HU179941B

HU179941B - Method for purifying industrial gases

Info

Publication number: HU179941B
Application number: HU77CE1122A
Authority: HU
Inventors: Hans Beise; Burkhard Schlicht; Manfred Thiele; Manfred Gross; Hans-Peter Minak; Manfred Schingnitz; Klaus Wehner; Werner Burk
Original assignee: Chemie & Tankanlagenaau Komb
Priority date: 1976-02-23
Filing date: 1977-02-22
Publication date: 1983-01-28
Also published as: SU722558A1; FR2341643B1; FR2341643A1; NL7701871A; DD124056A1; GB1528724A; US4145192A; DE2703929A1

Description

A találmány tárgya eljárás különösen vízgőzt, savas és semleges kémhatású kénvegyületeket és/vagy hosszúszénláncú színhidrogéneket tartalmazó ipari gázok — különösen földgáz vagy szintézisgáz — oldószeres tisztítására.

A legismertebb eljárások egyike ipari gázok savas kémhatású komponenseinek, elsősorban a H₂S-nek és CO₂-nek eltávolítására és az alkanol-aminos mosás, amelynél mono-, di- vagy trietanol-amint külön-külön vagy együttesen vizes oldatban használnak abszorbens' ként (lásd: Franik, H.: Erdgasaufbereitung, VEB , Deutscher Verlag für GrundstnfFjndustrie, Leipzig,

I 1964. 30. old.).

Az is ismeretes, hogy savas kémhatású kénvegyületek eltávolítására alkanol-amin-elegyeket és glikolokat víz- 15 zel együtt használnak (lásd: Ullmann: Encyklopádie dér technischen Chemie, 3. kiad. 6. kötet, 740. old.) oly módon, hogy 10—30 súly/ó mono-, di- vagy trietanol-amint, 45—85 s% dietilén-glikolt és 5—25 s% vizet tartalmazó oldószerelegyet alkalmaznak (lásd: Franik, 20

H. : Erdgasaufbereitung, 38. old.).

Ezzel az oldószereleggyel a kénhidrogénnel és a széndioxiddal együtt bizonyos mértékig a víz is eltávolítható.

Ipari gázok savas kémhatású komponenseinek eltávolítására ismeretes továbbá egy olyan eljárás, amelynél oldószerként alkanol-aminok és tetrahidro-tiofén-1,1-dioxid vizes oldatát használják [lásd: van Dajk, W. G.

I. , Tönis, J. G.: Das Shell-Sulfinol Verfahren, Erdői und Kohlé, Erdgas, Petrochemie 19. köt., 6. sz., 404— 30

406 old. (1966)]. Az itt alkalmazott oldószer 45—65 s°/_odiizopropanol-amint, 20—40 s% tetrahidro-tiofén-1,1-dioxidot (szulfolánt) és 10—40 s% vizet tartalmaz (1 769 340. sz. német szövetségi köztársaságbeli nyilvá5 nosságra hozatali irat). Ismeretesek olyan eljárások is, melyeknél vizes mono- és dietanol-amin oldatokat, valamint szulfolánt használnak (1 554 122. sz. német szövetségi köztársaságbeli nyilvánosságra hozatali irat).

Ismeretes továbbá egy olyan eljárás is, amelynél a sa10 vas kémhatású komponensek eltávolítására oldószerként N-szubsztituált ε-kaprolaktám-származékot használnak (83 630. sz. német demokratikus köztársaságbeli szabadalmi leírás). Ezt az eljárást elsősorban ott alkalmazzák, ahol CO₂-ot, H₂S-t és merkaptánokat kell eltávolítani. Ismeretes ennek az eljárásnak olyan változata is, amelynél N-metil-s-kaprolaktám és vizes alkanol-aminok elegyét alkalmazzák.

