Способ очистки аминового раствора процесса очистки газов от сероводорода и углекислого газа

Способ очистки аминового раствора процесса очистки газов от сероводорода и углекислого газа

Реферат

Изобретение относится к способам очистки аминового раствора, применяемого для выделения из природного газа сероводорода и углекислого газа, и может быть использовано в нефтегазоперерабатывающей промышленности.

Вспенивание аминовых растворов - одна из серьезных проблем при эксплуатации установок очистки газа. Вспенивание приводит к нарушению режима работы установок, ухудшению качества очищенного газа и, как следствие этого, к необходимости снижения производительности установок по газу. Основной причиной вспенивания являются примеси, поступающие с сырым газом и попадающие в абсорбент (жидкие углеводороды, пластовая вода, механические примеси, ингибиторы коррозии, различные ПАВ, смолистые вещества и др.). Пенообразователями также являются смазочные масла, продукты коррозии и деградации амина.

Наиболее надежным способом борьбы со вспениванием является вывод примесей из системы. Этот метод более надежен, чем применение антивспенивателей, действие которых кратковременно. Некоторые антивспениватели хорошо гасят пену в момент ее образования, но при добавлении их в раствор до образования пены могут приводить к ее стабилизации. Иногда чрезмерное количество антивспенивателя также может привести к вспениванию.

В настоящее время задача очистки растворов аминов (вывода пенообразуюших веществ) в основном решается путем установки узла фильтрации. Как правило, он состоит из двух патронных и одного угольного фильтра. Патронные фильтры предназначены для очистки циркулирующего раствора от механических примесей, к которым можно отнести продукты коррозии оборудования и трубопроводов и частицы угля, уносимого раствором из угольного фильтра-адсорбера. Объем раствора, выводимого на фильтрацию от пенообразующих веществ, составляет 15-20% объема циркуляции в зависимости от типа применяемого амина и технологической схемы процесса. Часть аминового раствора подвергается очистке от растворимых примесей (балластовых соединений) на угольном фильтре-адсорбере, которые удаляют из раствора тяжелые углеводороды [Н.М.Бутина, Г.С.Широкова. Эффективное использование аминных ресурсов - ключ к рентабельности производства. Наука и прогресс. 2006, № 9, с.95-96].

Основными недостатками данного способа являются недостаточно высокая степень извлечения пенообразующих примесей в случае резкого повышения вспенивания аминового раствора, что обусловлено заданными значениями пропускной способности угольных фильтров, достаточно быстрая деактивация используемого активированного угля, приводящая к необходимости его регенерации путем пропарки водяным паром в атмосферу, а с истечением срока службы угля - замены на новый, что способствует образованию отходов отработанного угольного адсорбента (отвалов), загрязняющих окружающую среду.

Наиболее перспективным методом, по мнению авторов, является экстракционный, позволяющий оперативно реагировать на поступление в раствор пенообразующих веществ путем увеличения соотношения «аминовый раствор - экстрагент», а также за счет увеличения доли поглотительного раствора, подаваемого на экстракционную очистку.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является способ очистки аминового раствора процесса очистки газов от сероводорода и углекислого газа путем экстракции из него полифениловым эфиром пенообразующих веществ [А.М.Спасенков, О.П.Лыков, В.И.Лазарев. Экстракционный метод устранения вспенивания алканоламиновых растворов на установках очистки газов от H₂S и CO₂. Нефтепереработка и нефтехимия. 2005, № 11, с.37-39]. Авторами экспериментально подтверждена эффективность полифенилового эфира по удалению из циркулирующего аминового раствора веществ, способствующих образованию пены. Полифениловый эфир марки 5Ф-4Э [(C₆H₅OC₆H₅)_n, плотность 1,2 г/см³, температура кипения 200°С] обладает высокой селективностью, достаточно высокой разностью плотностей с аминовым раствором (плотность раствора в среднем 1,072-1,078 г/см³), минимальной растворимостью в воде и нерастворимостью в нем аминов, что позволяет четко разделять аминовый раствор от пенообразующих веществ.

Задачей заявляемого изобретения является разработка процесса регенерации полифенилового эфира для его многократного использования и определение оптимальных соотношений применяемых реагентов.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки аминового раствора процесса очистки газов от сероводорода и углекислого газа путем экстракции из него полифениловым эфиром пенообразующих веществ экстракцию ведут при объемном соотношении «полифениловый эфир - аминовый раствор», равном 1:50-300, отработанный полифениловый эфир подвергают регенерации путем его смешивания с метилэтилкетоном в объемном соотношении, соответственно равном 1:1-3, с последующим отделением пенообразующих веществ в осадок, после чего смесь полифенилового эфира с метилэтилкетоном разделяют в отпарной колонне для повторного использования в процессе очистки.

Метилэтилкетон (2-бутанон) CH₃COC₂H₅, бесцветная легколетучая жидкость, температура кипения 79,6°С, плотность при 20°С составляет 0,805 г/см³, смешивается с органическими растворителями. Применяют метилэтилкетон в качестве растворителя перхлорвиниловых, нитроцеллюлозных, полиакриловых лакокрасочных материалов и клеев, типографских красок, депарафинизации смазочных масел и обезмасливания парафинов.

