СПОСОБ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ОТХОДЯЩЕГО ГАЗА РЕГЕНЕРАЦИИ Российский патент 2022 года по МПК B01D53/14 B01D53/30 

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к способу последующей обработки потоков газа, в которых нежелательные, в частности серосодержащие, компоненты присутствуют в таком количестве, которое неравномерно изменяется периодически или с течением времени, и/или с изменяющейся концентрацией, с применением способа абсорбции или скрубберной очистки газа. Более конкретно, способ включает основанную на среде для скрубберной очистки обработку потока отходящего газа регенерации, который выходит из блока адсорбции, при этом поток отходящего газа регенерации характеризуется изменением количества и/или концентрации нежелательного компонента, например серосодержащих компонентов, со временем.

Предпосылки изобретения

Свойства природного газа из месторождений природного газа, которые используются в настоящее время, непрерывно ухудшаются. Поэтому удаление из природного газа следовых примесей, например карбонилсульфида (COS), ртути и особенно меркаптанов, становится все более важным наряду с традиционным удалением сероводорода (H₂S), углекислого газа (CO₂), а также с высушиванием или удалением воды. Обычно водосодержащие компоненты и меркаптаны удаляют с помощью адсорбции на подходящих адсорбентах, например молекулярных ситах, что предусматривает периодическую регенерацию адсорбентов. При регенерации адсорбированные примесные составляющие обычно удаляются при контакте нагруженных адсорбентов с продувочным газом так, что десорбция или элюирование, то есть вымывание в течение короткого периода, создают высококонцентрированный пиковый поток примесных составляющих в отходящем газе регенерации, то есть "пик", при этом отходящий газ регенерации содержит намного более низкий уровень примесных компонентов или больше не содержит их вовсе в течение оставшегося времени регенерации, то есть особенно до и после элюирования пика.

Отходящий газ регенерации, содержащий нежелательные примесные составляющие, необходимо подвергнуть последующей обработке, поскольку его нельзя выпускать таким как есть в атмосферу. Поэтому для извлечения примесных компонентов из отходящего газа регенерации последующая обработка отходящего газа регенерации должна быть разработана также для высококонцентрированного пикового потока примесных составляющих. В способах непрерывной обработки отходящего газа, известных из уровня техники, скрубберную очистку газа осуществляют с применением жидкого абсорбента или среды для скрубберной очистки. Известными и часто применяемыми способами такого типа являются способ Rectisol и способ Purisol, которые оба в целом описаны в "Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry", 6-е издание, том 15, страница 399 и далее. Эти способы в основном включают этап абсорбции и этап регенерации, на котором выпускают отходящий газ, содержащий примесные компоненты.

В способе Rectisol вышеуказанные нежелательные проблемные компоненты абсорбируют посредством холодного метанола, то есть метанола, охлажденного до температуры, которая значительно ниже температуры окружающей среды, в качестве абсорбента или среды для скрубберной очистки, при этом происходит интенсивный массообмен между неочищенным газом и абсорбентом или средой для скрубберной очистки в абсорбционной колонне, также называемой колонной для скрубберной очистки. В этом случае растворимость нежелательных составляющих в газе значительно увеличивается со снижением температуры метанола и увеличением давления, при этом она остается практически неизменной в случае водорода и монооксида углерода. Метанол дополнительно обладает преимуществом в том, что сохраняет низкую вязкость даже при температурах вплоть до -75°C и, следовательно, обладает хорошими свойствами в отношении массопереноса и теплопередачи. Метанол, нагруженный проблемными компонентами, который применяют в качестве среды для скрубберной очистки, в способе Rectisol циркулирует через устройства регенерации.

В способе Purisol, который также является способом физической абсорбции, примесные компоненты абсорбируют посредством N-метилпирролидона (NMP) в качестве абсорбента или среды для скрубберной очистки при температуре окружающей среды или — в сочетании с охлаждающей установкой — при температурах вплоть до -15°C. В этом способе скрубберной очистки газа среду для скрубберной очистки тоже регенерируют путем обработки в установке регенерации с применением нагревания, мгновенного испарения или отпаривания с помощью инертных газов и рециркулируют в абсорбционную часть установки. Типичные значения рабочего давления и рабочей температуры в способе Purisol составляют соответственно от 5 до 80 бар(абс.) и от 0 до 60°C, а в некоторых случаях также ниже указанных установленных значений. Среду для скрубберной очистки регенерируют снижением давления, а также нагреванием, если необходимо. Выделяемые серосодержащие компоненты преобразовывают в элементарную серу в установке Клауса. Регенерированную среду для физической скрубберной очистки снова используют для абсорбции.

Если только не предпринимаются конкретные меры, пик примесного компонента удерживается в системе абсорбции и регенерации для последующей обработки отходящего газа регенерации. Такое колебание в отношении примесных компонентов по времени, например серосодержащих компонентов, часто недопустимо для расположенных ниже по потоку установок. Например, в случае удаления серосодержащих компонентов отходящий газ от регенерации среды для скрубберной очистки часто отправляют в установку Клауса для получения серы. Тем не менее эта установка не способна легко обрабатывать концентрации серосодержащих компонентов, которые значительно изменяются по времени; вместо этого для нее необходим в значительной степени постоянный приток по времени. Подаваемые потоки газа, которые могут испытывать изменения по времени в отношении количества или концентрации серосодержащих компонентов, не могут быть экономически выгодно обработаны в установке Клауса и могут быть только сожжены в огне.

Поэтому для исключения или по меньшей мере уменьшения колебания в отношении примесных компонентов по времени в документе DE 102005059101 A1 предложено установить сосуд для выдерживания, в котором абсорбент, нагруженный примесными компонентами из по меньшей мере одного цикла регенерации, подвергают промежуточному выдерживанию и перемешивают перед тем, как направить его в секцию регенерации. Это обеспечивает выравнивание профиля концентрации примесных компонентов по времени в отходящем газе, подаваемом в расположенную ниже по потоку установку. Недостатки этого, тем не менее, заключаются в больших объемах среды для скрубберной очистки, рассчитанных для пиковой концентрации в пике примесного компонента, сосуде, необходимом для промежуточного выдерживания, и, соответственно, требуемой высокой производительности перемещающих устройств, в частности насосов и трубопроводов. Важным зачастую также является пространство, необходимое для установки большого промежуточного сосуда в установке для последующей обработки.

