СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ АМИНСОДЕРЖАЩЕГО РАСТВОРА ДЛЯ ПРОМЫВКИ, ПОСТУПАЮЩЕГО ПРИ ОЧИСТКЕ ГАЗА
METHOD AND APPARATUS FOR REGENERATING AMINE-CONTAINING SOLUTION TO WASH INCOMING GAS DURING PURIFICATION

2
2
2
Изобретение относится к способу регенерации поступающего при очистке газов аминсодержащего раствора для промывки, в котором СО и сернистые соединения находятся в химически связанном состоянии, а также к установке, которую можно использовать для осуществления способа. Различные газы, например биогаз, отработавшие газы из химических процессов, газ, полученный при переработке нефти, или нефтяной газ содержат СО и сернистые соединения, которые перед их последующим использованием или отводом в атмосферу, необходимо удалять с помощью промывания. Для этого используют, в частности, физические или химические способы абсорбционной очистки газов, при этом химическая промывка производится, в частности, с помощью аминсодержащего раствора для промывки, в котором отделенный СОи сернистые соединения находятся в химически связанном состоянии. С экономической точки зрения загрязненный аминсодержащий раствор для промывки целесообразно подвергать регенерации, чтобы его можно было запускать в циркуляционный контур для повторного использования.
2
В описании изобретения к документу DE 102005051952 В3 во взаимосвязи с производством метана и жидкого углекислого газа, полученного при переработке нефти или из биохимического газа, описан способ регенерации аминсодержащего раствора для промывки, в котором связан исключительно CO. При этом выходящий из абсорбционной колонны загрязненный раствор для промывки сжимается до давления 65 бар и нагревается в теплообменнике до температуры около 175°С. При этих условиях уже примерно 10% содержащегося в воде для промывки углекислого газа улетучивается в газовую фазу. При последующем нагреве раствора для промывки до температуры 209°С удаление углекислого газа из раствора для промывки достигает показателя свыше 99%. Впоследствии раствор для промывки отводится в абсорбционную колонну, в которой при дополнительном подводе тепла происходит остаточное удаление углекислого газа. Регенерированный раствор для промывки в заключение постепенно охлаждается до температуры 10°С с рекуперацией тепла.
Недостатком является высокое рабочее давление и высокие температуры. Последнее приводит к потерям раствора для промывки и повышает опасность разложения. Очищенный раствор для промывки содержит еще небольшое количество примесей, которые при дальнейшем использовании оказывают отрицательное влияние.
2
В основу изобретения положена задача, направленная на создание способа регенерации поступающего при очистке газов аминсодержащего раствора для промывки, в котором СО и сернистые соединения находятся в химически связанном состоянии, который позволяет осуществлять экономичный способ производства и с помощью которого получают раствор для промывки с высокой степенью чистоты.
Далее изобретение направлено на создание пригодной для осуществления способа установки. Согласно изобретению задача технологически решается с помощью указанных в п.1 формулы изобретения признаков. Предпочтительные усовершенствованные варианты способов приведены в пп.2-10. Пригодная для осуществления способа установка является предметом п.11 формулы изобретения. Предпочтительные формы выполнения установки приведены в пп.12 и 13 формулы изобретения.
2
Загрязненный раствор для промывки нагревают до температуры, по меньше мере, 110°С, при необходимости до 135°С, предпочтительно, до 125°С и сжимают до давления минимум 4 бар, предпочтительно, 6-12 бар и после этого уменьшают давление в первой ступени уменьшения давления, предпочтительно, до 1-8 бар, при этом преобладающая доля СО и сернистых соединений отводится в виде газового потока из раствора для промывки (стадия технологического процесса а)).
2
После этого отведенный раствор для промывки нагревают до температуры, по меньше мере, 130°С, при необходимости, до 160°С, предпочтительно, 145°С и сжимают до давления минимум 4 бар, предпочтительно, 5-8 бар и уменьшают давление во второй ступени уменьшения давления, до давления, которое минимум на 0,5 бар, при необходимости, до 3 бар выше по сравнение с понижением давления в первой ступени уменьшения давления, при этом преобладающая доля СО и сернистых соединений отводится в виде газового потока из раствора для промывки (стадия технологического процесса b)). В первой и второй ступени уменьшение давления происходит, предпочтительно, в виде мгновенного уменьшения давления.
2
Отведенный из второй ступени уменьшения давления раствор для промывки охлаждается до температуры ниже 70°С и в третьей ступени уменьшения давления понижается до нормального давления, при этом еще присутствующие остаточные количества растворимого СО отделяются, и этот частичный поток в виде полностью очищенного раствора для промывки охлаждается до нормальной температуры (стадия технологического процесса с)).
