ФРАКЦИОНИРУЮЩИЙ АБСОРБЕР
FRACTIONATING ABSORBER

Изобретение относится к абсорбционной очистке газа, а именно к устройству абсорбционных аппаратов, и может быть использовано при очистке газов в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой и других отраслях промышленности.
Известен и широко используется абсорбер для очистки газа [Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1999. 344 с.], в котором расположены абсорбционная секция, верхняя и нижняя сепарационные зоны, а также патрубки ввода абсорбента и вывода очищенного газа, расположенные в верхней сепарационной зоне, патрубки ввода очищаемого газа и вывода абсорбата, расположенные в нижней сепарационной зоне.
Недостатком известного абсорбера является его неэффективность при очистке газов с высоким содержанием удаляемых (абсорбируемых) компонентов, что приводит к инверсии температур в абсорбере (возрастанию температуры снизу вверх) из-за выделения тепла абсорбции и снижает эффективность абсорбции, требует увеличения кратности циркуляции абсорбента, роста энергозатрат и металлоемкости оборудования. Кроме того, при использовании известного абсорбера, получаемый абсорбат содержит высокие концентрации целевых компонентов газа, что приводит к повышенным потерям очищаемого газа, особенно при высоком давлении абсорбции.
Наиболее близок по технической сущности к заявляемому изобретению фракционирующий абсорбер (абсорбционно-отпарная колонна), повсеместно используемый, например, при комплектовании установок АГФУ для переработки нефтезаводских газов, позволяющий снизить потери целевых компонентов очищаемого газа с абсорбатом [Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа. Под ред. Б.И. Бондаренко, М.: Изд-во РГУ, 2003 г. с.93], в котором расположены абсорбционная и отпарная массообменные секции, зона питания, размещенная между ними, верхняя и нижняя сепарационные зоны, а также патрубки вывода и ввода потоков циркуляционного орошения, расположенные в абсорбционной секции, патрубки ввода абсорбента и вывода очищенного газа, расположенные в верхней сепарационной зоне, патрубок ввода очищаемого газа, расположенный в зоне питания, патрубки ввода парового орошения и вывода абсорбата, расположенные в нижней сепарационной зоне. В некоторых случаях, при абсорбционной переработке нефтезаводского углеводородного газа, отпарную секцию фракционирующего абсорбера дополнительно оснащают патрубками ввода нестабильного бензина с целью его попутной стабилизации.
Недостатками известного фракционирующего абсорбера являются большие энергозатраты, в том числе затраты тепла для создания парового орошения отпарной секции, холода для охлаждения абсорбента и отвода теплоты абсорбции, а также электроэнергии для обеспечения циркуляции потоков циркуляционного и парового орошения. Из-за выделения тепла абсорбции на верху аппарата (выше точки ввода циркуляционного орошения) наблюдается инверсия температур из-за растворения легких компонентов очищаемого газа в регенерированном абсорбенте, что снижает эффективность разделения, требует увеличения количества ступеней контакта и металлоемкость аппарата.
Задача изобретения - снижение энергозатрат и уменьшение металлоемкости фракционирующего абсорбера.
Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемого фракционирующего абсорбера:
- снижение энергозатрат за счет снижения потребления тепла для нагрева низа фракционирующего абсорбера, холода для охлаждения верха фракционирующего абсорбера, а также электроэнергии для циркуляции орошения путем осуществления внутриаппаратной рекуперации тепла и холода,
- уменьшение металлоемкости оборудования за счет снижения необходимого числа теоретических ступеней разделения путем устранения инверсии температур в верхней части абсорбера.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном фракционирующем абсорбере, в котором расположены абсорбционная и отпарная массообменные секции, зона питания с патрубком ввода очищаемого газа, размещенная между ними, верхняя сепарационная зона с патрубками ввода абсорбента и вывода очищенного газа и нижняя сепарационная зона с патрубком вывода абсорбата, особенностью является то, что массообменные секции разделены на две подсекции, каждая из которых содержит по меньшей мере один тепломассообменный блок, оснащенный патрубками ввода и вывода теплоносителя или хладоагента, выполненный из тепломассообменных элементов, например, спирально-радиального типа, образующих внутреннее пространство для прохода теплоносителя или хладоагента и наружное пространство для противоточного массообмена между газом и падающей пленкой жидкой фазы, при этом патрубок вывода абсорбата и нижний патрубок отпарной подсекции, примыкающей к зоне питания, а также патрубок вывода очищенного газа и верхний патрубок абсорбционной подсекции, примыкающей к зоне питания, попарно соединены трубопроводами.