Описание изобретения

Следовательно, задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в настройке параметров способов, описанных в начале документа, для последующей обработки отходящих газов регенерации, полученных в ходе регенерации нагруженных адсорбентов при контакте с потоком продувочного газа, с обеспечением по существу однородного притока среды для физической скрубберной очистки, нагруженной примесными компонентами, например серосодержащими компонентами, для регенерации среды для скрубберной очистки и, следовательно, также однородного оттока отходящих газов, содержащих серосодержащие компоненты, из регенерации среды для скрубберной очистки в расположенную ниже по потоку установку, например в установку Клауса.

Эта задача решается в целом с помощью способа, обладающего признаками, изложенными в пункте 1 формулы изобретения. Другие варианты осуществления, в частности предпочтительные варианты осуществления, способа согласно настоящему изобретению можно найти в зависимых пунктах формулы изобретения.

Способ согласно настоящему изобретению:

Способ очистки отходящего газа регенерации, полученного в ходе регенерации сорбента, нагруженного целевым компонентом, путем пропускания продувочного газа над ним или через него,

включающий следующие этапы способа:

(a) обеспечение сорбента, нагруженного целевым компонентом, и продувочного газа;

(b) введение продувочного газа в виде непрерывного потока продувочного газа в сосуд с сорбентом, содержащий нагруженный сорбент, и выведение потока продувочного газа, нагруженного целевым компонентом, в виде потока отходящего газа регенерации из сосуда с сорбентом, при этом в некоторый момент целевой компонент элюируют в виде пика из сосуда с сорбентом и получают по меньшей мере частично регенерированный сорбент;

(c) введение потока отходящего газа регенерации в устройство скрубберной очистки газа; приведение потока отходящего газа регенерации в контакт со средой для скрубберной очистки в устройстве скрубберной очистки газа; выведение потока отходящего газа регенерации, по меньшей мере частично очищенного от целевого компонента, и среды для скрубберной очистки, нагруженной целевым компонентом, из устройства скрубберной очистки газа,

характеризующийся тем, что во время поступления пика целевого компонента в устройство скрубберной очистки газа и в течение определенных периодов времени tv, tn до и после поступления пика целевого компонента в устройство скрубберной очистки газа поток отходящего газа регенерации приводят в контакт со средой для скрубберной очистки при первом объемном расходе и среду для скрубберной очистки, нагруженную целевым компонентом, выдерживают при первом давлении в первом промежуточном сосуде; и при этом в течение периодов перед tv и после tn поток отходящего газа регенерации приводят в контакт со средой для скрубберной очистки при втором объемном расходе и среду для скрубберной очистки, нагруженную целевым компонентом, выдерживают при втором давлении во втором промежуточном сосуде.

В контексте настоящего изобретения под сорбентами следует понимать все среды, которые способны впитывать и связывать целевой компонент на своей поверхности (адсорбция) или в своем объеме (абсорбция). Они зачастую, но не исключительно, могут представлять собой твердые вещества в случае адсорбции и жидкости в случае абсорбции.

Под пиком в контексте настоящего изобретения следует понимать любой профиль концентрации, который изменяется во времени и который, начиная от базового значения или базового уровня, сначала имеет восходящий профиль, а затем нисходящий профиль и, наконец, возвращается или по меньшей мере асимптотически приближается к базовому значению или базовому уровню. В случае последнего варианта специалист в данной области техники, опираясь на свой опыт, будет принимать решение в отношении того, когда базовое значение или базовый уровень были достигнуты снова. Решение в отношении моментов tv, tn до и после пика может быть принято на основании отслеживания профиля концентрации во времени с помощью общепринятых методов анализа. В таком случае с помощью соответствующих стандартных испытаний можно устанавливать определенные моменты tv, tn до и после того, как пик целевого компонента поступает в устройство скрубберной очистки газа.

Когда указано, что нагруженную среду для скрубберной очистки вводят из первого промежуточного сосуда во второй так, что из него может быть выведен поток среды для скрубберной очистки с концентрацией целевого компонента, которая меньше изменяется с течением времени по сравнению с потоком отходящего газа регенерации и является предпочтительно постоянной во времени, то это будет означать все меры, которые специалист в данной области техники обычно будет применять для получения такого выравнивания концентрации в зависимости от времени и/или места. К примерам для этой цели относится обеспечение смесительного устройства, например мешалки или статического смесителя, во втором промежуточном сосуде. В качестве альтернативы нагруженная среда для скрубберной очистки может быть введена из первого промежуточного сосуда во второй с высоким моментом, так что вихревое движение, сообщаемое вводимому потоку, обеспечивает требуемое перемешивание.

Под выравниванием давления следует понимать не только лишь обеспечение полного равенства давлений в сообщающихся областях, но и, в более широком смысле, выравнивание давлений в этих областях без получения полного равенства давлений в конце операции.

Любые значения давления в единицах бар(абс.) основаны на абсолютном давлении в барах, абс., если в отдельном случае не указано иное.

Настоящее изобретение основано на обнаружении того, что высокий массовый расход среды для скрубберной очистки, необходимой для надежной абсорбции целевого компонента в устройстве скрубберной очистки газа, предпочтительно обеспечивать не на протяжении всей операции способа, а только в период времени, в течение которого пик целевого компонента поступает в устройство скрубберной очистки газа.

Для этой цели согласно настоящему изобретению в структурную схему, известную из уровня техники, добавлен сосуд для среды для скрубберной очистки с высокой нагрузкой целевым компонентом. Уже существующий сосуд согласно DE 102005059101 A1, расположенный ниже по потоку относительно устройства скрубберной очистки газа, например абсорбционной колонны, применяют для выдерживания среды для скрубберной очистки с низкой нагрузкой целевым компонентом (второй промежуточный сосуд).