Авторами экспериментально установлено, что при смешивании полифенилового эфира, насыщенного пенообразующими веществами, с метилэтилкетоном происходит повторная жидкостная экстракция, но теперь уже метилэтилкетон выделяет из насыщенного раствора полифениловый эфир благодаря их неограниченной взаиморастворимости, а пенообразующие вещества при этом выпадают в осадок. Образовавшаяся смесь полифенилового эфира с метилэтилкетоном легко разделяется в отпарной колонне за счет значительной разности их температур кипения.

Выбранное объемное соотношение полифенилового эфира к аминовому раствору обусловлено тем, что чрезмерное разбавление смеси ниже объемного соотношения 1:300 нерационально, поскольку экстракционная активность полифенилового эфира значительно снизится, а объемное соотношение свыше 1:50 экономически нецелесообразно.

Выбранное объемное соотношение полифенилового эфира к метилэтилкетону обусловлено тем, что объемное соотношение ниже 1:3 будет приводить к неоправданному расходу метилэтилкетона, а выше 1:1 недостаточно для их полного взаиморастворения и отделения смеси от выделившихся в осадок пенообразующих веществ.

Технический результат, получаемый от определения оптимального объемного соотношения полифенилового эфира к аминовому раствору, состоит в обеспечении возможности путем изменения объемного соотношения регулировать в широких пределах экстракционные свойства полифенилового эфира в зависимости от состава аминового раствора и концентрации присутствующих в нем пенообразующих веществ, а также в возможности при необходимости увеличения доли циркулирующего аминового раствора, подаваемого на экстракционную очистку, до 50% от всего объема (против 15-20% при очистке через угольные фильтры).

Технический результат, получаемый от того, что полифениловый эфир подвергается регенерации, включающей его смешивание с метилэтилкетоном в объемном соотношении, равном 1:1-3, последующее отделение пенообразующих веществ в осадок и разделение смеси полифенилового эфира с метилэтилкетоном в отпарной колонне, состоит в восстановлении экстракционных свойств полифенилового эфира и его повторное использование в процессе очистки аминового раствора, т.е. в создании замкнутого цикла циркуляции экстрагента, а следовательно, в увеличении длительности его использования.

На чертеже приведена схема установки, реализующей предлагаемый способ.

Установка содержит емкость хранения амина 1 с насосом 2, аппарат воздушного охлаждения 3, фильтр для очистки от механических примесей 4, емкость хранения полифенилового эфира 5 с насосом 6, теплообменник 7, разделители 8 и 9, емкость хранения метилэтилкетона 10 с насосом 11, отстойник 12, отпарную колонну 13.

Аминовый раствор с температурой 90-100°С из емкости ее хранения 1 подается насосом 2 на охлаждение в аппарат воздушного охлаждения 3, где он охлаждается до температуры 60°С, и поступает в фильтр для очистки от механических примесей 4. В поток очищенного от механических примесей раствора амина впрыскивается полифениловый эфир, подаваемый из емкости его хранения 5 насосом 6. Полученная смесь аминового раствора с полифениловым эфиром проходит сначала теплообменник 7, охлаждая раствор метилэтилкетона, и поступает в разделитель 8, снабженный внутренними перегородками, в котором из-за разности плотностей происходит разделение аминового раствора и полифенилового эфира, насыщенного пенообразующими примесями. Очищенный раствор амина из верхней части разделителя отводится в емкость его хранения 1. На этом цикл по экстракции раствора амина заканчивается.

Затем начинается цикл регенерации полифенилового эфира от пенообразущих веществ. В поток насыщенного полифенилового эфира, выводимого с низа разделителя 8, впрыскивается метилэтилкетон, подаваемый из емкости его хранения 10 насосом 11. Полученная смесь поступает в разделитель 9. В разделителе 9 полифениловый эфир растворяется в метилэтилкетоне и полученная смесь располагается в верхней части разделителя, в то время как пенообразующие примеси выпадают в осадок. Пенообразующие примеси выводятся из нижней части разделителя 9 в отстойник 14 для дальнейшей их утилизации. Смесь полифенилового эфира с метилэтилкетоном поступает в среднюю часть отпарной колонны 13. Разделение полифенилового эфира и метилэтилкетона происходит за счет изменения фазового состояния смеси. Колонна снабжена тарелками для более эффективного разделения смеси. В кубовой части колонны нагрев осуществляется раствором амина, подаваемым на очистку в установку из емкости хранения 1 с температурой 85-100°С. Отпаренный метилэтилкетон с температурой 85°С отводится из верхней части колонны 13 через теплообменник 7, где он охлаждается и конденсируется, в емкость его хранения 10 для дальнейшего использования. Полифениловый эфир стекает по тарелкам и с температурой 90°С выводится из кубовой части отпарной колонны 13 в емкость его хранения 5 для дальнейшего использования.

