sostanzialmente indipendente da variazione di pressione e flusso in corrispondenza dell?ingresso 11. Un sensore di flusso 28 controlla il flusso di spurgo ed attiva un indicatore 29 in modo tale che un operatore ? in grado di preregolare manualmente la valvola di regolazione 18?. Si deve notare che se fosse impiegata una valvola a strozzatura o regolazione ordinaria, allora un servomeccanismo sensibile all'indicatore 29 potrebbe fornire una regolazione continua 31 alla valvola di regolazione 18' per mantenere costante il flusso di spurgo. Pertanto, la retroazione 31 tra 1?indicatore-sena ore di flusso 28 alla valvola di regolazione 18' potrebbe essere o manuale oppure automatica.

i'azionato re ha un materiale adsorbente riattivato da calore esterno od essiccatore a materiale assorbente 121 rappresentato come avente due camere, una camera di sinistra 32 subente adsorbimento od essiccazione ed addolcimento, ed una camera di destra 33 subente uno spurgo riscaldato. la corrente d'ingresso di gas acido umida viene diretta dallo ingresso 21 dell?essiccatore od alla camera sinistra 32 o a quella destra 33 tramite una valvola 34 di commutazione d'ingresso della camera dell?essiccatore, ed il gas dolce o non acido secco dalla camera di essiccazione selezionata viene rilasciato dalla camera selezionata all'uscita 13 tramite una valvola di commutazione d?uscita 35? Valvole di commutazione di spurgo corrispondenti 38 e 37 son? previste per commutare selettivamente il flusso di spurgo fra le camere 32 e 33 del materiale adsorbente. Si deve notare che la coppia di valvole 34, 38 formano in realt? un'unica valvola a quattro vie ed analogamente la coppia di valvole 35, 37 formano un'altra valvola a quattro vie. Tuttavia sono preferibili valvole a due vie o a tre vie separate o a causa dei flussi piuttosti grandi interessati, e poich? il flusso di spurgo ? inferiore al 10# dell'uscita o r?.a.

Ad esempio, per un'uscita di 3,5 M.S.C.F al giorno (2430 S.C.F.M.), il flusso di spurgo sarebbe di circa 328 S.C.F.M. Le valvole sono mostrate attivate applicando selettivamente pressione in corrispondenza degli elementi pilota A e B. Specificatamente, la camera di sinistra 32 ? scelta per 1 'adsorbimentoassorbimento e la camera di destra 33 ? scelta

per lo spurgo e la rigenerazione quando l'elemento pilota A ? pressurizzato. Quando ? pressurizzato l'elemento pilota B, la camera di sinistra 32 ? scelta per lo spurgo o la rigenerazione e la camera di destra 33 ? scelta per l'adsorbimento-assorbimento. Le altre valvole a doppio pilotaggio mostrate funzionano in una maniera similare.

Preferibilmente, un setaccio molecolare di Zeolite del tipo -4A ? impiegato per il materiale adsorbente o assorbente e per trattare una portata di 3,5 M.S.C.F. al giorno, ciascuna camera avendo preferibilmente un'altezza di circa 15 piedi (4,5 metri) ed un diametro di circa 2 piedi (60

am circa).