Незадолго перед поступлением пика целевого компонента в устройство скрубберной очистки газа, а также во время и незадолго после этого среду для скрубберной очистки, нагруженную целевым компонентом, вводят в сосуд для среды для скрубберной очистки с высокой нагрузкой целевым компонентом (первый промежуточный сосуд). Эта фаза обычно занимает один час, например, в обычных условиях способа.

После конца пика нагруженную среду для скрубберной очистки направляют из устройства скрубберной очистки газа в сосуд для среды для скрубберной очистки с низкой нагрузкой целевым компонентом (второй промежуточный сосуд). Параллельно с этим сосуд для среды для скрубберной очистки с высокой нагрузкой целевым компонентом опорожняют и его содержимое также добавляют в сосуд для среды для скрубберной очистки с низкой нагрузкой целевым компонентом, при этом происходит перемешивание сред для скрубберной очистки с высокой и низкой нагрузкой. Перемешивание может быть дополнительно улучшено путем обеспечения в сосуде для среды для скрубберной очистки с низкой нагрузкой целевым компонентом или на нем смесительных устройств, например мешалок, статических смесителей, направляющих пластин, и/или введения среды для скрубберной очистки с высокой нагрузкой целевым компонентом в сосуд с применением вихревого движения. Таким образом, в компонентах установки, подсоединенных ниже по потоку относительно сосуда для среды для скрубберной очистки с низкой нагрузкой целевым компонентом, получают профиль концентрации, который со временем колеблется менее значительно по сравнению с профилем пика в абсорбционной колонне. В крайнем случае, то есть в случае идеального обратного перемешивания в сосуде, концентрация целевого компонента в потоке среды для скрубберной очистки, выходящем из сосуда, является постоянной по времени.

Данный поток среды для скрубберной очистки затем направляют из сосуда для среды для скрубберной очистки с низкой нагрузкой целевым компонентом в устройство регенерации среды для скрубберной очистки. Поскольку среда для скрубберной очистки имеет более стабильную концентрацию целевого компонента, которая меньше изменяется с течением времени, например более постоянное содержание меркаптанов, то в устройстве регенерации среды для скрубберной очистки получают отходящий газ с более стабильным составом, и он может быть выпущен на последующих этапах процесса. В случае меркаптанов в качестве целевого компонента это может быть, например, этап извлечения серы после процесса Клауса.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения

Один особенно предпочтительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что первый объемный расход больше, чем второй объемный расход. В результате большее количество среды для скрубберной очистки обеспечивается именно тогда, когда пик целевого компонента, то есть примесного компонента, подлежащего удалению, например серосодержащих компонентов, поступает в устройство скрубберной очистки газа. Это приводит к более эффективному удалению целевого компонента. С другой стороны, устройство скрубберной очистки газа эксплуатируется только с небольшим расходом среды для скрубберной очистки во все другие периоды времени, то есть в периоды времени до tv и после tn. Поэтому уровень наличия среды для скрубберной очистки, подлежащей регенерации, значительно снижается по сравнению со способами, известными из уровня техники, в частности по сравнению со способом, описанным в документе DE 102005059101 A1.

Было обнаружено, что особенно предпочтительным является, если первое давление меньше или равно, предпочтительно равно, давлению в устройстве скрубберной очистки газа, а второе давление меньше или равно первому давлению. Это уменьшает или предотвращает мгновенное испарение целевого компонента; во-вторых, градиент давления способствует дальнейшему перемещению нагруженной среды для скрубберной очистки из устройства скрубберной очистки газа в первый промежуточный сосуд. Для дополнительного способствования дальнейшему перемещению нагруженной среды для скрубберной очистки можно дополнительно обеспечить дополнительные перемещающие устройства, например насосы, и/или расположить соответствующие соединительные трубопроводы под наклоном.

Предпочтительно сосуд для среды для скрубберной очистки с высокой нагрузкой целевым компонентом эксплуатируют под таким же давлением, что и устройство скрубберной очистки газа для предотвращения мгновенного испарения целевого компонента. Сосуд для среды для скрубберной очистки с низкой нагрузкой целевым компонентом предпочтительно эксплуатируют под более низким давлением, и любые газы мгновенного испарения направляют в устройство регенерации среды для скрубберной очистки.

В одном аспекте способа согласно настоящему изобретению целевой компонент представляет собой по меньшей мере одно соединение серы, выбранное из следующей группы: меркаптаны, сероводород, карбонилсульфид, при этом общее содержание серы является суммарным параметром. Указанные соединения, например, присутствуют в виде нежелательных сопровождающих веществ в разновидностях природного газа или неочищенном синтез-газе. Они являются нежелательными особенно потому, что они действуют как проблемный компонент на последующих этапах дальнейшей обработки, при этом одной причиной этого является то, что они являются каталитическими ядами в каталитических способах. В некоторых методах анализа общее содержание серы определяют как суммарный параметр; в этих случаях акцент делается на уменьшении этого общего содержания серы посредством способа согласно настоящему изобретению.

В предпочтительном варианте осуществления способа сорбент нагружают целевым компонентом во время сорбционной очистки потока природного газа или потока синтез-газа. Данный вариант осуществления способа, соответственно, относится, более конкретно, к последующей обработке потока отходящего газа регенерации путем скрубберной очистки газа с применением среды для скрубберной очистки, при этом поток отходящего газа регенерации высвобождают из сорбента, например адсорбента, который был нагружен серосодержащими компонентами, например меркаптанами, в ходе очистки природного газа или синтез-газа.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления способа среда для скрубберной очистки содержит один или несколько компонентов, выбранных из следующей группы: метанол, N-метилпирролидон (NMP), вторичные амины, предпочтительно диэтаноламин, третичные амины, предпочтительно метилдиэтаноламин, простые диалкиловые эфиры полиэтиленгликоля, предпочтительно простой диметиловый эфир полиэтиленгликоля. Указанные компоненты по отдельности или в смеси подходят для применения в качестве среды для физической скрубберной очистки для удаления многих целевых компонентов, в частности также серосодержащих компонентов, таких как меркаптаны.

