Способ очистки газовых смесей, содержащих водород, от диоксида углерода

 

Изобретение относится к способам селективного разделения газовых смесей, содержащих водород, от диоксида углерода, раствором моноэтаноламина и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Изобретение позволяет снизить энергозатраты и степень очистки процесса, который предусматривает абсорбцию диоксида углерода раствором этаноламина, последующий подогрев насыщенного раствора, десорбцию диоксида углерода и малорастворимых примесей в экспанзере при снижении давления с получением экспанзерного газа и окончательную десорбцию диоксида углерода в регенераторе нагревом и отдувкой водяным паром при давлении более низком, чем в экспанзере, при этом десорбцию диоксида углерода из части насыщенного раствора перед подогревом осуществляют экспанзерным газом при давлении регенерации, после чего частично регенерированный раствор направляют на окончательную десорбцию в регенератор. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 А1 (191 (11) (51)4 В 01 D 53/14

ЫСОЮЗНАН

НВ!Е((тц3- ILES ДЧЫКИ гэ; Q, :., . А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП<РЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21 ) 41 74899/23-26 (22) 05.01.87 (46) 30.11,89. Вюл. 1(44 (72) В.Е.Дьмов, И.Л. Лейтес, А.М, Соколов, Н.И, Пресняков, В.А, Половинкин, А.Г. Ткачук и N.Í. Павлова (53) 66.074.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1287926, кл.В 01 D 53/14, 1985. (54) СПОСОН ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ, СОДЕРЖА1 МХ ВОДОРОД,ОТ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА (57) Изобретение относится к способам селективного разделения газовых смесей, содержащих водород, от диоксида углерода, раствором моноэтаноламина и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Изобретение

Изобретение относится к способам разделения газовых смесей, содержащих водород, от диоксида углерода раствором моноэтаноламина и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промьппленности.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и повышение степени очистки, Пример 1. В агрегате синтеза аммиака производительностью 1360 т аммиака в сутки на очистку от диоксида углерода в абсорбер поступает

205000 нм /ч газа состава, ob,Õ:

Нл 61,58, N л 19, 72; Сол 17, 55; CO 0,55;

СН (0,31; Ar 0,29.

2 позволяет снизить энергозатраты и степень очистки процесса, который предусматривает абсорбцию диоксида углерода раствором этаноламина, последующий подогрев насьпценного раствора, десорбцию диоксида углерода и малорастворимых примесей в экспанэере при снижении давления с получением экспанэерного газа и окончательную десорбцию диоксида углерода в регенераторе нагревом и отдувкой водяным паром при давлении более низком, чем в экспанэере, при этом десорбцию диоксида углерода из части насьпценного раствора перед подогревом осуществляют экспанзерным газом при давлении регенерации, после чего частично регенерированный раствор направляют на окончательную десорбцию в регенератор. 1 табл.

Абсорбцию СО проводят при давлении 2,8 МПа водным раствором моноэтаноламина в количестве 1300 мз /ч, поступающим двумя потоками в абсорбер: соответственно тонко и груборегенерированный растворы. Тонкорегенериров»нный раствор подают в верхнюю часть аппарата в количестве 650 м /ч с температурой 50 С, груборегенерированный в среднюю — расход 650 м /ч, температура 58 С. В насыщенном растворе, выходящем из нижней части абсорбера с температурой 75 С, растворено: СО q-0,65 моль СО /моль МЭА;

Н -0, 23 нм /м раствора, N —

0,05 нм /м раствора.

1524911

22,26— где (пгс

33340 нмэ СО /ч.

Чсо пгс (б вх — с т р)3 22» 26 где V сю

Ь r, р

I т. р

1. По прототипу насыщенный раствор нагревают до 96 С и дросселируют с давления 2,8 MIIa до давления

0,45 МПа. В результате дросселировао ния раствор охлаждается до 92 С и иэ него десорбируется 4688 нм

СО /ч. Содержание диоксида углерода в растворе после снижения давления в экспанзере 0,596 моль СО /моль

МЭА.

