Двухстадийное мгновенное испарение для удаления углеводородов
Изобретение относится к способу удаления углеводородов в системе удаления диоксида углерода в процессе производства оксида этилена. Способ включает окисление этилена молекулярным кислородом. Полученный реакционный газ промывают жидким раствором карбоната калия, с получением абсорбционного раствора, обогащенного бикарбонатом и содержащего растворенный этилен. Этилен отделяют от абсорбционного раствора на двух стадиях мгновенного испарения. На первой стадии осуществляют мгновенное испарение абсорбционной жидкости и отделяют пар, содержащий большую часть этилена, от жидкости, содержащей бикарбонат. На второй стадии осуществляют мгновенное испарение жидкости с первой стадии и отделяют пар, содержащий этилен, от жидкости, образованной в результате осуществления второй стадии мгновенного испарения. Изобретение позволяет уменьшить выброс углеводородов в атмосферу, снизить затраты на систему удаления диоксида углерода, а также стоимость и энегропотребление регенерационного компрессора. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Предпосылки создания изобретения
Область, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу двухстадийного мгновенного (очень быстрого) испарения для эффективного удаления углеводородов в системе удаления диоксида углерода в процессе производства оксида этилена, в котором количество мгновенно выделяющегося газа, необходимое для удаления определенного количества углеводородов в системе удаления карбонатов, существенно уменьшено по сравнению с известными способами.
Уровень техники
В производственных процессах, например, получения оксида этилена путем окисления этилена молекулярным кислородом, при окислении образуется также диоксид углерода, и необходимо отделять этот диоксид углерода во избежание накопления его в системе.
В промышленных процессах производства оксида этилена удаление диоксида углерода часто осуществляют с помощью горячей карбонатной системы, как описано, например, в патентах США №3,823,222 и №4,160,810. После отделения оксида этилена от реакционного газа из реактора производства оксида этилена весь этот газ, обогащенный непрореагировавшим этиленом, или часть его вводят в контакт с раствором карбоната калия и бикарбоната калия, при этом указанный карбонат реагирует с диоксидом углерода и превращается в бикарбонат. Полученный таким образом раствор, обогащенный бикарбонатом, подвергают регенерации путем продувки паром (отпаривания) с целью выделения диоксида углерода и обратного превращения бикарбоната в карбонат для дальнейшего использования в процессе.
Реакционный газ содержит высокую концентрацию непрореагировавшего этилена, и в процессе абсорбции диоксида углерода некоторая часть этого непрореагировавшего этилена растворяется в абсорбционном растворе. Если этот раствор непосредственно подвергают отпариванию для выделения диоксида углерода, растворенный этилен, содержащийся в нем, выбрасывается в атмосферу вместе с отпаренным диоксидом углерода. Это выбрасывание этилена в атмосферу является недостатком, поскольку допустимое количество выбрасываемого этилена ограничивается действующими в данной местности актами по борьбе с загрязнением атмосферы. Этилен имеет также определенную ценность как сырье. Таким образом, необходимым и желательным является удаление растворенного этилена из абсорбционного раствора и регенерация этого этилена.
В обычной практике применяют одноступенчатое мгновенное испарение абсорбционного раствора, при этом пар, образовавшийся при мгновенном испарении, поступает в регенерационный компрессор с целью регенерации этилена для возврата его в процесс.
Ограничения на выброс этилена часто устанавливают фиксированное количество этилена, которое может быть выброшено в атмосферу, не зависящее от производительности установки. Поэтому при увеличении производительности установки часто возникает такое положение, когда для соблюдения абсолютного предельно-допустимого количества выбросов оказывается необходимым значительное повышение относительной степени удаления этилена из них. При таком увеличении степени удаления этилена возрастает необходимое количество мгновенно выделяющегося газа на единицу количества этилена, а также количество рециркулирующего диоксида углерода.
