RU2627847C2 - Method and column of absorption purification of gases from unintended impurities - Google Patents
Method and column of absorption purification of gases from unintended impurities Download PDFInfo
- Publication number
- RU2627847C2 RU2627847C2 RU2015156856A RU2015156856A RU2627847C2 RU 2627847 C2 RU2627847 C2 RU 2627847C2 RU 2015156856 A RU2015156856 A RU 2015156856A RU 2015156856 A RU2015156856 A RU 2015156856A RU 2627847 C2 RU2627847 C2 RU 2627847C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mass transfer
- gas
- independent mass
- absorbent
- column
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 169
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 title claims abstract description 87
- 239000012535 impurity Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000746 purification Methods 0.000 title abstract description 22
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 224
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims abstract description 195
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims abstract description 195
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 52
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 20
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 15
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 10
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 9
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 64
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 32
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 22
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 description 17
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 16
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 12
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 8
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 8
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 5
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 4
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003973 alkyl amines Chemical class 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 241000234282 Allium Species 0.000 description 1
- 235000002732 Allium cepa var. cepa Nutrition 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010011878 Deafness Diseases 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N diethanolamine Chemical compound OCCNCCO ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011552 falling film Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000011086 high cleaning Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- CRVGTESFCCXCTH-UHFFFAOYSA-N methyl diethanolamine Chemical compound OCCN(C)CCO CRVGTESFCCXCTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1406—Multiple stage absorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1456—Removing acid components
- B01D53/1462—Removing mixtures of hydrogen sulfide and carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/20—Organic absorbents
- B01D2252/204—Amines
- B01D2252/20405—Monoamines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/20—Organic absorbents
- B01D2252/204—Amines
- B01D2252/20426—Secondary amines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/20—Organic absorbents
- B01D2252/204—Amines
- B01D2252/20431—Tertiary amines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/20—Organic absorbents
- B01D2252/204—Amines
- B01D2252/20478—Alkanolamines
- B01D2252/20489—Alkanolamines with two or more hydroxyl groups
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/50—Combinations of absorbents
- B01D2252/504—Mixtures of two or more absorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/18—Absorbing units; Liquid distributors therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
Abstract
Description
Способ и колонна абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей могут быть использованы для очистки газовых потоков от примесей в широком диапазоне концентраций, а также для разделения газовых смесей на индивидуальные компоненты на предприятиях нефтяной, газовой, химической и других отраслей промышленности.The method and column for gas absorption absorption from undesirable impurities can be used for cleaning gas streams from impurities in a wide range of concentrations, as well as for separating gas mixtures into individual components at enterprises of the oil, gas, chemical and other industries.
Классическим является способ абсорбционной очистки газа от примеси нежелательного компонента противоточным реализуемым в колонных массообменных аппаратах контактом очищаемого газа и селективного абсорбента (Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. М.: Химия. – 1971. – 296 с.), однако по мере развития химической технологии все больше возрастает необходимость очистки смеси газов от нескольких нежелательных примесей.A classic is the method of absorption gas purification from impurities of an undesirable component by a countercurrent contact of the gas to be purified and selective absorbent realized in column mass transfer apparatuses (Alexandrov I.A. Rectification and absorption devices. M. Chemistry. - 1971. - 296 p.), However The development of chemical technology increases the need for cleaning a mixture of gases from several undesirable impurities.
