СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ВОДЫ ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА ИЛИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИЗИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
PROCESS AND PLANT FOR WATER REMOVAL FROM NATURAL GAS OR INDUSTRIAL GASES BY PHYSICAL SOLVENTS

Изобретение относится к способу удаления воды из природного газа или промышленных газов с использованием физических растворителей, причем из газа удаляют как воду, так и захваченные кислые газы, и обработанный промышленный газ имеет значительно пониженное содержание воды, поэтому дополнительная сушка промышленного газа перед последующим использованием не требуется. Изобретение также относится к установке, посредством которой можно осуществлять данный способ, причем указанная установка состоит по меньшей мере из двух абсорбционных колонн и одной регенерационной колонны или устройств подобного типа и соответствующих сепараторов для растворителя.
Природный газ необходимо осушать перед использованием; если его подавать по системе трубопроводов без предварительной сушки, это приведет к ее коррозии. Также необходимо обеспечить, чтобы удаление воды не вызывало льдообразования в условиях низких температур окружающей среды. В качестве поглотителей для удаления воды часто используют соединения гликоля, причем кислые газы, содержащиеся в природном газе, частично также поглощаются, так что после поглощения получают содержащий воду растворитель, обогащенный кислыми газами.
Для поглощения кислых газов из природного газа или промышленных газов предпочтительно осушать сырьевой газ перед его подачей в скруббер для очистки от кислых газов, поскольку иначе вода из сырьевого газа повышает содержание воды в растворителе, и способность к поглощению кислых газов обогащенным водой растворителем снижается. Требуемое удаление воды из сырьевого газа можно осуществлять, например, с помощью предварительного процесса сушки с использованием водопоглощающего поглотителя, такого как, например, соединение гликоля или молекулярное сито.
В US 6299671 В1 описан способ регенерации содержащего воду триэтиленкгликоля, который используют в качестве растворителя для поглощения воды и кислых газов из промышленных газов и который, с целью регенерации, сначала подают в регенерационную колонну, при этом газ и воду выпускают из головной части колонны, а регенерированный растворитель можно подавать в отпарную колонну для дополнительной регенерации, причем отпарной газ подают в регенерационную колонну в противотоке относительно регенерируемого растворителя, что значительно ускоряет процесс сушки, и газ, используемый в качестве отпарного газа, представляет собой газ, выпускаемый из головной части колонны при регенерации растворителя. Однако, способ можно использовать только в случае, когда обрабатываемый газ не содержит большое количество кислого газа.
В WO 2007/000217 А2 описан способ поглощения сжатых природных газов, содержащих кислые газы, с использованием физически активных поглотителей, где природный газ сначала подают в абсорбционную колонну и часть обогащенного промывающего агента подают в сепаратор для растворителя, на котором непосредственно сверху установлена абсорбционная колонна, в которой получают отпарной газ, обеденный кислым газом, и обогащенный растворитель, и обогащенный растворитель подают в дополнительный сепаратор для растворителя и отпарную колонну, и через отпарную колонну пропускают отпарной газ, обеденный кислым газом, в результате чего получают регенерированный растворитель, который разделяют на две части потока, и первую часть потока подают в первую абсорбционную колонну, а вторую часть потока подают в абсорбционную колонну, установленную непосредственно сверху, и кислый газ получают из второго сепаратора и обработанный природный газ получают из первого сепаратора. Способ можно использовать только в том случае, когда содержание воды в обрабатываемом природном газе снижено до такой степени, что избегают сильного обогащения водой растворителя.
Что касается установки в целом, желательно растворитель, используемый для удаления кислых газов, также использовать для расположенной выше по потоку сушки газа. Таким образом, не требуется никаких вспомогательных приспособлений, таких как емкости для хранения, сборники или другие устройства.
Большинство физических растворителей, используемых в качестве поглотителей для удаления кислых газов, подвержены разложению при температурах приблизительно 200°С процесса регенерации гликоля. Следовательно, особенным преимуществом является выполнение регенерации физического растворителя, используемого в процессе сушки, при значительно более низких температурах, до 150°С.
