CS199650B2

CS199650B2 - Continuous method for the selective absorption of hydrogen sulphide from dosed gas

Info

Publication number: CS199650B2
Application number: CS766993A
Authority: CS
Inventors: Kenneth F Butwell
Original assignee: Kenneth F Butwell
Priority date: 1975-10-30
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1980-07-31
Also published as: FR2329328B1; FR2329328A1; SE424815B; DE2649719C2; MY8100134A; TR19515A; PT65778B; AT366929B; SE7611274L; ES452862A1; RO72255A; PT65778A; IT1070933B; DK490776A; JPS5254680A; GB1561492A; ATA805476A; DD130570A5; GR63150B; IN146105B

Description

(54) Kontinuální způsob selektivní absorpce sirovodíku z dávkovaného plynu

Vynález se týká kontinuálního způsobu selektivní absorpce sirovodíku z různých plynných směsí.

Selektivní odstraňování sirovodíku z plynů obsahujících kysličník uhličitý absorpcí je důležitým, i když vysoce specializovaným, oborem průmyslové technologie. Sirovodík je obzvláště vhodný pro výrobu elementární síry, aby se ho však mohlo využít efektivně, musí být obsah sirovodíku takový, aby molární poměr kysličníku uhličitého k sirovodíku se blížil 6 a s výhodou aby nebyl větší než 6. Pro některá použití, například v Clausově jednotce, nemá být molární poměr větší než 3. Protože běžný molární poměr v typických materiálech, jako je přírodní plyn a syntetický přírodní plyn, je asi 5 až 140, je zpravidla především nutné snížit tento poměr, aby se mohlo takto získaného sirovodíku využívat. To znamená, že selektivita jakéhokoliv provozně přijatelného absorpčního procesu musí být taková, aby vysoký podíl kysličníku uhličitého procházel neabsorbován absorbérem zatímco malý podíl sirovodíku se chová stejně. Z konkurenčního hlediska je ostatně nejvýhodnější proces, který je nejselektivnější při stejných nebo menších požadavcích na aparaturu a energii než mají jiné průmyslové procesy.

Záměrem tohoto vynálezu je tedy vyvinout způsob pro selektivní odstraňování sirovodíku z plynů obsahujících kysličník uhličitý, jehož selektivita by byla taková, aby molární poměr kysličníku uhličitého k sirovodíku se blížil 6 a š výhodou 3 nebo byl ještě menší po celou dobu trvání procesu za udržování jiných provozních parametrů na stejné nebo lepší úrovni než u známých způsobů.

Vynález se týká kontinuálního způsobu selektivní absorpce sirovodíku z dávkovaného plynu obsahujícího kyselý plyn, což je směs kysličníku uhličitého a sirovodíku a popřípadě provozní plyn, což je .uhlovodík nebo směs uhlovodíků, který je vyznačený tím, že se dávkovaný plyn zavádí do absorpční zóny, pozůstávající z 2 až 10 oddělených stupňů, přičemž se do každého stupně proti proudriě přivádí vodný roztok alkanolaminu obecného vzorce I

R

R—N

R (I), kde znamená

R alkanolovou skupinu s 2 nebo 3 atomy uhlíku, která je popřípadě substituována methylovou skupinou nebo alkylovou skupinu s 1 až 5 atomy uhlíku za podmínky, že alespoň jeden symbol R znamená alkanolovou skupinu, o molalitě 1,5 až 75 a s maximálním obsahem 0,l mol kyselého plynu na mol alkanolaminu při teplotě do 45 °C a za tlaku v rozmezí atmosférického tlaku až 14 MPa, přičemž průtoková rychlost vodného roztoku alkanolaminu se upraví tak, že se absorbuje v každém stupni 0,1 až. 0,9 objemových dílů sirovodíku a 0,1 až 0,3 moly kyselého plynu na mol alkanolaminu, vodný roztok alkanolaminu ze spodní části jednotlivých stupňů se uvádí do stripovací ' zóny k oddělení kyslíkatého plynu.

Z hlavy stripovací zóny se získá plynný produkt, ve kterém je molární poměr kysličníku uhličitého k sirovodíku nejvýše 6.

Kombinace podmínek ' při způsobu podle vynálezu vede v podstatě k dokonalému odstranění sirovodíku z dávkovaného plynu za vysoké selektivity se zřetelem na kysličník uhličitý. Vytvářejí se podmínky, za kterých se minimalizuje přemísťování absorbovaného sirovodíku kysličníkem uhličitým v dávkovaném plynu a maximalizuje se hnací síla pro absorpci sirovodíku.

