IT202000002353A1 - Processo e impianto di trattamento di miscele di gas contenenti gas acidi - Google Patents

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Angelis Alberto Renato De
Enrico Francesco Gambarotta
Gianluca Fiori
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Eni Spa
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Description

PROCESSO E IMPIANTO DI TRATTAMENTO DI MISCELE DI GAS CONTENENTI GAS ACIDI
DESCRIZIONE
La presente invenzione ? relativa a un processo e un impianto di trattamento di miscele di gas contenenti gas acidi, per la rimozione di detti gas acidi dalla miscela di gas.
In particolare, l?invenzione trova una preferita applicazione nel trattamento di miscele di gas contenenti gas acidi come H2S, CO2, SO2, mercaptani.
Per esempio, sono vantaggiosamente trattate in accordo all?invenzione miscele di gas costituite da gas naturale contente gas acidi, gas associato contenente gas acidi, flue gas contenente CO2 e/o SOx), gas da carbone (cosiddetto CBM, ?coal bed methane?) contenente gas acidi.
Diversi tipi di miscele di gas di impiego industriale, come ad esempio gas naturale e flue gas di vario genere (derivante da gas naturale, carbone e altri combustibili fossili, eccetera), contengono gas acidi che devono normalmente essere rimossi dalle miscele di gas prima che esse siano inviate a successive operazioni e/o impieghi.
Un metodo comunemente impiegato a livello industriale per la rimozione di gas acidi da miscele di gas prevede l?assorbimento dei gas acidi utilizzando soluzioni acquose di ammine, come descritto per esempio in S. Mokhatab and W. A. Poe, Handbook of Natural Gas Transmission and Properties, Second Edition, Elsevier 2012, paragrafo 7.7, pagg. 255-265.
Tuttavia, le tecniche note qui ricordate, come altre simili, richiedono impianti relativamente complessi e costosi e operazioni di processo relativamente dispendiose.
In particolare, i processi noti basati sull?uso di soluzioni acquose di ammine non sono pienamente soddisfacenti soprattutto perch? richiedono, a valle del trattamento di rimozione dei gas acidi, opportuni sistemi di rigenerazione delle soluzioni acquose di ammine impiegate come solvente di assorbimento, comunemente denominati ?reclaimer?; la rigenerazione ? condotta tipicamente in torri di distillazione, con conseguente significativo incremento della complessit? di impianto e dei relativi costi di installazione ed esercizio.
Sono altres? descritti nella letteratura scientifica e brevettuale anche sistemi non acquosi, come quello descritto in WO2012/033973: in questo caso, per?, il sistema ? in grado di trattare unicamente un gas naturale che contenga esclusivamente CO2, perch?, come ben noto in letteratura e descritto nell?articolo Y. Mehmet & J. B. Hyne: ?The reaction of hydrogen sulfide with sulfoxides?, Phosphorus and Sulfur and the Related Elements, Vol. 1, 1976 - Issue 1, pagg. 47-54, il dimetilsolfossido rivendicato in detto brevetto reagisce con H2S dando luogo alla precipitazione di zolfo elementare, che occluderebbe la colonna di assorbimento.
? pertanto uno scopo della presente invenzione quello di fornire un processo e un impianto di trattamento di miscele di gas contenenti gas acidi che sia privo degli inconvenienti qui evidenziati della tecnica nota; in particolare, ? uno scopo del trovato quello di fornire un processo e un impianto di trattamento di miscele di gas contenenti gas acidi, sia CO2 che H2S e mercaptani, che permettano una efficace rimozione dei gas acidi in maniera relativamente semplice ed economica.
In accordo con tali scopi, la presente invenzione ? relativa a un processo e un impianto di trattamento di miscele di gas contenenti gas acidi come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1 e 20.
Caratteri addizionali preferiti dell?invenzione sono indicati nelle rivendicazioni dipendenti.
L?invenzione si caratterizza, in estrema sintesi, per il fatto che la rimozione dei gas acidi dalla miscela di gas ? condotta tramite assorbimento con un solvente di assorbimento che comprende particolari liquidi ionici.
Il solvente usato, dopo avere assorbito i gas acidi dalla miscela di gas, ? poi rigenerato in modo estremamente semplice ed efficace in un semplice processo di flash, senza richiedere quindi dispendiose apparecchiature come le colonne di distillazione tradizionalmente usate per la rigenerazione di soluzioni acquose di ammine.
In questo modo, l?invenzione permette una efficace rimozione dei gas acidi in maniera significativamente pi? semplice ed economica rispetto alle tecniche note.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:
? la figura 1 rappresenta schematicamente una prima forma di attuazione di un impianto operante in accordo all?invenzione;
? la figura 2 rappresenta schematicamente una seconda forma di attuazione di un impianto operante in accordo all?invenzione;
? la figura 3 rappresenta schematicamente una terza forma di attuazione di un impianto operante in accordo all?invenzione;
? la figura 4 contiene una tabella (Tabella I) che riporta alcuni dati di funzionamento dell?impianto di figura 2 in attuazione di un primo esempio attuativo del processo dell?invenzione;
? la figura 5 contiene una tabella (Tabella II) che riporta alcuni dati di funzionamento dell?impianto di figura 3 in attuazione di un secondo esempio attuativo del processo dell?invenzione;
? la figura 6 contiene una tabella (Tabella III) che riporta dati di funzionamento dell?impianto di figura 3 in attuazione di un ulteriore esempio attuativo del processo dell?invenzione.
In figura 1 ? indicato nel suo complesso con 1 un impianto per il trattamento di miscele di gas contenenti gas acidi, per la rimozione dei gas acidi dalle miscele di gas.
