СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ НАСЫЩЕННЫХ АМИНОВЫХ РАСТВОРОВ
METHOD OF SATURATED AMINO SOLUTIONS RECOVERY

Изобретение относится к газовой, нефтяной, химической и энергетической промышленности, а именно к регенерации аминовых растворов, используемых при очистке газа или углеводородной жидкости от кислых компонентов растворами аминов, например, в технологических процессах подготовки пластового природного газа или попутного нефтяного газа к транспорту, заводской переработки углеводородного газа, заводской обработки сернистых газов нефтепереработки, очистки жидких углеводородных фракций от сероводорода, очистки дымового газа от диоксида серы и/или диоксида углерода и/или оксидов азота, и др.
Известен способ регенерации насыщенных аминовых растворов, осуществляемый при работе установки для очистки газа и описанный в патенте РФ №2007209, приоритет от 20.02.1992.
В известном способе насыщенный аминовый раствор подается через рекуперативный теплообменник в десорбер, где происходит регенерация аминового раствора за счет повышения его температуры. Нагрев аминового раствора происходит в испарителе (включающем контур теплоносителя) за счет подачи туда пара. Регенерированный раствор амина из десорбера поступает в рекуперативный теплообменник и далее в установку очистки газа. Кислые газы вместе с парами воды с верха десорбера через воздушный теплообменник и водяной холодильник поступают в емкость, откуда кислые газы поступают на печь Клауса для получения серы, а жидкость насосом подается на верх десорбера.
Известный способ регенерации насыщенных аминовых растворов используется на крупных промышленных предприятиях (например, нефте- и газоперерабатывющих заводах, высокопроизводительных установках очистки газа) с высокой (более 500 киловатт) потребляемой тепловой мощностью, оборудованных системой циркуляции теплоносителя для нагрева нескольких узлов технологических процессов.
Недостатками известного способа являются: в испарителе и трубопроводах, соединяющих испаритель с десорбером, аминовый раствор находится в парожидкостном состоянии, что вызывает значительную эрозию конструктивных элементов установки, по которым проходит регенерированный аминовый раствор в парожидкостном состоянии, а также имеет место термическое разложение амина, что увеличивает его расход на единицу продукции; кроме этого в известном способе используется контур теплоносителя (связанный с испарителем) и его экономически нецелесообразно применять на объектах аминовой очистки, на которых отсутствует общая система, обеспечивающая циркуляцию теплоносителя, и/или подводимая в технологический процесс тепловая мощность относительно невысокая (на уровне от нескольких десятков до нескольких сотен киловатт). Следует также отметить, что при развитой системе циркуляции теплоносителя имеют место значительные потери тепла из контура теплоносителя.
При разработке предлагаемого изобретения решались технические задачи создания способа регенерации насыщенных аминовых растворов на объектах аминовой очистки газа, на которых снижается эрозия конструктивных элементов установки, по которым проходит регенерированный аминовый раствор в парожидкостном состоянии, снижения термического разложения амина за счет исключения его испарения (кипения) в испарителе, что уменьшает общий расход (потери как химреагента) амина, а также создания способа регенерации насыщенных аминовых растворов на объектах аминовой очистки, на которых отсутствует общая система, обеспечивающая циркуляцию теплоносителя, и/или подводимая в технологический процесс тепловая мощность относительно невысокая (на уровне от нескольких десятков до нескольких сотен киловатт), сокращения количества оборудования, снижения потерь тепла за счет применения автономных подогревателей на небольших предприятиях (нефте- и газоперерабатывющих заводах, установках очистки газа).
Поставленные задачи решались тем, что в способе регенерации насыщенных аминовых растворов, включающем подачу насыщенного аминового раствора через рекуперативный теплообменник в десорбер, где происходит регенерация аминового раствора за счет повышения его температуры, подачу регенерированного аминового раствор из десорбера в рекуперативный теплообменник и далее в установку очистки газа, подачу с верха десорбера кислых газов вместе с парами воды по магистрали вывода парогазовой смеси в узел охлаждения парогазовой смеси и разделения ее на кислые газы и жидкость, вывод кислых газов из узла охлаждения парогазовой смеси и разделения на дальнейшую переработку, а также подачу из последнего жидкости на верх десорбера, согласно изобретению регенерируемый аминовый раствор, который поступает в десорбер из установки очистки газов или углеводородной жидкости от кислых компонентов, подают через массообменную секцию в кубовую часть десорбера, из которой подают по линии подачи жидкого регенерированного аминового раствора на вход насоса, который создает напор 0,1÷1,5 МПа; после насоса жидкий регенерированный аминовый раствор разделяют на два потока.