Jak již bylo uvedeno, funguje kromě uvedených operací a podmínek každý absorpční stupeň odděleně, aby se dosáhlo optimální selektivity, ' která je způsobem podle vynálezu dosažitelná. Funkce selektivního absorpčního postupu zahrnuje dvě hlediska. ' Především je třeba maximalizovat rovnováhu mezi sirovodíkem v kapalné . a plynné fázi a minimalizovat přiblížení k rovnovážnému stavu mezi kysličníkem uhličitým v kapalné a v plynné fázi. Schopnost řídit toto přiblížení k rovnovážnému stavu je spojena s cha^:rakterlstikami přenosu hmoty v systému pára — kapalina. To znamená že přiblížení k rovnovážnému stavu mezi sirovodíkem v plynné a kapalné ' fázi se podporuje jakýmkoliv způsobem . ke zvýšení stupně přenosu hmoty v plynné fázi. ' Kromě toho přiblížení k rovnovážnému stavu mezi kysličníkem uhličitým ' v plynné a kapalné fázi se minima-, lizuje technikou vhodnou ke snižování stupně přenosu hmoty do kapalné fáze. V obou případech se tyto jevy mohou navodit vhodnou konstrukcí pater a vhodnou volbou pracovních podmínek. K dosažení uvedeného cíle jsou různé možnosti. Praktická je například práce s vyšší povrchovou rychlostí dávkovaného plynu každým stupněm dostatečnou ke zvýšení rychlosti přenosu hmoty v plynné fázi bez podstatného vzrůstu rychlosti přenosu hmoty kapalné fáze za udržování kapalné fáze v poměrném klidu. Jiných praktických možností se může využít v systému s již vysokou charakteristikou přenosu hmoty v plynné fázi. V tomto případě se rychlost dávkovaného plynu každým stupněm a patrem nebo ekvivalentem patra inhibuje do takové míry aby byl průtok dostatečný avšak v podstatě ne větší než průtok, kterého je zapotřebí k udržení roztoku na patře. V takovém případě se rychlost přenosu hmoty v kapalném stavu a nasycení bohatého plynu sirovodíkem snižuje a tak se dále minimalizuje přiblížení k rovnováze kysličníkem uhličitým v plynné a kapalné fázi.

Druhým a stejně důležitým hlediskem při způsobu podle vynálezu je dodržování sycení bohatého roztoku v oboru asi 0,1 až 0,3 mol kyselého plynu na mol alkanolaminu. Při větším nasycení se. absorpce kysličníku uhličitého a sirovodíku stále více a více blíží rovnováze, kysličník uhličitý .začíná .vytěsňovat absorbovaný sirovodík, protože je kysličník uhličitý silnější kyselinou než sirovodík. Toto vytlačování je nežádoucí, protože se tak nepříznivě ovlivňuje selektivita se zřetelem na absorpci čistého sirovodíku. Kromě toho udržování sycení roztoku v uvedeném rozmezí napomáhá vysokému stupni přenosu sirovodíku z plynné fáze do kapalné fáze minimalizací vzrůstu parciálního tlaku sirovodíku nad roztokem. Z tohoto hlediska je důležitou skutečností, že parciální tlak sirovodíku nad roztokem je ovlivňován dvěma faktory. Především jestliže nasycení sirovodíkem vzrůstá, vzrůstá parciální tlak sirovodíku nad roztokem. Dále je důležité, že vzrůstající nasycení kysličníkem uhličitým rovněž zvyšuje parciální tlak sirovodíku nad roztokem. Tudíž čistá hnací síla mezi sirovodíkem v plynné fázi a sirovodíkem v rovnováze s kapalnou fází rychle klesá se vzrůstajícím nasycením.. Několikastupňovitost podle vynálezu maximalizuje hnací sílu absorberem nahrazováním nasyceného roztoku v každém stupni zaváděným chudým roztokem s nižším parciálním tlakem obou kyselých složek. Odstraňováním pouze frakce kyselého plynu ve stupni a zabráněním sycení bohatého roztoku nad uvedenou mez se dosahuje vysoké selektivity se zřetelem na absorpci sirovodíku ve srovnání s absorpcí kysličníku uhličitého.

Jak již bylo uvedeno, dávkovaný plyn, který se zavádí do· absorpční zóny při způsobu podle vynálezu, představuje kyselý plyn obsahující kysličník uhličtý a sirovodík. Dávkovaným· plynem může být (A) směs provozního plynu a kyselého plynu a (B) kyselý plyn. Provozní plyn obsahuje uhlovodík nebo směs uhlovodíků. Jako uhlovodíky, které mohou být v systému se uvádějí methan, methan, který je ve formě přírodního plynu nebo náhražky nebo syntetického přírodního plynu (SNG), ethylen, ethan, propylen, propan, směsi takových uhlovodíků a předčištěné produkty z krakování ropy nebo surové oleje ze zplynování uhlí. Pro prosazení dávkovaného plynu při způsobu podle vynálezu nejsou žádné meze za podmínky, že . je jednotka dostatečně velká, což je běžný technologický problém. _

Dávkovaný plyn buď obsahuje kyselý plyn spolu s provozním plynem nebo obsahuje kyselý plyn samotný. Kyselý plyn je směsí kysličníku uhličitého a sirovodíku obecně v molárním poměru 5 mol až 140 mol kysličníku uhličitého na mol sirovodíku.

Poměr provozního plynu ke kyselému plynu může být velice široký, protože je způsob vhodný pro jakýkoliv poměr. To je proto, že provozní plyn je . inertní se zřetelem na absorbent a z hlediska prosazení se nemusí uvažpvat.

