УСТАНОВКА РЕГЕНЕРАЦИИ НАСЫЩЕННЫХ АМИНОВЫХ РАСТВОРОВ

Полезная модель относится к газовой, нефтяной, химической и энергетической промышленностям, 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 переработке углеводородного газа, заводской обработке 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.
Известна установка регенерации насыщенных аминовых растворов (в составе установки для очистки газа), включающая десорбер, магистраль подвода от рекуперативного теплообменника насыщенного аминового раствора к десорберу, магистраль вывода парогазовой смеси (кислых газов и паров воды) из верхней части десорбера в узел охлаждения парогазовой смеси и разделения ее на кислые газы и жидкость, линии вывода из последнего кислого газа и подачи жидкости в десорбер, испаритель регенерированного аминового раствора, соединенный с низом (кубовой частью) десорбера, при этом низ (кубовая часть) десорбера соединен с рекуперативным теплообменником магистралью регенерированного раствора амина, а также линию циркуляции пара для нагрева регенерированного раствора амина в испарителе (Патент РФ №2007209, приоритет от 20.02.1992).
Известная установка 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 известной установки 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 известной установке имеется 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 создании предлагаемой полезной модели решались технические задачи создания установки 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, снижение термического разложения амина за счет исключения его испарения (кипения) в испарителе, что уменьшает общий расход (потери как химреагента) амина, а также создания установки 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), сокращение количества оборудования, снижение потерь тепла за счет применения автономных подогревателей на небольших предприятиях (нефте- и газоперерабатывющих заводах, установках очистки газа).
Поставленные задачи решались тем, что установка регенерации насыщенных аминовых растворов, включающая десорбер, магистраль подвода от рекуперативного теплообменника насыщенного аминового раствора к десорберу, магистраль вывода парогазовой смеси (кислых газов и паров воды) из верхней части десорбера в узел охлаждения парогазовой смеси и разделения ее на кислые газы и жидкость, линии вывода из последнего кислого газа на дальнейшую переработку и подачи жидкости в десорбер, при этом кубовая часть десорбера соединена с рекуперативным теплообменником магистралью регенерированного раствора амина, согласно предлагаемой полезной модели установка регенерации насыщенных аминовых растворов снабжена насосом, подогревателем, линией подачи жидкого регенерированного раствора из кубовой части десорбера на вход насоса, выход которого снабжен линией, которая разделена на две линии: линию подачи регенерированного аминового раствора в рекуперативный теплообменник и линию подачи регенерированного аминового раствора на вход подогревателя, выход которого снабжен линией подачи подогретого аминового раствора в регулятор давления аминового раствора в подогревателе, а регулятор давления аминового раствора в подогревателе соединен с кубовой частью десорбера линией парожидкостной смеси аминового раствора, при этом на линии подачи регенерированного аминового раствора в рекуперативный теплообменник установлен регулятор, обеспечивающий равенство расходов аминовых частей поступившего на установку насыщенного аминового раствора и выходящего из установки регенерированного аминового раствора, причем магистраль регенерированного раствора амина, соединяющая кубовую часть десорбера с рекуперативным теплообменником, состоит из линии подачи жидкого регенерированного раствора из кубовой части десорбера на вход насоса, самого насоса, линии, выходящей из насоса, и линии подачи регенерированного раствора амина в рекуперативный теплообменник.
Кубовая часть десорбера может быть разделена на два отсека перегородкой, при этом в обоих отсеках находятся и жидкая, и паровая фазы регенерированного аминового раствора. В первом отсеке кубовой части могут быть установлены две спускные трубы подачи под уровень жидкой фазы регенерированного аминового раствора: первая спускная труба - подачи из массообменной части десорбера регенерируемого аминового раствора, а вторая спускная труба - подачи из регулятора давления аминового раствора в подогревателе подогретого аминового раствора в виде парожидкостной смеси, а насос может быть соединен линией подачи жидкого регенерированного раствора со вторым отсеком кубовой части десорбера.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема установки регенерации насыщенных аминовых растворов.
Предлагаемая установка состоит из десорбера 1, магистрали 2 подвода от рекуперативного теплообменника (на рисунке 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 раствора со входом насоса 7, а выход насоса 7 снабжен линией 11, которая разделена на две линии: линию 12 подачи регенерированного аминового раствора в рекуперативный теплообменник и линию 13 подачи регенерированного аминового раствора на вход подогревателя 8.