В дополнительном аспекте способа согласно настоящему изобретению в течение периодов перед tv и после tn среду для скрубберной очистки, нагруженную целевым компонентом, выводят из первого промежуточного сосуда и вводят во второй промежуточный сосуд, при этом первый промежуточный сосуд опорожняют по меньшей мере частично, и при этом введение во второй промежуточный сосуд выполняют так, что из него может быть выведен поток среды для скрубберной очистки с концентрацией целевого компонента, которая меньше изменяется с течением времени по сравнению с потоком отходящего газа регенерации и предпочтительно является постоянной по времени. В результате первый промежуточный сосуд подготавливают для приема нагруженной среды для скрубберной очистки при прохождении следующего пика целевого компонента через устройство скрубберной очистки газа. Более того, во втором промежуточном сосуде в результате перемешивания получают нагруженную среду для скрубберной очистки со средней концентрацией целевого компонента, которая в меньшей степени изменяется с течением времени, что намного лучше подходит для устройства регенерации среды для скрубберной очистки и любых установок для очистки или обработки, расположенных дальше ниже по потоку.

Дополнительный предпочтительный вариант осуществления способа характеризуется тем, что первое давление больше, чем второе давление, и при этом среду для скрубберной очистки, нагруженную целевым компонентом, отводят из первого промежуточного сосуда во второй промежуточный сосуд за счет выравнивания давления. Градиент давления способствует дальнейшему перемещению нагруженной среды для скрубберной очистки из устройства скрубберной очистки газа в первый промежуточный сосуд. Для дополнительного способствования дальнейшему перемещению нагруженной среды для скрубберной очистки можно дополнительно обеспечить дополнительные перемещающие устройства, например насосы, и/или расположить соответствующие соединительные трубопроводы под наклоном. Любые объемы целевого компонента, которые были подвергнуты десорбции, то есть мгновенно испарены, за счет снижения давления направляют вместе с нагруженной средой для скрубберной очистки из второго промежуточного сосуда в устройство регенерации среды для скрубберной очистки.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления способа среду для скрубберной очистки, нагруженную целевым компонентом, непрерывно выводят из второго промежуточного сосуда и вводят в устройство регенерации среды для скрубберной очистки, при этом среду для скрубберной очистки, по меньшей мере частично очищенную от целевого компонента, выводят из устройства регенерации среды для скрубберной очистки и рециркулируют в устройство скрубберной очистки газа, и при этом поток вещества, содержащего целевой компонент, также выводят из устройства регенерации среды для скрубберной очистки. Таким образом, регенерированная среда для скрубберной очистки может быть использована повторно, и образуется контур непрерывного движения среды для скрубберной очистки. Поток вещества, которое содержит целевой компонент и которое выводят из устройства регенерации среды для скрубберной очистки, может быть отправлен в расположенную ниже по потоку установку для очистки или обработки.

В дополнительном аспекте способа согласно настоящему изобретению рециркуляция среды для скрубберной очистки, по меньшей мере частично очищенной от целевого компонента, в устройство скрубберной очистки газа обеспечивает образование контура движения среды для скрубберной очистки, при этом объемный расход среды для скрубберной очистки в контуре движения среды для скрубберной очистки соответствует второму объемному расходу. Второй объемный расход, соответственно, обеспечивает основную нагрузку в способе скрубберной очистки газа, при этом первый объемный расход обеспечивается при пиковой нагрузке, когда пик целевого компонента поступает в устройство скрубберной очистки газа.

Предпочтительно способ согласно настоящему изобретению разработан так, что в течение периодов перед tv и после tn рециркулируемая среда для скрубберной очистки, перед поступлением в устройство скрубберной очистки газа, проходит через третий промежуточный сосуд и заполняет его, при этом среду для скрубберной очистки, подвергнутую промежуточному выдерживанию в третьем промежуточном сосуде, направляют в устройство скрубберной очистки газа в течение периодов от tv до tn. Таким образом, первый объемный поток возникает из совокупности второго непрерывно циркулирующего объемного потока и дополнительного потока, получаемого при опорожнении третьего промежуточного сосуда, который обеспечивают в течение периода времени от tv до tn, то есть когда пик целевого компонента поступает в устройство скрубберной очистки газа.

В одном варианте способа согласно настоящему изобретению поток вещества, которое содержит органическое соединение серы в качестве целевого компонента и которое выводят из устройства регенерации среды для скрубберной очистки, вводят в установку для получения серы с применением процесса Клауса. Процесс Клауса представляет собой проверенный на практике хорошо известный процесс извлечения серы. Таким образом, серу, получаемую из удаляемого целевого компонента, получают как материал, представляющий ценность.

Рабочий пример

Другие признаки, преимущества и возможные пути применения настоящего изобретения также являются очевидными из приведенного ниже описания рабочих примеров и графических материалах. Все признаки, описанные и/или изображенные, сами по себе или в любой комбинации образуют объект настоящего изобретения независимо от их комбинации в пунктах формулы изобретения или их взаимосвязи.

На фигурах показаны:

фиг. 1 блок-схема блока адсорбции для удаления меркаптанов из природного газа с последующей очисткой отходящего газа регенерации;

фиг. 2 схематическое изображение способа очистки отходящего газа регенерации согласно предшествующему уровню техники;

фиг. 3 схематическое изображение предпочтительного варианта осуществления способа согласно настоящему изобретению или соответствующей установки.

На фиг. 1 схематически представлена блок-схема блока 100 адсорбции для удаления меркаптанов из природного газа с последующей очисткой отходящего газа для очистки. По трубопроводу 110 в адсорбер 130 подают содержащий меркаптан природный газ. Природный газ предварительно обработали в блоке обезвоживания для регулирования его точки росы. В адсорбер был загружен имеющийся в продаже адсорбент на основе молекулярного сита. По трубопроводу 120 природный газ, очищенный от меркаптанов, выводят из адсорбера и направляют на последующую очистку или обработку.