Voda může být a zpravidla je přítomna ve směsi s ostatními složkami dávkovaného plynu ve formě vodní páry nebo ve formě vodních kapek v množství 0 až do nasycení a směs je s výhodou nasycena, protože nasycení minimalizuje odpařování vody na dně obsorpční zóny. Může se také používat bezvodého dávkovaného plynu, dochází k tomu však zřídka. Voda uváděná v této souvislosti se nezahrnuje do stanovení molality, pokud přechází do roztoku s alkanolaminem.

Přítomnými nečistotami jsou (a) jakýkoliv plyn dosud nedefinovaný jako provozní plyn, kyselý plyn nebo vodní pára a (b) pevné částice nebo kapičky kapalin (s výjimkou kapek vody) v dávkovaném plynu. Nečistoty mohou být obsaženy v ' množství až do 3 hmotových %, počítáno na celkovou váhu dávkovaného plynu a s výhodou nejsou přítomny ve větším· množství než 1 hmotové %, v mnoha případech jsou přítomny v množství menším než 0,01 °/o. Jako příklady plynných . nečistot se uvádějí kysličník siřičitý, ' karbonylsulfid a sirouhlík. Příklady pevných a kapalných nečistot jsou sirník železa, ' kysličník· železa, vysokomolekulární uhlovodíky a polymery. Nežádoucí nečistotou je jakýkoliv olefin s více než jednou dvojnou vazbou, uhlovodíky s trojnou vazbou a obecně jakýkoliv polymerující materiál nebo materiál reagující in šitu.

Absorbentem je roztok alkanolaminu a vody, přičemž alkanolamin má obecný vzorec

R i

R—N,

R kde R má vždy stejný nebo rozdílný význam představuje alespoň jednu ' alkanolovou skupinu s 2 až 3 atomy uhlíku nesubstituovanou nebo substituovanou methylovou skupinou, nebo představuje R alkylovou skupinu s 1 až 5 atomy uhlíku za předpokladu, že alespoň jeden symbol R představuje alkanolovou skupinu.

Z alkanolaminů je zvlášť výhodný methyldiethanolamin (MDEA), triethanolamin (TEA), ethyldiethanolamin (EDEA), tripropanolamin, a triisopropanolamin. Jakkoliv je možno použít směsí alkanolaminů, není to výhodné.

V systému je buď dostatek vody nebo se voda do systému přidává k dosažení molality 1,5 až 75 a s výhodou 5,5 až 12,5. Molalita se stanovuje se zřetelem na alkanolamin jako rozpuštěnou látku a vodu jakožto rozpouštědlo, přičemž molalita roztoku se rovná počtu molů rozpuštěné látky (alkanolaminů) rozpuštěnému v 1000 g rozpouštědla (vody). Molalita při způsobu podle ' vynálezu je zaměřena na chudý alkanolaminový roztok, kterého se používá pro uvádění do styku s dávkovaným^ plynem v každém stupni absorpční zóny. Na jinou vodu se při stanovení v systému nebere zřetel.

Jestliže se do systému zavádí vodný (chudý) methyldiethanolaminový roztok, je jeho koncentrace obecně 10 až 90 hmotových % methyldiethanolaminu počítáno na váhu roztoku a s výhodou je 45 až 55 hmotových %. Roztok tedy musí mít buď správnou molalitu pro provádění způsobu podle vynálezu nebo se do systému musí přidat další voda.

Jako příklady typického složení roztoku ve váhových ' % se uvádějí:

«/o methyldiethanolaminu a 50 % vody; 60 % triethanolaminu a 40 % vody;

% ethyldiethanolaminu ' a 45 o/o vody.

Jakkoliv obecně množství vody ' pro všechny alkanolaminy. představu je 10 až 90 hmotových o/o, počítáno na celkovou váhu roztoku a roztok má s výhodou vhodnou viskozitu se zřetelem . na čerpání, určuje se množství vody molalitou v již uvedeném oboru. ,

Zařízení, používaná při způsobu ' podle vynálezu pro ^stripování, tepelnou výměnu a chlazení jakož také vařáky, filtry, potrubí, turbiny, čerpadla, rozpínací ' nádrže ' atd. . jsou běžné konstrukce. Typická stripovací nebo regenerační kolona, použitá při způsobu podle vynálezu, se může charakterizovat jako věž se sítovými patry mající 15 až 20 skutečných pater nebo ekvivalentní náplň. Striper má na svém dnu nebo ve venkoyním 'kolíku trubkový výhřevný element nebo spodní vařák a v hlavě nebo mimo hlavu kondenzátor a odlučovač vody.

Absorber není běžné 'konstrukce, jak bude ještě uvedeno.

Jak je ' zřejmé z výkresu, není absorberem kolona, ale . je rozdělen na oddělené stupně, které jsou navzájem spojeny do série. Jediným přímým spojením mezi stupni je potrubí 9, kterým prochází dávkovaný plyn. . Kapalina z jednoho stupně se nikdy nezavádí do jiného stupně, ' jedině když prochází destilačním přístrojem. ₍ Jednotka může mít dva až deset stupňů. '

Počet stupňů je dva až deset v souhlase se vzrůstajícími požadavky na čištění dávkovaného plynu. Je samozřejmě možno ve zvláštních případech použít více než deseti stupňů k dosažení mimořádné čistoty, protože v každém stupni se odstraní pouze frakce sirovodíku v oboru 0,1 až 0,9 objemových dílů, což představuje 10 ' až 90 objemových procent sirovodíku obsaženého v dávkovaném plynu procházejícího' každým stupněm.