Согласно изобретению, этого достигают путем пропускания обрабатываемого газа сначала через абсорбционную колонну, в которой этот газ приводят в контакт с физическим растворителем и в которой поглощается вода, содержащаяся в обрабатываемом газе и часть кислого газа, и растворитель, выходящий из нижней части поглотителя и обогащенный как водой, так и кислым газом, направляют в устройство для регенерации растворителя, а газ, освобожденный от воды и частично от кислых газов, перемещают во вторую абсорбционную колонну ниже по потоку, предназначенную для фактического удаления кислых газов, в которой получают полностью или почти полностью очищенный газ и растворитель, обогащенный оставшимися кислыми газами. Согласно изобретению, растворитель, полученный в этой колонне и обогащенный оставшимися кислыми газами, подвергают мгновенному испарению в устройстве для регенерации растворителя от кислых газов, при этом получают очищенный растворитель, и кислый газ, согласно изобретению, разделяют на две части потока, первую часть потока кислого газа выпускают или подают для применения вне установки, а вторую часть потока направляют в устройство для регенерации растворителя или в нижнюю часть ребойлера устройства для регенерации растворителя.
Часть потока кислого газа, подаваемая в нижнюю часть ребойлера, проходит через регенерационную колонну в противотоке относительно растворителя, обогащенного водой. Регенерируемый растворитель, в соответствии с требованиями соответствующей сушки газа, почти не содержит воды, и затем его возвращают в абсорбционную колонну, предназначенную для сушки. Здесь используют такое свойство физических растворителей, что их способность к поглощению воды обычно больше, чем способность к поглощению кислых газов. Дополнительная отпарка кислым газом позволяет осуществлять процесс регенерации в регенерационной колонне при температуре ниже 150°С.
Таким образом, изобретение, в частности, обеспечивает способ удаления воды или паров воды из промышленных газов путем поглощения с использованием физического растворителя, где
- промышленный газ содержит пары воды и кислые газообразные компоненты, и
- осушаемый промышленный газ, содержащий кислый газ и воду, приводят в контакт с физическим растворителем, в результате чего получают промышленный газ, почти не содержащий воды и содержащий кислый газ, а также поток содержащего воду растворителя, и
- полученный таким образом поток содержащего воду растворителя подают в устройство для регенерации растворителя, в результате чего получают растворитель с пониженным содержанием воды, который затем возвращают для поглощения воды из промышленного газа и снова приводят в контакт с промышленным газом, и
- поток промышленного газа, осушенный после поглощения воды из промышленного газа, направляют в устройство для удаления кислых газов, расположенное ниже по потоку, и тот же растворитель, уже использованный при сушке газа, используют для удаления кислых газов, и получают промышленный газ, по существу, не содержащий кислых газообразных компонентов, и растворитель, содержащий кислые газы, и
- растворитель, обогащенный кислыми газообразными компонентами, направляют в устройство для регенерации растворителя от кислых газов, в котором получают регенерированный растворитель и кислый газ, удаленный из раствора,
отличающийся тем, что
- поток кислого газа, полученного в устройстве для регенерации растворителя от кислых газов, разделяют на две части, причем первую часть потока направляют на дальнейшее применение или утилизацию, и
- вторую часть потока кислого газа подают в устройство для регенерации растворителя, относящееся к процессу сушки, в котором воду, содержащуюся в растворителе, удаляют из растворителя с помощью второй части потока кислого газа, и удаленная вода выходит из устройства для регенерации растворителя в виде водяного пара, вместе с кислым газом.
Поглощающий растворитель предпочтительно приводят в контакт с очищаемым природным газом в абсорбционной колонне. Устройство для регенерации растворителя предпочтительно представляет собой регенерационную колонну, которая может быть снабжена ребойлером. Устройство для удаления кислых газов также предпочтительно представляет собой абсорбционную колонну. Устройство для регенерации растворителя от кислых газов предпочтительно состоит из одного или нескольких сосудов мгновенного испарения. Вторую часть потока кислого газа можно подавать в устройство для регенерации растворителя в любой точке. В приведенном в качестве примера варианте изобретения данный поток можно подавать в ребойлер устройства для регенерации растворителя.
Устройство для регенерации растворителя может работать таким образом, что вторую часть потока кислого газа из устройства для регенерации растворителя от кислых газов, направляют в нижнюю часть устройства для регенерации растворителя, при этом кислый газ, подаваемый в нижнюю часть устройства для регенерации растворителя, удаляет воду, содержащуюся в растворителе и поступающую из растворителя, протекающего вниз в противотоке, и удаленная вода выходит из головной части устройства для регенерации растворителя в виде водяного пара, вместе с кислым газом.
