Способ регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги

 

Изобретение относится к способам регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги, который используют в качестве абсорбента для извлечения водяных паров из газа в установках осушки природных и нефтяных газов. Способ регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги основан на мембранных технологиях и включает две технологические стадии при давлении 2 - 4 атм и удельном потоке в надмембранном пространстве 3,7·10³ - 3,9·10³ л/(ч·м²) с применением рулонных мембранных элементов, причем первая стадия позволяет обессолить насыщенный абсорбент за счет его последовательной прокачки через две мембранные установки при 18-25°С, на первой из которых происходит отделение ионов C1^-, на второй - ионов Ca²⁺ а вторая стадия приводит к осушке обессоленного абсорбента путем его первапорации, проводимой при 57-60°С. Проведение процесса регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги по описанной технологии и при приведенных условиях позволяет получать конечный продукт (регенерированный поглотитель влаги) с очень низким содержанием как воды так и солей, что позволяет вновь использовать его в технологии обезвоживания природных и нефтяных газов, а также повышает надежность эксплуатации технологического оборудования и снижение эксплуатационных затрат за счет снижения коррозионной опасности. 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам регенерации насыщенного раствора поглотителя, влаги (диэтиленгликоля), который используют в качестве абсорбента для извлечения водяных паров из газа в установках осушки природных и нефтяных газов.

Проблема очистки диэтиленгликоля (ДЭГ), поступающего после процесса осушки сырого природного газа и содержащего значительное количество воды, минеральных солей, газового конденсата и других примесей, является типичным примером утилизации и рекуперации отходов в химической технологии.

Известен способ регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги, заключающийся в том, что часть подогретого раствора после печи подают в буферную емкость, в которую поступает также из полуглухой тарелки колонны насыщенный раствор абсорбента (диэтиленгликоля). За счет смешения более горячего раствора, поступающего из печи, с раствором имеющим более низкую температуру, в емкости происходит испарение части воды. Образующуюся паровую фазу подают в куб колонны. Раствор из буферной емкости насосами подают в печь. Регенерированный раствор из куба колонны насосами отводят от установки (авт. св. СССР N622362, кл. В 01 D 53/26, 1988 г.).

Недостатками данного способа являются: термическое разложение диэтиленгликоля за счет его перегрева; интенсивная коррозия оборудования, которая в паровой фазе существенно выше, чем в жидкой; существенное нарушение режима при изменении производительности.

Также известен способ регенерации насыщенного раствора абсорбента, включающий вывод из абсорбера установки осушки природных и нефтяных газов, подачу последнего в десорбер, разделенный полуглухой тарелкой, подогрев в печи с поддержанием жидкофазного состояния абсорбента в количестве, необходимом для получения заданной концентрации регенерированного раствора абсорбента и определяемом кратностью рециркуляции раствора через печь (патент Российской Федерации N2023484, кл. В 01 D 53/26, 1994 г.).

Недостатком этого способа является отсутствие в процессе регенерации стадии обессоливания диэтиленгликоля, что значительно увеличивает риск коррозии технологического оборудования даже при условии проведения всего технологического цикла с использованием жидкофазного состояния абсорбента. Кроме того, включение в технологическую схему печи приводит к неизбежному частичному термическому разложению диэтиленгликоля.

Наиболее близким по технической сущности является способ регенерации осушителя природного газа, включающий вывод из абсорбера установки осушки природных и нефтяных газов насыщенного абсорбента и его обработку в две технологические стадии, первая из которых позволяет обессолить насыщенный абсорбент за счет его прокачки через мембранный элемент и последующее пропускание через ионнообменные колонки при температуре 20-35^oC, а вторая приводит к осушке обессоленного абсорбента путем его первапорации, проводимой при температуре 58-60^oC (патент Российской Федерации N2121392, кл. В 01 D 53/26, 1998 г.).

Недостатком этого способа является использование на стадии обессоливания ионнообменных колонок, что приводит к необходимости их периодической регенерации и, как следствие, к экономическим потерям и частым остановкам технологического процесса.

Задачей, решаемой при создании предлагаемого изобретения, является создание замкнутого технологического процесса регенерации абсорбента с возможностью его многократного использования.

Технический результат - повышение качества регенерации абсорбента за счет сокращения содержания в нем солей и воды.