Отведенный после первой и/или после второй ступени уменьшения давления раствор для промывки разделяется на два частичных потока. Один частичный поток отводится обратно в циркуляционном контуре в соответствующую ступень уменьшения давления и в отношении температуры и давления регулируется в зависимости от условий в соответствующей ступени уменьшения давления. Во время снятия давления из этого частичного потока отделяются еще присутствующие остаточные количества сернистых соединений. Второй, не отведенный в циркуляционный контур частичный поток, подвергается дальнейшей обработке или в соответствии со стадией технологического процесса b) или со стадией технологического процесса с).
Отведенный из циркуляционного контура частичный поток сжимается, например, до давления 5-10 бар и нагревается до температуры, которая минимум на 2-10°С выше по сравнению с рабочей температурой в соответствующей ступени уменьшения давления.
2
2
2
Во второй ступени уменьшения давления производится отделение еще присутствующего остаточного количества растворимого CO и сернистых соединений. В третьей ступени уменьшения давления при существующих условиях (температура и давление) происходит обратное растворение CO, который выделяется из раствора для промывки. После этого раствор для промывки обладает максимально возможной степенью чистоты. После произведенного охлаждения до нормальной температуры его можно повторно направлять в циркуляционный контур промывки для отделения СО и сернистых соединений из биохимического газа.
Предлагаемый способ позволяет производить регенерацию загрязненного раствора для промывки с различными загрязняющими веществами при сравнительно незначительных давлениях и температурах с помощью предусмотренного многоступенчатого регулирования давления и температуры. Кроме того, в растворе для промывки сохраняется еще и содержащаяся в нем доля воды, так как отведенные с помощью вторичного пара доли выпаренной воды после произведенной конденсации снова подводятся в очищенный раствор для промывки.
2
2
Многоступенчатое уменьшение давления загрязненного раствора для промывки позволяет производить выборочное отделение СО, НО и COS (органические сернистые соединения). В результате существующих различных давлений и температур можно при отдельных мгновенных уменьшениях давления снизить в значительной степени отводимое количество воды из раствора для промывки. Так как вода обладает теплотой испарения, которая на коэффициент 5 выше по сравнению с удаляемыми из газов компонентами, то в результате этого можно в значительной мере снизить долю необходимой для регенерации энергии.
Отведенная из ступеней уменьшения давления в соответствии со стадиями технологического процесса а) и b) в виде вторичного пара газовая смесь из углекислого газа, воды и сернистых соединений используется в качестве теплоносителя для нагрева загрязненного раствора для промывки и при этом охлаждается до нормальной температуры.
Образующийся во второй ступени уменьшения давления очищенный раствор для промывки используется в качестве теплоносителя для нагрева загрязненного раствора для промывки.
Благодаря этому можно осуществлять особо благоприятный способ и, при этом дополнительно еще получать горячую воду.
Из охлажденной до нормальной температуры газовой смеси (вторичный пар) отделяют в сепараторе конденсированную воду. Она в дозированных количествах смешивается с полностью очищенным раствором для промывки для поддержания необходимого содержания амина.
2
Отведенный из первой и второй ступени уменьшения давления газовый поток (CO и сернистые соединения) можно при необходимости обессеривать в подключенной установке для удаления серы.
Продолжительность реакции в первой ступени уменьшения давления можно снизить еще в большей степени с помощью обработки ультразвуком раствора для промывки. Продолжительность обработки и реакции в этой ступени можно, таким образом, при равном результате отделения снизить примерно до 30%. Ко второй ступени уменьшения давления можно таким же образом подключить еще третью или четвертую ступень уменьшения давления.
Показатель рН очищенного раствора для промывки можно измерять и использовать в качестве регулируемого параметра для регулирования температуры загрязненного раствора для промывки в ступенях уменьшения давления.
Внутри ступени уменьшения давления соотношение между выделенным из циркуляционного контура количеством частичного потока и подведенным загрязненным раствором для промывки составляет от 0,2 до 5.
Предусмотренное выделение из циркуляционного контура частичного количества раствора для промывки в первой и второй ступенях уменьшения давления имеет следующие преимущества.
При выделении из циркуляционного контура небольшого по объему частичного потока можно осуществлять экономный тепловой рабочий режим при незначительном расходе тепла. Количество частичного потока, давление и температура циркуляционного контура частичного потока может, наряду с этим, согласовываться с содержащимися в биохимическом газе количествами сернистых соединений и использоваться в качестве регулируемого параметра.
Высокая степень чистоты регенерированного раствора для промывки при дальнейшем использовании для очистки биохимического газа создает и другие преимущества.
2
Устанавливаемый рабочий объем этого раствора для промывки в отношении отделения углекислого газа составляет более 85 г/л, а сернистых соединений свыше 15 г/л. Таким образом может достигаться одинаковая производительность отделения в отношении СО при меньшем количестве моющего средства и, прежде всего, при одновременно большем количестве сернистых соединений, чем это имело место раньше. В результате этого при использовании меньшего количества моющего средства в воде для промывки растворяется меньшее количество углеводородов. Потери метана, возникающие при осуществлении такого способа, находятся в результате этого в диапазоне ниже 0,05%. В результате использования меньшего количества моющего средства снижается расход энергии.