Устройство для регенерации растворителя также может работать таким образом, что вторую часть потока кислого газа подают в нижнюю часть ребойлера, соединенного с устройством для регенерации растворителя, при этом кислый газ, подаваемый в нижнюю часть ребойлера, удаляет воду, содержащуюся в растворителе, и удаленную воду подают в нижнюю часть устройства для регенерации растворителя в виде водяного пара, вместе с кислым газом, и в этом устройстве также удаляют воду из потока растворителя, протекающего вниз в противотоке, в виде водяного пара, вместе с кислым газом.
2
2
Примерами кислых газообразных компонентов, очень часто поглощаемых в способе по изобретению, являются сероводород (HS), диоксид углерода (CO), карбонилсульфид (COS), меркаптаны или смесь этих газов. Когда вода проходит через кислый газ в противотоке, она полностью или почти полностью удаляется из растворителя. Вода, извлеченная из головной части регенерационной колонны, содержит большое количество кислого газа. В преимущественном воплощении воду, удаленную из растворителя и выходящую из головной части регенерационной колонны в виде водяного пара, вместе с кислыми газообразными компонентами, конденсируют. Извлеченный конденсат, в основном состоящий из воды, возвращают в головную часть регенерационной колонны. Часть потока извлеченного конденсата можно отводить, выпускать из процесса и утилизировать. То количество растворителя, которое все еще присутствует в парах головной части, отмывают обратным потоком конденсата, так что пары кислого газа, выходящие из верхнего конденсатора регенерационной колонны, по существу, не содержат растворителя.
В другом преимущественном воплощении изобретения кислый газ, выходящий из головной части регенерационной колонны и почти полностью освобожденный от растворителя, затем охлаждают таким образом, что оставшиеся захваченные пары воды конденсируются, и воду, содержащуюся в кислом газе, можно полностью удалить из процесса и утилизировать.
2
Поток кислого газа, выходящий из регенерационной колонны устройства для сушки газа, может быть объединен с потоком кислого газа из устройства для удаления кислых газов после конденсации и отделения конденсата. Альтернативно, поток кислого газа, выходящий из головной части регенерационной колонны устройства для сушки газа также может быть объединен с потоком кислого газа из устройства для удаления кислых газов после отделения конденсата и отделения воды. Это является особенным преимуществом, когда кислый газ не следует выпускать в атмосферу. Примерами нежелательных газообразных выбросов являются серосодержащие компоненты, такие как сульфид водорода (HS), карбонилсульфид (COS) и меркаптаны.
Поскольку воду удаляют из растворителя благодаря дополнительному отпаривающему действию кислого газа, преимущественно возможно удалять воду из растворителя при температуре от 50 до 180°С, причем предварительный нагрев осуществляют с помощью подогревателя или ребойлера. В особенно преимущественном воплощении воду удаляют из физического растворителя при температуре от 100 до 140°С.
В другом воплощении изобретения растворитель, выходящий из регенерационной колонны устройства для сушки и, по существу, не содержащий воду, охлаждают с помощью холодильника или теплообменника перед повторным приведением его в контакт с очищаемым газом. Если кислый газ, выходящий из устройства для сушки, предполагают объединять с объемом кислого газа, выходящего из устройства для удаления кислых газов, для дополнительной обработки, кислый газ, используемый для отпарки в регенерационной колонне либо сжимают с помощью компрессора или нагнетателя до немного более высокого давления, либо поток кислого газа, полученный при высоком давлении, отводят из устройства для регенерации растворителя от кислых газов. Таким образом возможно избежать выбросов кислых газов в атмосферу.
Физический растворитель, используемый для удаления воды, обычно представляет собой растворитель, широко используемый в технике. В одном воплощении способа по изобретению используют N-формилморфолин или смеси N-формилморфолина с производными морфолина. В другом воплощении способа физический растворитель представляет собой пропиленкарбонат. В другом воплощении способа физический растворитель представляет собой алкилированный полиалкиленгликоль.
Очищаемый промышленный газ предпочтительно представляет собой природный газ. Очищаемые промышленные газы также могут представлять собой, например, нефтезаводские газы, коксовые газы или газы, используемые в химической промышленности.
Давление в способе по изобретению можно регулировать согласно требованиям. Например, давление от 5 до 10 МПа (50 до 100 бар) устанавливают в первой абсорбционной колонне. Например, в устройстве для регенерации растворителя устанавливают давление от 0 до 1 МПа (от 0 до 10 бар). Давление от 0,05 до 0,5 МПа (от 0,5 до 5 бар) предпочтительно устанавливают в устройстве для регенерации растворителя. В устройстве для регенерации растворителя кислый газ, например, имеет давление от 0,3 до 0,1 МПа (от 3 до 1 бар).