Normální množství sirovodíku, odstraněné z . dávkovaného plynu v každém stupni, je v rozmezí 0,3 až 0,7 objemových dílů. Odstranění poměrně vysokého podílu (například až okolo 0,9 dílů) nebo poměrně nízkého podílu (například méně než 0,1 dílu) sirovodíku při průchodu jednotlivými stupni závisí na vysokém nebo nízkém obsahu sirovodíku v zaváděném dávkovaném plynu.

Každý stupeň má jeden až deset a, zpravidla ne více než šest skutečných pater nebo jejich běžný ekvivalent v rozprašovacích věžích, souproudých kontaktorech nebo plněných věžích. V následujícím textu se „stupeň” a „patro” považují za · rovnocenné pojmy. Například stupeň mající tři patra se považuje za rovnocenný věži s náplní mající náplň ekvivalentní třem patrům. Nejméně výhodné jsou stupně mající více než čtyři patra. Počet pater volí operátor k dosažení žádaných provozních parametrů se zřetelem na kombinaci molárního poměru kysličníku uhličitého k sirovodíku potřebného v hlavě stripovací kolony, který je při způsobu podle vynálezu stanoven na šest nebo na menší hodnotu. Za předpokladu, že se použije stejné konstrukce pater pro všechna patra ve stupni bude molární poměr kysličníku uhličitého k sirovodíku v bohatém roztoku v každém stupni klesat s klesajícím počtem pater ve stupni při způsobu podle vynálezu. Je tedy zřejmé, že při způsobu podle vynálezu se může dosahovat širokého rozptylu čistoty a molárního poměru.

Se zřetelem na zařízení je možno způsob podle vynálezu provádět v nejrůznějších typech absorbérů. Příklady vhodných absorberů jsou absorbery vybavené sítovými patry, kloboučkovými patry a záklopnými patry a podobnými patry s nulovou nebo minimální výškou přepadu. Tyto různé typy pater mohou pracovat jedním nebo několika specifickými způsoby. Například v absorberech vybavených sítovými patry se může průtok patry nastavit tak, aby byl . dostatečný avšak ne větší než průtok potřebný k udržení roztoku na patru. Tento požadavek je blíže objasněn v knize Chemical Engineers’ Handbook, Perry et al.,. 4. vydání, McGraw-Hill, 1963, sekce 18, str. 18 — 3 až 18 — 24. Na straně 18 — 5 se uvádí, že k propouštění vody dochází, jestliže pára teče rychlostí nedostatečnou k udržení kapaliny na patře. Připomíná se také str. 18 — 14, kde Perry uvádí, že vyprazdňování na kloboučkových patrech je analogické propouštění na sítových patrech. Je potřebí vytvořit takové patro, na kterém rychlost toku páry je právě dostatečná k udržení kapaliny na patře, to znamená právě nad bodem propouštění. Jinými slovy musí patro pracovat tak neúčinně, jak je jen ' možné, což se jeví jako neobvyklé. Aby patro pracovalo právě tímto způsobem, musí být konstrukce patra taková, aby účinnost kontaktu nebo plochy mez! kapalnou a plynnou fází byla maximální za minimální doby prodlevy kapaliny na patru nebo jinak řečeno, za . minimální kontaktní doby . mezi kapalnou a plynnou fází. Za této podmínky sítové patro těsně u „bodu propouštění” splňuje uvedenou podmínku.

Je nutno připomenout, že jakkoliv je žádoucí, aby absorber pracoval a/nebo využíval pater nebo jejich ekvivalentu tak, aby doba styku mezi plynnou a kapalnou fází se udržovala tak nízká ' jak je možno, čímž se využívá rychlejší reakce mezi alkanolaminovým roztokem a sirovodíkem se zřetelem na reakci alkanolaminu s kysličníkem uhličitým, je nízká . doba styku pouze jedním faktorem rozhodujícím pro vysoce selektivní způsob odstraňování sirovodíku. Proti počáteční a podstatně rychlejší absorpci sirovodíku ve srovnání s ’ kysličníkem uhličitým působí faktory jako je schopnost kysličníku . uhličitého vytěsňovat absorbovaný sirovodík, vzrůst perciálního tlaku sirovodíku nad kapalnou fází při absorpci kysličníku uhličitého a charakteristiky přenosu hmoty. Takže pokud se vytěsňování jako funkce nasycení kyselým plynem udržuje na minimální hodnotě a hnací síla přenosu ' hmoty jako funkce nasycení je taková aby . podporovala absorpci sirovodíku a dále pokud se přenos sirovodíku v plynné fázi podporuje za udržování přenosu kysličníku uhličitého v kapalné fázi na minimální hodnotě, nedosáhne se reprodukovatelně vysokého selektivního odstraňování sirovodíku. Například, protože se absorpce sirovodíku řídí ve filmu plynu, zatímco absorpce kysličníku uhličitého se řídí v kapalinovém filmu, nevede provoz při nízké době styku avšak při vysokém přenosu kapalné fáze k vysoce selektivní absorpci sirovodíku.

