СПОСОБ УДАЛЕНИЯ КИСЛОТНЫХ ГАЗОВ, ТАКИХ, КАК СЕРОВОДОРОД И/ИЛИ ДВУОКИСЬ УГЛЕРОДА Российский патент 1997 года по МПК B01D53/14 B01D53/52 B01D53/62 

Изобретение относится к способу удаления кислотных газов, таких как сероводород или/и двуокись углерода из газообразной смеси путем абсорбции.

Удаление сероводорода и/или двуокиси углерода является известной проблемой в промышленности, которая еще не нашла обоснованного экономического и эффективного решения. Его возможные применения многочисленны, главным, но не единственным примером является обработка природного газа. Двуокись углерода является инертным компонентом такого газа, который может быть удален из газа по существу вплоть до пределах, который налагается требуемой теплотворностью и индексом Wobbe. Начальная загрузка газа может содержать вплоть до нескольких десятков процентов (по объему) двуокиси углерода, после обработки его содержание составляет от 1 до 3%
Удаление сероводорода должно быть очень тщательным, чтобы гарантировать потребителю отсутствие в газе токсичных и агрессивных компонентов. Начальная загрузка может содержать вплоть до нескольких процентов (по объему) сероводорода, газ после обработки должен содержать не более чем 1 3 ppm сероводорода.

Использование абсорбционных способов (физических или химических) хорошо известно в области удаления кислотных газов, таких как двуокись углерода и сероводород, из газообразных смесей. Для простоты описания способы известные в литературе, могут быть классифицированы согласно типу используемого растворителя.

а/ Органические соединения различных типов, таких как спирты, амиды, лактамы, полигликоли, полиэфиры и т.п. Эти типы растворителя используются в основном тогда, когда парциальное давление кислотного газа высокое.

b/ Водные растворы первичных и вторичных аминов, таких как МЭА или ДЭА. Этот тип растворителя используется тогда, когда парциальное давление кислотного газа низкое и должны удовлетворяться очень жесткие спецификации.

с/ Водные растворы щелочных карбонатов, возможно активированные веществами, такими как амины, бораты, аминокислоты и т.п. Этот тип растворителя обычно используется для удаления больших количеств кислотного газа при высоком парциальном давлении. Особенно интересные результаты могут быть получены, если также присутствуют активаторы.

Промышленные процессы удаления кислотных газов путем абсорбции характеризуются в основном двумя значениями, определяемыми как капиталовложения и текущие расходы на единицу удаляемого кислотного газа. Капиталовложения в основном пропорциональны размеру абсорбционной и регенерационной колонн, включая подогреватель и конденсатор, и отсюда количеству растворителя, которое используется. Текущие расходы в основном пропорциональны количеству тепла, требуемому для регенерации растворителя. Они также выше, чем большее количество растворителя расходуется, т.к. большее количество энергии потребляется для его перекачки.

Растворители типа а/ характеризуются низкими текущими расходами на единицу удаляемого кислотного газа, но также характеризуются высокими капиталовложениями в особенности при низком парциальном давлении, т.к. кислотная загрузка невысокая.

Растворители типа b/ характеризуются высокими текущими расходами, т.к. на стадии абсорбции они приводят к образованию карбаматов в присутствии двуокиси углерода. Обратная реакция, проводимая в регенерационной колонне, несомненно эндотермична и отсюда стоимость выше.

Растворители типа с/ характеризуются более низкими текущими расходами, чем типа b/, т.к. они приводят к образованию бикарбонатов, следовательно, требуется реакция разложения, которая менее эндотермична, и отсюда стоимость ниже, чем для карбаматов. Однако растворители типа с/ характеризуются относительно высоким капиталовложением, т.к. их вынуждены использовать в относительно низкой концентрации для предотвращения коррозионных явлений или альтернативно использовать материалы высокого качества, или легированную сталь, которые приводят к повышению текущих расходов. Можно также показать, что растворители типа b/ могут также приводить к тем же проблемам. Поэтому растворы моноэтаноламина (МЭА) диэтаноламина (ДЭА) используются как 15 25 вес. -ные, чтобы предотвратить серьезную коррозию из-за высокой концентрации соответствующего карбамата, следовательно, характеризуются более высокими капиталовложениями.

Известен способ удаления кислотных газов, таких как сероводород и/или двуокись углерода, из газообразной смеси, включающий абсорбцию кислотных газов растворителем водной смесью, содержащей диметилэтаноламин, и последующую регенерацию использованного растворителя.

Было обнаружено, что недостатки способов, известных в литературе, могут быть преодолены, если использовать в качестве растворителя водный раствор диметилэтаноламина соответствующей концентрации.