Известны способ и установка очистки природного газа от диоксида углерода и сероводорода в две стадии абсорбции: на первой стадии осуществляется селективная очистка по отношению к диоксиду углерода с выделением кислого газа, в котором содержание диоксида углерода не превышает 30-40%, и очищенного газа с содержанием сероводорода не более 5-7 мг/м3, отправляемого далее на вторую стадию абсорбции с получением очищенного газа с содержанием диоксида углерода не более 50-200 мг/м3 и полным отсутствием сероводорода и кислого газа с содержанием сероводорода не более 200 мг/м3, при этом насыщение алкиламинового абсорбента на каждой стадии абсорбции кислыми компонентами не превышает 0,4 моль/моль, а природный газ имеет соотношение сероводорода к диоксиду углерода, равное 1,0, но не более 1,5, и концентрацию сероводорода от 3,5 до 8,0 % об. (патент на изобретение RU 2547021, МПК B01D 53/14, B01D 53/52, B01D 53/62, C10L3/10, заявлен 20.02.2014, опубликован 10.04.2015). Недостатками данного изобретения являются:A known method and installation for the purification of natural gas from carbon dioxide and hydrogen sulfide in two stages of absorption: the first stage is selective purification with respect to carbon dioxide with the release of acid gas, in which the carbon dioxide content does not exceed 30-40%, and the purified gas with a content hydrogen sulfide not more than 5-7 mg / m 3 sent further to the second stage of absorption to obtain purified gas with a carbon dioxide content of not more than 50-200 mg / m 3 and the complete absence of hydrogen sulfide and acid gas containing sulfur hydrogen is not more than 200 mg / m 3 , while the saturation of the alkylamine absorbent at each stage of absorption with acidic components does not exceed 0.4 mol / mol, and natural gas has a ratio of hydrogen sulfide to carbon dioxide equal to 1.0, but not more than 1.5 and a concentration of hydrogen sulfide from 3.5 to 8.0% vol. (Patent for invention RU 2547021, IPC B01D 53/14, B01D 53/52, B01D 53/62, C10L3 / 10, pending 02.20.2014, published 04.10.2015). The disadvantages of this invention are:
сложность технологической схемы установки, связанная, прежде всего, с тем, что различные извлекаемые компоненты абсорбируются в разных абсорберах, формируя ряд технологических циклов в пределах одной установки;the complexity of the technological scheme of the installation, associated primarily with the fact that various recoverable components are absorbed in different absorbers, forming a series of technological cycles within the same installation;
отсутствие возможности дальнейшего криогенного выделения этана из потока природного газа из-за насыщения очищаемого газа влагой при контакте его с абсорбентом;the inability to further cryogenic separation of ethane from the natural gas stream due to saturation of the gas to be cleaned with moisture upon contact with the absorbent;
постепенное увеличение концентрации метанола в регенерированном абсорбенте и снижение абсорбирующей способности водного раствора аминов по отношению к сероводороду и диоксиду углерода, к чему приводит возвращение метанола вместе со сконденсированной водой в регенерируемый абсорбент во время регенерации абсорбента при наличии в поступающем природном газе метанола, растворяющегося в абсорбенте совместно с сероводородом и диоксидом углерода;a gradual increase in the concentration of methanol in the regenerated absorbent and a decrease in the absorbing ability of an aqueous solution of amines with respect to hydrogen sulfide and carbon dioxide, which results in the return of methanol together with condensed water to the regenerated absorbent during the regeneration of the absorbent in the presence of methanol in the incoming natural gas, which is dissolved in the absorbent together with hydrogen sulfide and carbon dioxide;
неоптимальное функционирование абсорбента при одновременной абсорбции сероводорода и диоксида углерода из-за падения абсорбирующей способности ниже потенциальной.non-optimal functioning of the absorbent while absorbing hydrogen sulfide and carbon dioxide due to a drop in absorption capacity below potential.
Известен способ переработки природных газов, включающий извлечение из газов воды, диоксида углерода, сероводорода, углеводородов C2 и выше, инертных газов, отличающийся тем, что природные газы, существенно различающиеся по содержанию примесей, перерабатывают раздельно, при этом низкокалорийный природный газ, содержащий диоксида углерода больше, чем сероводорода, и с высоким содержанием диоксида углерода, перерабатывают последовательно на первой установке глубокой аминовой очистки от сероводорода и селективной очистки от диоксида углерода с использованием в качестве абсорбента водных растворов алкиламинов и на второй установке глубокой аминовой очистки от диоксида углерода с использованием в качестве абсорбента водных растворов моно-, ди-, триэтаноламина или их смесей, а высококалорийный природный газ, содержащий диоксида углерода меньше, чем сероводорода, с низким содержанием диоксида углерода, перерабатывают на установке глубокой аминовой очистки от диоксида углерода и сероводорода с использованием в качестве абсорбента водных растворов моно-, ди-, триэтаноламина или их смесей (патент на изобретение RU 2560406, МПК B01D 53/00, заявлен 29.10.2013, опубликован 20.08.2015). Основным недостатком данного изобретения является сложность технологической схемы установки, связанная, прежде всего, с тем, что различные извлекаемые компоненты абсорбируются в разных абсорберах, при этом даже изменение в соотношении исходных извлекаемых компонентов, например, изменение характера сырья с низкокалорийного на высококалорийный, требует изменения технологической схемы и, соответственно, технологического режима. A known method of processing natural gases, including the extraction of gases from water, carbon dioxide, hydrogen sulfide, hydrocarbons C 2 and above, inert gases, characterized