SU1725988A1 - Способ очистки газа от кислых компонентов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к процессам очистки газовых смесей путем абсорбции и может быть использовано дл  выделени  углеводородов, сероводорода, диоксида углерода , воды и других целевых компонентов из природных и попутных газов, газов крекинга и пиролиза, синтез-газов, коксовых газов в газовой, нефт ной, химической, нефтехимической, коксохимической, металлургической и других отрасл х промышленности . Целью изобретени   вл етс  снижение энергетических затрат. Сущность изобретени  заключаетс  в том, что при очистке газа путем абсорбции целевых компонентов жидким поглотителем регенерацию абсорбента осуществл ют с разделением потока насыщенного абсорбента на несколько потоков после подогрева всего насыщенного абсорбента регенированным абсорбентом. Потоки насыщенного абсорбента после разделени  и перед вводом в десорбер подогревают и/или охлаждают до температуры, соответствующей или близкой температуре раздел емой смеси в зоне разделени , имеющейс  в точке ввода соответствующих потоков в десорбер. Количество потоков и разделение их в процентном отношении зависит от параметров разделени , раздел емых и получаемых продуктов очистки, требуемого качества очистки, количества ступеней разделени  в десорбере и т.д., причем наибольшее их количество равно количеству ступеней разделени  (тарелок ) десорбера. 2 табл. 1 ил. (Л

Description

Изобретение относитс  к процессам очистки газовых смесей путем абсорбции и может быть использовано дл  выделени  сероводорода, диоксида углерода, воды и других целевых компонентов из природных и попутных газов, газов крекинга и пиролиза , синтез газов, коксовых газов, в газовой, нефт ной, химической, нефтехимической, коксохимической, металлургической и других отрасл х промышленности.

Известен способ очистки газовых смесей , в частности, от сероводорода и диоксида углерода абсорбцией щелочными, например аминовыми растворами.

Сущность способа заключаетс  в проведении обратимой химической реакции поглотител  - 15-20%-ного водного раствора моноэтаноламина с сероводородом и диоксидом углерода в абсорбере, с целью извлечени  из газа кислых компонентов, выделени  поглощенных кислых газов из насыщенного абсорбента. Регенераци  насыщенного абсорбента проводитс  в наса- дочном или многотарельчатом колонном

ю ел ю

00 00

аппарате-десорбере при 100-120°С и давлении 0,14-0,2 МПа.

При этом насыщенный абсорбент вводитс  в десорбер общим (единым) потоком в точку (тарелку) питани , расположенную в средней части аппарата. На верх аппарата подаетс  кисла  вода в качестве орошени . С низа десорбера отводитс  регенерированный раствор моноэтаноламина, с верха - кислые газы и вод ные пары. Тепло дл  регенерации подводитс  через ребойлер, обогреваемый паром (теплоносителем).

Недостатками известного способа  вл ютс  высокие энергетические затраты, св занные с большим расходом пара на регенерацию абсорбента, ввиду подачи сырьевого потока в качестве питани  в середину десорбера, большим количеством кислой воды, подаваемой на орошение, и высокой температурой верха десорбера, наход щейс  в пределах 106-110°С. Подача питани  в середину десорбера св зана с необходимостью подн ти  температуры в зоне питани  до оптимальной дл  обеспечени  качества разделени , что приводит к увеличению количества отпаривающихс  вод ных паров и, как следствие, к увеличению энергетических затрат на разделение из-за увеличени  внутренних циркул ционных потоков тепла и холода в десорбере. Низкое качество разделени , св занное с охлаждением кислых газов орошаемой водой, приводит к сокращению высоты зоны контакта насыщенного абсорбента с отгонным паром в нижней, отпарной секции аппарата при поддержании оптимальной температуры верха десор- беров. Кроме того, увеличиваютс  потери абсорбента, св занные с высокой температурой верха десорбера.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ очистки газов от двуокиси углерода, в котором осуществл ют абсорбционную очистку водными растворами эта- ноламинов; последующую регенерацию насыщенного абсорбента про вод т с разделением последнего перед входом в регенератор на отдельные потоки и подогревом одного из них за счет тепла отход щего из регенератора регенерированного абсорбента , причем точку ввода потока насыщенного абсорбента располагают выше точки вывода регенерированного абсорбента, а насыщенный абсорбент перед вводом в регенератор дел т на три и более потоков.