Количество тепла, теряемое с газами десорбции из экспанзера г r Э нпгс = сс, nrc 1 количество тепла, выводимое из экспанзера с парогазовой смесью, Гкал/ч; количество СО q, десорбируемое в экспанэере (" грязная" фракция); отношение объема паров воды в парогазовой смеси к объему диоксида углерода нм Н О/нмэ СО г i энтальпия парогазовой смеси, ккал/нмэ ПГС;

Ч и с = 4688 511 0,5 = 1197773 ккал/ч.

После снижения давления в экспанзере раствор нагревают до 110 С и направляют в регенератор, где он регенерируется при давлении 0,14 МПа.

Из регенератора раствор выводится двумя потоками: из средней части

650 мэ/ч груборегенерированного раствора со степенью карбонизации

0,35 моль СО /моль М3А, из нижней — 650 мэ /ч тонкорегенерированного раствора со степенью карбонизации

О, 12 моль СО /моль М3А. Из верхней о части регенератора при 93 С выводится чистая фракция диоксида углерода в количестве:

Ч С02 ГТ М (Ы вх — 4,.р) + Ь количество СОэ, нм /ч, количество груборегенерированного раствора, мэ /ч; количество тонкорегенерированного раствора, мэ /ч ° степень карбонизации груЬорегенерированного раствора, моль СОэ/моль ИЭА степень карбонизации тонкорегенерированного раствора, моль СО /моль

М3А; молярность раствора, кмоль ИЭА/Иэ раствора; объем 1 кмоль СО, при нормальных условиях, нм СО g/êìÎëü СО g,, 15 Ч со 3650 3, О (О, 596-0, 35) +

+ 650.3,0 (О 596-0 12)) 22 26

Количество тепла, выводимое с парогазовой смесью из регенератора:

og = 31340.512-1,05 = 16848384 ккал/ч .

Общее количество тепла, выводимое с парогазовой смесью из экспанзера и регенератора

1197773 + 16848384 =18046157 ккал/ч.

2. По изобретению часть насьпценного раствора в количестве 1150 м /ч нагревают до 103ОС и снижают его давление в экспанзере до 0,45 MIIa. B результате раствор охлаждается до

35 о

99 С и из него десорбируется 5376 нмэ/

/СО /ч. Содержание диоксида углерода в ием 0,58 моль СОг/моль МЭА. Остальную часть насыщенного раствора в ко40 личестве 150 мэ /ч ("холодный" раствор подают в верх регенератора, где снижают его давление до 0,14 MIIa. В результате раствор охлаждается с 75 до

72 С. Отдувку малорастворимых примесей иэ этой части раствора осуществляют парогазовой смесью из экспанзера. Температура "грязной" фракции СО после охлаждения "холодным" раствором составляет 72 С ° Количество "грязной"

СО

r х

Чк = Чсо + cî где Чсо — количество "грязной" СО, г нмэ СО /ч;

Ч вЂ” количество СО э, десорбируесо

11 ft мое из холодного раствоpaр нм /ч

1524911

1 х х

vco г

Количес

"грязной"

25 г

Vco !!!огл со Ч co ч где ЧсО

n!! i л ч со

35 !! Ha<

-0,35)) 22,26 количество холодного !! I! раствора, м /ч; степень карбонизации

"холодного" раствора пос5 ле снижения давления и отдувки, моль СО /моль

МЭА; — 150 (О, 65-0, 58) 3, О «

«22, 26 = 701 нмз СО /ч; 10

5376 + 701 = 6077 нм СО /ч. тво тепла, уносимое с фракцией СО .

Ц „= 607 Л 505 О, 303 = 930006 ккал/ч.

"Холодный" раствор, нагретый экспанзерными газами до 73ОС, йоступает на орошение в регенератор в точку ниже ввода экспанзерных газов.