Когда адсорбер загрузили меркаптанами до его предельной вместимости, подачу природного газа по трубопроводу 110 прекращают и адсорбер посредством трубопровода 140 приводят в контакт с газом регенерации, например азотом или очищенным природным газом. Параллельно с этим температуру нагруженного адсорбента обычно увеличивают посредством нагревательного устройства для ускорения десорбции меркаптанов. Поток газа регенерации также может быть предварительно нагрет для этой цели. Во время регенерации проводят адсорбционную обработку природного газа в блоках адсорбции, соединенных параллельно (не показаны), поскольку такие установки обычно выполнены в многозвеньевой форме. Общепринятыми являются интегрированные системы блоков из, например, 3–6 блоков адсорбции, соединенных параллельно. Цикл регенерации обычно включает следующие этапы процесса: (a) снижение давления; (b) приведение нагруженного адсорбента в контакт с газом регенерации; (c) нагревание до температуры выдержки; (d) продувка газом регенерации при температуре выдержки; (e) охлаждение; (f) увеличение давления до давления адсорбции; (g) приведение в контакт с природным газом.

Нагруженный газ регенерации, который выходит из нагретого адсорбента, направляют, например, в устройство воздушного охлаждения, где его охлаждают, например, вплоть до 60°C. Затем его направляют в сепаратор для разделения углеводородной фазы и водной фазы. После фазы нагревания, в которой меркаптаны удаляют в виде пика, адсорбент также продувают нагретым газом регенерации для удаления примесных составляющих, в случае которых нужно больше времени для десорбции. Наконец, адсорбент охлаждают путем пропускания холодного газа регенерации через регенерированный адсорбер. После охлаждения адсорбер снова помещают под давление. После этого адсорбент готов для режима адсорбции, и начинается следующий цикл.

По трубопроводу 150 поток газа регенерации, нагруженный десорбированными меркаптанами, вводят в устройство 160 скрубберной очистки газа с расположенным ниже по потоку устройством регенерации среды для скрубберной очистки. Устройство скрубберной очистки газа в этом рабочем примере выполнено в соответствии со способом Purisol, при этом меркаптаны отделяют от газа регенерации с помощью содержащей NMP среды для скрубберной очистки. По трубопроводу 170 газ регенерации, очищенный от меркаптанов, удаляют и добавляют, например, в смесь топливного газа. По трубопроводу 180 поток газа, обогащенного меркаптанами, удаляют и направляют в установку для извлечения серы, которая работает с применением процесса Клауса.

Конфигурация устройства согласно ссылочной позиции 160, устройства скрубберной очистки газа с расположенным ниже по потоку устройством регенерации среды для скрубберной очистки, является объектом настоящего изобретения. Этот вариант осуществления подробно представлен на фиг. 2 (уровень техники) и фиг. 3 (настоящее изобретение).

На фиг. 2 представлено схематическое изображение способа или соответствующей установки для очистки отходящего газа регенерации согласно предшествующему уровню техники, например согласно DE 102005059101 A1.

На фиг. 2 показана установка 200, содержащая устройство скрубберной очистки газа с расположенным ниже по потоку устройством регенерации среды для скрубберной очистки. Через точку входа 210 и по трубопроводам 212, 215, 217 отходящий газ регенерации, нагруженный меркаптанами, направляют к устройству 230 скрубберной очистки газа и вводят его в его нижний конец. Отходящий газ регенерации предварительно охлаждают в теплообменниках 214 (за счет холодного, очищенного отходящего газа регенерации) и 216.

Отходящий газ регенерации, нагруженный меркаптанами, проходит снизу вверх через устройство скрубберной очистки газа, выполненное в виде абсорбционной колонны, и по мере прохождения встречает в противотоке содержащую NMP среду для скрубберной очистки, которую вводят в устройство скрубберной очистки газа по трубопроводу 235 и распределяют по его поперечному сечению посредством показанного устройства распределения жидкости. Кроме того, в верхней области устройства скрубберной очистки газа посредством трубопровода 225 и дополнительного устройства распределения жидкости вводят деминерализованную воду, которую подают посредством точки входа 220, трубопровода 222 и насоса 224 и которая предназначена для удаления захваченных остатков промывочной среды из очищенного отходящего газа регенерации. По трубопроводам 226 и 228 очищенный отходящий газ регенерации, очищенный от остатков промывочной среды, выводят из способа и затем добавляют, например, в смесь топливного газа или снова используют в качестве газа регенерации или для другой цели. Его предварительно нагревают в теплообменнике 214 посредством непрямого теплообмена с отходящим газом регенерации, нагруженным меркаптанами. Остаточное содержание серы в очищенном отходящем газе регенерации обычно составляет менее 5 ppmv.

По трубопроводу 232 среду для скрубберной очистки, нагруженную меркаптанами, выводят из нижней части устройства скрубберной очистки газа (абсорбционной колонны) и направляют в промежуточный сосуд 250. В этом рабочем примере он рассчитан на продолжительность выдержки, составляющую шесть часов, что соответствует циклу регенерации для адсорберов в блоке 130 адсорбции. Промежуточное выдерживание нагруженной среды для скрубберной очистки уравновешивает изменения в нагрузке среды для скрубберной очистки меркаптанами, которые вызваны циклами регенерации и изменяющимися параметрами, такими как давление, температура и концентрация меркаптанов. Без такого уравновешивания имели бы место значительные изменения в кислом газе, удаляемом из процесса регенерации среды для скрубберной очистки, и, следовательно, также нарушения в работе установки для извлечения серы, расположенной ниже по потоку относительно устройства регенерации среды для скрубберной очистки.

По трубопроводу 254 подвергнутую промежуточному выдерживанию среду для скрубберной очистки, нагруженную меркаптанами, выводят из промежуточного сосуда и, после нагревания в теплообменнике 256, вводят посредством трубопровода 258 и показанного устройства распределения жидкости в верхнюю область устройства 270 регенерации среды для скрубберной очистки, выполненного в виде дистилляционной колонны. Любые газы, полученные посредством мгновенного испарения в промежуточном сосуде, также вводят в устройство регенерации среды для скрубберной очистки по трубопроводу 252.

