Способ регенерации абсорбента

 

СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АБСОРБЕНТА , включающий последовательно стадии подогрева насьщенного водой :абсорбента, его ректификации с получением парогазовой смеси и частично осушенного абсорбента, отпарки адсорбента , путем введения в него подогретого отпарногр газа с получением абсорбента и водонасыщенного газа , смешения водонасьпденного газа с парогазовой смесью на стадии ректификации , охлаждения полученной смеси, ее сепарации, осушки и рециркуляции полученного сухого газа на стадию отпарки абсорбента, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности процесса, водонасьш1енный газ после стадии отпарки охлаждают, сепарируют, нагревают и подают на i ректификацию. Ш

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

З(51) В 01 D 53/ I4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

« Я11.» м

13,, 3

БКБЛИОТИКА (21) 3595471/23-26 (22) 23.05.83 (46) 15.08.84. Бюл. N - 30 (72) В.А. Клюсов и A.Ã.Êàñïåðîâè÷ (71) Тюменский государственный научно-исследовательский и проектный институт природных газов (53) 66.071.7(088.8) (56) 1. Патент США Ф 3867112, кл. 55-32, 18.02.75.

2. Авторское свидетельство СССР

1Ф 747505, кл. В 01 9 53/14, 1976. (54) (57) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АБСОРБЕНТА, включающий последовательно стадии подогрева насьпценного водой ,абсорбента, его ректификацни с полу„SU „„107889 А чением парогазовой смеси и частично осушенного абсорбента, отпарки адсорбента, путем введения в него подогретого отпарного газа с получением абсорбента и водонасыщенного газа, смешения водонасьпценного газа с парогазовой смесью на стадии ректификации, охлаждения полученной смеси, ее сепарации, осушки и рециркуляции полученного сухого газа на стадию отпарки абсорбента, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности процесса, водонасьпценный газ после стадии отпарки охлаждают, сепарируют, нагревают и подают на ректификацию. регенерации.

Насыщенный абсорбент из установки осушки газа нагревается в теплообменнике 1 за счет тепла регенерированного абсорбента и поступает на стадию ректификации в колонну 2, необходимый температурный режим которой поддерживается с помощью подогревателя 3 и подачей орошения с насосов 4 и 5. Частично осушенный на стадии ректификации абсорбент из Iro догревателя 3 направпяется на стадию отпарки в отпарную колонну 6, в которую противотоком стекающему абсорt 11078

Изобретение относится к способам регенерации абсорбентов и может найти применение в процессах осушки газов при их подготовке к транспортировке и переработке.

Известен способ регенерации абсорбента, включающий последовательно стадии подогрева насьпценного водой абсорбента, его ректификации с получением водяного пара и частично 10 осушенного абсорбента,отпарки абсорбента путем введения в него подогретого сухого отпарного газа с получением осушенного абсорбента и водонасыщенного газа, охлаждения водонасыщенного газа, его сепарации, осушки и рециркуляции полученного сухого газа на стадию отпарки абсорбента (11 .

Недостатком способа являются низкие эффективность и экономичность процесса ввиду больших расходов о1парного газа при получении абсорбента с высокой степенью осушки. Это требует повышенных эксплуатационных расходов на сжатие, охлаждение и 25 нагрев отпарного газа, а также увеличения размеров отпарной колонны.

Кроме того,в этом способе возможности ректификационной колонны как дополни- . тельного контактного устройства для от-. парки абсорбента не используются.

Известен также способ регенерации абсорбента, включающий последовательно стадии подогрева насьнценного водой абсорбента, его ректификации с получением парогазовой смеси и частично осушенного абсорбента, отпарки путем введения в него нагретого сухого отпарного газа с получением осушенного абсорбента и водонасыщенного газа, смешения водонасыщенного

40 газа с парогазовой смесью на стадии ректификации, охлаждения полученной смеси, ее сепарации, осушки и рецир- куляции полученного сухого газа на стадию отпарки абсорбента Г2Д.

Недостатком этого способа также являются низкие эффективность и экономичность процесса ввиду повышенного расхода отпарного газа, что ведет к увеличению скорости парогазовои

50 смеси в ректификационной колонне, снижению четкости разделения смеси и повышению потерь абсорбента с дистиллятом. Увеличиваются также затраты по осушке, нагреву и охлаждению циркулирующего отпарного газа.

Кроме того, при непосредственной подаче насьпценного на стадии отпарки

89 2 газа на стадию ректификации он не способен создать в ректификационной колонне отпаривающий эффект, поскольку температура контакта в направлении его движения по ректификационной колонне существенно снижается, а влагонасьпценность остается постоянной или изменяется незначительно.

Поэтому на стадии ректификации отпарной газ при таком способе подачи является практически бесполезным, балластным.