"Чистая" парогазовая смесь, охлажденная "холодным раствором, выходит из регенератора с температурой

86 С. Количество "чистой" СО количество чистой

СО нмз /ч количество поглощенной

СО g в а eб!сcоoр б еeр еe, нм /ч;

+ 1. г.р (! нос !! т.р )3 степень карбонизации насыщенного раствора на выходе из абсорбера, моль СО /моль МЭА.

40 (0,65-0,12) + 650 (0,653 = 36028 нм СО /ч;

2) по предполагаемому изобретению

11616978 ккал/ч или Я „ /L 0,8936

«10 ккал/м раствора.

Содержание Н в "чистом" диоксиде углерода по прототипу и изобретению составляет 0,012 об.Х.

В таблице приведены сравнительные показатели предложенного способа по примерам 1-3 и известного способа (примеры 2 и 3 осуществляют аналогично примеру 1).

Как видно из таблицы, при одной и той же очистке диоксида углерода от горючих примесей (H +СО) расход тепла с парогазовой смесью в предлагаемом способе на ЗОХ ниже,чем в известном.

Для насьпценного раствора, отделяемого перед подогревом и подаваемого на десорбцию и охлаждение парогазовой смеси, получаемой при регенерации, составляет 8-16Х от основного потока. Увеличение или уменьшение доли ненагретого потока по сравнению с предельными значениями приводит к ухудшению технологического режима, выражающемуся в снижении степени очистки газа (150 ррм СО в очищенном газе вместо 30-100 ррм) и повьппении потерь тепла до 1,3 ккал/м раствора.

Преимущество предложенного способа достигается за счет воэможности осуществления более тонкой регенерации как тонко, так и груборегенерированного раствора (до 0,085 и 0,31 моль

СО /моль МЭА вместо 0,11 и 0,36 моль

СО /моль МЗА по прототипу) без увеличения расхода тепла на регенерацию по сравнению с прототипом, что улучшает условия абсорбции.

Ч = 36028-6077 = 29951 нмз /СО /ч, Ч со 1 2 45

Количество тепла, выводимое с "чистой" фракцией СО (= 29951 510 О, 7 = 10686972 ккал/ч. пгc

Общее количество тепла, выводимое с "грязной" и "чистой" фракциями СО!

930006 + 10686972 = 11616978 ккал/ч

Таким образом, потери тепла с па-55 рогазовой смесью составляют: 1) по прототипу 18046157 ккал/ч или

Ц и = 1,3882 10 " ккал/мз раствора

Формула изобретения

Способ очистки газовых смесей, содержащих водород, от диоксида углерода, включающий абсорбцию диоксида углерода водным раствором этаноламина под давлением, подогрев насыщенного раствора, первичную десорбцию диоксида углерода в экспанзере при снижении давления с получением экспанзерного газа, вторичную десорбцию диоксида углерода в регенераторе отдувкой нагретым водяным паром, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения степени очистки и снижения энергозатрат, перед подогревом 81524911 стадии вторичной десорбции, и затем направляют на стадию вторичной десорбции.

16 мас.Х насыщенного раствора отделяют и продувают экспанэерным газом при давлении, равном давлению на

В

ОМ" еде оде

12 е

8О О,105 О,35

84 о1г о 37

2О

О, ОЕ71

О, 0500

l 50 зоо

87

7О

l,ÇÇÎl

1,3571 о,о1г

О, 019

1,г4эо

1,3071

Составитель Е. Корниенко

Редактор Т. Лазоренко Техред А.Кравчук Корректор Л. Патай

Заказ 7167/5 Тираж 600 Подписное

ВНИИПИ Государственного кОмитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина,101

Протетпе

Прю4ер 1

Прееер 2

npIOlep 3

Зеере74еееене ееееееее

92

72

ЬО

93 0е11 0е36

86 ООЕ О ге

89 0,085 0,31

88 0,09 О, 34

200-300

100

0,ОП>

0,0715

0,Î83l

О,0653

1,2960

0,8936

1, 1150

0,9987

1,ç88ã

0,9651

1, 1981

1, 0640 о,о12

0,012 о, 012

0,012