Пригодная для осуществления способа установка содержит трубопровод циркуляционной системы для подачи раствора для промывки, в котором в направлении потока встроен первый насос, по меньшей мере, один теплообменник, минимум два последовательно подключенных устройства уменьшения давления и первый сепаратор. Между первым и вторым устройством уменьшения давления в трубопроводе циркуляционной системы встроен второй насос и теплообменник. По меньшей мере, за одним из устройств уменьшения давления от трубопровода циркуляционной системы ответвляется петля трубопровода, которая сообщается с устройством уменьшения давления для отвода части очищенного раствора для промывки и его возврата в устройство уменьшения давления. В петле трубопровода встроен третий насос и еще один теплообменник.
В головной части устройств уменьшения давления расположен трубопровод для отвода вторичного пара, который сообщается со вторым сепаратором для отделения конденсированной воды. В этом трубопроводе встроен, по меньшей мере, один теплообменник для охлаждения вторичного пара. Второй сепаратор через трубопровод сообщается с первым сепаратором для дозированной подачи конденсированной воды.
Для постепенного нагрева загрязненного раствора для промывки до необходимой рабочей температуры перед первым устройством уменьшения давления расположены три последовательно подключенных теплообменника. Первый теплообменник подключен к трубопроводу для подвода вторичного пара, а второй теплообменник подключен к трубопроводу для подвода очищенного горячего раствора для промывки. Третий теплообменник нагревается с помощью внешнего теплоносителя и включается периодически. Он используется, как правило, только на стадии запуска.
Предлагаемая установка может использоваться в широком диапазоне производительности и отличается высоким энергетическим коэффициентом полезного действия.
2
Далее сущность изобретения поясняется на примере его осуществления. На соответствующем чертеже показана технологическая схема установки для регенерации загрязненного раствора для промывки, в котором находятся в связанном состоянии СО и сернистые соединения.
2
2
2
2
2
2
2
3
3
Установка является, например, составной частью установки для получения биогаза, в которой содержащиеся в биогазе СО и сернистые соединения удаляются с помощью аминовой мойки. Для обеспечения возможности повторного использования аминсодержащего промывочного раствора из него необходимо полностью удалить примеси, CO и сернистые соединения. Отходящий загрязненный раствор для очистки (около 9 м/ч) с концентрацией амина 40%, с температурой 38°С и степенью загрязнения 85 г CO /л и 6 г HS/л подводится по трубопроводу 1 и с помощью циркуляционного насоса Р1 перекачивается через три последовательно подключенных теплообменника W1, W2, W3, постепенно нагревается в них до температуры около 65°С, затем до температуры около 125°С и сжимается до давления 7,5 бар. В заключение горячий загрязненный раствор для промывки поступает в первое устройство мгновенного уменьшения давления F1 (первая ступень уменьшения давления) и в ней давление уменьшается до примерно 4,5 бар. Во время процесса уменьшения давления примерно 60% химически связанных в растворе для промывки загрязнений (углекислый газ и сернистые соединения) высвобождаются в течение последующей реакции продолжительностью менее 400 с и температуры реакции около 125°С, которые в головной части устройства мгновенного уменьшения давления F1 отводятся в виде вторичного пара по трубопроводу 6. При этих условиях в растворе для промывки доля химически связанного СО снижается с 85 г/л до 40 г/л, а сернистых соединений с 6 г/л до 4 г/л. После этого частично очищенный раствор для промывки с помощью насоса Р2 перекачивается по трубопроводу 2 в еще один теплообменник W4 и нагревается с помощью масла-теплоносителя до температуры около 140°С, сжимается до давления 6,5 бар, подается во второе устройство мгновенного уменьшения давления F2 (вторая ступень уменьшения давления) и уменьшает в ней давление до показателя около 5,5 бар. Во время мгновенного уменьшения давления доля химически связанного СО снижается с 40 г/л до 22 г/л, а сернистых соединений с 4 г/л до 2,5 г/л. Отделенные загрязнения в головной части устройства мгновенного уменьшения давления F2 в виде вторичного пара отводятся по трубопроводу 6. После этого происходит дальнейшее снижение давления с 5,5 до 4,5 бар. В результате этого доля воды во вторичном паре в значительной мере уменьшается, и, таким образом, в общей сложности расходуется значительно меньшее количество энергии для очистки раствора для промывки. На дне очищенный раствор для промывки отводится по трубопроводу 3 и распределяется на два частичных потока. Ответвление трубопровода 3b выполнено в виде трубопроводной петли, которая обратно подводится в устройство мгновенного уменьшения давления F2. К этому циркуляционному трубопроводу 3b подсоединяется насос Р3 и теплообменник W7, в котором для обогрева используется масло-теплоноситель. Таким образом, непрерывно по трубопроводу 3b перекачивается частичный поток раствора для промывки (18 м/ч) и перемещается по циркуляционному контуру. Температура раствора для промывки, который циркулирует в контуре и пропускается через промежуточный теплообменник W7, постоянно удерживается на уровне около 145°С. При этих условиях в растворе для промывки доля химически связанного СО снижается с 22 г/л до 8 г/л, а сернистых соединений с 2,5 г/л до 0,9 г/л. Таким образом, в общей сложности достигается концетрация моющего средства 77 г/л для удаления углекислого газа и 5,1 г/л для удаления сернистого соединения. При необходимости можно подключать еще одну ступень мгновенного уменьшения давления (не показана), и, таким образом, еще в некоторой мере повысить поглощающую способность раствора для промывки.