Первый поток подают на вход подогревателя, в котором его подогревают, при этом в подогревателе сохраняют однофазное жидкое состояние регенерированного аминового раствора, затем подогретый регенерированный аминовый раствор направляют по линии подачи подогретого регенерированного аминового раствора в регулятор давления аминового раствора в подогревателе. В регуляторе давления аминового раствора в подогревателе производят сброс давления до давления, равного давлению в кубовой части десорбера, переводя поток подогретого аминового раствора в двухфазное парожидкостное состояние, образовавшуюся парожидкостную смесь подают в кубовую часть десорбера, а из кубовой части отделенный образовавшийся пар подают в массообменную часть десорбера для нагрева насыщенного аминового раствора в ходе противотока и для десорбции кислых компонентов из раствора. Образовавшуюся в узле охлаждения жидкость подают в качестве орошения на верх десорбера.
Второй поток жидкого регенерированного аминового раствора подают в рекуперативный теплообменник, при этом установленным на линии подачи второго потока регулятором обеспечивают равенство расходов аминовых частей поступившего на установку насыщенного аминового раствора и выходящего из установки жидкого регенерированного аминового раствора.
Соотношение расходов первого потока жидкого регенерированного аминового раствора, подаваемого на вход подогревателя, и второго потока жидкого регенерированного аминового раствора, подаваемого в рекуперативный теплообменник, составляет 1÷20.
Аминовый раствор из массообменной части десорбера и подогретый аминовый раствор в виде парожидкостной смеси из регулятора давления аминового раствора в подогревателе подают в кубовую часть десорбера под уровень жидкого аминового раствора.
Аминовый раствор из массообменной части десорбера и подогретый аминовый раствор в виде парожидкостной смеси из регулятора давления аминового раствора в подогревателе подают по спускным трубам в первый отсек кубовой части десорбера, разделенного переливной перегородкой на два отсека, причем на вход насоса жидкий регенерированный аминовый раствор подают из второго отсека.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема установки, на которой производится регенерация насыщенных аминовых растворов.
Установка состоит из десорбера 1, магистрали 2 подвода от рекуперативного теплообменника (условно не показан) насыщенного аминового раствора к десорберу 1, магистрали 3 вывода парогазовой смеси (кислых газов и паров воды) из верхней части десорбера в узел 4 охлаждения парогазовой смеси и разделения ее на кислые газы и жидкость, линии 5 вывода из узла 4 кислого газа на дальнейшую переработку или утилизацию и линии 6 подачи жидкости в десорбер 1.
Установка содержит насос 7 и подогреватель 8.
Кубовая часть 9 десорбера 1 соединена линией 10 подачи жидкого регенерированного аминового раствора со входом насоса 7, а выход насоса 7 снабжен линией 11, которая разделена на две линии: линию 12 подачи регенерированного аминового раствора на вход подогревателя 8 и линию 13 подачи регенерированного аминового раствора в рекуперативный теплообменник.
Выход подогревателя 8 снабжен линией 14 подачи подогретого аминового раствора в регулятор давления 15 аминового раствора в подогревателе 8, а регулятор давления 15 соединен с кубовой частью 9 десорбера 1 линией 16 парожидкостной смеси аминового раствора.
На линии 13 подачи регенерированного аминового раствора в рекуперативный теплообменник установлен регулятор 17, обеспечивающий равенство расходов аминовых частей поступившего на установку насыщенного аминового раствора и выходящего из установки регенерированного аминового раствора.
Кубовая часть 9 десорбера 1 может быть разделена на два отсека переливной перегородкой 18.
В первом отсеке 19 кубовой части 9 десорбера 1 могут быть установлены две спускные трубы 20 и 21 подачи под уровень жидкой фазы регенерированного аминового раствора: первая спускная труба 20 - подачи из массообменной части (условно не показана) десорбера 1 регенерируемого аминового раствора, а вторая спускная труба 21 - подачи из регулятора давления 15 аминового раствора в подогревателе 8 подогретого аминового раствора в виде парожидкостной смеси, а насос соединен линией подачи жидкого регенерированного раствора со вторым отсеком 22 кубовой части 9 десорбера 1.