Недостатками этого способа  вл ютс  высокие энергетические затраты на регенерацию абсорбента, св занные с большим расходом пара, как вследствие поглощени  отпаренных компонентов, поступающих с нижней части десорбера, верхними, более

холодными (в сравнении с потоком, подаваемым в середину десорбера) потоками насыщенного абсорбента, так и вследствие большого количества кислой воды, подаваемой на орошение десорбера, а также большие энергетические затраты на охлаждение абсорбента, подаваемого в абсорбер, вследствие того, что подача 10-30% холодного или частично подогретого абсорбента

в верхнюю часть десорбера приводит к повышению температуры регенерированного абсорбента, выход щего из теплообменника Насыщенный абсорбент, Регенерированный абсорбент, что вынуждает

увеличить энергетические затраты на доох- лаждение регенерированного абсорбента до минус 40 - плюс 50°С (перед подачей его в абсорбер в зависимости от примен емого типа абсорбционного процесса). При этом

наблюдаетс  низкое качество разделени , св занное с недостаточной высотой зоны контакта насыщенного абсорбента с отгонным паром в отпарной секции десорбера. Увеличение потери абсорбента св зано с

высокой температурой верха десорбера. Кроме того, необходимо обеспечивать большие поверхности теплообмена.

Целью изобретени   вл етс  снижение энергетических затрат.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу очистки газа от кислых компонентов, включающему их абсорбцию жидким поглотителем и регенерацию насыщенного поглотител  путем его разделени 

на несколько потоков, нагрева и многопоточной подачи поглотител  на десорбцию, разделение на потоки осуществл ют после подогрева всего потока насыщенного поглотител  контактированием с регенерированным поглотителем, а затем потоки насыщенного поглотител  после разделени  дополнительно подогревают или охлаждают до температуры, соответствующей температуре раздел емой смеси в точке

ввода в зону десорбции.

Количество потоков и разделение их в процентном отношении зависит от параметров разделени , раздел емых и получаемых

продуктов очистки, требуемого количества очистки, количества ступеней разделени  в десорбере и т.д., причем наибольшее их количество равно количеству ступеней разделени  (тарелок) десорбера. Разделение

потока насыщенного абсорбента осуществл ют после полного рекуперативного теплообмена с регенерированным абсорбентом при 40-180°С. Состав и температура потоков , подаваемых в регенератор, соответствуют равновесным, в отличие от известных

способов, услови м в соответствующих точках аппарата.

Многопоточное введение насыщенного абсорбента в десорбер после подогрева до максимально возможной температуры реге- нерированным абсорбентом, подаваемым с низа десорбера, позвол ет полнее использовать холод насыщенного абсорбента дл  охлаждени  регенерированного абсорбента , что значительно снижает энергетические затраты на дополнительное доохлаждение регенерированного абсорбента перед подачей его в абсорбер в сравнении с известным способом.

Многопоточный ввод насыщенного аб- сорбента в десорбер после его максимально возможного подогрева насыщенным абсорбентом позвол ет снизить энергетические затраты на десорбцию в сравнении с прототипом , снизить расход тепла и холода в де- сорбционной колонне.

Многопоточный ввод сырь  в десорбер с температурами потоков, наиболее близкими температурам раздел емой смеси, име- ющимис  в соответствующих точках (ступен х разделени ) в дёсорбере, после их ввода, в частности при извлечении сероводорода и диоксида углерода, позвол ет снизить внутренние циркул ционные паровые потоки в дёсорбере, обеспечивающие нагрев или охлаждение вводимого насыщенного абсорбента до температуры разделени  в точке ввода, что также позвол ет снизить энергетические затраты за счет снижени  холодного и парового орошени , т.е. за счет экономии пара и электроэнергии на охлаждение парогазовой смеси после десорбера .

В предлагаемом способе десорбер работает при термодинамически более выгод- ных услови х, обеспечивающих снижение энергетических затрат с одновременным повышением качества отпарки за счет увеличени  числа высокотемпературных контактных ступеней десорбера, расширением (удлинением) зоны повышенной температуры в нижней части десорбера без внесени  конструктивных изменений в десорбер, за счет снижени  парового и флегмового числа и за счет снижени  температуры парогазо- вой смеси, выход щей из десорбера.

Отпаривающий эффект газов, выдел емых в нижней части десорбера, вли ет на повышение качества продукта абсорбента, получаемого в верхней части десорбера.

Охлаждение одного или нескольких потоков насыщенного абсорбента, подаваемого в верхнюю часть десорбера, может осуществл тьс  любыми холодными потоками сырь  или продуктов разделени , например газом, подаваемым на очистку в абсорбер , очищенным газом, выход щим из абсорбера, газами десорбции перед подачей их потребителю или потоком орошени  десорбера перед его подачей вдесорбер или другими неиспользуемыми местными источниками холодных потоков, имеющихс  на объектах, в состав которых вход т установки очистки газа (например, на газоперерабатывающих заводах).

Дополнительный подогрев насыщенного абсорбента может быть осуществлен, например , конденсатом, паром или другим теплоносителем, отход щим из ребойлера десорбционной колонны или любым неиспользуемым источником гор чих потоков на объектах, в состав которых вход т установки очистки, например гор чими газами, идущими на охлаждение после дожимных компрессоров .