' Preferibilmente, il frazionatone ad adsorbimento od essiccatore a materiale adsorbente 12* impiega riscaldamento per convezione alla fine dello spurgo riscaldato dell'una o l'altra delle ca^-mere 32, 33 del materiale adsorbente. Si deve notare che il flusso di gas di adsorbimento-assorbimento ? sempre contrario allo spurgo riscaldato, per cui le estremit? inferiori o di uscita delle camere 32, 33 del materiale adsorbente sono sempre mantenute in uno stato asciutto e sostanzialmente privo di idrogeno solforato. Alla fine della porzione di spurgo riscaldata del ciclo di essiccazione, il materiale adsorbente ritiene il calore di spurgo in modo tale che le sue propriet? di adsorbenza sarebbero alterate durante un periodo iniziale di adsorbimento-assorbimento nel semiciclo successivo a meno che il materiale adsorbente non sia raffreddato prima dell'adsorbimento-assorbimento. Pertanto, il materiale adsorbente dovr? essere raffreddato in corrispondenza della porzione terminale del semiciclo di spurgo, prima che il flusso alle camere 32, 33 sia commutato mediante le valvole 34, 35, 36 e 37. Durante il raffreddamento, il flusso di spurgo ? contemporaneamente invertito, per cui il materiale adsorbente sul fondo della calmer? di ?purgo 32, 33 (33 come ? mostrato) sar? mantenuto in uno stato asciutto, sostanzialmente privo di idrogeno solforato. Per invertire temporaneamente il flusso di spurgo, sono previste coppiadi valvole di commutazione di caldo/freddo per funzionare come una valvola di inversione di flusso a quattro vie. Le valvole di commutazione 38? 39 sono attivate dagli elementi di pilotaggio C e D. Si deve notare che gli elementi di pilotaggio A, E, C e D possono essere forniti da elettrovalvole convenzionali commutanti gas di controllo ottenuto dall'uscita 13 del gas dolce secco in risposta ad un dispositivo di controllo o comando elettromeccanico od elettronico del tipo comunemente impiegato per essiccatori a materiale adsorbente a corrente divisa riattivati da calore esterno impieganti raffreddamento per convezione.

Il ferro spugnoso indicato generalmente da 17 impiega due camere 4-1942 di materiale di ferro spugnoso costituito, ad esempio, da trucioli di legno o pezzetti di legno rivestiti con ossido di ferro idrato. Il materiale di ferro spugnoso ? un articolo commerciale a chiodini venduto, ad esempio, da Connelly-G.P.M. Per rimuovere idrogeno solforato da un flusso di spurgo di 328 S.C.P.M., ciascuna, camera 41, 42 del .ferro spugnoso sar? dimensionata con l'altezza di circa 18 piedi (5,5 ni) ed un diametro di 5,5 piedi (165 cm circa). Ci? dovrebbe essere confrontato con dimensioni di 15 piedi di altezza (4,5 metri) e 2 piedi di diametro (0,6 metri) per le camere 32, 33 del materiale adsorbente descritte precedentemente per una resa di 3,5 M.S.C.F. al giorno. Nella forma di realizzazione preferit?, sono impiegati due letti 41, 42 invece di un letto singolo, in maniera tale che ciascun letto pu? essere intermittentemente staccato dall'anello di spurgo mentre l'altro continua a rimuovere l'idrogeno solforato dalla corrente di spurgo. Valvole 43, 44 sono previste per essere chiuse per rimuovere la camera di spugna sinistra 41 dal flusso di spurgo ed analogamente 45 e 46 sono previste per essere chiuse per rimuovere la camera della spugna di destra 42 dal flusso d? spurgo. Queste valvole 43-46 possono essere azionate manualmente e pure automatiche.

Poich? la rigenerazione delle camere 41, 42 deve essere attuata solo su una base settimanale, valvole manuali sono preferite per il sistema dimensionato secondo i presenti parametri* Quando l'una o l'altra delle camere viene tolta dal flusso di spurgo, una valvola 47 o 48 pu? essere aperta per consentire l'entrata di aria nella camera rispettlva 41, 42 per introdurre ossigeno nel materiale di ferro spugnoso per la rigenerazione od il ravvivo? la circolazione d'aria nella camera rispettiva 41* 42 ? regolata mediante un piccolo compressore a palette ruotanti o pompa 49? E* contemplato che sia necessaria una portata inferiore a 10 S.C.F.M. Preferibilmente, l'aria introdotta nel letto di rigenerazione 41, 42 ? scaricata nell'atmosfera attraverso una valvola di scarico aperta, 51, 52 rispettivamente. Il processo di rigenerarzione del ferro spugnoso ? una reazione chimica esotermica e perci? una pompa 53 fornisce uno spruzzo d'acqua regolato per raffreddare il letto <1 ferro spugnoso di rigenerazione. E' contemplata una portata di circa 1-3 galloni per minuto (da 3,7 a