in that natural gases, significantly different in the content of impurities, are processed separately, while low-calorie natural gas containing dioxide more carbon than hydrogen sulfide, and with a high content of carbon dioxide, are processed sequentially in the first installation of deep amine purification from hydrogen sulfide and selective purification from carbon dioxide of the genus using aqueous solutions of alkyl amines as absorbent and in the second installation of deep amine purification of carbon dioxide using aqueous, mono-, di-, triethanolamine or mixtures thereof as absorbent, and high-calorific natural gas containing carbon dioxide is less than hydrogen sulfide, with a low content of carbon dioxide are processed at the installation of deep amine purification from carbon dioxide and hydrogen sulfide using mono-, di-, triethanolamine as an absorbent in aqueous solutions or mixtures thereof (patent for invention RU 2560406, IPC B01D 53/00, filed October 29, 2013, published August 20, 2015). The main disadvantage of this invention is the complexity of the technological scheme of the installation, associated primarily with the fact that various recoverable components are absorbed in different absorbers, even a change in the ratio of the initial recoverable components, for example, a change in the nature of the raw material from low-calorie to high-calorie, requires a change in technological schemes and, accordingly, the technological regime.
Известен способ удаления диоксида углерода из выхлопных газов абсорбцией регенерированным абсорбентом в секционированной абсорбционной колонне 13 с контактными устройствами в нижней ее секции 13А, частично очищенный выхлопной газ из нижней секции 13А дополнительно очищается и охлаждается за счет циркуляционного орошения контактных устройств водой противотоком по отношению к очищаемому выхлопному газу в верхней секции 13В, при этом часть циркулирующей воды из секции 13В поступает на орошение контактных устройств средней части 13С секционированной абсорбционной колонны 13 также противотоком по отношению к очищаемому выхлопному газу и далее смешивается с абсорбентом в верхней части секции 13А, в частности, охлажденная циркулирующая вода может вводиться в секционированную абсорбционную колонну 13 со стадии регенерации абсорбента (патент на изобретение WO/2014/024548, МПК B01D 53/62, B01D 53/14, C01B 31/20, заявлен 29.05.2013, опубликован 13.02.2014). Недостатками изобретения являются:A known method of removing carbon dioxide from exhaust gases by absorption by a regenerated absorbent in a sectioned absorption column 13 with contact devices in its lower section 13A, partially purified exhaust gas from the lower section 13A is further purified and cooled by countercurrent water irrigation of the contact devices with respect to the cleaned exhaust gas in the upper section 13B, while part of the circulating water from section 13B is supplied to irrigate the contact devices of the middle part 13C section of the absorbed absorption column 13 is also countercurrent with respect to the exhaust gas being cleaned and then mixed with the absorbent in the upper part of section 13A, in particular, the cooled circulating water can be introduced into the partitioned absorption column 13 from the absorbent regeneration step (patent invention WO / 2014/024548, IPC B01D 53/62, B01D 53/14, C01B 31/20, announced May 29, 2013, published February 13, 2014). The disadvantages of the invention are:
1) введение в процесс больших расходов воды, соизмеримых с производительностью процесса по извлекаемому диоксиду углерода в целом, в связи с низкой растворимостью диоксида углерода в воде, так при 21 °С температуры и 1 МПа давления в 1 объеме воды растворяется всего 0,33 объема диоксида углерода, а при 40 °С температуры и 10 МПа давления в 1 объеме воды растворяется 1 объем диоксида углерода;1) the introduction of large amounts of water into the process, commensurate with the process productivity of the recoverable carbon dioxide in general, due to the low solubility of carbon dioxide in water, so at 21 ° C temperature and 1 MPa pressure, only 0.33 volumes dissolve in 1 volume of water carbon dioxide, and at 40 ° C temperature and 10 MPa pressure in 1 volume of water dissolves 1 volume of carbon dioxide;
2) значительное увеличение дополнительных энергозатрат, которых требует использование малоэффективного циркуляционного орошения водой верхней секции 13В, на привод циркуляционного насоса и охлаждение циркулирующей воды;2) a significant increase in additional energy consumption, which requires the use of inefficient circulating water irrigation of the upper section 13B, to drive a circulation pump and cool the circulating water;
3) снижение абсорбционной способности основного поглощающего диоксид углерода абсорбента за счет разбавления его водой в основной абсорбционной секции 13А, приводящее к дополнительной нагрузке по жидкости колонны регенерации абсорбента и увеличению энергозатрат на регенерацию;3) reducing the absorption capacity of the main absorbing carbon dioxide absorbent by diluting it with water in the main absorption section 13A, leading to an additional liquid load of the absorbent regeneration column and an increase in energy consumption for regeneration;
4) низкая эффективность секции 13С, где очищенный от диоксида углерода выхлопной газ контактирует с уже частично насыщенной диоксидом углерода водой при повышенной температуре газа за счет выделения теплоты абсорбции в секции 13А, что может привести к негативному процессу десорбции диоксида углерода из воды.4) low efficiency of section 13C, where the exhaust gas purified from carbon dioxide comes into contact with water already partially saturated with carbon dioxide at elevated gas temperature due to the release of heat of absorption in section 13A, which can lead to a negative process of carbon dioxide desorption from water.