L?impianto 1 comprende una linea 2 di alimentazione, attraverso la quale una miscela di gas L1 da trattare, contenente gas acidi, ? alimentata all?impianto 1; una sezione di assorbimento 3, in cui la miscela di gas L1 da trattare ? soggetta a una fase di assorbimento tramite un sistema solvente, contenente almeno un solvente liquido di assorbimento e/o suoi precursori, per rimuovere dalla miscela di gas L1 i gas acidi in essa contenuti; e una sezione di rigenerazione 4, in cui il solvente liquido di assorbimento, che ha assorbito i gas acidi dalla miscela di gas nella sezione di assorbimento 3, ? soggetto a una fase di separazione gas/liquido per essere separato dai gas acidi assorbiti ed essere poi ricircolato alla sezione di assorbimento 3.
La miscela di gas L1 da trattare ? alimentata all?impianto 1, precisamente alla sezione di assorbimento 3, tramite la linea 2 di alimentazione, opzionalmente dotata di un compressore per portare la miscela di gas L1 a una pressione di alimentazione prestabilita.
La sezione di assorbimento 3 comprende un assorbitore C1, configurato per eseguire la fase di assorbimento sulla miscela di gas da trattare.
Per esempio, l?assorbitore C1 ? definito da una colonna di assorbimento operante in controcorrente tramite lavaggio con una fase liquida (sistema solvente contenente il solvente liquido di assorbimento o suoi precursori) di una fase gassosa (miscela di gas da trattare, contenente gas acidi).
Vantaggiosamente, la colonna di assorbimento definente l?assorbitore C1 contiene all?interno degli elementi di contatto opportunamente conformati e distribuiti in modo da aumentare la superficie di scambio tra la fase gas/vapore e la fase liquida. Preferibilmente, gli elementi di contatto sono costituiti da cosiddetti riempimenti strutturati (ad esempio riempimenti strutturati Sulzer? o Koch?), ma possono anche essere costituiti da riempimenti tradizionali (ad esempio da anelli Raschig, selle Berl, e simili) o da piatti (ad esempio piatti forati o a campanelle). Inoltre, la colonna di assorbimento pu? essere provvista di un sistema di smaltimento termico per rimuovere il calore di reazione, che si genera nella formazione del sale durante l?assorbimento. Il sistema di smaltimento termico pu?, ad esempio, essere costituito da uno o pi? moduli composti da: un piatto che raccoglie la fase liquida, una pompa che estrae e ricicla la fase liquida da/nella colonna, e uno scambiatore di calore, servito con un fluido refrigerante e interposto tra la pompa e la colonna in modo da raffreddare la fase liquida prima che sia nuovamente alimentata in colonna sopra il punto di raccolta della fase liquida.
In particolare, l?assorbitore C1 ha un ingresso 11 di fase gas, collocato a una estremit? 12 inferiore dell?assorbitore C1 e collegato alla linea 2 di alimentazione per ricevere la miscela di gas da trattare; un?uscita 13 di fondo, pure collocata all?estremit? 12 inferiore dell?assorbitore C1 e collegata a una linea 14 di recupero solvente; un?uscita 15 di testa, collocata a una estremit? 16 superiore dell?assorbitore C1 opposta all?estremit? inferiore e collegata a una linea 17 di uscita gas; e un ingresso 18 di fase liquida, collocato all?estremit? 16 superiore dell?assorbitore C1 e collegato a una linea 19 di alimentazione solvente per alimentare all?assorbitore C1 il sistema solvente.
In accordo all?invenzione, la fase di assorbimento ? condotta con un sistema solvente contenente o in grado di formare, per reazione con uno o pi? gas acidi, almeno un solvente liquido di assorbimento scelto tra particolari liquidi ionici.
In termini generali, l?espressione liquido ionico indica una sostanza chimica che, in prefissate condizioni di temperatura e pressione, si presenta allo stato liquido (anche in assenza di solventi) ed ? costituita esclusivamente (o in modo largamente prevalente) da ioni, cio? da atomi o aggregati di atomi dotati di carica elettrica.
Un liquido ionico ? dunque costituito, a differenza delle comuni sostanze organiche (liquidi molecolari) che sono costituite da molecole neutre, da uno ione negativo (anione) e da uno ione positivo (catione).
In particolare, i liquidi ionici usati in accordo all?invenzione sono scelti tra i liquidi ionici cosiddetti ?switchable? o reversibili, vale a dire liquidi ionici che si generano nel corso di una reazione tra precursori di liquido ionico e uno o pi? gas acidi, come CO2 o H2S o i mercaptani e CO2 presenti nel gas naturale. Tali liquidi ionici vengono definiti ?switchable? o reversibili perch? sono facilmente decomponibili a temperature moderate rigenerando i precursori e liberando i gas acidi assorbiti.
Il liquido ionico usato come solvente liquido di assorbimento si forma quindi direttamente in situ, nell?assorbitore C1 dove avviene la fase di assorbimento dei gas acidi, per effetto della reazione dei precursori di liquido ionico contenuti nel sistema solvente con i gas acidi. Il sistema solvente alimentato all?assorbitore C1 pu? contenere liquido ionico e/o precursori di liquido ionico, che si forma durante la fase di assorbimento per reazione con i gas acidi presenti. In fase di avvio del processo dell?invenzione, viene alimentato un sistema solvente che pu? anche non contenere affatto liquidi ionici, che si formano invece nella fase di assorbimento.