Dávkovaný plyn, ve kterém je zpravidla molární poměr kysličníku uhličitého k sirovodíku v oboru 5 až 140 molů kysličníku uhličitého na mol sirovodíku, se zavádí pot-, rubím 9 do stupně 1. pod dno patra (například patra 4 . na výkrese), vstupní teplota dávkovaného plynu vstupujícího do stupně 1 je 30 až 43 °C. Dávkovaný plyn teče směrem vzhůru stupněm 1 protiproudně se zřetelem na vodný alkanolaminový roztok označovaný jakožto chudý roztok, který obsahuje například méně než 0,1 mol kyselého plynu na mol alkanolaminu, který se zavádí do stupně 1 na patře 1 -potrubím 11.

Přetlak ve stupni 1 je v rozmezí atmosférického tlaku až 14,0 MPa a normálně je přetlak 0,17 až 8,4 MPa.

Chudý roztok vystupuje do stupně 1 při teplotě zpravidla 30 až 43 °C.

Dávkovaný plyn, jehož zhruba poloviční obsah sirovodíku se absorbuje ' při průchodu stupněm 1 kolony, vystupuje potrubím 9 a zavádí . se do stupně 2. Výstupní teplota dávkovaného plynu ze stupně 1 je normálně 30 až 43 °C. Připomíná se, že při přechodu z jednoho stupně do druhého dochází k nepatrnému přestupu tepla (a tedy k nepatrným tepelným ztrátám).

Plyn, vystupující z prvního stupně, má ob199836 jemový poměr kysličníku uhličitého к sirovodíku v oboru 10 až 200 dílů kysličníku uhličitého na jeden díl sirovodíku a je obecně nasycen, jestliže počáteční dávkovaný plyn byl nasycen.

Po absorpci kyselého plynu chudým roztokem ve stupni 1 se chudý roztok označuje jako bohatý roztok, to znamená, že bohatý roztok je směsí chudého roztoku, absorbovaného kyselého plynu, přídavné vody stržené z dávkovaného plynu a případných nečistot. „Nasycení bohatého roztoku”, které se vyjadřuje jako poměr mol kyselého plynu к mol alkanolaminu v bohatém roztoku, je v prvním stupni a v každém dalším stupni v oboru 0,1 až 0,3, jestliže se měří na dně každého stupně, kde jsou umístěny výpustě stupňů 10, 12 a 14. Bohatý roztok vystupuje z prvního stupně v místě spodního patra nebo pod ním (jde o patro 4 na obr.) za výstupní teploty prvního stupně, který je normálně 30 až 43 °C. Tento bohatý roztok pak jde společným potrubím, do kterého se také dodávají bohaté roztoky z ostatních stupňů 2 a 3 potrubím 12 a 14. Připomíná se, že výstupní teplota dávkovaného plynu a výstupní teplota bohatého roztoku jsou téměř stejné a že tyto teploty zůstávají konstantní ve všech stupních. Jakkoliv dochází к malému stoupnutí teploty roztoku v důsledku exotermické reakce, ke které dochází v každém stupni, nejsou tyto změny podstatné a lze říci, že je teplota v podstatě stále konstantní.

Absorpční proces se opakuje v každém ze stupňů 2 a 3, provozní plyn v případech, kdy se hó použije, se zbylým kyselým plynem postupuje potrubím 9 z jednoho stupně do druhého stupně. Vstupní teplota dávkovaného plynu pro každý stupeň je v oboru teploty uvedené pro stupeň 1, to znamená že každá další vstupní teplota je okolo 30 až

43. °C. Rovněž tak tlak je v každém stupni celkem stejný; chudý roztok vstupuje do každého stupně při přibližně stejné teplotě; výstupní teplota dávkovaného plynu pro každý stupeň je v již uvedeném rozmezí pro výstupní teplotu ze stupně 1; objemový poměr kysličníku uhličitého к sirovodíku v dávkovaném plynu vzrůstá v každém následujícím stupni, přičemž velikost tohoto vzrůstu záleží na selektivitě procesu; rovněž výstupní teplota pro každý stupeň je v oboru uvedeném pro stupeň 1. Jak již bylo uvedeno, uvedené teploty chudého roztoku a dávkovaného plynu do každého stupně, jakož i teploty bohatého roztoku a upraveného dávkovaného plynu při jejich výstupu z každého stupně jsou normálně v oboru 30 až 43 °C. Způsob podle vynálezu však zároveň zahrnuje i provoz ve stupních absorpční zóny při nižších teplotách (to znamená při teplotě pod 30 °C), což podporuje další vzrůst selektivity odstraňování sirovodíku v souvislosti s kinetlkou systému. Tudíž za okolností, kdy mohou být tolerovány přídavné provozní náklady na chlazení dávkovaného plynu a chudého roztoku zaváděného do každého stupně, mohou se teploty chudého roztoku a dávkovaného plynu do každého stupně snížit pod asi 10 °C, přičemž se rovněž ostatní teploty, o kterých bylo již pojednáno (například teplota zpracovaného dávkovaného plynu a teplota bohatého roztoku opouštějícího každý stupeň), snižují odpovídajícím způsobem.