Ezeknek a normál hőfoktartományban kivitelezett eljárásoknak az a hátránya, hogy egyeseknél (etanol-aminos eljárás, szulfolános eljárás, N-metil-e-kaprolaktámos eljárás) a vízgőzharmatpont lecsökkenése nem történik meg a savas komponensek — mint CO₂ és H₂S — eltávolításával egyidőben, vagy más eljárásoknál (glikol-aminos eljárás), illetőleg nem következik be egy25 időben a savas kémhatású szerves kénvegyületek kielégítő mértékben való eltávolítása. Ezért a tulajdonképpeni kéntelenítési művelet után a komplex tisztítás érdekében még egy gázszárítási és egy finom tisztítási műveletet is be kell iktatni.

Jellemző az ismert eljárásokra, hogy abban az eset179941

-1179941 ben, ha az oldószerelegyben alkanol-amin is jelen van, akkor az oldószereket mindig vizes oldatban használják. Ha az elegy vizet nem tartalmaz, akkor ez a kéntelenités hatásfokának jelentős csökkenéséhez vezet. Ha például a mono-etanolamin/víz elegyben dietilén-glikol hozzáadásakor a víztartalom 83 s%-ról 5 s%-ra csökken, akkor a kéntelenités hatásfoka legalább az egyébként elérhető hatásfok tized részére csökken (lásd: Franik, H.: Erdgasaufbereitung, 35. és 39. old.).

Az ismert eljárások további jelentős hátránya, hogy az alkalmazott oldószerek, illetve oldószerelegyek a földgázban levő, semleges kémhatású szerves kénvegyületeket, így dimetil-szulfoxidot, tiofént stb. nem távolítják el.

Az alkanol-amin vagy glikol-amin-tartalmú oldószereket alkalmazó eljárások további hátránya, hogy ezekkel az anyagokkal egyes széntartalmú szervetlen vegyületek, mint a CS₂, COS stb. nem regenerálható vegyületeket képeznek, ami az eljárás kivitelezhetőségét teszi kérdésessé. Ezeknél az eljárásoknál a megkívánt kéntelenítési hatásfok csak nagyszámú extraktor alkalmazásával érhető el, ami kedvezőtlenül befolyásolja a beruházási és üzemelési költségeket.

Mindezeken túlmenően a glikolt és/vagy alkanolamint tartalmazó oldószerek szénhidrogének jelenléte esetén erősen hajlamosak a habzásra, és ez habzásgátló anyagok — például aminok — használatát teszi szükségessé, ami az eljárás költségeit tovább növeli.

A találmány célja olyan eljárás kidolgozása, amely lehetővé teszi, hogy valamennyi kénvegyület esetében a kéntelenités hatásfokát, valamint a hosszú szénláncú szénhidrogének eltávolításának hatásfokát javítsuk, oly módon, hogy egyidejűleg — a gázkitermelés csökkentése nélkül — a gáz szárítása is megtörténjen.

A feladat tehát olyan eljárás kidolgozása volt, amely lehetővé teszi nagy víztartalmú, savas kémhatású gázkomponenseket, semleges kémhatású szerves kénvegyületeket és nagyobb molekulasúlyú szénhidrogéneket tartalmazó ipari gázok tisztítását oly módon, hogy a gázok szárítása és/vagy a semleges kémhatású szerves kénvegyületek, savas kémhatású gázkomponensek és nagyobb molekulasúlyú szénhidrogének egyidejű teljes vagy szelektív eltávolítása megvalósuljon.

A találmány szerint úgy járunk el, hogy a tisztításhoz 10—95 s% N-metil-e-kaproIaktám, legfeljebb 30 s% alkanol-amin és 5—60 s% glikol elegyéből álló, vízmentes oldószert használunk. Alkanol-aminként előnyösen mono-, di- vagy trietanol-amint és glikolként előnyösen di- vagy trietilén-glikolt használunk.

A találmány szerinti, vízmentes oldószerelegy alkalmazása azzal a meglepő eljárással jár, hogy a semleges és savas kémhatású kénvegyületek, aromás és nagyobb molekulasúlyú paraffinszénhidrogének nagy oldékonyságot mutatnak, ugyanakkor az oldószerelegy szárító hatású is. Különösen a földgáz tisztításnál szokásos üzemnyomásokon ezeknek a komponenseknek az oldhatósági koefficiensei egy-két nagyságrenddel nagyobbak, mint a kénhidrogéné.