Известен абсорбер для удаления диоксида углерода из выхлопных газов абсорбцией регенерированным абсорбентом в виде секционированной абсорбционной колонны 13 с контактными устройствами, состоящей из трех секций: в нижней секции 13А происходит процесс абсорбционной очистки выхлопных газов, поступающих в низ секции 13А, абсорбентом, поступающим на верх секции 13А, далее частично очищенный выхлопной газ из нижней секции 13А проходит через среднюю секцию 13С и через глухую тарелку вводится в низ секции 13В, где дополнительно очищается и охлаждается за счет циркуляционного орошения контактных устройств водой противотоком по отношению к очищаемому выхлопному газу, при этом часть циркулирующей воды из секции 13В поступает на орошение контактных устройств средней части 13С колонны 13 также противотоком по отношению к очищаемому выхлопному газу и далее смешивается с абсорбентом в верхней части секции 13А (патент на изобретение WO/2014/024548, МПК B01D 53/62, B01D 53/14, C01B 31/20, заявлен 29.05.2013, опубликован 13.02.2014). Недостатками изобретения являются:A known absorber for removing carbon dioxide from exhaust gases by absorption by a regenerated absorbent in the form of a sectioned absorption column 13 with contact devices consisting of three sections: in the lower section 13A, the process of absorption cleaning of the exhaust gases entering the bottom of section 13A takes place, the absorbent entering the top of the section 13A, then the partially cleaned exhaust gas from the lower section 13A passes through the middle section 13C and through a blank plate is introduced into the bottom of section 13B, where it is further cleaned and cooled due to the circulation irrigation of the contact devices with water in countercurrent with respect to the exhaust gas being cleaned, while part of the circulating water from section 13B is supplied to the irrigation of the contact devices of the middle part 13C of the column 13 also in countercurrent with respect to the exhaust gas being purified and then mixed with the absorbent in the upper part section 13A (patent for invention WO / 2014/024548, IPC B01D 53/62, B01D 53/14, C01B 31/20, filed May 29, 2013, published February 13, 2014). The disadvantages of the invention are:
1) низкая эффективность контактных устройств в секциях 13В и 13С, которая приводит к увеличению объема контактных устройств в этих секциях и, соответственно, капитальных затрат на сооружение абсорбера, в связи с плохой растворимостью диоксида углерода в воде; 1) low efficiency of the contact devices in sections 13B and 13C, which leads to an increase in the volume of contact devices in these sections and, accordingly, the capital costs for the construction of the absorber, due to the poor solubility of carbon dioxide in water;
2) дополнительное увеличение капитальных и эксплуатационных затрат из-за использования циркуляционного насоса и холодильника циркулирующей воды в секции 13В;2) an additional increase in capital and operating costs due to the use of a circulation pump and a circulating water cooler in section 13B;
3) необходимость поддержания высокого уровня циркулирующей воды на глухой тарелке для обеспечения работы циркуляционного насоса, приводящая к дополнительному увеличению высоты абсорбера без соответствующего увеличения эффективности его работы;3) the need to maintain a high level of circulating water on a blank plate to ensure the operation of the circulation pump, leading to an additional increase in the height of the absorber without a corresponding increase in the efficiency of its work;
4) вызванное снижением абсорбционной способности основного абсорбента и увеличением объема контактных устройств в секции 13А из-за разбавления водой основного абсорбента секции 13А, к которому приводит прямой сток воды из нижнего контактного устройства секции 13С на верхнее контактное устройство секции 13А, увеличение капитальных затрат на сооружение абсорбера.4) caused by a decrease in the absorbent capacity of the main absorbent and an increase in the volume of contact devices in section 13A due to dilution with water of the main absorbent of section 13A, which leads to a direct flow of water from the lower contact device of section 13C to the upper contact device of section 13A, an increase in capital construction costs absorber.