Kombinovaný bohatý roztok ve společném potrubí, do kterého se zavádí bohatý roztok z každého stupně, prochází výměníkem tepla a zavádí se do běžné stripovací zóny, do které vstupuje obecně v místě nej vyššího patra nebo u tohoto místa. Vstupní teplota bohatého roztoku do striperu je obecně 82 až 110 °C.

Jak již bylo uvedeno, jsou potrubí, výměník tepla a striper běžné a nejsou proto znázorněny na obr.

Ve striperu se kyselý plyn a určité množství vody odděluje z bohatého roztoku destilací. Striper může pracovat za využití nižšího tlaku a/nebo přímého vyhřívání. Přímé vyhřívání generuje vnitřně páru z vody obsažené v bohatém roztoku a může se provádět vedením chudého roztoku (například spodku spodním vařákem a recyklováním do striperu. Směs kyselého plynu a vodní páry vystupuje z hlavy striperu. Ve hlavě je přibližně 1 až 5 molů vody na mol kyselého plynu. Voda se může odstraňovat kondenzací a kyselý plyn se získá běžným způsobem. Veškerá voda nebo část vody se může recyklovat do striperu jako reflux, výhodné je recyklování dostatečného množství vody к udržení správné molality pro chudý roztok, jak již bylo uvedeno. Připomíná se, že voda ve striperu je různého původu, je to například voda z dávkovaného plynu, z vodného alkanolaminového ^roztoku a refluxní voda.

Striper může pracovat za tlaku v rozmezí atmosférického tlaku až 0,46 kg/cm² a obyčejně pracuje v rozmezí 0,17 až 0,24 kg/cm²a normálně za nižšího tlaku, než jaký je v absorberu. Chudý roztok opouští striper u dna striperu při výstupní teplotě okolo 100 až 135 °C a zpravidla při teplotě asi 118 °C.

„Nasycením chudého roztoku” se rozumí poměr mol kyselého plynu na mol alkanolaminu v chudém roztoku a může být v oboru nula až 0,1, s výhodou nula až 0,05 a normálně je 0,02.

Chudý roztok pak postupuje ze stripovací zóny spoléčným potrubím, které prochází tepelným výměníkem a pak se větví na potrubí 11, 13 a 15, které zásobuje stupeň 1, 2 a 3 absorpční zóny chudým roztokem. Výměník tepla je znám jako výměník tepla chudý-bohatý, protože se procházející bohatý roztok procházející výměníkem zahřívá před vstupem do striperu a chudý roztok se chladí před vstupem do stupně absorberu.

Doporučuje se, aby se bohatý roztok filtroval před vstupem do stupně absorberu a aby se používalo oběhových čerpadel nebo turbin v místech podél různých potrubí к udržení požadované cirkulační rychlosti.

Při průmyslových operacích . dochází ke ztrátám v systému v důsledku strhování aminu a odpařování, v důsledku strhování vody, odbourávání aminu a přetékání. To jsou běžné problémy, které na operaci nemají vlivu a proto zde nejsou podrobně probírány.

Průtoková neboli cirkulační rychlost chudého roztoku se určuje pro každý stupeň a nastavuje se tímto způsobem: (i) kolem 0,1 až 0,9 a normálně asi 0,3 až 0,7 objemových dílů sirovodíku procházejícího každým stupněm se absorbuje chudým roztokem procházejícím příslušným stupněm; a (ii) nasycení bohatého roztoku u dna. každého stupně je kolem 0,1 až 0,3 mol kyselého plynu na mol alkanolaminu, což umožňuje získání plynného produktu jako . produktu z hlavy stripovací . zóny, ve kterém je kombinovaný molární poměr kysličníku uhličitého k sirovodíku ne větší než 6 a s výhodou ne větší než 3.

Zpravidla vysokého nasycení bohatého roztoku v již uvedených mezích se dosahuje snížením průtokové rychlosti a nízkého nasycení bohatého roztoku se dosahuje v uvedeném rozmezí vzrůstem průtokové rychlosti.

Používá se . běžných analytických způsobů pro stanovení množství různých složek při způsobu podle vynálezu.

Zdůrazňuje se, že dosahování uvedeného molárního poměru 6 nebo ještě nižší hodnoty je předmětem a výhodou způsobu podle vynálezu a této hodnoty není nutno dosáhnout nebo přiblížit se jí v každém stupni, ale dosahuje se kombinovaného poměru absorpční zónou, jelikož se spojuje bohatý roztok . ze všech stupňů a zpracovává se najednou ve striperu. To je důležité, protože při provádění způsobu při nízkých ppm obsazích sirovodíku se dosahuje vynikajících výsledků ve srovnání s jinými procesy i když se molárního poměru dosahuje při 10 oddělených stupních.