В устройстве регенерации среды для скрубберной очистки среду для скрубберной очистки, нагруженную меркаптанами, регенерируют путем нагревания. Для этого в колонну 270 подают энергию посредством ребойлера 275. Газы, десорбированные в результате этого, выводят по трубопроводу 272, а конденсируемые компоненты конденсируют путем охлаждения посредством теплообменника 274, выводят по трубопроводу 273 и собирают в сосуде 280. Газообразные компоненты, которые также включают меркаптаны, выводят из способа по трубопроводу 282 и могут отправлять, например, в расположенную ниже по потоку установку для извлечение серы. По трубопроводу 284 одну часть конденсата рециркулируют в виде возвратного потока в устройство регенерации среды для скрубберной очистки, а другую часть конденсата выводят из способа по трубопроводу 286.

Из нижней части устройства 270 регенерации среды для скрубберной очистки, выполненного в виде дистилляционной колонны, посредством трубопровода 276, насоса 277 и трубопровода 278 регенерированную среду для скрубберной очистки выводят и предварительно охлаждают в теплообменнике 256 посредством непрямого теплообмена с холодной нагруженной средой для скрубберной очистки. Предварительно охлажденную регенерированную среду для скрубберной очистки рециркулируют по трубопроводу 279 и 235 в устройство 230 скрубберной очистки газа и вводят в него посредством устройства распределения жидкости, при этом среду для скрубберной очистки перед введением в устройство скрубберной очистки газа дополнительно охлаждают посредством теплообменника 234.

На фиг. 3 представлено схематическое изображение способа или соответствующей установки согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. В этом документе компоненты установки со ссылочными позициями 3nn соответствуют ссылочным позициям 2nn на фиг. 2. К новым добавлениям относится сосуд 360 (первый промежуточный сосуд), который предназначен для приема среды для скрубберной очистки, нагруженной меркаптанами, во время поступления пика меркаптанов в устройство скрубберной очистки газа. Кроме того, предусмотрен также сосуд 340 (третий промежуточный сосуд), который предназначен для промежуточного выдерживания подаваемой регенерированной среды для скрубберной очистки, при этом сосуд 340 опорожняют в устройство скрубберной очистки газа во время поступления в него пика меркаптанов и таким образом обеспечивают больший расход регенерированной среды для скрубберной очистки. Кроме того, предусмотрены соответствующие соединительные трубопроводы 362, 364 и 342.

Способ согласно настоящему изобретению основан на том, что расход регенерированной среды для скрубберной очистки непосредственно связан с высвобождением пика меркаптанов в ходе регенерации нагруженного адсорбента. В ходе нагревания адсорбента во время регенерации десорбция меркаптанов ускоряется, в результате чего они высвобождаются в виде пика в отходящий газ регенерации. Поэтому расход регенерированной среды для скрубберной очистки, поступающей в устройство скрубберной очистки газа, в этом случае увеличивается, так что содержащая NMP среда для скрубберной очистки может надежно абсорбировать пик меркаптанов в отходящем газе регенерации.

Среду для скрубберной очистки, нагруженную меркаптанами, отводимую в области основания или нижней части устройства скрубберной очистки газа, затем направляют путем соответствующей активации показанных клапанов-отсекателей в первый промежуточный сосуд 360, давление в котором является таким же, что и в устройстве скрубберной очистки газа. Сосуд 360 рассчитан на продолжительность загрузки при нормальных условиях потока, составляющую приблизительно один час. Испытание показало, что длительность пика меркаптанов в общепринятых условиях регенерации составляет от приблизительно 20 до 30 минут. Для учета изменений относительно длительности пика и времени элюирования расход регенерированной среды для скрубберной очистки, поступающей в устройство скрубберной очистки газа, уже увеличивают за несколько минут перед поступлением пика меркаптанов в устройство скрубберной очистки газа, ожидаемого на основании расчетов или предварительных экспериментов; кроме того, повышенный расход поддерживают в течение дополнительного времени работы, также установленного посредством предварительных экспериментов.

В качестве альтернативы содержание меркаптанов в отходящем газе регенерации может быть измерено с помощью методов анализа онлайн и использовано в качестве индикатора для необходимого регулирования расхода среды для скрубберной очистки.

В течение остального времени цикла регенерации адсорбента концентрация меркаптанов в отходящем газе регенерации является намного меньшей или даже незначительной, и поэтому расход регенерированной среды для скрубберной очистки, поступающей в устройство скрубберной очистки газа, может быть уменьшен. В течение этого периода времени нагруженную среду для скрубберной очистки, которую выводят в области основания устройства скрубберной очистки газа, направляют во второй промежуточный сосуд 350. В нем среду для скрубберной очистки с низкой нагрузкой перемешивают с частью среды для скрубберной очистки с более высокой нагрузкой, хранящейся в первом промежуточном сосуде 360. Это предпочтительно выполняют с управлением расходом, так что сосуд 360 опорожняют постепенно и затем предоставляют для заполнения во время прохождения следующего пика меркаптанов в последующем цикле регенерации.

Сосуд 350 предпочтительно находится под более низким давлением, так что для перемещения нагруженной среды для скрубберной очистки из сосуда 360 в сосуд 350 не нужен насос. Любые газы, высвобождаемые при мгновенном испарении, направляют по трубопроводу 352 непосредственно в устройство 370 регенерации среды для скрубберной очистки.

Во время прохождения пика меркаптанов через устройство скрубберной очистки газа сосуд 350 не заполняют из устройства скрубберной очистки газа. По этой причине сосуд 350 также служит в качестве буферного сосуда для устройства непрерывной регенерации среды для скрубберной очистки и рассчитан, например, на буферное время, составляющее один час. Поэтому в этой фазе уровень жидкости в сосуде 350 начинает падать, но снова повышается после завершения прохождения пика меркаптанов через устройство скрубберной очистки газа.

Смесь среды для скрубберной очистки с низкой и высокой нагрузкой выводят из сосуда 350, предварительно нагревают в теплообменнике 356 и, наконец, направляют в среднюю секцию устройства регенерации среды для скрубберной очистки, выполненного в виде дистилляционной колонны или отпарной колонны. Газообразные меркаптаны, высвобождаемые при мгновенном испарении в сосуде 350, также направляют в устройство регенерации среды для скрубберной очистки и вводят в него выше точки добавления для нагруженной среды для скрубберной очистки.