Известен прямоточный абсорбер, содержащий корпус со штуцерами для входа и выхода газа и штуцерами для входа и выхода жидкости, расположенными внутри корпуса распределителем жидкости, массообменной секцией и каплеотбойником, отличающийся тем, что массообменная секция выполнена в виде горизонтальных полок с размещенными на них пакетами регулярной пластинчатой насадки, при этом пакет регулярной насадки формируется из отдельных гофрированных листов, разделенных между собой проставками из плоского листа, с образованием между листами каналов (патент на изобретение RU 2491982 C1, МПК B01D 53/18, заявлен 03.04.2012, опубликован 10.09.2013). Недостатками изобретения являются:A direct-flow absorber is known comprising a housing with gas inlet and outlet fittings and liquid inlet and outlet fittings located inside the housing of a liquid distributor, a mass transfer section and a drop eliminator, characterized in that the mass transfer section is made in the form of horizontal shelves with regular plate packs placed on them nozzles, while a packet of regular nozzles is formed from individual corrugated sheets separated by spacers from a flat sheet, with the formation between the sheets of can catch (patent RU 2491982 C1, IPC B01D 53/18, 03.04.2012 pending, published 10.09.2013). The disadvantages of the invention are:
1) низкая эффективность прямоточного движения газовой и жидкой фаз при абсорбционной очистке, вызванная тем, что на заключительной стадии процесса уже весьма насыщенный абсорбент с высокой концентрацией извлекаемого компонента контактирует с частично очищенным газом с низкой концентрацией извлекаемого компонента и даже при достижении равновесия фаз высокая глубина очистки газа будет недостижима;1) low efficiency of the direct-flow movement of the gas and liquid phases during absorption cleaning, due to the fact that at the final stage of the process, a highly saturated absorbent with a high concentration of the extracted component is in contact with a partially purified gas with a low concentration of the extracted component and even when the phase equilibrium is reached, a high cleaning depth gas will be unattainable;
2) частичное расслоение газовой и жидкой фаз, последовательно чередующихся горизонтально и сверху вниз вместо полного их смешения фаз при прямоточном движении фаз в массообменной секции, приводящее к прекращению массообмена между фазами в зонах расслоения фаз и снижению эффективности процесса абсорбции в аппарате в целом;2) partial separation of the gas and liquid phases sequentially alternating horizontally and from top to bottom instead of completely mixing the phases during the direct-flow phase movement in the mass transfer section, leading to the termination of mass transfer between phases in the zones of phase separation and to reduce the efficiency of the absorption process in the apparatus as a whole;
3) возрастание капитальных и эксплуатационных затрат на реализацию процесса, к чему приводит необходимость многократного увеличения высоты контактного устройства и резкого увеличения потерь напора в системе за счет увеличения скорости и протяженности потока в абсорбере для обеспечения необходимого времени контакта газовой и жидкой фаз, так как минимально-необходимая скорость газового потока, обеспечивающая подъем жидкости с полки и распределение ее по объему насадки при условии прямотока, соответствует условиям турбулизации неоднородной системы жидкость-газ и многократно превышает скорость газового потока при противотоке.3) an increase in capital and operating costs for the implementation of the process, which leads to the need for a multiple increase in the height of the contact device and a sharp increase in pressure losses in the system due to an increase in the speed and length of the flow in the absorber to ensure the necessary contact time of the gas and liquid phases, since the necessary gas flow rate, which ensures the rise of liquid from the shelf and its distribution over the nozzle volume under the condition of direct flow, corresponds to the conditions of turbulization a liquid-gas system, and greatly exceeds the rate of gas flow at counterflow.