Таким образом, в известных способах ректификационная колонна как дополнительная ступень контакта с отпарным газом либо не использутеся вообще, либо используется неэффективно, что ведет к большим расходам отпарного газа и, следовательно, низкой экономичности и эффективности процесса регенерации.

Целью изобретения является повы— шение эффективности и экономичности процесса.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему последовательно стадии подогрева насьпценного водой абсорбента, era ректификации с получением парогазовой смеси и частично осушенного абсорбента, отпарки абсорбента путем введения в него подогретого сухого отпарного газа с получением осушенного абсорбента и водонасьпценного газа, смешения водонасыщенного газа с парогазовой смесью на стадии ректификации, охлаждения полученной смеси, ее сепарации, осушки и рециркуляции полученного сухого газа на стадию отпарки абсорбента, водонаеьпценный газ после стадии отпарки охлаждают, сепарируют, нагревают и подают на ректификацию.

На чертеже представлена технологическая схема осуществления способа

1107889 бенту подается подогретый осушенный отпарной газ. Осушенный абсорбент насосом 7 через теплообменники 8 и 1 откачивается на установку осушки.

С верха ректификационной колонны

2 парогазовая смесь охлаждается в конденсаторе-холодильнике 9, сепарируется в емкости-сепараторе 10 и компрессором 11 подается на осушку в противоточную колонну 12, а скан- 10 . денсированная в емкости †сепарато 9 вода подается на орошение колонны 2 насосом 5.

Осушенный отпарной газ из колонны

12 нагревается в теплообменнике 8 15 и подается на стадию отпарки в колонну 6. Водонасыщенный отларной газ после стадии отпарки охлаждают в рекуперативном теплообменнике 13, холодильнике 14 и сепарируют от скон- 20 денсированной жидкости в сепараторе 15, Сконденсированную жидкость подают насосом 4 на орошение ректификационной колонны, а освобожденный от сконденсированной жидкости газ нагревают 25 в теплообменнике 13 и подают на стадию ректификации в подогреватель 3.

Подача отпарного газа в подогреватель 3 может быть осуществлена через специальный маточиик либо через 30 встроенную в подогреватель насадочную секцию. При контакте отпарного газа с абсорбентом в подогревателе 3 и нижней части ректификационной колонны 2 происходит его повторное насыщение парами воды и последующее

35 смешение с парогазовой смесью, что ведет к повышению глубины осушки абсорбента на стадии ректификации и, ак следствие, более полной его ре- 40 генерации на стадии отпарки в колонне 6.

Таким образом, насыщение отпарного газа происходит дважды: сначала на стадии отпарки, затем на стадии ректификации, что при равной глубине осушки абсорбента требует почти в два раза меньшего объема отпарного газа, снижает затраты на его сжатие в циркуляционном компрессоре 11, со50 кращает затраты на его осушку, подогрев и охлаждение, уменьшает размеры аппаратов.

Пример. Определение расхода отпарного газа для концентрирования диэтиленгликоля по известному (21 .

55 и данному способам регенерации.

Исходные данные следующие: концентрация насыщенного диэтиленгликоля на входе в ректификационную колонну Х = 96 мас.%; температура насыщенного диэтиленгликоля на входе в колонну t„ = 120 С; концентрация регенерированного диэтиленгликоля на выходе отпарной колонны Х

= 99,9 мас. ; температура в подогревателе ректификационной колонны и на стадии отпарки t2 = 165ОС; предельная концентрация диэтиленгликоля, получаемая при атмосферном давлении, составляет Хз = 97 мас. ; давление регенерации р = 0,11 MIIa.

По данному способу зададимся конечной концентрацией диэтиленгликоля (ДЭГ), получаемой на стадии ректификации с подачей сухого отпарного газа в маточник испарителя, равной

Х4 = 99,0 мас. .

Тогда в соответствии с методикой расчета степень отпарки равна

Х (1-Х ) 0,96(1-0,99)

Х+(1-Х,1 0,99(1-0,96) = 0,76, где Х и Х вЂ” массовые доли диэтилен1 ф гликсля в насьпценном и регенерированном растворе.

По диаграмме Кремсера определяем фактор десорбции S = 1.1 (при N = 5).

Число молей насыщенного диэтиленгликоля в 1000 кг/ч раствора равно

= с („, + "„" j=

1000 + = 11,3 KMo h/H

10,96 0,04

109 где M u M — молекулярные массы диД B э тил е н глик ол я и воды, кг/кмоль.

Константа фазового равновесия влаги в системе ДЭГ-вода при 165 С о и давлении 0,11 МПа равна К = 4,2, тогда расход отпарного газа состав,ляет

L-S 11 3 ° 1,1 — — = 2 95 кмолл/ч

К 4,2 или пт 2 95 22,4 = 66; 1 мз /ч.