Sistemi di liquidi ionici reversibili sono stati descritti per la prima volta da P.G. Jessop et al. in Energy Environ. Sci., 2008, 1, 487?493, ma come tali risultano scarsamente utilizzabili industrialmente a causa dell?elevata viscosit? del liquido ionico rigenerabile che si forma.
Per ovviare al precedente limite dovuto alla viscosit? sono stati studiati e sviluppati altri sistemi di liquidi ionici, applicabili in particolare nella presente invenzione, come quelli descritti nella domanda di brevetto italiana n. 102017000149793 depositata il 27/12/2017, in cui il liquido ionico reversibile (switchable) viene addizionato di un liquido ionico permanente, come ad esempio un sale di imidazolo della bistrifluorimmide, avendo cos? una diminuzione della viscosit? complessiva del sistema dopo l?assorbimento dei gas acidi ed inoltre avendo un sistema in grado di sfruttare l?assorbimento fisico da parte del liquido ionico permanente, dovendo pertanto fornire una minor quantit? di energia in fase di rigenerazione.
In una preferita forma di attuazione dell?invenzione, il solvente liquido di assorbimento impiegato nella fase di assorbimento comprende uno o pi? liquidi ionici selezionati tra quelli descritti nella domanda di brevetto italiana n.
102018000008452 depositata in data 10/09/2018, in cui il liquido ionico reversibile (?switchable?) ? costituito da due precursori di liquido ionico, mentre il terzo componente ? un efficiente solvente fisico, caratterizzato dal possedere alta stabilit? nei confronti di CO2 e H2S e pertanto utilizzabile anche in presenza di elevate quantit? di questi componenti nel gas naturale.
Secondo quanto descritto nella citata domanda di brevetto 102018000008452, il sistema solvente comprende o ? costituito da tre componenti:
- almeno una base organica, in particolare un?ammina o ammidina, avente un pKb (in acqua) minore o uguale a 3,2;
- almeno un solvente alcolico (alcol) di formula generale R(OH)n avente una temperatura di ebollizione maggiore o uguale a 100?C a pressione ambiente (pressione atmosferica), in cui R ? un gruppo alchilico saturo lineare o ramificato avente un numero di atomi di carbonio compreso tra 2 e 20 e n ? un numero intero variabile fra 1 e 20;
- un solvente aprotico polare avente una costante dielettrica ? a 25?C maggiore o uguale a 30, una viscosit? ? a 25?C minore o uguale a 14 cP, preferibilmente minore o uguale a 12 cP, e una temperatura di ebollizione a pressione normale (pressione ambiente o atmosferica) pari o superiore a 130?C.
Come indicato in precedenza, la base organica e l?alcol sono precursori di liquido ionico che generano, in presenza di CO2 e/o H2S e/o mercaptani, liquidi ionici reversibili (?switchable?). Il solvente aprotico polare funge da solvente fisico riducendo la viscosit? complessiva del sistema solvente.
In particolare, la base organica ? scelta tra:
DBU (1,8-diazabiciclo(5.4.0)undec-7-ene),
DBN (1,5-diazabicyclo[4.3.0]non-5-ene),
TMG (1,1,3,3-tetrametilguanidina),
loro miscele.
Preferibilmente, la base organica ? DBU.
Il solvente alcolico ? per esempio scelto tra: esanolo, ottanolo, esandiolo, ottandiolo, 2-etilesanolo, loro miscele.
Preferibilmente, il solvente alcolico ? esanolo.
Il solvente aprotico polare ? per esempio scelto tra: sulfolano, dimetilsolfossido (DMSO), 3-butilmetilimidazolio-bistrifluorosulfonilimmide (o 1-butil-3-metilimidazolio-bistrifluorometilsulfonilimmide), altri sali di imidazolo della bistrifluorimmide, loro miscele.
Preferibilmente, il solvente aprotico polare ? sulfolano.
Preferibilmente, il sistema solvente contiene: base organica in quantit? compresa tra 10 e 40% in peso, alcol in quantit? compresa tra 10 e 40% in peso; solvente fisico in quantit? compresa tra 10 e 40% in peso.
Nell?assorbitore C1 (colonna di assorbimento), la fase gassosa costituita dalla miscela di gas contenente gas acidi e la fase liquida costituita dal solvente liquido di assorbimento danno luogo a un processo di assorbimento dei gas acidi da parte del solvente (liquido ionico).
Dall?assorbitore C1 si prelevano: una miscela gassosa addolcita, da cui sono stati rimossi i gas acidi, attraverso l?uscita 15 di testa e la linea 17 di uscita gas; e un solvente arricchito, che ha assorbito i gas acidi, attraverso l?uscita 13 di fondo e la linea 14 di recupero solvente.
La linea 14 di recupero solvente collega la sezione di assorbimento 3 alla sezione di rigenerazione 4.
La sezione di rigenerazione 4 comprende in particolare un separatore gas/liquido S1, configurato per eseguire la fase di separazione gas/liquido in modo da separare i gas acidi assorbiti dal solvente arricchito e produrre un solvente rigenerato da ricircolare alla sezione di assorbimento 3.
Il separatore S1 ? in particolare un separatore flash, configurato per effettuare una separazione gas/liquido tramite flash (evaporazione parziale) sul solvente arricchito alimentato al separatore S1 e soggetto a espansione (laminazione). Opzionalmente, il separatore S1 e lo scambiatore di calore E2 possono essere integrati in una singola apparecchiatura, come sar? descritto con riferimento alla figura 2.
