СПОСОБ ОЧИСТКИ СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА ОТ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
METHOD OF LIQUEFIED CLEANING HYDROCARBON GAS OF CARBON DIOXIDE

Изобретение относится к способам очистки сжиженных углеводородных газов (широкой фракции легких углеводородов) от диоксида углерода и может найти применение в газовой и нефтехимической отраслях промышленности.
Широкое распространение получили разнообразные способы очистки углеводородных газов от диоксида углерода абсорбцией последнего растворами аминов (Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. М., Химия, 2001, с.294-304; А.С. СССР №1279658 А1, кл. В01 53/14, 1985, бюл. №48, 1986). Общим признаком этих способов является обработка газа в абсорбере циркулирующим аминовым раствором при повышенном давлении и последующую многоступенчатую регенерацию насыщенного абсорбента. Общим недостатком этих способов является не возможность реализации абсорбционной очистки сжиженных углеводородных газов от диоксида углерода без перевода их в паровую фазу за счет резкого снижения давления газа, что приводит к существенным затратам энергии на последующее сжатие очищенного газа перед последующей переработкой или транспортированием. Материалов по очистке сжиженных углеводородных газов от диоксида углерода в патентной литературе не выявлено.
Целью заявляемого изобретения является сохранение энергетического потенциала сжиженного углеводородного газа, повышение чистоты получаемого сжиженного углеводородного газа и интенсификации работы основного разделяющего аппарата.
Поставленная цель достигается тем, что:
способ очистки сжиженного углеводородного газа от углерода, заключающийся в том, что диоксид углерода экстрагируют из сжиженного газа селективным растворителем в экстракторе, сжиженный газ подают в низ экстрактора, растворитель подают на верх экстрактора, рафинатный раствор с верха экстрактора поступает в декантатор, с верхней части которого отводят сжиженный газ, а с нижней части отводят отстоявшийся растворитель, направляемый в экспанзер, экстрактный раствор с низа экстрактора поступает в экспанзер с дросселированием давления, в экспанзере от экстрактного раствора равновесно отделяется газовая фаза, состоящая из поглощенных углеводородов и части диоксида углерода, и дегазированный экстрактный раствор поступает через рекуперативный теплообменник на верх регенератора, снизу которого отбирают регенерированный растворитель, направляемый через рекуперативный теплообменник на верх экстрактора, а с верха регенератора отбирают диоксид углерода;
1) процесс очистки сжиженного углеводородного газа реализуется в жидкой фазе без снижения давления газа и сохранения его энергетического потенциала, при этом диоксид углерода экстрагируют из сжиженного углеводородного газа селективным растворителем в экстракторе, сжиженный газ подают в низ экстрактора;
2) экстрактный раствор с низа экстрактора поступает в экспанзер с дросселированием давления на дегазацию, в экспанзере от экстрактного раствора равновесно отделяется газовая фаза, состоящая из поглощенных углеводородов и диоксида углерода, которая откачивается через инжектор потоком частично регенерированного охлажденного растворителя, отводимого из средней части регенератора растворителя, и возвращается в среднюю часть экстрактора в качестве ресайкла. Ввод ресайкла в экстрактор приводит к частичному вытеснению из растворителя поглощенных в экстракторе углеводородных компонентов диоксидом углерода, что повышает количество очищенного сжиженного газа, отводимого с верха, экстрактора;
3) в качестве растворителя диоксида углерода используют промышленно доступные и дешевые водные растворы аминов;
4) в нижней части экстрактора обеспечивается охлаждение эмульсии экстрактного раствора и очищаемого сжиженного газа при помощи решеферов, что снижает растворяющую способность растворителя по углеводородам и препятствует разложению растворителя;
5) в экстракторе используют многосекционные насадочные контактные устройства с распределителями дисперсной фазы, расположенными между контактными устройствами, что повышает эффективность экстракционной очистки и уменьшает размеры и стоимость экстрактора.
На фиг.1 схематично представлена установка, реализующая предлагаемый способ очистки сжиженных углеводородных газов от диоксида углерода. Установка для очистки сжиженных углеводородных газов от диоксида углерода включает экстрактор 1, декантатор очищенных сжиженных углеводородных газов от капель унесенного аминового растворителя 2, дросселирующий клапан 3, экспанзер 4, рекуперативный теплообменник 5, десорбер 6, насос подачи регенерированного растворителя 7, насос подачи не полностью регенерируемого растворителя 8, холодильник 9, инжектор 10, решеферы 11.