11 litri circa) per l'impianto specifico descritto. Poich? lo spruzzo d'acqua ? alimentato continuamente simultaneamente alla circolazione d'aria, non vi ? necessit? di controllare la temperatura di reazione o regolare il flusso d'acqua in risposta alla temperatura della reazione. Valvole 54, 55, rispettivamente, sono previste per essere aperte per consentire il flusso di acqua 'di raffreddamento al letto rispettivo 41, 42 che viene rigenerato. L'acqua di raffreddamento ? scaricata assieme all?aria attraverso le valvole di scarico 51, 52 e l?acqua di raffreddamento si scarica in un serbatoio o cisterna di contenimento 56. Elementi strozzatori di flusso 57, 58 in serie con le valvole di scarico rispettive 51, 52 impediscono scarico eccessivo di gas naturale quando le valvole di scarico sono dapprima aperte o se le valvole 43, 45 sono lasciate inappropriatamente aperte durante la rigenerazione.

Si deve notare che, tuttavia, vi eono alcuni schemi di rigenerazione alternativi che presentano taluni inconvenienti. Ossigeno od aria potrebbe essere iniettato continuamente nel ferro spugnoso 17, ma l?ossigeno contaminerebbe la corrente gassosa e l?adsorbente a setaccio molecolare nelle camere 32, 33 di materiale adsorbente. I letti 41, 42 potrebbero essere raffreddati mediante la ricircolazione di gas naturale durante la rigenerazione dei letti 41, 42 invece di impiegare uno spruzzo d'acqua, ma la portata di ricircolazione dovrebbe essere di almeno 500 S.C.P.M. per mantenere le temperature del letto a livelli ra^-gionevolmente bassi, e inoltre l'apparecchiatura meccanica per la ricircolazione del gas ed il raffreddamento sarebbe pi?.costo?a dell?apparecchiatura come la pompa 52, valvole di scarico 56, 57 e serbatoio di contenimento 58.

Poich? ? previsto che la rigenerazione abbia a verificarsi ad una bassa pressione e lo scarico abbia ad essere rilasciato all'atmosfera, valvole di ritegno 61, 62, 63 e 64 sono previste per impedire rilascio eccessivo di gas naturale a causa di errore dell'operatore nel controllare le valvole 43f 44, 45, 46 per rimuovere i recipienti 41, 42 della spugna dalla corrente di spurgo . Inoltre ? prevista una valvola di ripressurizzazione 65 per consentire ripressurizzazione graduale del recipiente di spugna 41, 42 che ? appena stato rigenerato ?

Per impedire fluidificazione dei letti di 1ferro?spugnoso 41f 42, il flusso di spurgo ? diretto verso il basso attraverso i letti. Un filtro a coalescenza 66 ? pure disposto a valle del ferro spugnoso 17 al fine di impedire a qualsiasi particella o pezzetto del letto del ferro spugnoso di introdursi nel flusso di spurgo fatto ricircolare. Il filtro 66 rimuovere pure qualsiasi condensa passante dal ferro spugnoso 17?

* Alla luce di quanto precede, ? stato illustrato un addolcitore ed essiccatore di gas il quale non ha emissione nell'atmosfera di gas acido di anidride solforosa. Per la forma di realizzazione preferita 10* di figura 3, l'essiccatore ed addolcitore ha un costo di investimento ridotto e ridotti costi operativi rispetto alla tecnologia corrente impiegante un impianto ad ammina e glicole combinati. I requisiti energetici per il funzionamento giornaliero sono in particolare stimati in circa il 25?* dei requisiti per un addolcitore ad ammina e disidratore a glicole. Inoltre, l'apparecchiatura d? essiccazione ed addolcimento della presente invenzione ? economica per requisiti di piccola e come pure di grande scala, poich? essiccatori a materiale assorbente sono oggigiorno fabbricati in una variet? di dimensioni. Bench? l'invenzione s?a stata descr?tta n&.termini d? trattamento di gas naturale, essa sar? pure vantaggiosa perii trattamento di gas sintetico come ad esempio gas di carbone o gas di gasogeno, ogni qualvolta il gas sintetico ha un contenuto nocivo di composti dello zolfo.