Выход подогревателя 8 снабжен линией 14 подачи подогретого аминового раствора в регулятор давления 15 аминового раствора в подогревателе 8, а регулятор давления 15 аминового раствора в подогревателе соединен с кубовой частью 9 десорбера 1 линией 16 парожидкостной смеси аминового раствора.
На линии 12 подачи регенерированного аминового раствора 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 на рисунке 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.
Установка регенерации насыщенных аминовых растворов является неотъемлемой частью установки очистки газов от кислых компонентов и работает 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 аминовый раствор из установки очистки газов от кислых компонентов (на рисунке условно не показана) подают через рекуперативный теплообменник (на рисунке 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), который в ходе его противотока с насыщенным раствором нагревает его, десорбирует кислые компоненты из 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 (на рисунке условно не показана) десорбера 1 подают в его кубовую часть 9 желательно под уровень жидкой фазы регенерированного аминового раствора. Далее жидкий регенерированный аминовый раствор из кубовой части 9 десорбера 1 по линии 10 подают на вход насоса 7, из которого его по линии 11 направляют на разделение на два потока: первый поток проходит по линии 12 подачи регенерированного аминового раствора в рекуперативный теплообменник и далее в установку очистки газов от кислых компонентов, а второй поток - по линии 13 подачи регенерированного аминового раствора на вход подогревателя 8.
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 потока жидкого регенерированного аминового раствора, подаваемого на вход подогревателя 8 по линии 13, и второго потока жидкого регенерированного аминового раствора, подаваемого в рекуперативный теплообменник, составляет 1 ÷ 20.
Конкретную величину расхода жидкого регенерированного аминового раствора через подогреватель выбирают с учетом физико-химических и эксплуатационных свойств растворов, а температуру на выходе из подогревателя следует принять: для растворов моноэтаноламина (МЭА) - до 130°С, для растворов диэтаноламина (ДЭА) и метилдиэтаноламина (МДЭА) - до 140°С. Указанные значения являются ориентировочными и обосновываются в каждом конкретном случае в зависимости от конструкции подогревателя и параметров процесса в нем, а также состава аминового раствора.
Из подогревателя 8 подогретый жидкий регенерированный аминовый раствор направляют по линии 14 в регулятор давления 15, 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, что также означает прохождение нагреваемого раствора через подогреватель в однофазном состоянии. В регуляторе давления 15 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 под уровень жидкого регенерированного аминового раствора в кубовую часть 9 десорбера 1. Из кубовой части отделенный образовавшийся пар поступает в массообменную часть десорбера.
Таким образом, в целом в подогревателе 8 исключается кипение раствора в общем объеме жидкости и за счет этого обеспечивается равномерное течение раствора через подогреватель (без застойных явлений, без парожидкостных пробок и пульсаций расхода), а также благоприятный режим нагрева 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. Вскипание раствора начинается в регуляторе давления 15 и продолжается в объеме кубовой части 9 десорбера 1 за счет того, что происходит повышение температуры массы жидкости, которая поступает из массообменной части десорбера. На образование всего объема паровой фазы, поступающей в низ массообменной части десорбера, расходуется тепло, переданное аминовому раствору в подогревателе 8 и, соответственно, являющееся теплом, подведенным к процессу регенерации раствора в подогревателе 8.
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.
В кубовой части 9 десорбера 1 может быть установлена переливная перегородка 18, которая разделяет кубовую часть десорбера 1 на два отсека. В первый отсек 19 подаются потоки аминового раствора из массообменной части десорбера 1 и парожидкостный аминовый раствор из линии 16. Переливная перегородка 18 образует так называемый успокоительный бассейн и обеспечивает значительное снижение газонасыщенности (содержания включений паровой фазы в жидкой) жидкого регенерированного аминового раствора во втором отсеке 22, что обеспечивает устойчивую работу насоса 7 (отсутствие «захлебывания»).
Подача аминового раствора из массообменной части десорбера 1 под уровень жидкости в первом отсеке 19 кубовой части 9 десорбера 1 может быть осуществлена через спускную трубу 20, а парожидкостной смеси из линии 16 через спускную трубу 21.
Предлагаемая полезная модель позволяет снизить эрозию конструктивных элементов установки, по которым проходит регенерированный аминовый раствор в парожидкостном состоянии, снизить термическое разложение амина за счет исключения его испарения (кипения) в испарителе, что уменьшает общий расход амина (потери как химреагента), применить автономные подогреватели, а также снизить потребление тепла на небольших предприятиях (нефте- и газоперерабатывющих заводах, установках очистки газа).