Установка для очистки углеводородных газов от диоксида углерода и сероводорода

 

Область использования: изобретение относится к нефтяной, газовой, химической и нефтехимической промышленности, к устройствам для очистки углеводородного газа от двуокиси углерода и сероводорода, в частности для использования на установках моноэтаноламиновой сероочистки. Сущность изобретения: установка содержит абсорбер для очистки газов от двуокиси углерода и сероводорода, выполненной в виде цилиндра переменного сечения, соотношение площадей поперечного сечения верхней и нижней частей (1 : 0,75) - (1 : 0,5), десорбер для регенерации абсорбента, испаритель, сепараторы для отделения воды и углеводородного конденсанта из очищаемого газа, промежуточные емкости для абсорбента и кислой воды, холодильники воздушного охлаждения, теплообменник , насосы, подводящие и отводящие газ трубопроводы и технологические трубопроводы по обвязке аппаратов и оборудования. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области газопереработки, в частности к устройствам для очистки нефтяного газа от двуокиси углерода и сероводорода, и может быть использовано на установках моноэтаноламиновой очистки.

Целью изобретения является повышение степени очистки газа от кислых компонентов и селективности по отношению к сероводороду за счет перераспределения тепла по высоте абсорбера и снижение материальных затрат за счет снижения металлоемкости абсорбера и уменьшения количества абсорбента.

На чертеже представлена технологическая схема установки для очистки газов от двуокиси углерода и сероводорода, общий вид.

Установка содержит абсорбер 1 для очистки газов от двуокиси углерода и сероводорода, выполненного в виде цилиндра переменного сечения, причем площадь поперечного сечения верхней части относится к площадке поперечного сечения нижней части (1:0,75)-(1:0,5), десорбер 2 для регенерации абсорбента, сепараторы 3, 4 для отделения воды и углеводородного конденсата из очищаемого газа, промежуточные емкости 5, 6, 7, для абсорбента и кислой воды, холодильники 8 и 9 воздушного охлаждения, причем холодильник 8 установлен в переходной по сечению зоне абсорбера 1 так, что позволяет перераспределять температуру (тепло) по его высоте, теплообменник 10, испаритель 11, насосы 12, 13, 14, подводящие и отводящие газ трубопроводы 15 и 16 соответственно.

Установка работает следующим образом.

Нефтяной газ с содержанием сероводорода 100 г/100 м³ и двуокиси углерода 0,5 об. по трубопроводу 15 с содержанием воды 2-10 г/м³, углеводородного конденсата 0,5-5 г/м³ поступает в сепаратор 3, где происходит отделение воды и углеводородного конденсата. Очищенный таким образом газ с содержанием влаги 1,5-4 г/м³ и углеводородного конденсата 0,7-0,97 г/м³ из сепаратора 3 по трубопроводу поступает в нижнюю часть абсорбера 1, где скорость газового потока равна 1,8 м/с. Одновременно в верхнюю часть абсорбера насосом 12 подают регенерированный абсорбент (водный раствор моноэтаноламина с концентрацией 10-12 мас.) из промежуточной емкости 5, отобранный с низа десорбера 1 и охлажденный в теплообменнике 10 до 60^оС. Абсорбер работает при избыточном давлении (1,7 ати).

Выполнение же его в виде цилиндра переменного сечения (площадь поперечного сечения верхней части относится к площади поперечного сечения нижней части как (1:0,75)-(1:0,5) позволяет с учетом кинетических закономерностей по высоте абсорбера (изменение состава очищаемого газа, скорости газового и жидкостного потоков и температуры) поддерживать оптимальную скорость движения газа в нижней части 1,8 м/с (для селективного поглощения сероводорода) и 1,2 м/с в верхней части для поглощения двуокиси углерода. Разделение абсорбера как бы на две части привело к тому, что в нем образуются две самостоятельные реакционные зоны: верхняя, где происходит поглощение углекислого газа (скорость 1,2 м/с) (очистка), и нижняя, где происходит поглощение (очистка) сероводорода (скорость равна 1,8 м/с).