In particolare, il separatore S1 ha un ingresso 21 di fase liquida, collegato alla linea 14 di recupero solvente e in particolare a un tronco 14c finale della linea 14 di recupero solvente, per alimentare al separatore gas/liquido S1 il solvente arricchito proveniente dalla sezione di assorbimento 3; un?uscita 22 di coda, collegata a una linea 23 di ricircolo, da cui si preleva un flusso di solvente rigenerato; e un?uscita 24 di testa, collegata a una linea 25 di uscita gas, da cui si prelevano i gas acidi separati nel separatore gas/liquido S1.
Nel separatore gas/liquido S1 il solvente arricchito proveniente dall?assorbitore C1 e contenente i gas acidi ? soggetto a una fase di separazione per rimuovere i gas acidi, essenzialmente tramite un processo di flash.
Il solvente arricchito proveniente dalla sezione di assorbimento 3 (precisamente, dall?assorbitore C1) ? alimentato al separatore gas/liquido S1, attraverso l?ingresso 21 di fase liquida e la linea 14 di recupero solvente, dopo essere stato espanso e riscaldato a opportuni valori di pressione e temperatura.
A tale scopo, per esempio, la linea 14 di recupero solvente ? dotata di un espansore V1 (per esempio una valvola di espansione), dove il solvente arricchito proveniente dall?assorbitore C1 si espande a una pressione prefissata; e di un primo scambiatore di calore E1 e un secondo scambiatore di calore E2 collocati in serie uno all?altro e a valle dell?espansore V1 e operanti per riscaldare il flusso di solvente arricchito circolante nella linea 14 di recupero solvente prima del suo ingresso nel separatore gas/liquido S1.
In particolare, lo scambiatore di calore E1 serve a pre-riscaldare il solvente arricchito tramite scambio termico con il flusso di solvente rigenerato uscente dal separatore gas/liquido S1; lo scambiatore di calore E2 innalza poi ulteriormente la temperatura del solvente arricchito, tramite scambio termico con un fluido esterno a opportuna temperatura.
Il solvente rigenerato uscente dal separatore gas/liquido S1 viene ricircolato alla sezione di assorbimento 3 tramite la linea 23 di ricircolo, dotata di una pompa P1 e collegata alla linea 19 di alimentazione solvente.
Vantaggiosamente, il solvente rigenerato ? prima raffreddato nello scambiatore di calore E1, dove cede calore al solvente arricchito circolante nella linea 14 di recupero solvente; reintegrato di eventuali perdite di solvente tramite una linea 26 di alimentazione solvente fresco, collegata alla linea 23 di ricircolo in un innesto 27 collocato a valle dello scambiatore di calore E1 e tramite la quale si immette nella linea 23 di ricircolo una quantit? prestabilita di solvente liquido di assorbimento fresco, se necessario a compensare eventuali perdite; ulteriormente raffreddato in un altro scambiatore di calore E3 collocato lungo la linea 23 di ricircolo a valle dell?innesto 27; e infine alimentato all?assorbitore C1 attraverso la linea 19 di alimentazione solvente e l?ingresso 18 di fase liquida.
In uso, in attuazione del processo dell?invenzione, l?impianto 1 opera come segue.
La miscela di gas L1 da trattare, contenente gas acidi, ? alimentata in pressione all?assorbitore C1 dove in controcorrente viene in contatto con il solvente liquido di assorbimento, alimentato in testa. Il solvente liquido di assorbimento assorbe i gas acidi dalla miscela di gas: dalla testa dell?assorbitore C1 esce quindi la miscela gassosa addolcita, mentre dal fondo dell?assorbitore C1 esce il solvente arricchito contenente i gas acidi. Il solvente arricchito ? espanso nell?espansore V1, preriscaldato nello scambiatore di calore E1 con il solvente rigenerato in uscita dal separatore S1, ulteriormente riscaldato alla temperatura di rigenerazione nello scambiatore di calore E2, e quindi alimentato al separatore gas/liquido S1 dove dalla parte superiore si separano i gas acidi, mentre dalla parte inferiore si separa il solvente rigenerato che viene riciclato alla sezione di assorbimento 3. Il solvente rigenerato ? prima raffreddato nello scambiatore di calore E1, integrato di eventuali perdite attraverso la linea 26 di alimentazione solvente fresco, ulteriormente raffreddato nello scambiatore di calore E3 e quindi alimentato all?assorbitore C1.
Nella forma di attuazione di figura 2, nella quale i dettagli simili o uguali a quelli gi? descritti sono indicati con i medesimi numeri, l?impianto 1 si distingue dalla versione di figura 1 per la presenza di un sistema 30 ausiliario configurato per minimizzare le perdite del componente pi? volatile del solvente liquido di abbattimento; e/o per una differente configurazione del sistema di riscaldamento del solvente arricchito, che in questo caso ? operato direttamente all?interno del separatore gas/liquido S1.
In maggior dettaglio, il sistema 30 ausiliario comprende una linea 31 ausiliaria che si diparte da una ramificazione 32 della linea 14 di recupero solvente per spillare una frazione L3 del solvente arricchito prelevato dall?assorbitore C1, che viene separata da una corrente principale di solvente arricchito che viene invece inviata, come prima, al separatore gas/liquido S1.
La linea 31 ausiliaria ? dotata di uno scambiatore di calore E4, dove la frazione L3 viene raffreddata da un fluido esterno, ed ? collegata a un ingresso 33 di fase liquida di una trappola C2.
La trappola C2, che contiene elementi di contatto gas/liquido ed ? per esempio configurata a sua volta come una colonna di assorbimento, ? per esempio collocata sopra il separatore gas/liquido S1. Opzionalmente, la trappola C2 pu? essere integrata nella medesima colonna che definisce il separatore gas/liquido S1, di cui costituisce in tal caso una porzione superiore.