В крупномасштабных производствах количество рециркулирующего диоксида углерода при использовании системы одностадийного мгновенного испарения может превысить 20% нормального удаляемого количества диоксида углерода, и мощность регенерационного компресора непропорционально возрастает по сравнению с установками меньшей производительности. В соответствии с настоящим изобретением, применение системы двухстадийного мгновенного испарения может в значительной мере устранить этот недостаток и обеспечить, таким образом, снижение затрат на систему удаления диоксида углерода, а также стоимость и энергопотребление регенерационного компрессора.
Краткое описание изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, обогащенный абсорбционный раствор, использованный для промывки горячим карбонатом реакционного газа получения оксида этилена после отделения оксида этилена, содержащий высокую концентрацию бикарбоната и растворенный этилен, направляют из абсорбера в первую зону мгновенного испарения, где из упомянутой жидкости удаляют основное количество растворенного этилена, кислород и другие газы путем мгновенного испарения в газовую фазу. Жидкость из первой зоны мгновенного испарения направляют во вторую зону мгновенного испарения, где условия мгновенного испарения регулируют таким образом, чтобы количество этилена, остающегося в жидкости, выходящей со второй стадии мгновенного испарения после отделения диоксида углерода и этилена, обеспечивало соблюдение соответствующих требований к выбросам при продувке жидкости паром с целью выделения диоксида углерода.
Прилагаемый чертеж схематически представляет способ осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
На чертеже не показан известный процесс производства оксида этилена путем окисления этилена молекулярным кислородом, известный процесс промывки водой полученного оксида этилена или известный процесс промывки полученного реакционного газа горячим карбонатом для поглощения из этого газа диоксида углерода. Эти процессы известны и широко применяются в промышленности.
Как видно из чертежа, горячая карбонатная абсорбционная жидкость из абсорбера, обогащенная бикарбонатом и содержащая растворенные этилен и кислород, поступает со стадии поглощения диоксида углерода (не показанной) в первую зону мгновенного испарения или барабан 11, куда ее вводят по линии 1. Жидкость на выходе из абсорбера имеет температуру, как правило, от приблизительно 85°С до 110°С. В упомянутой первой зоне мгновенного испарения поддерживают соответствующие условия путем установки давления, промежуточного между давлением в абсорбере, составляющим обычно от 18,5 кг/см2 (1,81 МПа) (абсол.) до 23,0 кг/см2 (2,26 МПа) (абсол.), и атмосферным давлением для обеспечения мгновенного испарения в паровую фазу большей части растворенного кислорода и этилена, а также других растворенных газов. Иллюстративным примером диапазона давления в первой зоне мгновенного испарения является абсолютное давление от 2,5-4,5 кг/см2 (0,245-0,44 МПа). Пар, образовавшийся при мгновенном испарении, с первой стадии мгновенного испарения отводят по линии 3 и направляют во вторую ступень известного регенерационного компрессора 20. Целесообразно, чтобы давление пара, образовавшегося при мгновенном испарении, после первой стадии соответствовало давлению во второй ступени регенерационного компрессора, однако это требование не является обязательным. Хотя на этой стадии удаляется большая часть растворенного этилена, т.е. по меньшей мере 80%, предпочтительно по меньшей мере 85%, на первой стадии быстрого испарения степень удаления не регулируют с целью достижения соответствия требованиям к выбросам. Жидкость из первой зоны 11 мгновенного испарения по линии 2 поступает во вторую зону 10 мгновенного испарения. Во второй зоне 10 мгновенного испарения давление и режим мгновенного испарения регулируют таким образом, чтобы остаточное количество этилена, растворенного в жидкости, выходящей из второй зоны мгновенного испарения после отделения пара, обеспечивало соответствие требованиям к выбросам при последующей отдувке его паром из жидкости в процессе выделения диоксида углерода. Иллюстративным примером диапазона давления во второй зоне мгновенного испарения является абсолютное давление 1,5-2,5 кг/см2 (0,147-0,245 МПа).