Claims (21)

RIVENDICAZIONI

1. Essiccatore ed addolcitore di gas comprendente, in combinazione,

mezzi per ricevere una corrente d'ingresso di gas acido od umido e generare una corrente di uscita di gas dolce secco ed una corrente di gas di spurgo acido umida,

mezzi per rimuovere calore di condensa e vapor d'acqua dalla corrente di gas di spurgo umido, e

mezzi per rimuovere idrogeno solforato dalla corrente di gas di spurgo ?cido,

in cui la corrente di gas di spurgo avvento vapor d'acqua e idrogeno solforato rimossi viene rinviata ai mezzi per ricevere la corrente d'ingresso di gas acido umido.

2. Combinazione secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi per ricevere e generare comprendono un essiccatore di gas a materiale assorbente.

3. Combinazione secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi per rimuovere idrogeno solforato comprendono 'f?rro spugnoso?

? 4. Combinazione secondo la rivendicazione 3, in cui i mezzi per ricevere e generare comprendono urx essiccatore a materiale assorbente.

5, Combinazione secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi per rimuovere calore e vapor d'acqua comprendono un refrigeratore ed un separatore.

6. Combinazione secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre mezzi per la circolazione del gas attraverso l'anello di spurgo includente una valvola di regolazione nella corrente d'ingresso, ed in cui i mezzi per ricevere e generare hanno un ingresso per corrente di spurgo separato, l'ingresso della corrente di spurgo essendo alimentato dal lato di pressione maggiore della valvola di regolazione e corrente di gas di spurgo avente vapor d'acqua e idrogeno solforato rimossi essendo alimentata al lato a pressione pi? bassa della valvola di regolazione, la caduta di pressione attraverso la valvola di regolazione fornendo cosi una forza motrice per far circolare il gas attraverso l'anello di spurgo.

7. Combinazione secondo la rivendicazione 6, in cui i mezzi per ricevere e generare comprendono un essiccatore a materiale assorbente.

8. Combinazione secondo la rivendicazione 7, in cui i mezzi per rimuovere l'idrogeno sol?-forato comprendono -ferr? 'spugnoso.

9. Combinazione secondo la rivendicazione 7, comprendente inoltre un riscaldatore ricevente la corrente d?ingresso dal lato a pressione maggiore della valvola d? regolazione e facente passare gas riscaldato all?ingresso della corrente di spurgo dei mezzi per ricevere e generare.

10. Essiccatore ed addolcitore di gas comprendente, in combinazione,

un essiccatore a materiale adsorbente ricevente una corrente d'ingresso di gas acido umido e generante una corrente d? uscita d? gas dolce secco ed avente un anello chiuso di rigenerazione, e

; ferro spugnoso disposto nell'anello di rigenerazione.

11. Combinazione secondo la rivendicazione 10, in cui l'essiccatore a materiale adsorbente impiega un materiale adsorbente a setaccio molecolare.

12. Combinazione secondo la rivendicazione 10, in cui l'essiccatore a materiale adsorbente ? -un essiccatore a materiale adsorbente a corrente divisa riattivato da calore esterno.

13. Combinazione secondo la rivendicazione 12 in cui l'essiccatore a materiale adsorbente ? raffreddato per convezione al completamento di cicli di riattivazione con calore*

14. Combinazione secondo la rivendicazione 10 in cui l'anello chiuso di rigenerazione include un refrigeratore ed un separatore ricevente lo spurgo dalla rigenerazione del materiale adsorbente, e un ferro spugnoso ? disposto a valle del refrigeratore e separatore.

15. Combinazione secondo la rivendicazione 14, comprendente inoltre un filtro di coalescenza disposto nell'anello chiuso di rigenerazione a valle ?del-"'ferro,spugnoso.