Nella trappola C2, la frazione L3 (solvente arricchito raffreddato) alimentata attraverso l?ingresso 33 viene in contatto con il flusso di gas acidi uscente dal separatore gas/liquido S1 e alimentato alla trappola C2 attraverso la linea 25 di uscita gas, che in questo caso collega l?uscita 24 di testa del separatore gas/liquido con un ingresso 34 di fondo della trappola C2.
Nella trappola C2, il solvente arricchito raffreddato assorbe le tracce di solvente volatile presenti nel flusso di gas acido. Il solvente in uscita dalla trappola C2 attraverso una linea 35 di fondo ricade per gravit? nel separatore gas/liquido S1 dove si rigenera insieme alla corrente principale di solvente arricchito alimentata tramite la linea 14 di recupero solvente.
I gas residui sono prelevati da una testa della trappola C2 attraverso una linea 36 di scarico gas.
La corrente principale di solvente arricchito ? riscaldata alla temperatura di rigenerazione tramite uno scambiatore di calore E2 che in questo caso ? collocato all?interno del separatore gas/liquido S1.
La forma di attuazione di figura 3, nella quale i dettagli simili o uguali a quelli gi? descritti sono indicati con i medesimi numeri, ? particolarmente vantaggiosa quando l?alimentazione gassosa dell?impianto 1 (cio? la miscela di gas L1 da trattare) ? costituita principalmente da idrocarburi.
In questo caso, l?impianto 1 comprende, oltre al sistema 30 ausiliario gi? descritto con riferimento alla figura 2, un sistema 40 di recupero degli idrocarburi disciolti nel solvente arricchito.
In particolare, il sistema 40 di recupero comprende un secondo separatore gas/liquido S3 e un secondo assorbitore C3 collocati in serie lungo la linea 14 di recupero solvente a valle dell?assorbitore C1 e a monte dell?espansore V1 e del separatore gas/liquido S1.
Analogamente a quanto gi? descritto con riferimento all?assorbitore C1 e al separatore gas/liquido S1, anche l?assorbitore C3 e il separatore gas/liquido S3 sono per esempio definiti da colonne di assorbimento. Opzionalmente, l?assorbitore C3 e il separatore gas/liquido S3 possono essere integrati assieme in un?unica colonna, di cui costituiscono rispettive porzioni sovrapposte.
La linea 14 di recupero solvente comprende un primo tronco 14a, che collega l?uscita 13 di fondo dell?assorbitore C1 con un ingresso 41 di fase liquida del separatore gas/liquido S3 ed ? dotata di un espansore V2 (ad esempio una valvola di espansione) collocato tra l?assorbitore C1 e il separatore gas/liquido S3; un secondo tronco 14b, che collega un?uscita 42 di fondo del separatore S3 con lo scambiatore di calore E1 ed ? dotata dell?espansore V1; e un terzo tronco 14c finale che collega lo scambiatore di calore E1 con l?ingresso 21 di fase liquida del separatore gas/liquido S1.
In questo caso, la ramificazione 32 da cui si diparte la linea 31 ausiliaria del sistema 30 ausiliario ? collocata sul tronco 14b della linea 14 di recupero solvente. Anche in questo caso, la linea 31 ausiliaria serve a spillare una frazione L3 del solvente arricchito prelevato dall?assorbitore C1, che viene separata dalla corrente principale di solvente arricchito che viene inviata al separatore gas/liquido S1.
Anche in questo caso la linea 31 ausiliaria ? dotata dello scambiatore di calore E4, dove la frazione L3 viene raffreddata da un fluido esterno, ed ? collegata a un ingresso 33 di fase liquida della trappola C2, dove la frazione L3 (solvente arricchito raffreddato) alimentata attraverso l?ingresso 33 viene in contatto con il flusso di gas acidi uscente dal separatore gas/liquido S1 e alimentato alla trappola C2 attraverso la linea 25 di uscita gas, che collega l?uscita 24 di testa del separatore gas/liquido con l?ingresso 34 di fondo della trappola C2; mentre i gas residui sono prelevati dalla trappola C2 attraverso la linea 36 di scarico gas.
Una linea 43 solvente si innesta a sua volta sul tronco 14b collegando un?uscita 44 di fondo dell?assorbitore C3 al tronco 14b. L?assorbitore C3 ha un?uscita 45 di testa collegata a una linea 46 di uscita gas.
Una linea 47 gas collega un?uscita 48 di testa del separatore gas/liquido S3 con un ingresso 49 di fondo dell?assorbitore C3.
La linea 23 di ricircolo comprende, a valle dell?innesto 27 da cui si alimenta solvente liquido di assorbimento fresco e dello scambiatore di calore E3, una diramazione 51 da cui si diparte un ramo 52 secondario collegato a un ingresso 18 di fase liquida dell?assorbitore C3 e in cui circola una frazione L4 di solvente rigenerato, spillata dalla corrente di solvente rigenerato circolante nella linea 23 di ricircolo.
In questa forma di attuazione, il solvente arricchito prelevato dall?assorbitore C1 subisce una prima espansione nell?espansore V2, in modo che una prima parte degli idrocarburi e dei gas acidi disciolti nel solvente si liberino e vengano separati nel successivo separatore gas/liquido S3.
La fase gassosa separata nel separatore gas/liquido S3 ? poi inviata all?assorbitore C3, che provvede a separare i gas acidi dalla miscela di idrocarburi gassosi tramite la frazione L4 di solvente rigenerato alimentato all?assorbitore C3. In questo modo, dalla testa dell?assorbitore C3 si ottiene una corrente addolcita di idrocarburi gassosi (a una pressione inferiore rispetto a quelli separati dall?assorbitore C1).