При низких коэффициентах массопередачи и/или низкой теплоте абсорбции целесообразно наружное пространство тепломассообменных блоков абсорбционной секции заполнять массообменной насадкой.
Выполнение массообменных секций из тепломассообменных блоков, оснащенных патрубками ввода и вывода теплоносителя или хладоагента, состоящих из тепломассообменных элементов, например, спирально-радиального типа, образующих внутреннее пространство для прохода теплоносителя или хладоагента и наружное пространство для противоточного массообмена между газом и падающей пленкой жидкой фазы, позволяет осуществить внутриаппаратную рекуперацию тепла, а также устранить инверсию температуры в абсорбционной секции, повысить эффективность массообмена, снизить высоту, эквивалентную одной теоретической тарелке, за счет чего уменьшить высоту и металлоемкость фракционирующего абсорбера. В качестве особенности предлагаемого аппарата можно отметить также широкий рабочий интервал удельных нагрузок по жидкости и газу, характерный для массообменных аппаратов с падающей пленкой.
Разделение каждой массообменной секции на две подсекции и соединение трубопроводом патрубка вывода абсорбата из нижней сепарационной зоны и патрубка верхней отпарной массообменной подсекции, примыкающей к зоне питания, позволяет использовать тепло нагретого абсорбата для отпаривания легких компонентов газа.
Соединение трубопроводом патрубка вывода очищенного газа из верхней сепарационной зоны и верхнего патрубка абсорбционной подсекции, примыкающей к зоне питания, позволяет использовать холодный поток очищенного газа для отвода теплоты абсорбции тяжелых компонентов газа, устранения инверсии температур в абсорбционной секции и повышения эффективности массообмена.
Фракционирующий абсорбер состоит из цилиндрического вертикального корпуса 1, абсорбционной 2 и отпарной 3 массообменных секций, состоящих каждая из верхней и нижней подсекций (4, 5 и 6, 7, соответственно), состоящих из тепломассообменных блоков, оснащенных патрубками ввода и вывода теплоносителя или хладоагента, и образующих верхнюю 8 и нижнюю 9 сепарационные зоны и зону питания 10. Патрубок вывода очищенного газа, расположенный на верху корпуса 1, соединен трубопроводом 11 с верхним патрубком абсорбционной подсекции 5, примыкающей к зоне питания 10. Патрубок вывода абсорбата, расположенный в низу корпуса 1, соединен трубопроводом 12 с нижним патрубком отпарной подсекции 6, примыкающей к зоне питания 10. При необходимости абсорбционные подсекции могут заполняться насадкой, как условно показано на схеме. Патрубки и запорно-регулирующая аппаратура на схеме не показаны.
Предлагаемый фракционирующий абсорбер работает следующим образом. Очищаемый газ (I) подают в зону питания 10, регенерированный абсорбент (II) подают в верхнюю зону сепарации 8. Верхнюю абсорбционную подсекцию 4 охлаждают хладоагентом (III), подаваемым в верхний патрубок тепломассообменного блока для отвода тепла абсорбции легких компонентов очищаемого газа (I). Нижнюю абсорбционную подсекцию 5 охлаждают очищенным газом (IV), подаваемым в верхний патрубок тепломассообменного блока для отвода тепла абсорбции тяжелых компонентов очищаемого газа (I). Подогретый очищенный газ (IV) выводят из нижнего патрубка тепломассообменного блока.
Нижнюю отпарную подсекцию 7 нагревают теплоносителем (V), подаваемым в нижний патрубок тепломассообменного блока для подвода тепла с целью отпаривания легких компонентов очищаемого газа (I) из абсорбата. Верхнюю отпарную подсекцию 6 нагревают абсорбатом (VI), подаваемым в нижний патрубок тепломассообменного блока. Охлажденный абсорбат (VI) выводят из верхнего патрубка тепломассообменного блока.
Таким образом, предлагаемый фракционирующий абсорбер позволяет осуществлять очистку газа при уменьшении энергозатрат и снижении металлоемкости и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой и других отраслях промышленности.