Способ регенерации насыщенных аминовых растворов является неотъемлемой частью способа очистки газов от кислых компонентов.
Заявленный способ регенерации насыщенных аминовых растворов осуществляют следующим образом.
После заполнения в необходимом количестве аминовым раствором установки очистки газов от кислых компонентов и установки регенерации насыщенных аминовых растворов запускают процесс абсорбции кислых компонентов из очищаемого потока в раствор амина.
Регенерация насыщенного аминового раствора (также обозначается как десорбция, отдувка или отпарка кислых газов из раствора) проводится с целью удаления поглощенных кислых компонентов из насыщенного аминового раствора с достижением требуемой степени регенерации раствора для его дальнейшего использования в циклическом процессе аминовой очистки.
Регенерация раствора проводится в десорбере 1. Насыщенный раствор из установки очистки газов или углеводородной жидкости от кислых компонентов (условно не показана) подают через рекуперативный теплообменник (условно не показан) по магистрали 2 насыщенного аминового раствора в десорбер 1. Из кубовой части 9 десорбера 1 поступает водяной пар (так называемый пролетный пар, образуемый после подогрева регенерированного аминового раствора в подогревателе 8, перевода потока подогретого регенерированного аминового раствора в двухфазное парожидкостное состояние и отделения водяного пара в кубовой части десорбера), который в ходе его противотока с насыщенным аминовым раствором нагревает его, десорбирует кислые компоненты из аминового раствора, в результате чего на выходе с верха десорбера получают поток парогазовой смеси. Данный поток по магистрали 3 вывода парогазовой смеси (кислых газов и паров воды) направляют в узел 4 охлаждения парогазовой смеси и разделения ее на кислые газы и жидкость, откуда кислые газы подают на дальнейшую переработку или утилизацию по линии 5, а жидкость в виде флегмы (в качестве орошения) по линии 6 возвращают в десорбер 1.
Регенерируемый аминовый раствор из массообменной части (условно не показана) десорбера 1 подают в его кубовую часть 9 желательно под уровень жидкой фазы регенерированного аминового раствора. Далее жидкий регенерированный аминовый раствор по линии 10 подают на вход насоса 7, который создает напор 0,1÷1,5 МПа. Из насоса жидкий регенерированный аминовый раствор направляют по линии 11 на разделение на два потока: первый поток проходит по линии 12 подачи регенерированного аминового раствора на вход подогревателя 8, а второй поток - по линии 13 подачи регенерированного раствора амина в рекуперативный теплообменник и далее в установку очистки газов от кислых компонентов.
В случае если напор, создаваемый насосом, будет менее 0,1 МПа, то в подогревателе 8 аминовый раствор неизбежно будет находиться в двухфазном (парожидкостном) состоянии, что вызывает значительную эрозию конструктивных элементов установки, по которым проходит регенерированный аминовый раствор в парожидкостном состоянии, а также будет происходить термическое разложение амина, что увеличивает его расход на единицу продукции.
В случае если напор, создаваемый насосом, будет более 1,5 МПа, то будет иметь место бесполезная трата энергии без улучшения других показателей процесса регенерации.
Подогревателем 8 может являться печь огневого подогрева или электрический подогреватель. Режим течения нагреваемой среды в подогревателе выбирают таким образом, чтобы обеспечить интенсивное перемешивание жидкости в объеме потока и возле теплопередающей поверхности с целью минимизации перегрева и, следовательно, термической деградации аминов в области передачи тепла к раствору.
Соотношение расходов первого потока жидкого регенерированного аминового раствора, подаваемого по линии 12 на вход подогревателя 8, и второго потока жидкого регенерированного аминового раствора, подаваемого по линии 13 в рекуперативный теплообменник, находится в пределах 1 20. Указанное соотношение расходов определено из следующего.
Для проведения процесса регенерации насыщенного аминового раствора требуется передача тепла в этот процесс. При этом тепло расходуется на создание так называемого пролетного пара, десорбцию кислых компонентов и нагрев аминового раствора. Необходимое количество подводимого тепла определяется расчетным способом на стадии разработки процесса и может регулироваться в ходе эксплуатации в зависимости от текущих условий. В предлагаемом способе тепло вводится в процесс в подогревателе при жидкофазном нагреве раствора (без образования паровой фазы на выходе подогревателя), а в десорбере это тепло передается в процесс паром (паровой фазой, в основной массе составленной из воды), образующимся (выкипающим) из нагретого раствора после снижения его давления в регуляторе давления 15 аминового раствора в подогревателе 8.