Для отпарной колонны решаем обратную задачу, т.е. при расходе отпарного газа 66,1 м /ч определяем число необходимых тарелок при концентрировании ДЭГ с концентрации 99 мас. до

99,9 мас. .

1107889

0,99(1-0 999)

0,999(1-0,99)

Константа равновесия воды остается прежней (К = 4,2), поскольку тем- 5 пература и давление в отпарной колонне такие же, как внизу ректификационной колонны.

Количество молей поступающего в отпарную колонну диэтиленгликоля

)0

Н 1 100010,99 0,01 106 18

= 9,89 кмоль/ч, Фактор десорбции:

8 1)от К 2,95 " 4,2 1 25

L 9,89

Число необходимых тарелок в. отпарной колонне равно в соответствии с >0 графиком Кремсера N = 4.

Для известного способа регенерации при рассчитанном числе тарелок в отпарной колонне N = 4 и известных начальной Х = 97 мас.% и конечной

Х = 99,9 мас.% концентраций рассчитываем необходимый расход отпарного газа.

Степень отпарки равен

1 Х (1 — Хг) 0397(1-0.999)

Хг(1 — Хз) О 999(1 О 97)

Фактор десорбции 8 = 2,0 (при 4 ==

= 0,97 и N = 4), Число молей насыщенного ДЭГ

L = 1000 — + — )= 10 8 кмоль/ч.

30,97 0,031

106 18

Константа равновесия воды при температуре в колонне 165 С и давлении 0,11 МПа также равна 4,2.

Расход отпарного газа равен

Иот- К вЂ” — 5 15 кмоль/ч

Ь 8 10,8 2,0

45 или

V = 5,15 22,4 = 115 лР /ч.

Таким образом, проведенные расчеты показали, что при одинаковых термодинамических режимах работы отпарной колонны и одинаковой конечной концентрации диэтиленгликоля расход отпарного газа в предложенном способе примерна в 2 раза меньше,чем в известном.

Рассчитаем состав и количество паров, выделяемых из водонасьпценного газа после стадии отпарки. модельная доля компонента в растворе; давление насыщенных па ров компонента в растворе при данной температуре; давление системы. где УиХв

P—

Отсюда содержание паров ДЭГ над раствором, поступающим в отпарную колонну (Х4 = 99 мас.% или Х

= 0,9438 мольн.доли), 34, 0,0069 0,9438

P 0,11

0,0595 мольн.д.

Содержание паров воды равно — Р 8 (1-X4) 0,7 0,0562

Р 0,11

= 0,357 мольн.д.

Мольный состав жидкости определяется из расчета

У* 0,0595

А У * + У 0,0595 + 0,357

= 0,143.

Пересчет в массовые доли дает

О, 143 ° 106

0,143-106 + 0,857 18 или 49,5 мас.%

Количество паров, выделяющихся в сепараторе, равно .

1000(Xz- X4.) Р-PI 1 — Х

1000 (О, 999-0, 99) 1-0,495

Определяем концентрацию воды в отпарном газе, поступающем со стадии отпарки на стадию ректификации, согласно известному способу регенерации.

На выходе из стадии отпарки (Х =

= 99 мас.% или Х4 = 0,9438 мольн.д.) при 165 С и давлении 0,11 МПа

Равновесное содержание паров любои идеальной жидкости в паровой фазе определяется по уравнению

P9X

У= ) 1107889

Рй о (1-Х ) 0,7 ° 0,0562

P 0,11

= 0,357,мольн.д.

В зоне питания ректификационной колонны (X 96 мас. Ж или Х

= 0,803) (1

-Х1) Оэ2 0э197

Р 0,11

У е

0,358 мольн.д.

Этот расчет показывает, что при подаче Ьодонасыщенного отпарного газа со стадии отпарки непосредственно на стадию ректификации он не способен создать отпариьающего эффекта, поскольку его влагосодержание практически не изменяется. В реальных условиях концентрация осушенного ДЭГ, равная 99,0 по такому способу подачи вообще не может быть достигнута, по10

Экономический эффект от внедрения данного способа регенерации по сравнению с известным составляет около

13 тыс.руб. на одном УКПТ за счет . снижения затрат на сжатие и осушку отпарного газа. Дополнительные капитальные затраты на охлаждение и сепарацию водонасыщенного отпарного газа после стадии отпарки в объеме

4-5 тыс.руб. полностью компенсируются снижением капитальных затрат на систему его осушки нагрева и охлаждения (за счет уменьшения линейных размеров аппаратов). скольку при более низких концентрациях ДЭГ разность влагосодержаний газа в зоне питания ректификационной колонны и после стадии отпарки отри5 цательная, т.е. идет не процесс отпарки в ректификационной колонне, а процесс обводнения.

1107889

Составитель Г. Урусова

Редактор Н. Нвьщкая Техред Т.Дубинчак

КорректоР М. Максимишинец

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 5806/7 Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государ"твенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5