„Kombinovaným molárním poměrem” se rozumí molární poměr kysličníku uhličitého k sirovodíku ve hlavě striperu na konci kompletního cyklu, to znamená po provedení všech stupňů procesu a za splnění všech podmínek ve všech stupních a při . zavádění bohatého roztoku z každého stupně . do striperu. Není středním poměrem pro každý stupeň.

Způsob . podle vynálezu objasňují připojené příklady.

Příklad 1 až . 4

Příklady se provádějí způsobem schematicky znázorněným na . obr. a se zřetelem na výhodné provedení a podmínky způsobu podle vynálezu.

Každým absorpčním stupněm je kontaktor se sítovými patry bez přepadů se vzdáleností pater 0,15 m. Průměr absorberu je 9 cm.

Destilační nebo stripovací zónou je věž s náplní, která odpovídá věži . se 17 . patry. Vně dna destilačního. aparátu je spodní vařák a vně hlavy destilačního aparátu je kondenzátor, odlučovač vody a čerpadlo.

Zařízení zahrnuje filtr a výměník tepla chudý . — bohatý v potrubí pro bohatý roztok. Zařízení zahrnuje čerpadlo a tentýž výměník tepla chudý — bohatý v potrubí pro chudý roztok.

Alkanolaminem použitým jako absorbent je methyldiethanolamin (MDEA).

Molalita chudého roztoku methyldiethanoaminu vstupující do každého .stupně absorberu je 8,4, což znamená, že počáteční methyldiethanolaminový roztok obsahuje 50 váhových % methyldiethanolaminu a 50 váhových % vody.

Aparatura je vyrobena z . nerezavějící oceli (AISI typ 304 a 316).

V případě vzorků 1 až 3 je dávkovaný plyn směsí dusíku, kysličníku . uhličitého, sirovodíku a vodní páry. Dávkovaný plyn je nasycený a neobsahuje v podstatě žádné nečistoty. Dusíku je použito k simulování ' provozního plynu, který v průmyslových provozech představuje směs jednoho nebo několika uhlovodíků a/nebo jiných plynů, jako je například směs methanu, kysličníku uhelnatého a vodíku, která je za provozních podmínek netečná. V případě příkladů 1 až 3 je koncentrace kysličníku uhličitého v dávkovaném plynu 15 objemových ' procent, počítáno na celkový objem dávkovaného plynu kromě vodní páry a nečistot.. Molární poměr kysličníku uhličitého k sirovodíku v dávkovaném plynu podle příkladu 1 až 3 je 41 : 1.

V případě příkladu 4 je dávkovaným plynem kyselá plynná směs kysličníku uhličitého a sirovodíku a na rozdíl od dávkovaného plynu použitého podle příkladu 1 až 3 není zředěn dusíkem. Dávkovaný plyn je také -nasycený a v .podstatě neobsahuje nečistoty. V případě příkladu 4 je koncentrace kysličníku uhličitého v . dávkovaném plynu 94 objemových procent a koncentrace sirovodíku 6 objemových . procent kromě vodní páry a nečistot. Molární poměr kysličníku uhličitého k sirovodíku v dávkovaném plynu podle příkladu 4 je 16 : 1.

V každém příkladu je vstupní a výstupní teplota dávkovaného plynu a vstupní teplota chudého roztoku a výstupní teplota bohatého roztoku pro každý stupeň kolo 32 °C.

Strlper pracuje za tlaku 0,21 ' MPa, za vstupní teploty bohatého roztoku 104 °C, za výstupní teploty chudého roztoku 118 °C, při teplotě spodního vařáku rovněž 118 °C a . při teplotě v hlavě 100 °C. Ke stanovení množství . různých složek se používá běžných technik.

V případě příkladů 1 až 3 má absorber tři stupně, počet pater v každém stupni je uveden v tabulce. V případě příkladu 4 má absorber šest stupňů a v každém stupni jsou dva patra.

Ostatní zkušební podmínky a výsledky jsou v tabulce 1.