3
2
2
Соотношение между отведенным из контура количеством частичного потока и пропускаемым по трубопроводу 1 количеством загрязненного раствора для промывки составляет 0,2-5. Отведенное по трубопроводу для частичного потока 3а количество раствора для промывки (9 м/ч) при температуре около 145°С пропускается через теплообменник W2 и используется при этом в качестве теплоносителя для подогрева раствора для промывки и охлаждается в результате этого до температуры 68°С. В подключенном теплообменнике W5 раствор для промывки с помощью охлаждающей воды снова охлаждается (до 22°С) и при регулировании давления подается в сепаратор А1. В нем производится дальнейшее снижение давления с 4,5 бар до нормального давления. В результате этого происходит обратное растворение еще химически связанного раствора COи тем самым достигается максимально возможная степень чистоты раствора для промывки. Отходящая в головной части сепаратора А1 газовая смесь (СО и сернистые соединения) отводится по трубопроводу 9.
Отходящая в головной части устройств мгновенного уменьшения давления F1, F2 и отводимая в виде вторичного пара по трубопроводу 6 газовая смесь из углекислого газа, воды и сернистых соединений пропускается через теплообменник W1 и используется в качестве теплоносителя для нагрева загрязненного раствора, для промывки, охлаждается при этом до температуры около 60°С и в заключение в подключенном теплообменнике W6 с помощью охлаждающей воды охлаждается дальше до нормальной температуры (около 25°С) и подается в сепаратор А2. В этом сепараторе отделяется конденсированная вода, которая в дозированных количествах подается по трубопроводу 7 в сепаратор А1 и полностью смешивается с находящимся в нем очищенным раствором для промывки. Газовый поток из углекислого газа и сернистых соединений отводится по трубопроводу 8. Рабочее давление в сепараторе А2 примерно равняется давлению в устройстве мгновенного уменьшения давления F1 (около 4,5 бар).
3
2
Осаждающийся в сепараторе А1 полностью очищенный раствор для промывки (9 м/ч), который не содержит СО и сернистых соединений, с помощью насоса Р4 по трубопроводу 4 перекачивается в газопромыватель биогазовой установки. В трубопроводе 4 контролируется показатель рН очищенного раствора для промывки и при необходимости регулируется с помощью подводимого по трубопроводу 7 количества конденсационной воды.
В связи с высокой поглощающей способностью аминсодержащего раствора для промывки процесс промывки по сравнению с известными способами можно осуществлять со значительно более высокой удельной производительностью. В результате этого для процессов промывки требуется меньшее удельное количество промывочной жидкости. Так как углеводороды (содержащийся в биогазе метан) в промывочной жидкости условно растворяются, при использовании меньшего количества промывочной жидкости растворяется меньшее количество углеводородов, так что очищенный биогаз имеет более высокое содержание метана.
Предлагаемое решение для регенерации загрязненного раствора для промывки отличается также и более энергетически эффективным способом производства, так как необходимо обогревать только лишь теплообменники W3, W4 и W7 с помощью подводимого извне теплоносителя в виде масла-теплоносителя, при этом теплообменник W3 используется, как правило, только на стадии пуска. Подвод и отвод масла-теплоносителя производится по трубопроводам 5. Теплообменники W1 и W2 обогреваются образующимся во время осуществления процесса горячим вторичным паром и, соответственно, очищенным раствором для промывки. В теплообменниках W5 и W6 в результате рекуперации тепла дополнительно подготавливается горячая вода, которую можно в дальнейшем использовать, например, в качестве рабочей среды для теплообменников в установке для получения биогаза. Охлаждающая вода подводится по трубопроводам 10 и отводится в виде горячей воды.
2
Отводимый по трубопроводам 8 и 9 газовый поток (СО и сернистые соединения) отводится для специального использования.