Удельную (на единицу времени) величину тепла, передаваемого аминовому раствору в подогревателе, можно представить в виде произведения расхода нагреваемого аминового раствора через подогреватель, теплоемкости аминового раствора и разности температуры аминового раствора на выходе и входе подогревателя.
Температурная зависимость теплоемкости аминового раствора в температурном диапазоне нагрева раствора (от входа до выхода подогревателя) слабо выражена, и при рассмотрении процесса допустимо оперировать со средней теплоемкостью раствора.
Температура в кубовой части десорбера (следовательно, и температура на входе подогревателя) составляет 105÷120°С (определяется давлением в кубовой части 9 десорбера 1 и концентрацией амина в растворе. На практике эти два параметра (концентрацию амина и давление в кубовой части 9 десорбера 1) выбирают независимо от способа и параметров нагрева, и температура в кубовой части 9 десорбера 1 практически не зависит от величины подводимого тепла и способа ввода тепла в процесс.
При подводе тепла к аминовым растворам следует учитывать принятые на практике ограничения по температуре аминового раствора. Например, при жидкофазном нагреве не следует превышать температуру на выходе из подогревателя: для растворов моноэтаноламина (МЭА) 130°С, для растворов диэтаноламина (ДЭА) и метилдиэтаноламина (МДЭА) 140°С.
Таким образом, указанные ограничения и характер параметров, входящих в состав множителей, произведение которых определяет величину тепла, передаваемого аминовому раствору в подогревателе, обуславливают то, что обеспечить заданную величину тепла возможно преимущественно за счет расхода аминового раствора через подогреватель. В области параметров регенерации аминовых растворов получается, что величина кратности рециркуляции (отношение расхода раствора через подогреватель и расхода отводимого регенерированного аминового раствора для циркуляции в контуре очистки) находится в диапазоне 1÷20.
Из подогревателя 8 подогретый регенерированный аминовый раствор направляют по линии 14 в регулятор давления 15 аминового раствора в подогревателе 8, который поддерживает давление аминового раствора в подогревателе на таком заданном уровне, чтобы при условиях (составе, давлении и температуре) аминового раствора на выходе из подогревателя 8 с некоторым запасом обеспечить однофазное жидкое состояние аминового раствора.
В регуляторе давления 15 аминового раствора в подогревателе 8 происходит сброс (снижение) давления до давления, равного давлению в кубовой части 9 десорбера 1. В результате снижения давления поток переходит в двухфазное (парожидкостное) состояние при температуре несколько более низкой по сравнению с температурой раствора на выходе из подогревателя 8 (происходит так называемое изоэнтальпийное расширение потока). Образовавшуюся парожидкостную смесь подают по линии 16 в кубовую часть 9 десорбера 1, преимущественно под уровень жидкости. Из кубовой части отделенный образовавшийся пар поступает в массообменную часть десорбера.
Регулятором 17, установленным на линии 12 подачи регенерированного раствора амина в рекуперативный теплообменник, обеспечивают равенство расходов аминовых частей поступившего на установку насыщенного аминового раствора и выходящего из установки регенерированного аминового раствора.
Аминовый раствор из массообменной части десорбера и подогретый аминовый раствор в виде парожидкостной смеси из регулятора давления 15 аминового раствора в подогревателе 8, как правило, подают в кубовую часть 9 десорбера 1 под уровень жидкого аминового раствора по спускным трубам 20 и 21 соответственно в первый отсек 19 кубовой части 9 десорбера 1, которая разделена переливной перегородкой 18 на два отсека, причем жидкий регенерированный аминовый раствор подают на вход насоса из второго отсека 22.
В предложенном способе в подогревателе 8 исключается кипение раствора в общем объеме жидкости и за счет этого обеспечивается равномерное течение аминового раствора через подогреватель (без застойных явлений, без парожидкостных пробок и пульсаций расхода), а также благоприятный режим нагрева аминового раствора (без локальных перегревов и с минимальным временем пребывания в высокотемпературной зоне), что снижает вероятность эрозии конструктивных элементов установки, по которым проходит нагретый регенерированный аминовый раствор, и термическое разложение амина.