Таким образом, снижение суммарных энергетических затрат при использовании указанных в за вке новых приемов и их сочетаний с известными происходит за счет подачи более нагретых потоков насыщенного амина в десорбер, более полной рекуперации тепла, увеличени  температур в нижней части десорбера без подвода допол- нительного пара, что увеличивает врем  регенерации и полноту прохождени  химической реакции при десорбции; подачи в верхнюю часть десорбера потока насыщенного абсорбента при температуре, равной температуре верха десорбера (а не более низкой в сравнении с прототипом), что снижает количество тепла десорбции; выполнени  в дёсорбере роли отпаривающего агента потоком гор чих кислых газов, поднимающихс  из зоны нижнего гор чего ввода к верхнему при более высоких температурах (115-180°С), что снижает флегмо- вое число; увеличени  высоты гор чей зоны десорбции в дёсорбере, что улучшает качество регенерации; снижени  нагрузки воздушного холодильника перед десорбе- ром; снижени  температуры поступающего на охлаждение регенерированного абсорбента от 80-90 до 60-70°С и его охлаждени .

По указанным причинам достигаетс  экономический эффект выше суммарного при наличии новой организации тепло- и массообмена и ввода гор чих потоков в десорбер повышенной температуры на более верхние тарелки десорбера.

Регенерированный абсорбент получаетс  с меньшим содержанием остаточных компонентов, что позвол ет осуществить более тщательную очистку газа или увеличить производительность установки по очищаемому газу при меньших энергетических затратах на очистку газа.

Технологические параметры работы де- сорбера по известному и предлагаемому способам при очистке газа Тенгизского месторождени  диэтаноламином с давлением десорбции 0,18-0,20 МПа, со встроенным дефлегматором, отбором полурегенерированного абсорбента и числом практических тарелок 20 (счет тарелок указан с верхней тарелки) представлены в табл. 1.

Способ осуществл ют следующим образом (фиг. 1).

Сырой неочищенный газ с давлением 0,5-0,6 МПа и температурой 50 - минус 40°С подают в низ абсорбера 1. В верх абсорбера 1 подают абсорбент с температурой 50 - минус 40°С. В результате массообмена при противоточном контакте газа с абсорбентом из газа поглощаютс  целевые компоненты (вода, сероводород, углекислый газ и т.д.). Очищенный газ с верха абсорбера подают потребителю. С низа абсорбера насыщенный абсорбент проходит сепаратор 2 или отделитель в виде абсорбционно-отпар- ной колонны дл  отделени  насыщенного абсорбента от растворенных легких углеводородов при давлении 0,3-2,0 МПа. Легкие компоненты удал ютс  с верха сепаратора 2, а насыщенный абсорбент с низа сепаратора 2 подают в теплообменник 3, где за счет тепла регенерированного абсорбента насыщенный абсорбент нагревают до 80- 200°С. раздел ют на несколько потоков и подают разделенные потоки вдесорбер4 на тарелки питани , имеющие соответствующие или близкие к ним температуры.

С целью обеспечени  температуры, соответствующей или близкой температуре раздел емой смеси на тарелке, в местах ввода в десорбер на разделенных потоках устанавливают подогреватели 5 или/и холодильники 6. Кислые газы или извлекаемые компоненты, отпаренные из абсорбента в десорбере 4, с верха десорбера подают в холодильник 7, а затем в рефлюксную емкость 8. Извлеченные кислые газы и сконденсированную воду из рефлюксной емкости 8 направл ют в десорбер в качестве орошени . Тепло в десорбер подают через ребойлер 9, обогреваемый теплоносителем. В десорбере поддерживают давление 0,01- 0,2 МПа при отделении кислых газов или воды. Регенерированный абсорбент с низа десорбера 4 с температурой 80-200°С проходит теплообменник 3 и далее холодильник 10 и подаетс  вновь в абсорбер 1.

Число потоков подогретого и/или охлажденного насыщенного абсорбента, подаваемого в десорбер, относительное

соотношение количества абсорбента в потоках , как и в известном способе, завис т от условий разделени  в десорбере (температуры верха и низа десорбера, количества

орошени , предельных количеств абсорбента , уносимого парогазовой смесью), диктуемых услови ми дальнейшей переработки полученных газов, а также от числа тарелок в десорбере.