16. Combinazione secondo la rivendicazione 10, in cui il ferro spugnoso comprende almeno due letti di materiale di ferro spugnoso e comprende pure mezzi per rimuovere selettivamente ciascun letto in corrispondenza di intervalli intermittenti ed applicare ossigeno al letto rimosso per rigenerare il materiale di ferro spugnoso nel letto rimosso.

17. Combinazione secondo la rivendicazione 1?, comprendente inoltre mezzi per applicare una portata d'aria predeterminata ed una portata di spruzzo d'acqua predeterminata al letto rimosso per mantenere la reazione di rigenerazione esotermica al di sotto di una temperatura predeterminata.

18. Procedimento per rimuovere idrogeno solforato da una corrente di ingresso di gas con sostanzialmente nessuno scarico nell'atmosfera di gas acido di anidride solforosa, detto procedimento comprendendo le fasi di frazionare la corrente di ingresso in una corrente d'uscita di gas dolce ed una corrente di gas di spurgo acido, rimuovere idrogeno solforato dal gas di spurgo mediante contatto del gas di spurgo con ossido di ferro per formare solfuro di ferro, ed alimentare il gas di spurgo indietro nella corrente di ingresso del gas.

19 Procedimento secondo la rivendicazione 18, in cui la fase di frazionamento comprende il far passare la corrente d'ingresso attraverso uno di due letti di materiale adsorbente per generare la corrente d'uscita di gas dolce mentre gas di spurgo ? fatto passare attraverso il secondo letto di materiale adsorbente per generare Un secondo letto ed in tal modo generare la corrente di gas di spurgo, e commutare periodicamente il flusso rispettivo di gas di adsorbimento- assorbimento e spurgo fra le camere rispettive quando ? ritenuto che il materiale adsorbente di adsorbimento-assorbimento abbia adsorbito una quantit? di progettazione di idrogeno solforato, il flusso di gas di spruzzo attraverso ciascuna camera durante un semiciclo di generazione essendo contrario al flusso attraverso la medesima camera durante l'altro semiciclo di adsorbimento-assorbimento?

20. Procedimento secondo la rivendicazione 18 comprendente inoltre la fase di rigenerare periodicamente il solfuro di ferro mediante 1 'applicazione di una portata predeterminata di ossigeno di urr?portata predeterminata di spruzzo d'acqua al solfuro di ferro cosi da generare ossido di ferro e zolfo elementare, lo spruzzo d'acqua assorbendo il calore esotermico di reazione?

21. Procedimento di rigenerazione per un addolcitore di gas con ferro spugnoso a^-vente almeno due recipienti di pressione per addolcire una corrente di gas di processo, ciascun recipiente di pressione contenendo materiale di ferro spugnoso,una valvola di ingresso del gas per consentire lontrata di gas acido pressurizzato, una valvola d'uscita del gas per consentire lo scarico di gas addolcito pressurizzato, una valvola di ingresso d'acqua per ricevere spruzzo d'acqua, ed una valvola di scarico per scaricare spruzzo d'acqua in eccesso, il procedimento di rigenerazione comprendendo le fasi di*

rimuovere alternativamente almeno uno dei recipienti di pressione dalla corrente di gas di processo mentrenel medesimo tempo un altro recipiente di pressione rimane nelXa corrente chiudendo le valvole di ingresso e di uscita del gas,

ridurre la pressione del gas nel recipiente di pressione rimosso a sostanzialmente la pressione atmosferica,

aprire la valvola di ingresso dello spruzzo d'acqua ed alimentare una portata predeterminata continua di spruzzo d'acqua nel recipiente di pressione rimosso, ed aprire la valvola di scarico per rilasciare lo spruzzo di acqua in eccesso, e

alimentare simultaneamente una portata predeterminata continua d'aria nel recipiente di pressione rimosso quando viene alimentato lo spruzzo d?acqua,

cosi da mantenere la reazione di ri generazione esotermica del' ferro'spugn?s?!' ^ di sotto di una temperatura predeterminata senza la necessit? di controllare la temperatura di reazione .