Пример. Проводили лабораторные исследования процесса экстракции с целью определения оптимальной температуры экстракции и объемного соотношения экстрагент - аминовый раствор. В качестве исходного аминового раствора брали пробы из регенерированного потока амина с промышленной установки 1У370. Водный аминовый раствор содержит в среднем 25-35% смеси ДЭА и МДЭА и примеси пенообразующих веществ (плотность раствора 1,072-1,078 г/см³). В качестве экстрагента использовали полифениловый эфир марки 5Ф-4Э [(C₆H₅OC₆H₅)_n, плотность 1,2 г/см³, температура кипения 200°С], который обладает минимальной растворимостью в воде и нерастворимостью в нем аминов. В термостатированную делительную воронку вводили 10 мл исходного аминового раствора. Пробу прогревали до заданной температуры, после чего добавляли 1 мл полифенилового эфира, нагретого до той же температуры. Полученную смесь встряхивали в течение 4 минут для ускорения распределения растворенных веществ между двумя жидкостями. Затем воронку закрепили в штативе для разделения фаз. По достижении равновесия очищенный аминовый раствор находился в верхнем слое, а насыщенный примесями полифениловый эфир - в нижнем. Каждый слой сливали в отдельные пробирки.

Исследование пенообразующих свойств исходных и подвергшихся экстракции аминовых растворов проводили в стеклянном термостатируемом аппарате (барботере). Испытуемый раствор 8 мл заливали в пенную колонку на фильтр Шота и продували через него воздух. Включали секундомер в момент появления первых пузырьков воздуха над фильтром. По истечении 3 минут замеряли высоту образующейся пены в колонне с помощью измерительной шкалы. Прекращали подачу воздуха, включали секундомер и замеряли стабильность пены (время разрушения пены) до появления зеркала раствора. Операции повторяли еще 2 раза, каждый раз дожидаясь полного опадания пены. За результат измерения принимали среднее арифметическое трех полученных значений. Результаты исследования приведены в таблице 1. Из таблицы видно, что оптимальными параметрами экстракционной очистки аминового раствора являются объемное соотношение полифенилового эфира к аминовому раствору в диапазоне от 1:50 до 1:300, время контакта не более 3 минут и температура в интервале от 50 до 70°С.

В следующей серии опытов было исследовано влияние объемного соотношения полифенилового раствора к метилэтилкетону на эффективность выведения пенообразующих веществ в зависимости от температуры, времени контакта. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Как видно из таблицы, оптимальными условиями для наиболее полного извлечения пенообразующих веществ являются объемное соотношение полифенилового эфира к метилэтилкетону, равное 1:1-3, температура 50-70°С и время контактирования 1-2 минуты.

Таким образом, использование заявляемого изобретения позволит поддерживать допустимый уровень содержания пенообразующих веществ в циркулирующем аминовом растворе путем изменения соотношения объема экстрагента к объему очищаемого раствора и/или увеличения доли циркулирующего аминового раствора, подаваемого на экстракционную очистку.

Таблица 1
№ опыта	Испытываемый раствор	Температура экстракции, °С	Пенные характеристики раствора
Высота пены, мм	Стабильность пены, с
1	Исходный аминовый раствор	50	62,5	115
2	Полифениловый эфир - аминовый раствор берут в объемном отношении 1:50	50	49,5	25
3	Полифениловый эфир - аминовый раствор берут в объемном отношении 1:150	50	50,5	30
4	Полифениловый эфир - аминовый раствор берут в объемном отношении 1:300	50	57,6	30
5	Исходный аминовый раствор	70	62,5	115
6	Полифениловый эфир - аминовый раствор берут в объемном отношении 1:50	70	43,5	4,1
7	Полифениловый эфир - аминовый раствор берут в объемном отношении 1:150	70	44,0	4,6
8	Полифениловый эфир - аминовый раствор берут в объемном отношении 1:300	70	46,0	5,1
9	Исходный аминовый раствор	90	62,5	115
10	Полифениловый эфир - аминовый раствор берут в объемном отношении 1:50	90	85,0	7,0
11	Полифениловый эфир - аминовый раствор берут в объемном отношении 1:150	90	92,5	9,2
12	Полифениловый эфир - аминовый раствор берут в объемном отношении 1:300	90	100	9,5

Таблица 2
Температура, °С	Время контакта, мин	Время оседания примесей, сек
Полифениловый эфир - метилэтилектон берут в объемном отношении
1:3	1:2	1:1
25	1	60	70	75
2	60	70	75
50	1	20	26	32
2	20	26	32
70	1	10	17	19
2	10	17	19

Способ очистки аминового раствора процесса очистки газов от сероводорода и углекислого газа путем экстракции из него полифениловым эфиром пенообразующих веществ, отличающийся тем, что экстракцию ведут при объемном соотношении «полифениловый эфир - аминовый раствор», равном 1:50-300, отработанный полифениловый эфир подвергают регенерации путем его смешивания с метилэтилкетоном в объемном соотношении, соответственно равном 1:1-3, с последующим выделением пенообразующих веществ в осадок, после чего смесь полифенилового эфира с метилэтилкетоном разделяют в отпарной колонне для повторного использования в процессе очистки.