Изобретении также обеспечивает установку для удаления воды или паров воды из промышленных газов путем поглощения с использованием физического растворителя, состоящую из:
- по меньшей мере одной абсорбционной колонны для сушки газа;
- по меньшей мере одного устройства для регенерации растворителя для содержащего воду растворителя, выходящего из абсорбционной колонны устройства для сушки газа;
- по меньшей мере еще одной абсорбционной колонны для осушенного и содержащего кислые газы промышленного газа;
- по меньшей мере одного устройства для регенерации растворителя от кислых газов,
и отличающуюся тем, что
- поток растворителя из нижней части абсорбционной колонны, предназначенной для сушки газа, можно направлять в головную часть устройства для регенерации растворителя, и
- поток растворителя из нижней части устройства для регенерации растворителя можно направлять обратно в первую абсорбционную колонну, предназначенную для сушки газа, после удаления воды, и
- осушенный газ можно подавать в устройство для удаления кислых газов, в котором удаляют большую часть кислых газообразных компонентов, содержащихся в сырьевом газе с помощью потока регенерированного растворителя, и растворитель, выходящий из нижней части устройства для удаления кислых газов и обогащенный кислыми газами, можно подавать в устройство для регенерации растворителя от кислых газов, и часть потока кислого газа, извлеченного из устройства для регенерации растворителя от кислых газов можно направлять в нижнюю часть устройства для регенерации растворителя, соединенного с абсорбционной колонной, или в нижнюю часть соответствующего ребойлера, и
- поток газа из головной части устройства для регенерации растворителя можно смешивать с потоком кислого газа из устройства для регенерации растворителя от кислых газов или выпускать.
Устройство для регенерации растворителя может быть снабжено ребойлером. Устройство для регенерации растворителя предпочтительно представляет собой регенерационную колонну. Устройство для регенерации устройства для удаления кислых газов (устройство для регенерации растворителя от кислых газов) предпочтительно состоит из одного или нескольких сосудов мгновенного испарения. Устройство для удаления кислых газов предпочтительно представляет собой абсорбционную колонну. В другом воплощении изобретения установка для удаления воды или паров воды из промышленных газов в соединительном трубопроводе между потоком кислого газа из устройства для регенерации растворителя от кислых газов устройства для удаления кислых газов и регенерационной колонной устройства для сушки снабжена компрессором или нагнетателем, используемым для компенсации падения давления из-за устройства для регенерации растворителя от кислых газов.
Устройство по изобретению снабжено абсорбционными колоннами, облегчающими очистку газа при контакте с растворителем, поглощающим кислые газы. Абсорбционная колонна может относиться к любому типу и предпочтительно снабжена тарелками или насадками, обеспечивающими возможность массопереноса. Насадки могут представлять собой кольца Пола, кольца Рашига, структурированные насадки или седловидные насадки. Сосуды мгновенного испарения также могут быть любого требуемого типа. Устройство по изобретению также включает компрессоры, насосы, вентили, трубопроводы, регулирующие элементы, фильтры и измерительные устройства, в зависимости от конкретных требований. Устройство по изобретению также включает ребойлеры, нагреватели или холодильники. Устройство по изобретению также включает жидкостные сепараторы для отделения жидкостей от газовой фазы, которые могут быть обеспечены в любом количестве.
Способ по изобретению обладает преимуществом как эффективный способ сушки, используемый для промышленных газов и топливных газов, осуществляемый с использованием растворителя, поглощающего кислые газы, причем поглотитель, используемый для удаления кислых газов, также используют для сушки газа. Регенерацию растворителя можно преимущественно осуществлять в устройстве для регенерации растворителя при температуре ниже 150°С, так что традиционные растворители не разлагаются. Удаление воды можно регулировать таким образом, чтобы предотвращать нежелательное обогащение водой в последующем устройстве для удаления кислых газов.
Воплощение установки для обработки углеводородного потока, содержащего кислые газы, подробно представлено на чертеже, причем установка по изобретению и соответствующий способ не ограничены данным воплощением.