Пар, образовавшийся при мгновенном испарении, из зоны 10 отводят по линии 4 и предпочтительно направляют в первую ступень регенерационного компрессора 20 для извлечения из этого пара этилена, как и из паров, образовавшихся при мгновенном испарении в первой зоне. В компрессоре 20 упомянутые пары, образовавшиеся при мгновенном испарении, сжимают до давления, поддерживаемого в реакторе, и возвращают в реактор окисления этилена (не показан) по линии 21.
Жидкость из второй зоны 10 мгновенного испарения поступает по линии 5 в регенератор 12, где диоксид углерода вместе с остаточным растворенным этиленом отдувают из этой жидкости обычными способами, используя сочетание свежего пара, подаваемого по линии 7, и пара из ребойлера 13, подаваемого по линии 9. Затем жидкость из регенератора, обедненную бикарбонатом и обогащенную карбонатом, возвращают в абсорбер по линии 8 для повторного использования в общем процессе. Диоксид углерода вместе с водяным паром и остаточным этиленом сбрасывают из регенератора 12 в атмосферу по линии 6. Количество этилена, сбрасываемого в составе этого парогазового потока, поддерживают на уровне, соответствующем действующим положениям о допустимых выбросах, обычно менее чем 5,0 кг/ч, а часто менее чем 3,0 кг/ч.
В целях достижения оптимальных результатов рабочие условия на упомянутых двух стадиях мгновенного испарения следует оптимизировать. При оптимизации, прежде всего, следует обеспечить в жидкости после упомянутой второй стадии достаточно низкое содержание этилена для соответствия требованиям к загрязнению окружающей среды. В то же время жидкость после второй стадии мгновенного испарения должна содержать практически весь диоксид углерода, образующийся в реакции окисления этилена, во избежание накопления диоксида углерода в системе.
Пример
Обогащенный раствор из абсорбера с температурой приблизительно 91°С под абсолютным давлением приблизительно 22,8 кг/см2 (2,23 МПа) и с содержанием этилена 97 кг/ч подают с расходом 21700 кг-моль/ч по линии 1 в зону 11, и его давление в первой зоне 11 мгновенного испарения снижают до абсолютного давления 3,15 кг/см2 (0,31 МПа). Мгновенно выделившийся газ в количестве 349 кг/ч, содержащий 83,1 кг/ч этилена и 180 кг/ч СО2, подают по линии 3 в регенерационный компрессор 20. Жидкость после первой стадии мгновенного испарения еще содержит 13,9 кг/ч этилена, что превышает установленный предел для выбросов, равный 2 кг/ч. Эту жидкость с температурой 91°С направляют по линии 2 во вторую зону 10 быстрого испарения, работающую под абсолютным давлением 2,02 кг/см2 (0,198 МПа).
Мгновенно выделившийся газ с этой второй стадии мгновенного испарения отводят с объемной скоростью 120 кг/ч, и он содержит 12,0 кг/ч этилена и 174 кг/ч СО2. Этот мгновенно выделившийся газ подают по линии 4 в регенерационный компрессор 20. Жидкость после второй стадии мгновенного испарения содержит 1,9 кг/ч этилена, т.е. количество, соответствующее требованиям к выбросам. Эту жидкость направляют в регенератор, где из нее удаляют и сбрасывают в атмосферу практически все количество диоксида углерода (10300 кг/ч), образующееся при окислении этилена, а также 1,9 кг/ч этилена. Двухстадийная методика мгновенного испарения в соответствии с изобретением обеспечивает удаление общего количества этилена 95,1 кг/ч (98,0%) и возвращение в цикл 354 кг/ч CO2, что составляет приблизительно 3,4% общего количества образующегося в процессе СО2. Суммарный поток, поступающий в регенерационный компрессор из первой и второй зон мгновенного испарения, составляет 589 кг/ч.