3
Пример 1. На очистку поступает 175,4 т/ч (300 м/ч) сжиженного углеводородного газа под давлением 1,5 МПа с температурой 40°С, имеющего состав (% масс.):
азот
- 0
диоксид углерода
- 5
этан
- 1
пропан
- 20
изобутан
- 20
н-бутан
- 20
изопентан
- 5
н-пентан
- 15
н.гексан
- 14
вода
- 0
3
Сжиженный углеводородный газ поступает в низ экстрактора 1 наверх, которого подается насосом 7 регенерированный растворитель в количестве 311,5 т/ч (300 м/ч) в виде водного раствора диэтаноламина, содержащего 30% мас. диэтаноламина при температуре 40°C. Очищенный от диоксида углерода сжиженный углеводородный газ с взвесью капель унесенного растворителя поступает в декантатор 2, в котором от сжиженного углеводородного газа отделяются капли амина. С низа экстрактора 1 выводится экстрактный раствор с поглощенным диоксидом углерода и некоторым количеством легких углеводородов (этан, пропан) и через дросселирующий клапан 3 под давлением 0,21 МПа поступает в экспанзер 4. В экспанзере 4 при низком давлении происходит отдувка легких углеводородов и части диоксида углерода в газовой фазе. Далее дегазированный экстрактный раствор из экспанзера 4 через рекуперативный теплообменник 5 поступает в регенератор растворителя 6 с подводом тепла в низ регенератора. Горячий регенерированный растворитель с низа регенератора 6 насосом 8 подается в рекуперативный теплообменник 5 и далее подается наверх экстрактора 1. Из средней части регенератора 6 отводится расчетное количество частично регенерированного растворителя, который насосом 8 подается для охлаждения в холодильник 9, после которого абсорбент с температурой 40°C поступает в инжектор 10, откачивая газ из экспанзера 3 и поступает в среднюю часть экстрактора 1. В связи с ограничением на температуру потоков в экстракторе (она не должна превышать 50°С во избежание разложения комплекса амина и диоксида углерода) в нижней части экстрактора 1 на последних тарелках обеспечивается теплоотвод от эмульсии сжиженный углеводородный газ-растворитель при помощи решеферов 11.
В таблице 1 приведены расчетные данные по составу очищенных сжиженных углеводородных газов, выводимых с верха экстрактора и насыщенного растворителя, выводимого с низа экстрактора, в таблице 2 - профиль давлений, температур и коэффициента эффективности извлечения диоксида углерода по реальным тарелкам при работе системы очистки сжиженного углеводородного газа по заявленному способу. Экстрактор имеет диаметр 3.8 м и включает два решефера и 20 реальных тарелок.
В таблице 3 для сравнения приведены расчетные данные по абсорбционной очистке аналогичной широкой фракции углеводородов в газовой фазе абсорбентом, аналогичным растворителю в абсорберах диаметром 3.8 м при различном числе реальных тарелок и расходе абсорбента.
Сравнение данных таблиц 1, 2, 3, показывает, что в результате реализации предлагаемого способа очистки сжиженных углеводородных газов увеличится качество очищаемых углеводородных газов, уменьшается число реальных тарелок и расход экстрагента при сохранении энергетического потенциала сжиженного углеводородного газа.
Таблица 1
Расчетные данные по составу очищенных сжиженных углеводородных газов и насыщенного растворителя в экстракторе
Компоненты
Состав, % мольн.
Очищенные сжиженные углеводородные газы, выводимые с верха экстрактора
Насыщенный растворитель, выводимый с низа экстрактора
азот
0
0
диоксид углерода
0,0006
1,7112
этан
2,1876
0,0015
пропан
27,9568
0,0085
изобутан
21,2388
0,0001
н-бутан
21,2389
0,0001
изопентан
4,2775
0,0000
н-пентан
12,8325
0,0000
н.гексан
10,0273
0,0001
вода
0,1999
91,5596
амин
0,0401
6,7189
Таблица 2
Профиль давлений, температур и коэффициента эффективности по реальным тарелкам экстрактора (счет с верха аппарата) при экстракционной очистке сжиженных углеводородных газов
Число реальных тарелок
Давление, кПа
Температура, °С
Коэффициент эффективности
Теплосъем в решефере, млн. ккал
1
1471,34
40,00
0,5203
0
2
1472,86
40,00
0,3491
0
3
1472,39
40,01
0,3500
0
4
1475,91
40,01
0,3513
0
5
1477,43
40,02
0,3527
0
6
1478,96
40,03
0,3543
0
7
1480,48
40,04
0,3560
0
8
1482,01
40,06
0,3775
0
9
1483,53
40,10
0,3599
0
10
1485,05
40,18
0,3624
0
11
1486,58
40,29
0,3653
0
12
1488,10
40,48
0,3686
0
13
1489,63
40,78
0,3724
0
14
1491,15
41,27
0,3769
0
15
1492,67
42,06
0,3820
0
16
1494,20
43,36
0,3914
0
17
1495,72
45,36
0,3997
0
18
1497,25
48,02
0,4189
0
19
1498,77
49,46
0,3778
0,5
20
1500,30
48,52
0,3734
1,0
Таблица 3
Расчетные данные по абсорбционной очистке аналогичной широкой фракции углеводородов в газовой фазе абсорбентом
Расход абсорбента, м<sup>3</sup>/ч
Число реальных тарелок
Концентрация диоксида углерода в очищенном газе, % мольн.
Дополнительный теплосъем, млн. ккал
300
20
0,145
0,5; 0,5; 0,5; 0,5 и 1,0 соответственно с 16, 17, 18, 19 и 20 тарелок
400
20
0,145
-
400
30
0,028
-
400
40
0,0067
-
400
50
0,0024
-
400
60
0,0016
-