В устройстве регенерации среды для скрубберной очистки регенерацию обеспечивают посредством отгонки паром. Для этого посредством ребойлера 275 обеспечивают пар, при этом используют пар среднего давления в качестве нагревающей среды. Температуру в области основания или нижней части устройства регенерации среды для скрубберной очистки регулируют путем направления определенных количеств деминерализованной воды в него и технической воды из него по трубопроводам (не показаны).

Верхний продукт из устройства регенерации среды для скрубберной очистки содержит отделенные газообразные меркаптаны (кислый газ) со значительным содержанием воды. Его охлаждают до 40°C посредством теплообменника 374 и полученный конденсат с высоким содержанием воды выводят по трубопроводу 373 и собирают в сосуде 380. Набивка с металлической оплеткой в сосуде 380 предназначена для удаления капель из кислого газа, содержащего меркаптаны, который выходит из сосуда 380 по трубопроводу 382 и который направляют в установку для извлечения серы (не показана).

Конденсат с высоким содержанием воды, который собирают в сосуде 380, выполненном с возможностью регулирования уровня, рециркулируют в виде возвратного потока в верхнюю часть устройства регенерации среды для скрубберной очистки. Там он служит в качестве среды для скрубберной очистки для минимизации потерь среды для скрубберной очистки, например NMP, с потоком очищенного газа.

Из нижней части устройства 370 регенерации среды для скрубберной очистки посредством трубопровода 376, насоса 377 и трубопровода 378 регенерированную среду для скрубберной очистки выводят и предварительно охлаждают в теплообменнике 356 посредством непрямого теплообмена с холодной нагруженной средой для скрубберной очистки. В регенерированную среду для скрубберной очистки необязательно можно добавлять пеногаситель для предотвращения или уменьшения пенообразования в устройстве скрубберной очистки газа. Предварительно охлажденную регенерированную среду для скрубберной очистки охлаждают в теплообменнике 334 и направляют по трубопроводу 379 и 335 в третий промежуточный сосуд 340.

Третий промежуточный сосуд 340 служит в качестве буферного сосуда для промежуточного выдерживания регенерированной среды для скрубберной очистки, чтобы он мог обеспечивать повышенный расход среды для скрубберной очистки при прохождении пика меркаптанов через устройство скрубберной очистки газа. В этот момент уровень в сосуде 340 начинает падать. Во время последующей фазы без пика уровень в сосуде 340 снова повышается.

Может быть целесообразным выполнить вокруг сосуда 340 обводной трубопровод (не показан), чтобы регенерированную среду для скрубберной очистки при необходимости можно было непосредственно вводить в устройство скрубберной очистки газа без промежуточного выдерживания.

Промышленная применимость

Согласно настоящему изобретению предложены способ и установка, обеспечивающие уменьшение размера блока обработки отходящего газа регенерации. Способ включает основанную на среде для скрубберной очистки обработку потока отходящего газа регенерации, который выходит из блока адсорбции, при этом поток отходящего газа регенерации характеризуется изменением со временем количества и/или концентрации нежелательного компонента, например серосодержащих компонентов, которые извлекают из блока адсорбции, в частности, в виде пика. Согласно настоящему изобретению для этой цели во время поступления пика десорбции в устройство скрубберной очистки газа количество среды для скрубберной очистки увеличивают на основании нормального значения во время первой фазы, а после конца пика десорбции количество среды для скрубберной очистки возвращают к нормальному значению во время второй фазы, при этом нагруженные среды для скрубберной очистки во время двух фаз собирают в разные промежуточные сосуды, перемешивают и выпускают в виде смеси в расположенное ниже по потоку устройство регенерации среды для скрубберной очистки. Соответственно, согласно настоящему изобретению можно уменьшить размеры промежуточного сосуда, известного из предшествующего уровня техники, поскольку больше не нужно размещать в нем все количество нагруженной среды для скрубберной очистки, получаемое во время цикла регенерации.

Перечень ссылочных позиций

100 блок адсорбции с очисткой отходящего газа регенерации

110 трубопровод

120 трубопровод

130 адсорбер

140 трубопровод

150 трубопровод

160 устройство скрубберной очистки газа с устройством регенерации среды для скрубберной очистки

170 трубопровод

180 трубопровод

x00 устройство скрубберной очистки газа с устройством регенерации среды для скрубберной очистки

x10 точка входа

x12 трубопровод

x14 теплообменник

x15 трубопровод

x16 теплообменник

x17 трубопровод

x20 точка входа

x22 трубопровод

x24 насос

x25 трубопровод

x26 трубопровод

x28 трубопровод

x30 устройство скрубберной очистки газа

x32 трубопровод

x34 теплообменник

x35 трубопровод

x50 второй промежуточный сосуд

x52 трубопровод

x54 трубопровод

x56 теплообменник

x58 трубопровод

x70 устройство регенерации среды для скрубберной очистки

x72 трубопровод

x73 трубопровод

x74 теплообменник

x75 ребойлер

x76 трубопровод

x77 насос

x78 трубопровод

x79 трубопровод

x80 сосуд

x82 трубопровод

x84 трубопровод

x86 трубопровод

(x = 2: уровень техники, x = 3: настоящее изобретение)