Для сравнения укажем, что если бы удаление этилена осуществлялось при одностадийном мгновенном испарении, то для достижения того же содержания этилена в выбросах, которое достигается при двухстадийном мгновенном испарении, потребовалось бы испарять 1782 кг/ч при давлении мгновенного испарения 1,96 кг/см2 (0,192 МПа). Требуемая производительность регенерационного компрессора в системе одностадийного мгновенного испарения в 3 раза превышала бы соответствующую характеристику для системы двухстадийного мгновенного испарения. Количество рециркулирующего СО2 составляло бы 1230 кг/ч, что соответствует приращению его количества в абсорбере СО2 на 12%.
Вышеприведенный пример относится к установке производства оксида этилена производительностью 160000 Мт/год; по мере увеличения производительности установки различие между двумя системами возрастает, и это увеличивает трудность поддержания абсолютного количества этилена (в кг/ч) в газе, сбрасываемом в атмосферу.
1. Способ производства оксида этилена, в котором реакционный газ - после окисления этилена в реакторе окисления этилена молекулярным кислородом - промывают жидким раствором карбоната калия с получением абсорбционного раствора, обогащенного бикарбонатом и содержащего растворенный этилен, и в котором затем отделяют этилен от упомянутого абсорбционного раствора, включающий мгновенное испарение упомянутого абсорбционного раствора на первой стадии мгновенного испарения, обеспечивая тем самым отделение пара, содержащего большую часть этилена, растворенного в упомянутом абсорбционном растворе, от жидкости, содержащей бикарбонат, и затем мгновенное испарение жидкости, образованной в результате осуществления упомянутой первой стадии мгновенного испарения, на второй стадии мгновенного испарения, так что на второй стадии мгновенного испарения обеспечивается отделение пара, содержащего этилен, от жидкости, образованной в результате осуществления второй стадии мгновенного испарения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пары, полученные на упомянутых первой и второй стадиях мгновенного испарения, направляют в регенерационный компрессор для возвращения в реактор.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что затем диоксид углерода и этилен, содержащиеся в жидкости, образованной в результате осуществления второй стадии мгновенного испарения, отдувают из этой жидкости с использованием пара.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что затем диоксид углерода и этилен, содержащиеся в жидкости, образованной в результате осуществления второй стадии мгновенного испарения, отдувают из этой жидкости с использованием пара и полученную жидкость, обогащенную карбонатом, возвращают в абсорбционный раствор.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что первую стадию мгновенного испарения осуществляют при давлении от 0,245 до 0,440 МПа, а вторую стадию мгновенного испарения осуществляют при давлении от 0,147 до 0,245 МПа.
6. Способ получения оксида этилена, в котором
a) этилен вводят в реакцию с молекулярным кислородом, получая реакционную газовую смесь, содержащую оксид этилена, диоксид углерода и непрореагировавший этилен,
b) упомянутую реакционную газовую смесь со стадии а) промывают водой и раствор, содержащий абсорбированный в воде оксид этилена, отделяют от газовой смеси, содержащей диоксид углерода и непрореагировавший этилен,
c) эту газовую смесь со стадии b), содержащую диоксид углерода и непрореагировавший этилен, промывают раствором карбоната калия и промывной раствор карбоната калия, обогащенный бикарбонатом и содержащий растворенный этилен, регенерируют, при этом указанная регенерация включает
1) мгновенное испарение промывного раствора карбоната калия, обогащенного бикарбонатом и содержащего растворенный этилен,
2) отделение полученного пара, содержащего большую часть растворенного этилена, от жидкости, содержащей бикарбонат,
3) мгновенное испарение жидкости со стадии 2 и отделение пара, содержащего этилен, от жидкости, содержащей упомянутый бикарбонат,
4) и регенерацию жидких кубовых остатков со стадии 3, содержащих растворенный этилен в достаточно малом количестве, удовлетворяющем требованиям к сбросам в окружающую среду.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что пары, полученные на первой и второй стадиях мгновенного испарения, направляют в регенерационный компрессор для возвращения в цикл.
8. Способ по п.6, отличающийся тем, что первую стадию мгновенного испарения осуществляют при давлении от 0,245 до 0,440 МПа, а вторую стадию мгновенного испарения осуществляют при давлении от 0,147 до 0,245 МПа.