Технический результат достигается тем, что в способе регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги, включающем вывод из абсорбера установки осушки природных и нефтяных газов насыщенного абсорбента и его обработку в две стадии, причем обработку проводят при давлении 2 - 4 атм с использованием мембранных технологий, на первой стадии (стадии обессоливания) абсорбент прокачивают последовательно через две мембранные установки, а во второй стадии (стадии осушки) пропускают абсорбент через одну мембранную установку. В качестве осушителя при работе используют моно-, ди-, триэтиленгликоли. Кроме того, на стадии обессоливания в первой мембранной установке используют мембрану, позволяющую отделить ионы Cl^-, а во второй мембранной установке - мембрану, позволяющую отделить ионы Ca²⁺. В качестве материала мембраны на стадии обезвоживания используют гидрофильный материал, позволяющий полностью разделить поглотитель влаги и воду. Все мембраны запаковываются в виде рулонного элемента. Обе стадии проводятся при удельном потоке в надмембранном пространстве 3,7·10³ - 3,9·10³ л/(ч·м²).

Контроль за протеканием процесса обессоливания осуществляется методом рентгенофлюоресцентного анализа, а за протеканием процесса первапорации (осушки) - методом газожидкостной хроматографии.

Основой мембранных процессов разделения являются полупроницаемые полимерные мембраны (пленки), изготавливаемые из полимеров различных типов. В настоящее время известно несколько сотен типов полимерных мембран, характеристики которых приведены в справочной литературе. Наиболее широкое распространение получили мембраны на основе эфиров целлюлозы, благодаря своей высокой экономической и технологической эффективности (они относительно дешевы и технология их производства освоена во всех промышленно развитых странах). В России подобные мембраны выпускаются серийно (АО "Полимерсинтез" г. Владимир). Выбор определенного типа мембран для конкретных условий является отдельной инженерной задачей, при этом температурные условия процесса разделения обусловлены физико-химическими свойствами полимерного материала (температура стеклования и температура плавления). Поэтому стадия обессоливания (или первая стадия) проводится при температуре 18 - 25^oC и дополнительное охлаждение или нагревание насыщенного осушителя природного газа технологически не имеет смысла, а вторая стадия (первапорация или осушка) при температуре 57-60^oC, причем уменьшение температуры приводит к ухудшению процесса разделения диэтиленгликоля и воды, а увеличение к порче мембраны. Максимальное давление 2 - 4 атм ограничено механическими и термомеханическими свойствами полимера - материала мембраны и полимерной основы (подложки) мембраны.

В процессе обессоливания с точки зрения экономической эффективности возможно использование мембран на основе эфиров целлюлозы типа УНФ (ультрананофильтрационный материал): УНФ-15, УНФ-20, УНФ-40. Каждый из этих материалов обладает собственной селективностью по ионам, то есть по 0,15% раствору NaCI, соответственно 15, 20, 40%. Обессоливание модельных смесей ДЭГ(вода)CaCl₂ свидетельствует, что лучшие показатели по селективности по ионам Ca²⁺ ≈ 70 - 82%, при удельном потоке в надмембранном пространстве 3,7·10³ - 3,9·10³ л/(ч·м²) имеет мембрана типа УНФ-40, а по ионам Cl^- ≈ 30-36% имеет мембрана типа УНФ-15, поэтому они предпочтительны в использовании для проведения процесса обессоливания, а значит могут применяться рулонные элементы на их основе типа ЭРО-34. Аналогичным образом для первапорационных процессов были выбраны гидрофильные первапорационные мембраны на основе карбоксиметилцеллюлозы.

Способ регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги на основе мембранных технологий, включающий две технологические стадии при давлении 2 - 4 атм и удельном потоке в надмембранном пространстве 3,7·10³ - 3,9·10³ л/(ч·м²) с применением рулонных мембранных элементов, причем первая стадия позволяет обессолить насыщенный абсорбент за счет его последовательной прокачки через две мембранные установки при температуре 18-25^oC, на первой из которых происходит отделение ионов Cl^-, на второй - ионов Ca²⁺, а вторая стадия приводит к осушке обессоленного абсорбента путем его первапорации, проводимой при температуре 57- 60^oC, является новым, по сравнению с прототипом.

Проведение процесса регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги по описанной технологии и при приведенных условиях позволяет получать конечный продукт (регенерированный поглотитель влаги - диэтиленгликоль) с очень низким содержанием как воды, так и солей, что позволяет вновь использовать его в технологии обезвоживания природных и нефтяных газов, а также повышает надежность эксплуатации технологического оборудования и снижение эксплуатационных затрат за счет снижения коррозионной опасности.

