Способ повышения давления диоксида углерода при абсорбционном выделении его из газовых смесей

Изобретение может быть использовано в пищевой, химической, нефтехимической, металлургической отраслях промышленности. Способ повышения давления диоксида углерода при абсорбционном выделении его из газовых смесей заключается в получении насыщенного абсорбента в абсорбере и в последующей регенерации с выделением из него диоксида углерода при повышенном давлении 0,5-9,5 МПа путем косвенного подвода тепла. Часть насыщенного абсорбента отбирают до регенерации, проводимой при повышенном давлении, смешивают его с абсорбентом после регенерации и подают в узел регенерации абсорбента, где проводят регенерацию при сниженном давлении в адиабатическом режиме или с подводом тепла. Технический результат: уменьшение содержания диоксида углерода в абсорбенте, подаваемом в абсорбер, снижение циркуляции абсорбционного раствора, снижение температуры процесса регенерации абсорбента, повышение величины достижимого давления и степени извлечения диоксида углерода при абсорбции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способам повышения давления диоксида углерода при абсорбционном выделении его из газовых смесей и может быть использовано в пищевой, химической, нефтехимической, металлургической и др. отраслях промышленности.

Известен способ абсорбционного извлечения диоксида углерода из газовых смесей, содержащий узел абсорбции, с получением насыщенного абсорбента и последующим выделением из него диоксида углерода путем регенерации насыщенного абсорбента при давлении 0,15-0,19 МПа и температуре 115-130°С (см. ред. Мельников Е.Я. Справочник азотчика. М.: Химия, 1986, с.222-263). В качестве абсорбента использован водный раствор амина.

Недостатком способа является ограничение величины давления получаемого диоксида углерода давлением процесса регенерации, т.е. 0,15-0,2 МПа, что при дальнейшем использовании диоксида углерода приводит к необходимости сжатия их компрессорными машинами и к увеличению капитальных и энергетических затрат.

Наиболее близким к данному техническому решению является способ повышения давления диоксида углерода при абсорбционном выделении его из газовых смесей с получением насыщенного абсорбента в абсорбере и последующей его регенерацией с выделением из него диоксида углерода при повышенном давлении путем косвенного подвода тепла (см. авторское свидетельство СССР №512785. Бюл. изобретений №17, 05.05.76).

Недостаткам способа является то, что абсорбент после его регенерации при повышенном давлении 0,5-9,5 МПа имеет повышенное содержание диоксида углерода. Это снижает его абсорбционную емкость и компенсируется повышением циркуляции абсорбента, приводит к снижению степени извлечения диоксида углерода в процессе абсорбции, увеличению энергетических эксплуатационных затрат и увеличению температуры регенерации вплоть до 150-160°С.

Известно (Н.В.Язвикова, И.Л.Лейтес, А.С.Сухотина. Химическая промышленность, №3, 1977, с.185-188), что при повышении температуры на каждые 10°С скорость деградации абсорбционного раствора, например моноэтаноламина, увеличивается в 1,6-1,8 раза, что приводит к увеличению химических потерь абсорбента, увеличивает коррозию оборудования и затрудняет эксплуатацию из-за загрязнения системы смолами и увеличения количества трудноутилизируемых отходов.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в уменьшении содержания диоксида углерода в абсорбенте, подаваемом в абсорбер, что увеличивает его абсорбционную емкость, обеспечивает снижение циркуляции абсорбционного раствора, а также снижение температуры процесса регенерации абсорбента, повышение величины достижимого давления и степени извлечени диоксида углерода при абсорбции.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе повышения давления диоксида углерода при абсорбционном выделения его из газовых смесей с получением насыщенного абсорбента в абсорбере и последующей его регенерацией с выделением из него диоксида углерода при повышенном давлении 0,5-9,5 МПа путем косвенного подвода тепла, по крайней мере, часть насыщенного абсорбента отбирают до регенерации, проводимой при повышенном давлении, смешивают его с абсорбентом после регенерации и подают в узел регенерации абсорбента, где проводят регенерацию при сниженном давлении в адиабатическом режиме или с подводом тепла.

Указанный технический результат достигается также тем, что, по крайней мере, часть абсорбента после его регенерации при повышенном давлении подают на абсорбцию.

Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве абсорбента используют: водные растворы аминов, карбонат калия, а также органические растворители: спирты, эфиры.

На чертеже представлен пример схемы устройства для реализации способа повышения давления диоксида углерода при абсорбционном выделении его из газовых смесей.