Настоящее изобретение предлагает способ для удаления кислотных газов, таких как серодовород и/или двуокись углерода, из газообразных смесей, включающий в основном абсорбцию кислотных газов растворителем и регенерацию использованного растворителя путем десорбции. Используемый растворитель представляет собой водную смесь диметилэтаноламина (ДМЭА) с концентрацией диметилэтаноламина от 410 до 70% по весу, предпочтительно от 40 до 55%
Это соединение приводит к образованию бикарбонатов или бисульфата, если присутствует сероводород, и дает возможность использовать высокие концентрации водного раствора без проблемы коррозии и подачи, даже при относительно низком парциальном давлении, двуокиси углерода.

Следует также отметить, что стоимость регенерации бикарбоната невысокая.

Способом изобретения можно очищать газообразные газы, в которых содержание кислотного газа в исходной загрузке составляет от 1 до 90% по объему, но особенно он применяется для таких смесей, которые содержат от 3 до 60% по объему.

По этому способу получают содержание двуокиси углерода в верхнем потоке из абсорбционной колонны от 0,5 до 5% по объему.

Схема применения способа согласно изобретению описывается ниже при помощи примера со ссылкой на чертеж, но не ограничивается им.

Газ, который подвергается обработке, подается по линии 1 в абсорбер 2, в который абсорбционный раствор подается по линии 3. Обработанный газ выходит по линии 4. Использованный раствор выгружается из нижней части 5 и после снятия давления в клапане 6 и подогрева в теплообменнике 7 подается в регенерационную колонну 8.

Через нижнюю часть колонны 8, которая снабжена подогревателем 9, регенерированный раствор 10 подается насосом 11 в абсорбер 2 после охлаждения в теплообменниках 7 и 12.

Кислотные газы 13, покидая колонну 8, охлаждаются в аппарате 14 и разделяются в колонне 15 на жидкий пар 16 (рециркулируется насосом 17) и кислотный газ 18, который в конце концов удаляется.

Газ и пар из верхней части абсорбера 2 и колонны 8 соответственно могут быть промыты небольшим количеством воды, чтобы предотвратить любую потерю растворителя в газообразном выходящем потоке.

Абсорбционная колонна может быть обеспечена дополнительным промежуточным теплообменником, если необходим строгий температурный контроль.

Водные линии для удаления амина и дополнительный теплообменник не показаны на чертеже.

Ниже приведены примеры, один из которых сравнительный, для лучшей иллюстрации изобретения.

Пример 1.

Способ осуществляется в колонне, содержащей 44 двухколпачковые тарелки диаметром 5,1 см, при этом используют 50 вес. смеси диметилэтаноламина (ДМЭА) и воды. Подаваемый природный газ (N м³/ч) содержит 20% двуокиси углерода и подается при 70 кг/см². Поддерживается 70^oC в нижней части и 50^oC на верхней тарелке. Обработанный газ имеет остаточное содержание двуокиси углерода 1% при потоке растворителя 3,5 кг/ч.

Пример 2.

Способ осуществляют, используя ту же самую установку и тот же самый температурный уровень, как описано в примере 1, с той же самой газообразной загрузкой (расход, состав, давление), за исключением того, что в качестве растворителя используют смесь ДМЭА/вода при соотношении 40/60% по весу.

Обработанный газ имеет остаточное содержание двуокиси углерода 1% по объему при потоке растворителя 4,38 кг/ч.

Пример 3.

Способ осуществляют, используя ту же самую установку и тот же самый температурный уровень, что и в примере 1, с той же самой газообразной загрузкой (расход, состав, давление), за исключением того, что в качестве растворителя используют смесь ДМЭА/вода при соотношении 70/30% по весу.

Обработанный газ имеет остаточное содержание двуокиси углерода 1% по объему при потоке растворителя 2,5 кг/ч.

Пример 4 сравнительный.

Оперируют той же подачей при той же температуре и давлении в той же самой колонне, но используют поток растворителя, содержащий раствор диэтаноламина (ДЭА) (25 мас.) в воде, требуется скорость потока 7 кг/ч для получения газа, содержащего 1% двуокиси углерода.

Нигде не были сделаны прямые измерения теплового расхода в регенерационной колонне (содержащей 44 двухколпачковые тарелки диаметром 5,1 см, давление в верхней части 1,2 кг/см², температура нижней части 120^oC. Однако было подсчитано, что при использовании ДЭА потребляется на 30% больше тепла, чем в случае ДМЭА.

Использование ДЭА, следовательно, значительно повышает как капиталовложения, так и текущие расходы из-за больших энергетических расходов при манипулировании растворителя.

Использование: в производстве удаления кислотных газов, таких как сероводород и/или двуокись углерода, из газообразной смеси. Сущность: газообразную смесь, содержащую сероводород и/или двуокись углерода, подвергают обработке водным раствором диметилэтаноламина концентрации 40 - 70%. Отработанный водный раствор диметилэтаноламина подвергают регенерации. 1 ил.

Способ удаления кислотных газов, таких как сероводород и/или двуокись углерода из газообразной смеси, включающий абсорбцию их из газообразной смеси водным раствором диметилэтаноламина и последующую регенерацию отработанного водного раствора диметилэтаноламина, отличающийся тем, что водный раствор диметилэтаноламина берут концентрацией 40 70%