RO120769B1

RO120769B1 - Procedeu de purificare a hidrogenului

Info

Publication number: RO120769B1
Application number: ROA200101328A
Authority: RO
Inventors: Dănuţ Mandalopol; Ion Mohai; Traian Trăistaru
Original assignee: Dănuţ Mandalopol; Ion Mohai; Traian Trăistaru
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2006-07-28

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de purificare ahidrogenului prin spălare, într-o primă fază, cu o soluţie de monoetanolamină de concentraţie 15...20%, urmată de o fază de absorbţie într-o fracţiepetrolieră uşoară. Hidrogenul purificat are 0,2...0,3% compuşi cu sulf, 0,01...0,02% compuşi cu azot şi 10...13% parafine inferioare.

Description

Invenția se referă la un procedeu de purificare a hidrogenului pentru prelucrarea țițeiurilor cu conținut relativ ridicat de sulf, pentru alimentarea instalațiilor de hidrogenare și izomerizare a produselor petroliere.

Sunt cunoscute procedee pentru purificarea hidrogenului, care conduc în principal la recuperarea hidrogenului de mare puritate (peste 95% voi) prin:

- adsorbția pe site moleculare;

- separarea prin membrane.

Adsorbția pe site moleculare este folosită pentru separarea hidrogenului din gaze de rafinărie. Acest procedeu constă în adsorbția H₂S și a hidrocarburilor mai grele într-o masă adsorbantă. Astfel separat, hidrogenul poate fi folosit pentru hidrogenări, completând balanța de hidrogen acolo unde ea este deficitară.

Procedeul de purificare folosind membrane constă în separarea hidrogenului dintr-un amestec de hidrogen și hidrocarburi mai grele. Acest procedeu este performant doar în condițiile în care hidrogenul provine din instalația de reformare catalitică, întrucât hidrogenul produs prin reformare cu abur conține oxid de carbon care influențează negativ exotermicitatea procesului de hidrofinare, prin formarea tetracarburii de nichel cu metalul conținut în catalizatori, în plus fiind afectată, din același motiv, și compoziția conductelor tehnologice.

Dezavantajele acestor procedee constau, pe de o parte, în gradul de desulfurare care nu este în final suficient de mare, ceea ce necesită introducerea de hidrogen suplimentar, iar pe de altă parte, durata de funcționare a sitelor moleculare, respectiv a membranelor, este relativ redusă, necesitând și spălarea lor, prin scoaterea acestora din funcțiune.

Sunt cunoscute instalații industriale ce folosesc adsorbție pe site moleculare, respectiv separarea prin membrane pentru recuperarea hidrogenului.

Instalația industrială ce folosește site moleculare constă dintr-un număr de vase umplute cu site moleculare peste care trece amestecul de hidrogen și hidrocarburi gazoase din gama C₂-C₃, ce provine din instalația de reformare catalitică. Hidrocarburile sunt reținute, hidrogenul pur plecând la consumatori.

După saturarea sitelor ce se realizează la un prag de circa 50 kg/m³, are loc desorbția hidrocarburilor gazoase, ce se face folosind un gaz inert încălzit.

Acest lucru conduce la un proces ciclic, pe de o parte, iar pe de altă parte, automatizarea este realizată de aparate precum cromatografe de proces, pentru urmărirea saturării sitelor, respectiv a purității hidrogenului, ceea ce constituie un dezavantaj.

Instalația industrială ce folosește membrane constă din vase în care, pe rame special construite, se găsește o pânză albă ce reprezintă membrana, confecționată astfel încât să poată trece prin orificii hidrogenul din amestecul acestuia cu hidrocarburile gazoase. După reținerea acestora, pe membrane are loc îndepărtarea lor, prin antrenarea prin purjare cu gaze combustibile. O parte din hidrogen se pierde prin stocarea sa în hidrocarburile gazoase, ceea ce constituie un dezavantaj.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unui procedeu de purificare a hidrogenului utilizat la prelucrarea țițeiurilor cu un conținut relativ ridicat de sulf.

Procedeul conform invenției înlătură dezavantajele menționate prin aceea că hidrogenul, care conține 5...7% compuși cu sulf, 0,5...1% compuși cu azot, 0,05... 0,08% compuși cu oxigen și 24...27% parafine inferioare, este spălat, într-o primă fază, cu o soluție de monoetanolamină de concentrație 15...20%, la un raport lichid: gaz de 0,8...1 m³:

1000... 1300 Nm³, o temperatură de 3O...4O°C și o presiune de 45...48 bar, rezultând hidrogen cu 0,2...0,3% compuși cu sulf, 0,01 ...0,02% compuși cu azot și 24...27% parafine inferioare, care este supus unei a doua faze de absorbție într-o fracțiune petrolieră ușoară, la un raport fracțiune petrolieră ușoară: gazde 1...2 m³:1000...1500 Nm³, o temperatură de 30...40^0 și