Промышленный газ или природный газ (2), из которого удаляют кислые газы и воду, подают в первую абсорбционную колонну (1). Этот газ протекает вверх в колонне, при этом удаляется вода и часть кислых газов. По существу не содержащий воду природный газ (3) извлекают в головной части (1a) колонны. Растворитель (4), обогащенный водой и кислыми газами, получают в нижней части колонны. Этот растворитель подают в головную часть регенерационной колонны (6) через теплообменник (5). Там из него удаляют воду и захваченные кислые газы с помощью потока кислых газов, подаваемого в нижнюю часть (6а), причем указанный поток направляют противотоком относительно подачи растворителя в головной части. Верхний поток (7) газа, извлекаемый из головной части регенерационной колонны (6), охлаждают с помощью холодильника (8), часть охлажденного, содержащего воду конденсата возвращают (8а) и часть его выпускают (8b), и остаточную воду конденсируют (9) в конденсаторе и выпускают (9а). Давление полученного потока кислых газов понижают до наиболее низкого уровня устройства для удаления кислых газов, в этой компоновке до давления последнего сосуда (17с) мгновенного испарения, и сжимают вместе с газом, полученным из данного сосуда (17с) мгновенного испарения, на первой ступени (10) компрессора, и извлекают ниже по потоку на второй ступени (11) компрессора для конечного использования в качестве кислого газа (11 а). Не содержащий воду растворитель возвращают в первую абсорбционную колонну (1) после теплообмена с обогащенным водой раствором (4) в теплообменнике (5), через рециркуляционный насос для сушки (12) газа и холодильник (13).
По существу не содержащий воду природный газ (3), который извлекают из головной части (1а) первой абсорбционной колонны (1) и из которого следует удалить кислые газообразные компоненты, подают во вторую абсорбционную колонну (14). Там, по существу, не содержащий воду природный газ (3) освобождают от кислых газов, так что осушенный полученный газ, не содержащий кислые газы (15), получают в головной части (14а) абсорбционной колонны. Растворитель (16), обогащенный кислыми газами, получают в нижней части (14b) второй абсорбционной колонны. Этот растворитель подвергают мгновенному испарению в сосуде (17а) мгновенного испарения, совместно поглощенный ценный газ извлекают и возвращают во вторую абсорбционную колонну (14) с помощью компрессора (19). Теплообменник или холодильник (18) рассеивают теплоту сжатия рециркулируемого газа. Часть потока (23) кислых газов, полученного в ходе дальнейшего снижения давления в сосуде (17b) мгновенного испарения, возвращают в нижнюю часть ребойлера (24) регенерационной колонны (6). Растворитель подвергают мгновенному испарению в еще одном сосуде (17с) мгновенного испарения, причем кислые газы, полученные при низком уровне давления, сжимают до давления сосуда (17b) мгновенного испарения посредством первой ступени (10) компрессора. Регенерированный растворитель возвращают во вторую абсорбционную колонну (14), предназначенную для поглощения кислых газов, с помощью рециркуляционного насоса (21) для растворителя.
Список обозначений
1. Первая абсорбционная колонна
1а. Головная часть первой абсорбционной колонны
2. Очищаемый природный газ
3. По существу не содержащий воду природный газ
4. Растворитель, обогащенный водой и кислыми газами
5. Теплообменник
6. Регенерационная колонна (устройство для регенерации растворителя)
6a. Нижняя часть регенерационной колонны
7. Верхний поток газа регенерационной колонны
8. Холодильник или конденсатор
8a. Возращаемый, охлажденный, содержащий воду конденсат
8b. Выпускаемый конденсат
9. Холодильник или конденсатор
9а. Выпускаемая вода
10. Первая ступень компрессора
11. Вторая ступень компрессора
11а. Выпускаемый кислый газ
12. Рециркуляционный насос для сушки газа
13. Теплообменник или холодильник
14. Вторая абсорбционная колонна (устройство для удаления кислых газов)
14а. Головная часть второй абсорбционной колонны
14b. Нижняя часть второй абсорбционной колонны
15. Осушенный конечный газ, не содержащий кислые газы
16. Растворитель, обогащенный кислыми газами и ценными компонентами
17a, 17b, 17с. Сосуд мгновенного испарения (устройство для регенерации растворителя от кислых газов)
18. Теплообменник или холодильник
19. Компрессор
20. Кислый газ из сосуда мгновенного испарения
21. Рециркуляционный насос для растворителя
22. Регенерированный растворитель
23. Поток кислых газов
24. Ребойлер