При этом режим работы абсорбера таков, что скорость газового потока 1,2 м/с, плотность орошения 10 м³/м² ч и температура абсорбента, равная 55-60^оС, которая является оптимальной для химического связывания моноэтаноламина с двуокисью углерода, размер верхней части абсорбера, равный 0,5;1, обеспечивает достаточное время пребывания для полного поглощения двуокиси углерода из нефтяного газа. Содержание двуокиси углерода в очищенном газе при переходе его в нижнюю зону абсорбера, равную по сечению (1:0,75)-(1:0,5) по отношению к верхней части, равно 0,01 об. т.е. практически он поглотился.

Уменьшение площади поперечного сечения нижней части до (1:0,75)-(1:0,5) по отношению к верхней одновременно позволяет создать и повышенную скорость движения газа (1,8 м/с) в нижней части абсорбера, которая является оптимальной с точки зрения поглощения сероводорода моноэтаноламином. Но, кроме скорости движения газа, существенное влияние на поглощение сероводорода оказывает и температура абсорбции, которая поддерживается на уровне 10-15^оС промежуточным холодильником, расположенным в переходной зоне.

В результате исключается возможная десорбция сероводорода из поглотительного раствора и обеспечивается селективность поглощения сероводорода при очистке газа в присутствии двуокиси углерода. При этом захлебывание нижней части колонны исключается из-за возможности уменьшения плотности орошения, т. е. количества поглотительного абсорбента для поглощения сероводорода, до 6-6,5 м³/м²ч. Размеры по соотношению площадей поперечного сечения верхней и нижней частей абсорбера определяли экспериментально.

Результаты, полученные при испытании, приведены в табл. 1. Из таблицы видно, что при плотности орошения, равной 6-6,5 м³/м²ч, против 10 м³/м² ч по прототипу полнота очистки газа от сероводорода 0,06 г/100 м³, что соответствует мировым стандартам. Повышается степень очистки газа от двуокиси углерода, она равна 98% против 50% по прототипу за счет перераспределения тепла, скоростей газового и жидкостного потоков по высоте абсорбера с учетом кинетических закономерностей процессов поглощения двуокиси углерода и сероводорода.

Отработанный абсорбент (водный раствор моноэтаноламина) с низа абсорбера 1 поступает в промежуточную емкость 6, откуда насосом 13 через теплообменник 10 в верхнюю часть десорбера 2, где регенерируется и снова через теплообменик 10 (обратный поток) поступает в промежуточную емкость 5 и насосом 12 подается в верхнюю часть абсорбера 1. Процесс повторяется сначала.

Результаты, полученные при испытании предлагаемой и известной установок, приведены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что выполнение абсорбера в виде цилиндра переменного сечения, причем площадь поперечного сечения верхней части относится к площади поперечного сечения нижней части как (1:0,75)-(1:0,5), позволяет повысить скорость газового потока с 1,2 м/с по прототипу до 1,8 м/с по предлагаемой, уменьшение плотности орошения от 10 м³/м² ч до 6-6,5 м³/м² ч, что соответствует расходу 60000 кг/ч по прототипу и 35000-40000 кг/ч по изобретению, регулировать температуру абсорбента по высоте абсорбера, что позволяет учитывать кинетические закономерности процесса поглощения сероводорода и двуокиси углерода и в результате получить очищенный газ с содержанием сероводорода 0,06 г/100 м³, что соответствует мировым стандартам, двуокиси углерода 0,01 об. что отвечает требованиям тонкой очистки газа.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой установки складывается за счет снижения содержания сероводорода и двуокиси углерода в очищенном газе, уменьшения плотности орошения и снижения металлоемкости абсорбера.

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ ОТ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА И СЕРОВОДОРОДА, включающая абсорбер, десорбер, сепараторы, теплообменник, промежуточные емкости, холодильники, испаритель, насосы, подводящие и отводящие трубопроводы, отличающаяся тем, что, с целью повышения степени очистки газов и селективности по отношению к сероводороду за счет перераспределения тепла по высоте абсорбера и снижения материальных затрат за счет снижения металлоемкости абсорбера и уменьшения количества абсорбента, абсорбер выполнен в виде цилиндра переменного сечения, при этом соотношение площадей поперечного сечения верхней и нижней частей составляет 1 0,75 - 0,5, а переходная зона снабжена установленным внутри нее промежуточным холодильником.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3