П р и м е р 1. В абсорбер диаметром 30 мм, заполненный насадкой, подают снизу сырой газ, содержащий 0,03 моль/моль кислых компонентов HaS и С02. На верх абсорбера подают абсорбент с температурой

30-35°С. В качестве абсорбента используют 12%-ные водные растворы алканоламинов- моноэтаноламина и метилдиэтаноламина. В результате поглощени  абсорбентом сероводорода и углекислого газа получают насыщенный кислыми газами абсорбент, который подвергают регенерации в десорбере . При этом весь насыщенный абсорбент подогревают регенерированным абсорбентом до 90°С и двум  раздельными потоками

подают в десорбер. Одну часть потока в количестве 30% от основного количества насыщенного абсорбента подают в верхнюю часть десорбера, а второй поток в количестве 70% - в среднюю часть десорбера. Дл 

сравнени  с известным способом часть насыщенного абсорбента в количестве 30% от основного потока ввод т в верхнюю часть десорбера без подогрева при температуре 30°С.

П р и м е р 2. Аналогичным образом провод т процесс регенерации абсорбента с вводом в-регенератор трем  потоками с перегревом третьего в количестве 30% от основного. Перегрев третьего потока осуществл ют паром до 110°С и ввод т в нижнюю часть десорбера на ступень разделени , имеющую соответствующую температуру (т.е. 110°С).

Результаты опытных проверок предлагаемого и известного способов приведены в табл. 2.

Таким образом, предлагаемый способ, как видно из табл. 2 в сравнении с известным , приводит к снижению энергетических

затратна 15-20%.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и   Способ очистки газа от кислых компонентов , включающий их абсорбцию жидким поглотителем и регенерацию насыщенного поглотител  путем его разделени  на несколько потоков, нагрева и многопоточной подачи поглотител  на десорбцию, о т л и- ч а ю щ и и с   тем, что, с целью снижени  энергозатрат, разделение на потоки осуществл ют после подогрева всего потока насыщенного поглотител  контактированием с регенерированным поглотителем, а затем потоки насыщенного поглотител  после

разделени  дополнительно подогревают или охлаждают до температуры, соответствующей температуре раздел емой смеси в точке свода в зону десорбции.

Таблица 1

Наименование потоков или тарелок

80-85 Ввод части сырь  при 40-50°С

85-90

100-105

Ввод второй части сырь  с температурой 80-90°С

115-120

Выводы полурегенерированного абсорбента

125

Вывод регенерированного абсорбента в теплообменники Амин-Амин

Способ

известный

предлагаемый

80-85

95-100 Ввод части сырь  при 95-100°С

125

Ввод остальной второй части сырь  с температурой 125°С

125

Вывод полурегенерированного абсорбента в теплообменники Амин-Амин

125

Вывод регенерированного абсорбента в теплообменники Амин-Амин

Таблица 2

Claims (1)

1. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

   Способ очистки газа от кислых компонентов, включающий их абсорбцию жидким поглотителем и регенерацию насыщенного поглотителя путем его разделения на несколько потоков, нагрева и многопоточной подачи поглотителя на десорбцию, о т лича ю щ и й с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, разделение на потоки осуще ствляют после подогрева всего потока насыщенного поглотителя контактированием с регенерированным поглотителем, а затем потоки насыщенного поглотителя после разделения дополнительно подогревают или охлаждают до температуры, соответствующей температуре разделяемой смеси в точке свода в зону десорбции.

   Таблица 1

   Наименование потоков или тарелок Способ известный предлагаемый Температура на 1-й тарелке, °C Температура на 3-й тарелке, °C Температура на 10-й тарелке, °C Температура на 14-15-й тарелках, °C Температура в кубе колонны или на 20-й тарелке, °C 80-85 Ввод части сырья при 40-50°С 85-90 100-105 Ввод второй части сырья с температурой 80-90°С 115-120 Выводы полурегенерированного абсорбента 125 Вывод регенерированного абсорбента в теплообменники Амин-Амин 80-85 95-100 Ввод части сырья при 95-100°С 125 Ввод остальной второй части сырья с температурой 125°С 125 Вывод полурегенерированного абсорбента в теплообменники Амин-Амин 125 Вывод регенерированного абсорбента в теплообменники Амин-Амин

   Таблица 2

   Показатели Предлагаемый способ Известный способ с нагревом двух потоков с нагревом трех потоков с двумя потоками с тремя потоками Общее количество абсорбента, подаваемого на регенерацию, л/ч 10 10 10 10 Количество абсорбента потока 1-го потока 2 2 2 2 2-го потока 8 5 8 5 3-го потока Давление регенерации, МПа 0,16 3 0,16 0,16 3 0,16 Температура регенерированного абсорбента Степень насыщения абсор- 115 115 115 115 бента целевыми компонентами, моль/моль Степень насыщения целевыми 0,3-0,4 0,3-0,4 0,3-0,4 0,3-0,4 компонентами регенерированного абсорбента, моль/моль 0,04-0,1 0,04-0,1 0,08-0,1 0,08-0.1 Энергетические затраты, ккал/ч 540 500 620 600