Устройство содержит работающую по циркуляционной схеме абсорбционную установку выделения диоксида углерода из газовой смеси, включающую абсорбер 1, теплообменник 2, регенератор повышенного давления 3, кипятильник 4, холодильник регенерированного абсорбента 5, холодильник-конденсатор газа регенерации 6, сепаратор диоксида углерода 7, насос абсорбента 8.

В устройство включены также регенератор пониженного давления 9, кипятильник 10, холодильник-конденсатор газа регенерации 11, сепаратор диоксида углерода 12.

В качестве абсорбента используют: водные растворы аминов, карбонат калия, а также органические растворители: спирты, эфиры.

Способ работы установки повышения давления диоксида углерода при абсорбционном выделении его из газовых смесей осуществляется следующим образом.

Исходная газовая смесь (конвертированный газ), содержащая диоксид углерода, поступает в абсорбер 1, где она контактирует с абсорбентом, селективно поглощающим диоксид углерода из газовой смеси при температуре 30-120°С. Насыщенный диоксидом углерода абсорбент из абсорбера 1 через теплообменник 2 поступает в регенератор повышенного давления 3, работающий под давлением 0,5-9,5 МПа, где за счет косвенного подвода тепла, передаваемого через кипятильник 4, происходит выделение части диоксида углерода из насыщенного абсорбента при температуре до 125-135°С. По крайней мере, часть насыщенного диоксидом углерода абсорбента отбирают до регенерации, проводимой при повышенном давлении, смешивают его с абсорбентом после регенерации и подают в узел регенерации абсорбента (регенератор 9), где проводят регенерацию при сниженном давлении. Диоксид углерода в смеси с парами абсорбента после регенератора повышенного давления 3 охлаждается в холодильнике-конденсаторе газа регенерации 6, пары абсорбента конденсируются и выделяются в сепараторе диоксида углерода 7 с возвратом их в регенератор высокого давления в качестве флегмы, а диоксид углерода при давлении 0,5-9,5 МПа и температуре 30-55°С выводится из сепаратора 7 для дальнейшего использования. Горячий груборегенерированный абсорбент, содержащий оставшуюся часть диоксида углерода, поступает в регенератор пониженного давления 9, где при снижении давления осуществляется десорбция диоксида углерода из абсорбента. Смешение горячего груборегенерированного абсорбента с отобранным до регенерации насыщенным абсорбентом снижает температуру потока, орошаемого верх регенератора 9, что способствует снижению температуры отходящей парогазовой смеси из регенератора и, следовательно, снижает расход тепла с отходящей парогазовой смеси. Для увеличения степени регенерации и получения глубокорегенерированного абсорбента процесс регенерации может быть проведен с подводом тепла через кипятильник 10. Диоксид углерода в смеси с парами абсорбента выводится из регенератора пониженного давления 9, охлаждается в холодильнике-конденсаторе газа регенерации 11 и отделяется от сконденсировавшихся компонентов абсорбента в сепараторе диоксида углерода 12.

Глубокорегенерированный абсорбент после регенератора 9 поступает в теплообменник 2 и насосом 8 через холодильник 5 подается в абсорбер 1.

Часть абсорбента после его регенерации при повышенном давлении 0,5-9,5 МПа может быть подана на абсорбцию в абсорбер 1 (показано пунктиром).

Пример

В данном примере показана возможность использования предлагаемого изобретения для повышения давления диоксида углерода при абсорбционном выделении его из конвертированного газа при производстве аммиака с использованием полученного сжатого диоксида углерода в производстве метанола для проведения пароуглекислотной конверсии углеводородного газа.

Исходная газовая смесь (конвертированный газ) в количестве 210000 нм³/час, содержащая 17,5 об.% диоксида углерода (СО₂) при давлении 2,8 МПа и температуре 40°С, поступает в абсорбер 1, орошаемый абсорбентом - водным раствором метилдиэтаноламина (МДЭА) с концентрацией 40 мас.% в количестве 850 м³/час. Парциальное давление CO₂ в исходном газе Р_к=0,5 МПа. Очищенный от CO₂ конвертированный газ выводится из абсорбера 1 и поступает в последующие стадии производства аммиака. Общее количество выделяемого CO₂ составляет около 36000 нм³/час.