Для пояснения способа регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги приведен чертеж, где изображена технологическая схема процесса регенерации осушителя природного газа.

Способ регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги основан на мембранных технологиях и включает две технологические стадии, проводящиеся при давлении 2 - 4 атм и удельном потоке в надмембранном пространстве 3,7·10³ - 3,9·10³ л/(ч·м²) с применением рулонных мембранных элементов, причем первая стадия позволяет обессолить насыщенный абсорбент за счет его последовательной прокачки через две мембранные установки при температуре 18 - 25^oC, на первой из которых происходит отделение ионов Cl^-, на второй - ионов Ca²⁺, а вторая стадия приводит к осушке обессоленного абсорбента путем его первапорации, проводимой при температуре 57 - 60^oC. Данный способ реализуется по следующей схеме: в отстойник 1 поступает абсорбент из установки осушки природных и нефтяных газов, из которого насосом 2 насыщенный абсорбент подают на мембранную установку 3, где осуществляется первая стадия процесса обессоливания (отделение ионов Cl^-) и откуда частично обессоленный поглотитель влаги поступает в накопительную емкость 4, из которой он насосом 5 прокачивается через мембранную установку 6, где происходит вторая стадия обессоливания (отделение ионов Ca²⁺). Обессоленный насыщенный водой абсорбент (диэтиленгликоль) собирается в накопительную емкость 7. Концентрированная солевая смесь с мембранных установок 3 и 6 возвращается соответственно в отстойник 1 и накопительную емкость 4. Насосом 8 обессоленный диэтиленгликоль из накопительной емкости 7 прокачивают через теплообменник 9 и подают на первапорационную мембранную установку 10, где вода, проходя через мембрану, оказывается в подмембранном пространстве, где под действием вакуума испаряется, при этом водяной пар откачивают вакуум-насосом 11, а обезвоженный (регенерированный) диэтиленгликоль собирают в емкость 12, откуда снова подают в процесс осушки природного газа 13.

На стадии обессоливания мембранный способ реализуется следующим образом: насыщенный, загрязненный солями абсорбент подается из отстойника 1 или накопительной емкости 4 в надмембранное пространство 14. Через мембрану 15, выполненную в виде рулонного элемента типа ЭРО-34 на основе эфиров целлюлозы типа УНФ-15 в первой мембранной установке и УНФ-40 во второй, проходят в подмембранное пространство 16 диэтиленгликоль и вода, соли накапливаются в смеси над мембраной и возвращаются в отстойник 1 или накопительную емкость 4. При проведении процесса первапорации в надмембранное пространство 14 закачивается через теплообменник 9, нагретый до 57-60^oC обессоленный, насыщенный водой диэтиленгликоль. Через мембрану 15, выполненную на основе гидрофильного материала (карбоксиметилцеллюлоза), проходит в подмембранное пространство 16 вода, а прошедший над мембраной осушенный диэтиленгликоль накапливается в емкости 12.

Результаты проведения процесса регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги представлены в таблице.

Предлагаемый способ можно широко применять для утилизации и рекуперации (регенерации) отходов в химической технологии, применяемой в нефте-, газоперерабатывающей и добывающей промышленности, так как он позволяет безотходно и технологично использовать осушитель природных и нефтяных газов.

Формула изобретения

1. Способ регенерации насыщенного раствора поглотителя влаги, включающий вывод из абсорбера установки осушки природных и нефтяных газов насыщенного абсорбента и его обработку в две стадии, отличающийся тем, что обработку проводят при давлении 2 - 4 атм и удельном потоке в надмембранном пространстве 3,7 · 10³ - 3,9 · 10³ л/(ч · м²), причем на первой стадии с использованием двух мембранных установок и на второй стадии - одной мембранной установки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве поглотителя влаги используют моно-, ди-, триэтиленгликоли.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что первую стадию процесса проводят при 18 - 25^oC, а вторую стадию при 57 - 60^oC.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первой стадии процесса в первой мембранной установке происходит отделение ионов Cl^-, а во второй мембранной установке - ионов Ca²⁺.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве мембран на стадии обессоливания используют ультрананофильтрационный материал на основе эфиров целлюлозы.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве мембраны на стадии обезвоживания используют гидрофильный материал.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мембраны во всех установках запакованы в виде рулонного элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2