I solventi arricchiti in uscita dal separatore S3 e dall?assorbitore C3 sono poi espansi nell?espansore V1 ed inviati alla sezione di rigenerazione 4 e al sistema 30 di recupero del solvente volatile, come descritto con riferimento alla forma di attuazione di figura 2.
ESEMPI
Gli impianti descritti in precedenza sono stati operati in attuazione del processo dell?invenzione per l?addolcimento di varie correnti di gas contenenti gas acidi, con varie composizioni e con diverse condizioni operative.
Nel seguito sono riportati a titolo esemplificativo i parametri operativi e le portate maggiormente significative dell?impianto 1 nella configurazione delle figure 2 e 3 in attuazione del processo dell?invenzione.
Ulteriori esempi sono stati condotti anche con la configurazione di impianto mostrata in figura 1.
Ulteriori esempi sono poi stati condotti, in tutte le configurazioni di impianto, variando le composizioni delle correnti gassose da trattare; e/o con diversi solventi liquidi di assorbimento, selezionati in accordo con quanto descritto in precedenza; e/o variando le condizioni di funzionamento in accordo a quanto descritto in precedenza.
ESEMPIO 1
L?impianto 1 di figura 2 ? stato impiegato per il trattamento di un gas associato contenente CO2 in quantit? 15.0%vol.
Come solvente liquido di assorbimento si ? usato un sistema solvente composto da esanolo, DBU (1,8-diazabiciclo(5.4.0)undec-7-ene) e sulfolano nelle seguenti proporzioni massiche:
esanolo: 36%
DBU: 28%
sulfolano: 36%
Parametri operativi e portate dei vari componenti in alcuni punti significativi dell?impianto 1 sono indicati nella tabella I di figura 4.
Il processo consente l?abbattimento di CO2 fino a un contenuto residuo inferiore o uguale a 2%vol. uscente complessivamente dai due assorbitori C1, C3 (valutando cio? assieme le correnti circolanti nella linea 17 di uscita gas dell?assorbitore C1 e nella linea 46 di uscita gas dell?assorbitore C3).
ESEMPIO 2
L?impianto 1 schematicamente mostrato in figura 3 ? stato impiegato per il trattamento di un gas associato contenente CO2 in quantit? 30.4%vol.
Come solvente liquido di assorbimento si ? usato un sistema solvente composto da esanolo, DBU (1,8-diazabiciclo(5.4.0)undec-7-ene) e sulfolano nelle seguenti proporzioni massiche:
esanolo: 36%
DBU: 28%
sulfolano: 36%
Parametri operativi e portate dei vari componenti in alcuni punti significativi dell?impianto 1 sono indicati nella tabella II di figura 5.
Il processo consente l?abbattimento di CO2 fino a un contenuto residuo inferiore o uguale a 2%vol. uscente complessivamente dai due assorbitori C1, C3 (valutando cio? assieme le correnti circolanti nella linea 17 di uscita gas dell?assorbitore C1 e nella linea 46 di uscita gas dell?assorbitore C3).
ESEMPIO 3
L?impianto 1 di figura 3 ? stato impiegato per il trattamento di un gas associato contenente CO2 in quantit? 15.2%vol.
Come solvente liquido di assorbimento si ? usato un sistema solvente composto da esanolo, DBU (1,8-diazabiciclo(5.4.0)undec-7-ene) e sulfolano nelle seguenti proporzioni massiche:
esanolo: 36%
DBU: 28%
sulfolano: 36%
Parametri operativi e portate dei vari componenti in alcuni punti significativi dell?impianto 1 sono indicati nella tabella III di figura 6.
Il processo consente l?abbattimento di CO2 fino a un contenuto residuo inferiore o uguale a 2%vol. uscente complessivamente dai due assorbitori C1, C3 (valutando cio? assieme le correnti circolanti nella linea 17 di uscita gas dell?assorbitore C1 e nella linea 46 di uscita gas dell?assorbitore C3).
Resta infine inteso che al processo e all?impianto qui descritti ed illustrati possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti che non escono dall?ambito delle annesse rivendicazioni.

Claims (28)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Processo di trattamento di miscele di gas contenenti gas acidi, per la rimozione di gas acidi dalle miscele di gas, comprendente una fase di assorbimento condotta su una miscela di gas contenente uno o pi? gas acidi tramite un sistema solvente contenente o in grado di formare, per reazione con uno o pi? gas acidi, almeno un solvente liquido di assorbimento per rimuovere dalla miscela di gas i gas acidi in essa contenuti e formare una miscela gassosa addolcita, da cui sono stati rimossi almeno in parte i gas acidi, e un solvente arricchito contenente i gas acidi; e una fase di rigenerazione, in cui il solvente arricchito ? soggetto a una fase di separazione gas/liquido tramite un processo di flash per essere separato dai gas acidi assorbiti e produrre un flusso di gas acidi e un solvente rigenerato che ? ricircolato alla fase di assorbimento; in cui il sistema solvente contiene o ? in grado di formare, per reazione con uno o pi? gas acidi, almeno un solvente liquido di assorbimento scelto tra liquidi ionici reversibili.
  2. 2. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui il solvente liquido di assorbimento ? generato durante la fase di assorbimento per reazione di uno o pi? precursori di liquido ionico, contenuti nel sistema solvente, con i gas acidi contenuti in detta miscela di gas.