A meglepő hatás a fentieken túlmenően még abban is áll, hogy a találmány szerinti oldószerelegyben jelenlevő alkanol-aminok esetében szokásos habzás szénhidrogének, emulziók és korróziós termékek jelenlétében nem lép fel.

A találmány szerinti oldószerelegy a szerves kénvegyü letekkel nem képez vegyületeket, s ily módon az elegy tökéletes regenerálása érhető el.

különlegesen alacsony vízgőzharmatpontot eredményez, ha olyan oldószerelegyet használunk, amely glikolként előnyösen di-, illetve trietilén-glikolt tartalmaz. A találmány szerinti eljárásban alkalmazott oldószerelegy valamennyi szokásos berendezésnél és földgáz tisztítása esetén nyomás nélküli eljárásban is használható.

A találmány műszaki-gazdasági hatásai, különösen a műszaki haladás szempontjából lényeges, hogy a találmány szerinti eljárással a semleges és savas kémhatású kénvegyületek, a nagyobb szénatomszámú szénhidrogének és víz abszorpciója az ipari gázokból növelhető.

További előnye, hogy lényegesen kedvezőbb vízgázharmatpont elérése válik lehetővé, mint az ismert eljárásoknál. Ez például az N-metil-s-kaprolaktámot és alkanol-amint alkalmazó ismert eljáráshoz képest 18%-os energiamegtakarítást tesz lehetővé. Figyelmet érdemel az is, hogy a találmány szerinti eljárás esetében az abszorpció és a gáz szárítása egyidejűleg végbemegy, így az abszorpció és regenerálás egy lépéses eljárást képez, nincs szükség a kénvegyületek finom tisztítással való eltávolítására,

A találmány szerinti eljárást az alábbi három kiviteli példa hivatott szemléltetni.

1. példá- it) 000 m³/óra mennyiségű földgázt 60 at nyomáson és 20 ³C hőmérsékleten úgy kell tisztítani, hogy a tisztított gáz 30 ppm-nél kisebb mennyiségű szerves kénvegyületet tartalmazzon, vízgőz-harmatpontja —10 °C legyen, 7-nél nagyobb szénatomszámú szénhidrogénből álló szénhidrogén-tartalma pedig 100 ppm-nél (milliomod rész) kisebb legyen. A nyers gázt egy 25 tálcát tartalmazó kolonnában 10 m³/óra mennyiségű, cirkuláltatott oldószereleggyel kezeljük. Az oldószerelegy 90 s% N-metil-s-kaprolaktámból és 10 s% trietilén-glikolból áll.

A tisztított gáz összetétele szemben a nyersgázéval a következő:

	Nyers gáz	Tisztított gáz
CH₄	91 tf%	93 tf%
c₂h₆	5tf%	4,6 tf%
c₃h₈	2,4 tf%	1,6 tf°/„
C₄H_1o	1,3 tf%	0,5 tf%
c₅h₁₂	0,3 tf%	0,1 tf%
c₆h₁₄	450 ppm	160 ppm
C₇H₁₆	270 ppm	90 ppm
CH₃—CH₂—SH	30 ppm	15 ppm
ch₃- s—ch₃	70 ppm	7 ppm
CH₃—SH	180 ppm	4 ppm
Szénhidrogének
>C₇	100 ppm	10 ppm
H₂O-harmatpont	20 °C	< -10 °C

A regenerálást töltött kolonnában, 160 °C-on végezzük. Ezt megelőzően az oldószer nyomását két lépésben csökkentjük. Az első lépésben 20 at-ra csökkentjük, és az innen kilépő gázt sztrippelő gázként használjuk fel.

A második lépésben a nyomást 2 at-ra csökkentjük és a berendezésből kilépő gázokat az eljárás során fűtőgázként használjuk fel.