199850

Ta bulka I
Příklad	1	2	3	4
vstupující kysličník uhličitý do . absorberu	15	15	15	94
°/o objemová
vstupující sirovodík do absorberu,	0,3650	0,3650	0,3650	6
% objemová
přetlak v každém stupni, MPa	0,98	1,97	3,93	0,07
rychlost dávkovaného plynu, litr/minuta (1)	708	944	1420	651
rychlost vstupu chudého roztoku do
každého stupně absorberu cm³/minuta	355	700	550	800
Vstup sirovodíku (objem):
stupeň 1	3650 ppm	3650 ppm	3650 ppm	6,0 %
stupeň 2	1500 ppm	1700 . ppm	1600 ppm	4,0' ' %
stupeň 3	500 ppm	650 ppm	500 ppm	2,5 %
stupeň 4	—	—	—	1,5 o/o
stupeň 5	—	—	—	0,75 «/o
stupeň 6	—	—		0,36 %
Výstup sirovodíku (objem)
stupeň 1	1500 ppm	1700 ppm	1600 ppm	4,0 %
stupeň 2	500 ppm	650 ppm	500 ppm	2,5 o/₀
stupeň 3	170 ppm	260 ppm	200 ppm	1,5 0/0
stupeň 4		—	. —	0,75 ' %
stupeň 5	—	—	— .	0,36 %
stupeň 6		—	— '	0,10 %
Výstup bohatého' roztoku, mol kysličníku
uhličitého + sirovodíku . na mol methyldi-
ethanolamlnu
stupeň 1	0,14	0,23'	⁴ 0,20	0,20
stupeň 2	0,16	0,18	0,16	0,18
stupeň 3	0,11	0,18	0,12	0,21
stupeň 4 ,	, —	—	—	0,20
stupeň 5	—	—	— .	0,13
stupeň 6	—	—	—	0,12
Hlava striperu, mol kysličníku uhličitého
na mol sirovodíku:
stupeň 1	1,4	2,5	1,5	0,28
stupeň 2	4,1	3,3	3,5	0,46
stupeň 3	10,0	9,4	' 6,5	1,8
stupeň 4	—	—	- —	2,2
stupeň 5	—	—	—	2,5
stupeň 6 ^z	—	—	—	4,5
kombinováno	3,0	3,5	2,6	1’1
Počet pater:
stupeň 1	2	1	2	2
stupeň 2	4	1	2	2
stupeň 3	2	1	1	2 (2)
Nasycení chudého roztoku při vstupu,
mol kysličníku uhličitého sirovodíku
na mol methyldiethanolaminu		-
stupeň 1	0,035	. 0,03	0,015	0,02
stupeň. 2	0,015	0,04 /	0,02	0,02
stupeň 3	0,015	0,03	0,02	0,02
stupeň 4	—	—	—	0,02
stupeň 5	. —	— .	—	0,02
stupeň 6	. —	—	—	0,02
(11 Za standardních podmínek teploty a tlaku (STP)
(2) V každém zbylém stupni 4, 5 a 6 podle příkladu 4 je počet pater také dvě

lá množství sirovodíku a že získaný plynný produkt obsahující sirovodík je vhodný pro další průmyslové zpracování jako je například výroba elementární ' síry. . '

Z uvedených hodnot Je zřejmé, že způsob podle vynálezu je výhodný pro odstraňování sirovodíku z dávkovaného plynu na bázi kysličníku . uhličitého, který obsahuje velmi ma-

Claims

p.Redmět

1. Kontinuální ' způsob selektivní absorpce sirovodíku z dávkovaného plynu obsahujícího kyselý plyn, což je směs kysličníku uhličitého a sirovodíku a popřípadě provozní plyn, což je uhlovodík nebo směs uhlovodíků, vyznačený tím, že se dávkovaný plyn zavádí do absorpční zóny, pozůstávající z 2 až 10 oddělených stupňů, přičemž se do každého stupně přivádí protiproudně vodný roztok alkanolaminu . obecného vzorce I

R

R—N

R (I), kde znamená

R alkanolovou skupinu s 2 nebo 3 atomy uhlíku, která je ' popřípadě substituována methylovou skupinou nebo alkylovou skupinu s 1 až’ 5 atomy uhlíku za podmínky, že alespoň jeden symbol R znamená alkanolovou skupinu, o molalitě 1,5 až 75 a s maximálním obsahem 0,1 mol kyselého plynu na mol alkanolaminu při teplotě do 45 °C a za tlaku v rozmezí atmosférického tlaku až 14 MPa, přičemž průtoková rychlost vodného roztoku alkanolaminu . se upraví tak, že se absorbuje v každém stupni 0,1 až 0,9 objemových dílů sirovodíku a 0,1 až 0,3 moly kyselého plynu na mol alkanolaminu, vodný roztok alkanolaminu ze spodní části jednotlivých stupňů se uvádí do stripovací zóny' k oddělení kyslíkatého plynu.

VYNALEZU
2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se vodný roztok alkanolaminu ze stripovací zóny recirkuluje do jednotlivých stupňů.
3. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, že se dávkovaný plyn uvádí protiproudně do styku s vodným roztokem methyldiethanolaminu.
4. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, že se recyklovaný chqdý roztok zavádí do absorpční zóny, jejíž každý stupeň ' má 1 až 6 skutečných pater nebo ekvivalentů pater.
5. Způsob podle bodů 1 , a 2, vyznačený tím, že se recyklovaný roztok zavádí do· absorpční zóny, jejíž každý stupeň má 1 až 4 skutečných pater nebo ekvivalentů pater.
6. Způsob podle bodu 2, vyznačený ' tím, že se průtoková rychlost vodného roztoku alkanolaminu upraví tak,·že se absorbuje v každém stupni 0,7 objemových dílů sirovodíku.
7. Způsob podle bodu 2, vyznačený tím, že se dávkovaný plyn uvádí do styku s vodným roztokem alkanolaminu obecného vzorce I, kde má R výše uvedený význam, o molalitě 5,5 až ' 18,5 a s maximálním sycením 0,005 mol kyselého plynu ' na mol alkanolaminu.
8. Způsob podle bodů 2 až 7, vyznačený tím, že se průtoková rychlost vodného roztoku alkanolaminu každým stupněm nastavuje k absorpci 0,3 až , 0,7 objemových dílů sirovodíku.