  3. 3. Processo secondo la rivendicazione 2, in cui il sistema solvente comprende, come precursori di liquido ionico, almeno una base organica avente un pKb in acqua minore o uguale a 3,2; e/o almeno un solvente alcolico di formula generale R(OH)n avente una temperatura di ebollizione maggiore o uguale a 100?C a pressione ambiente, in cui R ? un gruppo alchilico saturo lineare o ramificato avente un numero di atomi di carbonio compreso tra 2 e 20 e n ? un numero intero variabile fra 1 e 20.
  4. 4. Processo secondo la rivendicazione 3, in cui la base organica ? un?ammina o ammidina.
  5. 5. Processo secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui la base organica ? scelta tra DBU, DBN, TMG, loro miscele.
  6. 6. Processo secondo una delle rivendicazioni da 3 a 5, in cui il solvente alcolico ? scelto tra esanolo, ottanolo, esandiolo, ottandiolo, 2-etilesanolo, loro miscele.
  7. 7. Processo secondo una delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui il sistema solvente comprende anche almeno un solvente fisico avente alta stabilit? nei confronti dei gas acidi e in particolare di CO2 e H2S.
  8. 8. Processo secondo la rivendicazione 7, in cui il solvente fisico ? un solvente aprotico polare.
  9. 9. Processo secondo la rivendicazione 8, in cui il solvente fisico ? un solvente aprotico polare avente una costante dielettrica ? a 25?C maggiore o uguale a 30, una viscosit? ? a 25?C minore o uguale a 14 cP, preferibilmente minore o uguale a 12 cP, e una temperatura di ebollizione a pressione normale pari o superiore a 130?C.
  10. 10. Processo secondo una delle rivendicazioni da 7 a 9, in cui il solvente fisico ? scelto tra sulfolano, dimetilsolfossido (DMSO), 3-butilmetil-imidazoliobistrifluorosulfonilimmide, altri sali di imidazolo della bistrifluorimmide, loro miscele.
  11. 11. Processo secondo una delle rivendicazioni da 7 a 10, in cui il sistema solvente contiene base organica in quantit? compresa tra 10 e 40% in peso, solvente alcolico in quantit? compresa tra 10 e 40% in peso; solvente fisico in quantit? compresa tra 10 e 40% in peso.
  12. 12. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di assorbimento comprende un lavaggio in controcorrente di una fase gassosa definita da detta miscela di gas da trattare con una fase liquida costituita da detto sistema solvente.
  13. 13. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui nella fase di separazione gas/liquido, si separano gas acidi dal solvente arricchito proveniente dalla fase di assorbimento e contenente gas acidi assorbiti per produrre il solvente rigenerato che ? ricircolato alla fase di assorbimento.
  14. 14. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il solvente arricchito proveniente dalla fase di assorbimento ? alimentato alla fase di separazione gas/liquido dopo essere stato espanso e riscaldato a prefissati valori di pressione e temperatura.
  15. 15. Processo secondo la rivendicazione 14, in cui il solvente arricchito ? riscaldato in una prima fase di riscaldamento tramite scambio termico con un flusso di solvente rigenerato proveniente dalla fase di separazione gas/liquido; e/o in una seconda fase di riscaldamento tramite scambio termico con un fluido esterno.
  16. 16. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il solvente rigenerato, prima di essere ricircolato alla fase di assorbimento, ? soggetto a: una prima fase di raffreddamento in cui cede calore al solvente arricchito proveniente dalla fase di assorbimento; a una opzionale fase di reintegro, in cui viene reintegrato di eventuali perdite di solvente con solvente liquido di assorbimento fresco; a una seconda fase di raffreddamento per essere ulteriormemte raffreddato.
  17. 17. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il solvente arricchito ? espanso, preriscaldato con il solvente rigenerato proveniente dalla fase di separazione gas/liquido, ulteriormente riscaldato a una temperatura di rigenerazione, e quindi alimentato alla fase di separazione gas/liquido dove si separano i gas acidi e si produce il solvente rigenerato che viene ricircolato alla fase di assorbimento.
  18. 18. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente le fasi di: prelevare una frazione del solvente arricchito proveniente dalla fase di assorbimento, separando detta frazione da una corrente principale di solvente arricchito che viene inviata alla fase di separazione gas/liquido; inviare detta frazione, dopo averla raffreddata, a una fase di assorbimento ausiliaria, dove detta frazione viene in contatto con il flusso di gas acidi proveniente dalla fase di separazione gas/liquido in modo da assorbire tracce di solvente volatile presenti nel flusso di gas acidi; alimentare il solvente arricchito in uscita dalla fase di assorbimento ausiliaria alla fase di separazione gas/liquido dove detto solvente arricchito si rigenera insieme alla corrente principale di solvente arricchito; prelevare un flusso di gas residui dalla fase di assorbimento ausiliaria.
  19. 19. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente una fase di recupero per recuperare idrocarburi disciolti nel solvente arricchito; detta fase di recupero comprendendo una seconda fase di separazione gas/liquido e una ulteriore fase di assorbimento condotte in serie sul solvente arricchito proveniente dalla fase di assorbimento.
  20. 20. Impianto (1) di trattamento di miscele di gas contenenti gas acidi, per la rimozione di gas acidi da una miscela di gas in attuazione del processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, l?impianto (1) comprendendo: una sezione di assorbimento (3) avente almeno un assorbitore (C1), in cui la miscela di gas (L1) da trattare ? soggetta a una fase di assorbimento tramite un sistema solvente contenente o in grado di formare, per reazione con uno o pi? gas acidi, almeno un solvente liquido di assorbimento per rimuovere dalla miscela di gas (L1) i gas acidi in essa contenuti; e una sezione di rigenerazione (4), avente almeno un separatore gas/liquido (S1) collegato all?assorbitore (C1) da una linea (14) di recupero solvente e in cui il solvente liquido di assorbimento, che ha assorbito i gas acidi dalla miscela di gas nella sezione di assorbimento (3), ? soggetto a una fase di separazione gas/liquido tramite un processo di flash per essere separato dai gas acidi assorbiti ed essere poi ricircolato alla sezione di assorbimento (3) tramite una linea (23) di ricircolo.