2. példa

000 m³/óra mennyiségű földgázból 50 at nyomáson és 20 ’C-on el kell távolítani a savas kémhatású gázkomponenseket oly módon, hogy azok mennyisége legföljebb 25 ppm maradjon, és egyidejűleg a gázt meg kell 10 szárítani. A nyert oldószerelegyet töltött kolonnában 16 m³/óra mennyiségű, cirkuláltatott oldószereleggyel kezeljük. Oldószerelegyként 20 s% dietanol-amint, 20 s% dietilén-glikolt és 60 s% N-metil-s-kaprolaktámot tartalmazó elegyet használunk. Az első nyomáscsökken- 15 tési lépésben felszabaduló gázokat ismét komprimáljuk 90 at-ra, és az abszorberbe lépés előtt a nyersgázhoz keverjük. A második lépés dekompressziós gázát 5 at nyomáson fűtőgázként használjuk fel.

Az oldószerelegy regenerálását töltött kolonnában, 20 1,1 at nyomáson, 150 °C hőmérsékleten hajtjuk végre.

Sztrippelő gázként 100 m³/óra mennyiségű tisztított földgázt használunk.

A tisztított gáz összetétele a betáplált nyersgáz összetételéhez képest a következő volt: 25

	Nyers gáz	Tisztított gáz
ch₄	90tf%	95,6 tf%
CzHs	3tf°/₀	3,15 tf%
c₃h₈	1 tf%	0,9 tf%
C₄H_1o	0,5 tf%	0,35 tf%
co₂	5 tf%	50 ppm
h₂s	0,5 tf%	5 ppm
CH₃—SH	300 ppm	12 ppm
ch₃—ch₂—sh	100 ppm	8 ppm
ch₃—s—ch₃	100 ppm	10 ppm

3. példa

000 m³/óra mennyiségű földgáz szerves kéntartalmát 30 ppm-re kell csökkenteni és a gázt egyidejűleg <—20 °C harmatpontra kell szárítani. Ezen túlmenően a földgázból egy propánban és butánban fel- 45 dúsított frakciót kell kinyerni, és abból a szokásos eljárással cseppfolyós gázt kell előállítani. A nyers gáz összetétele az 1. kiviteli példában említett nyersgázéval azonos. Oldószerelegyként 40 s% dietilén-glikol és 60 s% N-metil-e-kaprolaktám összetételű elegyet használunk. A gázt 50 at nyomáson 25 tányéros kolonnában 15 m³/óra mennyiségű oldószerrel kezeljük 20 °C-on. A tisztított gáz összetétele a következő:

ch₄	93,05 tf%
c₂h₆	4,67 tf%
C₃H_g	1,70 tf%
C₄H_w	0,50 tf%
c₅h₁₂	0,10 tf%
C₆H₁₄.	200 ppm
c₇h₁₆.
ch₃ ch₂—sh	5 ppm
CH₃—SH	15 ppm

Vízgőz-harmatpont < — 20 °C

A szennyezett oldószert több lépcsőben regeneráljuk. Az első, 20 at-ra történő nyomáscsökkentés során főként CH₄ szabadul fel. Ezt tisztított gáz hozzáadása után sztrippelő gázként használjuk fel, A második lépésben, a 2 at-ra való nyomáscsökkentés során 200 m³/óra mennyiségű gáz szabadul fel. A regenerálás utolsó lépésében az oldószert 160 °C-os sztrippelőkolonnán vezetjük át.

A második lépésben felszabaduló gáz összetétele a következő:

CH₄ 43,6 tf% C₃Hg 22,5 tf%

C₂H₆ 23,7 tf% C₄H₁₀ 9,0 tf°/₀

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. Eljárás szennyezésként elsősorban vízgőzt, savas és semleges kémhatású kénvegyületeket és/vagy nagyobb molekulasúlyú szénhidrogéneket tartalmazó ipari gázok — főleg föld- vagy szintézisgáz — oldószeres tisztítására, azzal jellemezve, hogy oldószerként 10—90 s% N-metil-s-kaprolaktámot, legfeljebb 30 s% alkanol-amint és 5—60 s% glikolt tartalmazó, vízmentes oldószerelegyet használunk.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy alkanol-aminként mono-, divagy trietanol-amint használunk.
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy glikolként di- vagy trietilén-glikolt használunk.