RO 120769 Β1 o presiune de 44...47 bar, hidrogenul astfel purificat având 0,2...0,3% compuși cu sulf, 1 0,01...0,02% compuși cu azot, 10...13,5% parafine inferioare și fiind lipsit de compuși cu oxigen, procentele fiind exprimate volumetric. 3

Instalația pentru aplicarea procedeului este alcătuită dintr-un colector care este în legătură, prin intermediul unei conducte, cu o coloană de spălare cu monoetanolamină, din 5 acesta, printr-o conductă inferioară, fiind recuperate produsele cu S, N, O, iar printr-o conductă superioară, coloana de absorbție comunicând cu o coloană de absorbție, care, la rân- 7 dul ei comunică, printr-o conductă inferioară, cu o cameră superioară a unei coloane de desorbție, iar printr-o conductă superioară, comunică cu un colector de hidrogen de alimen- 9 tare a unui colector, o cameră inferioară a coloanei de desorbție, fiind în legătură cu o pompă centrifugă, care, printr-o conductă, împinge fracțiunea ușoară într-o cameră superioară a 11 coloanei de absorbție, în cuprinsul acestei conducte, în amonte de pompa centrifugă, fiind dispus un ejector aflat în legătură cu o conductă având montat în cuprins un ventil, camera 13 superioară a coloanei de desorbție fiind în legătură cu o conductă prin care sunt evacuate gazele ușoare în rețeaua de gaz combustibil. 15

Se prezintă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu figura care reprezintă schema de flux tehnologic a instalației de alimentare cu hidrogen necesar 17 în procesele de hidrogenare și izomerizare.

Procedeul conform invenției cuprinde spălarea hidrogenului bogat în compuși cu S 19 în proporție de 5...7% voi, compuși cu N în proporție de 0,5...1% voi, compuși cu oxigen în proporție de 0,05...0,08% și parafine 24...27%. cu o soluție de monoetanolamină având con- 21 centrația de 15...20% voi, cu o rație de contactare de 0,8...1m³/1000...1300 Nm³, temperatura fiind de 30...40°C și presiunea de 45...48 bar. Compușii cu S, N, O sunt reținuți în MEA 23 care cu o concentrație de 10...12% voi se regenerează. Hidrogenul având 0,2...0,3% voi compuși cu sulf, 0,01...0,02% voi compuși cu azot, compuși cu oxigen lipsă, și parafine 25 inferioare 24...27% voi, este absorbit într-o fracțiune ușoară de gazolină sau benzină ușoară având următoarele caracteristici: p₁₅ ¹⁵ 0,720...0,725, limite de distilare 60...18073, parafine 27 până la 0...80% g, la o rație de contactare fracțiu ne ușoară/gaze de 1...2 m³/

1000.. . 1500 Nm³, o temperatură de 3O...4O°C, și o presiune de 44...47 bar. în urma absorbției29 rezultă hidrogen purificat având următoarele caracteristici: compuși cu sulf 0,2...0,3% voi, compuși cu azot 0,01...0,02% ml, compuși cu oxigen lipsă, parafine inferioare 10... 13,5% voi.31

Benzina bogată, având 16,5...20% ml parafine inferioare și hidrogen, se desoarbe prin reducerea presiunii de la 44...47 bar la 3,5...4 bar, gazele separate, având 3...5% voi H₂,33

60.. .62% voi și 33...37% voi C₂-C₃, vor merge în rețeaua de gaze combustibile, iar benzina rezultată va completa benzina din instalațiile pentru absorbția gazelor ușoare din 35 hidrogen.

Instalația în cadrul căreia se aplică procedeul este constituită dintr-un colector 1, în 37 care se adună hidrogenul din procesele de hidrogenare și izomerizare, ce este în legătură cu coloana de spălare 4 cu MEA, ce vine prin conducta 7, prin intermediul conductei 2, ce 39 are poziționat ventilul 3. MEA bogată merge la desulfurare gaze, recuperare sulf prin conducta 6, ce are poziționat ventilul 5, coloana de absorbție 10, cu benzină, ce vine prin con- 41 ducta 13, ce este în legătură cu conductele 22, pe care este poziționat ventilul 25, și 21, care este în legătură cu coloana 4 prin intermediul conductei 8, ce are poziționat ventilul 9. 43

Colectorul de hidrogen 23 este în legătură cu coloana 10 prin intermediul conductei

11, ce are poziționat ventilul 12. Benzinei de pe fundul coloanei 16 i se ridică presiunea prin 45 intermediul pompei centrifuge 24, iar gazele de la vârful aceleiași coloane intră direct în rețeaua de gaze combustibile prin conducta 18, pe care este poziționat ventilul 17. Coloanele 47 10 și 16 comunică prin conducta 10, pe care este poziționat ventilul 20.