340 третий промежуточный сосуд

342 трубопровод

360 первый промежуточный сосуд

362 трубопровод

364 трубопровод

Изобретение относится к способу последующей обработки потоков газа, в которых нежелательные компоненты присутствуют в таком количестве, которое неравномерно изменяется периодически или с течением времени, и/или с изменяющейся концентрацией, с применением способа абсорбции или скрубберной очистки газа. Более конкретно способ очистки отходящего газа регенерации, полученного в ходе регенерации сорбента, нагруженного целевым компонентом, путем пропускания продувочного газа над ним или через него, включает обработку потока отходящего газа регенерации сорбентом, который выходит из блока адсорбции. Поток отходящего газа регенерации характеризуется изменением количества и/или концентрации нежелательного компонента со временем, например серосодержащих компонентов. Их десорбируют из блока адсорбции, в частности, в виде пика. Согласно настоящему изобретению для этой цели во время поступления пика десорбции в устройство скрубберной очистки газа количество среды для скрубберной очистки увеличивают на основании нормального значения во время первой фазы. А после конца пика десорбции количество среды для скрубберной очистки возвращают к нормальному значению во время второй фазы. При этом нагруженные среды для скрубберной очистки во время двух фаз собирают в разные промежуточные сосуды, перемешивают и выпускают в виде смеси в расположенное ниже по потоку устройство регенерации среды для скрубберной очистки. Изобретение обеспечивает более эффективное удаление примесных компонентов из отходящего газа регенерации, а также настройку параметров способа для последующей обработки отходящих газов регенерации, полученных в ходе регенерации нагруженных адсорбентов при контакте с потоком продувочного газа, с обеспечением по существу однородного притока среды для физической скрубберной очистки, нагруженной примесными компонентами, например серосодержащими компонентами, для регенерации среды для скрубберной очистки и, следовательно, также для однородного оттока отходящих газов, содержащих серосодержащие компоненты, из регенерации среды для скрубберной очистки в расположенную ниже по потоку установку, например в установку Клауса. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ очистки отходящего газа регенерации, полученного в ходе регенерации сорбента, нагруженного целевым компонентом, путем пропускания продувочного газа над ним или через него,

включающий следующие этапы способа:

(a) обеспечение сорбента, нагруженного целевым компонентом, и продувочного газа;

(b) введение продувочного газа в виде непрерывного потока продувочного газа в сосуд с сорбентом, содержащий нагруженный сорбент, и выведение потока продувочного газа, нагруженного целевым компонентом, в виде потока отходящего газа регенерации из сосуда с сорбентом, при этом в некоторый момент целевой компонент элюируют в виде пика из сосуда с сорбентом и получают по меньшей мере частично регенерированный сорбент;

(c) введение потока отходящего газа регенерации в устройство скрубберной очистки газа; приведение потока отходящего газа регенерации в контакт со средой для скрубберной очистки в устройстве скрубберной очистки газа; выведение потока отходящего газа регенерации, по меньшей мере частично очищенного от целевого компонента, и среды для скрубберной очистки, нагруженной целевым компонентом, из устройства скрубберной очистки газа,

отличающийся тем, что во время поступления пика целевого компонента в устройство скрубберной очистки газа и в течение определенных периодов времени tv, tn до и после поступления пика целевого компонента в устройство скрубберной очистки газа поток отходящего газа регенерации приводят в контакт со средой для скрубберной очистки при первом объемном расходе и среду для скрубберной очистки, нагруженную целевым компонентом, выдерживают при первом давлении в первом промежуточном сосуде; и при этом в течение периодов перед tv и после tn поток отходящего газа регенерации приводят в контакт со средой для скрубберной очистки при втором объемном расходе и среду для скрубберной очистки, нагруженную целевым компонентом, выдерживают при втором давлении во втором промежуточном сосуде,

причём:

первый объемный расход больше, чем второй объемный расход;

в течение периодов перед tv и после tn среду для скрубберной очистки, нагруженную целевым компонентом, выводят из первого промежуточного сосуда и вводят во второй промежуточный сосуд, при этом первый промежуточный сосуд опорожняют по меньшей мере частично, и при этом введение во второй промежуточный сосуд выполняют так, что из него может быть выведен поток среды для скрубберной очистки с концентрацией целевого компонента, которая меньше изменяется с течением времени по сравнению с потоком отходящего газа регенерации и предпочтительно является постоянной по времени; и

среду для скрубберной очистки, нагруженную целевым компонентом, непрерывно выводят из второго промежуточного сосуда и вводят в устройство регенерации среды для скрубберной очистки, при этом среду для скрубберной очистки, по меньшей мере частично очищенную от целевого компонента, выводят из устройства регенерации среды для скрубберной очистки и рециркулируют в устройство скрубберной очистки газа и при этом поток вещества, содержащего целевой компонент, также выводят из устройства регенерации среды для скрубберной очистки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первое давление меньше или равно, предпочтительно равно, давлению в устройстве скрубберной очистки газа, и при этом второе давление меньше или равно первому давлению.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что целевой компонент представляет собой по меньшей мере одно соединение серы, выбранное из следующей группы: меркаптаны, сероводород, карбонилсульфид, при этом общее содержание серы является суммарным параметром.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что сорбент был нагружен целевым компонентом во время сорбционной очистки потока природного газа или потока синтез-газа.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что среда для скрубберной очистки содержит один или несколько компонентов, выбранных из следующей группы: метанол, N-метилпирролидон (NMP), вторичные амины, предпочтительно диэтаноламин, третичные амины, предпочтительно метилдиэтаноламин, простые диалкиловые эфиры полиэтиленгликоля, предпочтительно простой диметиловый эфир полиэтиленгликоля.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первое давление больше, чем второе давление, и при этом среду для скрубберной очистки, нагруженную целевым компонентом, отводят из первого промежуточного сосуда во второй промежуточный сосуд за счет выравнивания давления.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рециркуляция среды для скрубберной очистки, по меньшей мере частично очищенной от целевого компонента, в устройство скрубберной очистки газа обеспечивает образование контура движения среды для скрубберной очистки, при этом объемный расход среды для скрубберной очистки в контуре движения среды для скрубберной очистки соответствует второму объемному расходу.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в течение периодов перед tv и после tn рециркулируемая среда для скрубберной очистки, перед поступлением в устройство скрубберной очистки газа, проходит через третий промежуточный сосуд и заполняет его, при этом среду для скрубберной очистки, подвергнутую промежуточному выдерживанию в третьем промежуточном сосуде, направляют в устройство скрубберной очистки газа в течение периодов от tv до tn.

9. Способ по п. 1 или 3, отличающийся тем, что поток вещества, которое содержит соединение серы в качестве целевого компонента и которое выводят из устройства регенерации среды для скрубберной очистки, вводят в установку для получения серы с применением процесса Клауса.