Насыщенный абсорбент с содержанием СО₂ около 0,7 моль/моль амина выводится из абсорбера 1 при температуре 65°С, нагревается в теплообменнике 2 до температуры 100-108°С за счет тепла горячего регенерированного абсорбента. Часть нагретого насыщенного абсорбента поступает в регенератор повышенного давления 3.

Процесс регенерации насыщенного абсорбента в регенераторе 3 проводится при давлении 2,0-2,5 МПа за счет косвенного подвода тепла в кипятильник 4 при температуре 128-130°С внизу и около 110°С вверху регенератора. Содержание СО₂ в груборегенерированном абсорбенте после регенератора - 0,36 моль/моль амина. Расход тепла в кипятильник 4 - около 20 Гкал/час.

Выделенный диоксид углерода с примесями абсорбента (преимущественно воды) при давлении 2,0-2,5 МПа и температуре 110°С в количестве до 12000 нм³/час (около 30% от выделяемого CO₂) может быть использован, например, в производстве метанола для пароуглекислотной конверсии углеводородов без его охлаждения и без применения компрессионных машин. При использовании полученного диоксида углерода под повышенным давлением для других целей, например для получения жидкой углекислоты, необходимо охлаждение в холодильнике конденсаторе 6 и отделение от жидкой фазы в сепараторе 7.

Другую часть насыщенного абсорбента отбирают до регенерации, проводимой при повышенном давлении, смешивают с абсорбентом после регенерации, дросселируют и подают в регенератор пониженного давления 9, работающий при давлении 0,15-0,22 МПа (абс.). Возможны варианты проведения процесса регенерации в регенераторе 9 с подводом тепла или без подвода тепла (адиабатическая десорбция). Процесс регенерации с подводом тепла обеспечивает более глубокую регенерацию абсорбента, что во многих случаях является предпочтительным, однако требует увеличения расхода тепла. Необходимость подвода тепла в узел регенерации пониженного давления определяется условиями проведения процессов и экономической целесообразностью в каждом конкретном случае. В данном примере в связи с необходимостью высокой степени очистки газа от СО₂ рассматривается вариант с подводом тепла в узел регенерации через кипятильник 10.

Благодаря смешению груборегенерированного и насыщенного абсорбентов и дросселированию с выделением из абсорбента СО₂ и паров воды температура на входе в регенератор 9 снижается до 100°С. Температурный режим регенератора 9: внизу - 124°С, вверху - 100-102°С. Содержание СО₂ в глубокорегенерированном абсорбенте - около 0,06 моль/моль амина. Расход тепла в кипятильник 10 - около 25 Гкал/час.

Глубокорегенерированный абсорбент после регенератора 9 насосом 8 прокачивается последовательно через теплообменник 2 и холодильник 5, где охлаждается до температуры 40-55°С и подается в абсорбер 1.

Использование отличительных признаков изобретения при наличии двух ступеней выделения диоксид углерода из насыщенного абсорбента: вначале в узле регенерации повышенного давления и затем в узле регенерации пониженного давления по сравнению с известными способами обеспечивает возможность достижения высокой степени извлечения диоксида углерода из абсорбента, увеличивает его абсорбционную емкость, снижает степень циркуляции абсорбента и энергетические затраты, а также позволяет снизить температуру процесса регенерации абсорбента, проводимого при повышенном давлении.

Другим преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с известными способами повышения давления диоксида углерода является возможность проведения комплексного процесса выделения диоксида углерода из газовой смеси с одновременным его сжатием до давления, достаточного для того, чтобы использовать его под повышенным давлением в других производствах, минуя процесс механического сжатия газа.

Изобретение позволяет использовать для процесса выделения и сжатия диоксида углерода более дешевую низкопотенциальную тепловую энергию взамен более дорогой высокопотенциальной электрической энергии.

1. Способ повышения давления диоксида углерода при абсорбционном выделении его из газовых смесей с получением насыщенного абсорбента в абсорбере и последующей регенерацией с выделением из него диоксида углерода при повышенном давлении 0,5-9,5 МПа путем косвенного подвода тепла, отличающийся тем, что, по крайней мере, часть насыщенного абсорбента отбирают до регенерации, проводимой при повышенном давлении, смешивают его с абсорбентом после регенерации и подают в узел регенерации абсорбента, где проводят регенерацию при сниженном давлении в адиабатическом режиме или с подводом тепла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, часть абсорбента после его регенерации при повышенном давлении 0,5-9,5 МПа подают на абсорбцию.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве абсорбента используют водные растворы аминов, карбоната калия, а также органические растворители: спирты, эфиры.