  21. 21. Impianto secondo la rivendicazione 20, in cui l?assorbitore (C1) ? definito da una colonna di assorbimento operante in controcorrente.
  22. 22. Impianto secondo la rivendicazione 21, in cui l?assorbitore (C1) ha un ingresso (11) di fase gas, collocato a una estremit? (12) inferiore dell?assorbitore (C1) e collegato a una linea (2) di alimentazione per ricevere la miscela di gas da trattare; un?uscita (13) di fondo, pure collocata all?estremit? (12) inferiore dell?assorbitore (C1) e collegata a una linea (14) di recupero solvente che collega la sezione di assorbimento (3) alla sezione di rigenerazione (4); un?uscita (15) di testa, collocata a una estremit? (16) superiore dell?assorbitore (C1) opposta all?estremit? inferiore e collegata a una linea (17) di uscita gas; e un ingresso (18) di fase liquida, collocato all?estremit? (16) superiore dell?assorbitore (C1) e collegato a una linea (19) di alimentazione solvente per alimentare all?assorbitore (C1) il sistema solvente.
  23. 23. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 20 a 22, in cui il separatore gas/liquido (S1) ha un ingresso (21) di fase liquida, collegato alla linea (14) di recupero solvente e in particolare a un tronco (14c) finale della linea (14) di recupero solvente, per alimentare al separatore gas/liquido (S1) il solvente arricchito proveniente dalla sezione di assorbimento (3); un?uscita (22) di coda, collegata alla linea (23) di ricircolo, da cui si preleva un flusso di solvente rigenerato; e un?uscita (24) di testa, collegata a una linea (25) di uscita gas, da cui i gas acidi separati nel separatore gas/liquido (S1) sono estratti dal separatore gas/liquido (S1).
  24. 24. Impianto secondo la rivendicazione 23, in cui la linea (14) di recupero solvente ? dotata di un espansore (V1); e di un primo scambiatore di calore (E1) e un secondo scambiatore di calore (E2) collocati in serie uno all?altro e a valle dell?espansore (V1) e configurati per riscaldare il flusso di solvente arricchito circolante nella linea (14) di recupero solvente prima del suo ingresso nel separatore gas/liquido (S1).
  25. 25. Impianto secondo la rivendicazione 24, in cui il primo scambiatore di calore (E1) ? configurato per preriscaldare il solvente arricchito tramite scambio termico con il flusso di solvente rigenerato uscente dal separatore gas/liquido (S1); e il secondo scambiatore di calore (E2) ? configurato in modo da innalzare ulteriormente la temperatura del solvente arricchito tramite scambio termico con un fluido esterno.
  26. 26. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 20 a 25, comprendente una linea (26) di alimentazione solvente fresco, collegata alla linea (23) di ricircolo e tramite la quale si immette nella linea (23) di ricircolo una quantit? prestabilita di solvente liquido di assorbimento fresco, se necessario a compensare eventuali perdite.
  27. 27. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 20 a 26, comprendente un sistema (30) ausiliario configurato per minimizzare le perdite del componente pi? volatile del solvente liquido di abbattimento e comprendente una linea (31) ausiliaria che si diparte da una ramificazione (32) della linea (14) di recupero solvente per spillare una frazione (L3) del solvente arricchito prelevato dall?assorbitore (C1), ed ? collegata a un ingresso (33) di fase liquida di una trappola (C2) configurata per mettere in contatto detta frazione (L3) con il flusso di gas acidi uscente dal separatore gas/liquido (S1) e alimentato alla trappola (C2) attraverso una linea (25) di uscita gas che collega l?uscita (24) di testa del separatore gas/liquido (S1) con un ingresso (34) di fondo della trappola (C2); la trappola (C2) avendo una linea (35) di fondo collegata al separatore gas/liquido (S1) per alimentare al separatore gas/liquido (S1) il solvente arricchito proveniente dalla trappola (C2); e una linea (36) di scarico gas per scaricare i gas residui.
  28. 28. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 20 a 27, comprendente un sistema (40) di recupero degli idrocarburi disciolti nel solvente arricchito, detto sistema (40) di recupero comprendendo un secondo separatore gas/liquido (S3) e un secondo assorbitore (C3) collocati in serie lungo la linea (14) di recupero solvente tra l?assorbitore (C1) e il separatore gas/liquido (S1); la linea (14) di recupero solvente comprendendo un primo tronco (14a), che collega l?uscita (13) di fondo dell?assorbitore (C1) con un ingresso (41) di fase liquida del separatore gas/liquido (S3) ed ? dotata di un espansore (V2) collocato tra l?assorbitore (C1) e il secondo separatore gas/liquido (S3); un secondo tronco (14b), che collega un?uscita (42) di fondo del secondo separatore (S3) gas/liquido con uno scambiatore di calore (E1) ed ? dotata di un ulteriore espansore (V1); e un terzo tronco (14c) finale che collega lo scambiatore di calore (E1) con l?ingresso (21) di fase liquida del separatore gas/liquido (S1).
IT102020000002353A 2020-02-06 2020-02-06 Processo e impianto di trattamento di miscele di gas contenenti gas acidi IT202000002353A1 (it)

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