RO 120769 Β1

Hidrogenul rezultat din instalațiile de hidrofinare și izomerizare având un conținut de S de 6% voi, de azot de 0,7% voi, compuși cu oxigen 0,05% voi, și parafine inferioare 25% voi, pleacă din colectorul 1, prin intermediul conductei 2, pe care este așezat ventilul 3, la partea inferioară a coloanei de spălare 4, în contracurent cu soluția MEA de concentrație 20% voi, ce vine prin conducta 7. Rația de contactare este de 1 m³/1000 Nm³, temperatura 40’C, presiunea 46 bar. MEA bogată, având o concentrație de 11 % voi, pleacă la desulfurare gaze, recuperare sulf prin conducta 6, pe care este așezat ventilul 5 pentru regenerare.

Hidrogenul având compoziția: compuși cu sulf 0,2% voi, compuși cu azot 0,01% voi, compuși cu oxigen lipsă, parafine inferioare 24% voi pleacă prin conducta 8, pe care este poziționat ventilul 9 la partea inferioară a coloanei 10 de absorbție, este contactat cu o fracțiune de benzină ușoară, ce vine pe conducta 13, pe care este poziționat ventilul 14, având concentrațiile: p₁₅ ¹⁵ 0,720, limita de distilare 65...165’C, parafine 76% voi, în contracurent cu o rație de contactare de 1,5 m³/1000 Nm³; la o temperatură de 40’C și o presiune de 45 bar. în urma absorbției, pe la vârful coloanei va rezulta hidrogen purificat, ce va avea caracteristicile: compuși cu azot 0,01 % voi, compuși cu oxigen lipsă, parafine inferioare 13%; hidrogenul purificat va pleca în colectorul 23, din care se vor alimenta consumatorii prin intermediul conductei 11, pe care este poziționat ventilul 12.

Benzina bogată, având 88% voi parafine, din care 19% parafine inferioare, pleacă din conducta 19, pe care este poziționat ventilul de detentă 20, unde presiunea de 45 bar se reduce la 4 bar, al vârful coloanei 16, de unde gazele desorbite, având compoziția: H₂ 5% voi, C, 60% voi și C₂ 35% voi la temperatura de 35’C, pleacă în rețeaua de gaze combustibile prin conducta 18, pe care este poziționat ventilul 17.

Benzinei, separată la fundul coloanei 16, ce pleacă prin conducta 21, pe care este poziționat ventilul 25, i se ridică presiunea de la 4 bar la 45 bar cu pompa centrifugă 24, completând rația de 1,4 m³/1000 Nm³, cu o cantitate de 0,1 m³ de benzină din instalația ce vine prin conducta 22 pe care este poziționat ventilul 27 în conductele 13, pe care este poziționat ventilul 14 la coloana de absorbție 10.

Benzina de adaos este aspirată printr-un ejector 26, amplasat în cuprinsul conductei 21 în amonte de pompa 24.

Claims

1. Procedeu pentru purificarea hidrogenului necesar proceselor de hidrogenare și izomerizare prin spălare și absorbție, caracterizat prin aceea că hidrogenul, care conține

5.. .7% compuși cu sulf, 0,5...1% compuși cu azot, 0,05... 0,08% compuși cu oxigen și

24.. .27% parafine inferioare, este spălat, într-o primă fază, cu o soluție de monoetanolamină de concentrație 15...20%, la un raport lichid: gaz de 0,8...1 m³: 1000...1300 Nm³, o temperatură de 30...40’C și o presiune de 45...48 bar, rezultând hidrogen cu 0,2...0,3% compuși cu sulf, 0,01...0,02% compuși cu azot și 24...27% parafine inferioare, care este supus unei a doua faze de absorbție într-o fracțiune petrolieră ușoară, la un raport fracțiune petrolieră ușoară: gaz de 1...2 m³: 1000...1500 Nm³, o temperatură de 3O...4O°C și o presiune de

44.. .47 bar, hidrogenul astfel purificat având 0,2...0,3% compuși cu sulf, 0,01...0,02% compuși cu azot, 10...13,5% parafine inferioare și fiind lipsit de compuși cu oxigen, procentele fiind exprimate volumetric.

RO 120769 Β1

2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că fracțiunea ușoară 1 petrolieră, utilizată în faza de absorbție, are o densitate, p₁₅ ¹⁵de 0,720...0,725, o limită de

3. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că fracțiunea ușoară petrolieră, rezultată din faza de absorbție, este supusă unei operații de reducere a presiunii 5 de la 44...47 bar la 3,5...4 bar, când are locdesorbția gazelor ușoare care constau din 3..5% hidrogen, 60...62% C, și 33...37% C₂...C₃, procentele fiind exprimate volumetric, gazele 7 rezultate fiind ulterior trimise în rețeaua de gaze combustibile, iar fracțiunea petrolieră ușoară fiind reintrodusă în proces, în faza de absorbție. 9