Известен также фракционирующий абсорбер, в котором расположены абсорбционная и отпарная массообменные секции, зона питания с патрубком ввода очищаемого газа, размещенная между ними, верхняя сепарационная зона с патрубками ввода абсорбента и вывода очищенного газа и нижняя сепарационная зона с патрубком вывода абсорбата, отличающийся тем, что массообменные секции разделены на две подсекции, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один тепломассообменный блок, оснащенный патрубками ввода и вывода теплоносителя или хладоагента, выполненный из тепломассообменных элементов, например, спирально-радиального типа, образующих внутреннее пространство для прохода теплоносителя или хладоагента и наружное пространство для противоточного массообмена между газом и падающей пленкой жидкости, при этом патрубок вывода абсорбата и нижний патрубок отпарной подсекции, примыкающей к зоне питания, а также патрубок вывода очищенного газа и верхний патрубок абсорбционной подсекции, примыкающей к зоне питания, попарно соединены трубопроводами, а наружное пространство тепломассообменных блоков абсорбционной секции заполнено массообменной насадкой (патент на изобретение RU 2530133 C1, МПК B01D 53/14, заявлен 11.06.2013, опубликован 10.10.2014). Недостатками изобретения являются:Also known is a fractionating absorber, in which there are absorption and stripping mass transfer sections, a feed zone with a nozzle for introducing a cleaned gas placed between them, an upper separation zone with nozzles for injecting an absorbent and a outlet for purified gas, and a lower separation zone with an absorber outlet nozzle, characterized in that the mass transfer sections are divided into two subsections, each of which contains at least one heat and mass transfer unit, equipped with nozzles for the inlet and outlet of the coolant or coolant, made of heat and mass transfer elements, for example, of a spiral-radial type, which form the inner space for the passage of the coolant or coolant and the outer space for countercurrent mass transfer between the gas and the falling film of liquid, while the absorbing outlet pipe and the lower stripping subsection adjacent to the supply zone, and also the outlet pipe of the purified gas and the upper pipe of the absorption subsection adjacent to the feed zone are pairwise connected by pipelines, and the outer space is heat and mass ennyh blocks filled absorber section mass transfer nozzle (patent RU 2530133 C1, IPC B01D 53/14, 06.11.2013 pending, published 10.10.2014). The disadvantages of the invention are:
1) нарушение гидродинамической структуры потоков газа и жидкости в насадке в зонах размещения теплообменных конструкций, приводящее к увеличению скорости потоков фаз, снижению времени контакта фаз и снижению эффективности массопереноса в этих зонах; 1) violation of the hydrodynamic structure of gas and liquid flows in the nozzle in the zones of placement of heat-exchange structures, leading to an increase in the speed of phase flows, a decrease in the contact time of the phases and a decrease in the mass transfer efficiency in these zones;
2) возможный унос капельной жидкости на вышележащие секции и снижение за счет этого эффективности массопередачи из-за увеличения скорости потока газовой фазы в насадке в зонах размещения теплообменных конструкций;2) the possible entrainment of droplet liquid to the overlying sections and due to this a decrease in mass transfer efficiency due to an increase in the flow rate of the gas phase in the nozzle in the areas of placement of heat-exchange structures;
3) реализация размещения теплообменных конструкций только в слоях нерегулярной насадки, менее эффективной с позиций массообмена по сравнению с регулярной насадкой. 3) the implementation of the placement of heat-exchange structures only in layers of an irregular nozzle, less effective from the standpoint of mass transfer compared to a regular nozzle.
Общими недостатками рассмотренных способов и устройств для абсорбционной очистки газов от нескольких нежелательных примесей являются:Common disadvantages of the considered methods and devices for absorption cleaning of gases from several undesirable impurities are:
1) неоптимальное функционирование абсорбентов при одновременной соабсорбции нескольких примесей, приводящее к необходимости увеличения расхода абсорбента и увеличения в связи с этим диаметра абсорбционной колонны и энергозатрат на регенерацию абсорбента;1) the non-optimal functioning of absorbents with simultaneous co-absorption of several impurities, leading to the need to increase the flow rate of the absorbent and increase in this regard the diameter of the absorption column and energy consumption for the regeneration of the absorbent;
2) необходимость формирования сложных технологических схем с несколькими замкнутыми циклами абсорбции-регенерации для обеспечения необходимой глубины очистки газов от конкретных примесей;2) the need for complex technological schemes with several closed absorption-regeneration cycles to ensure the necessary depth of gas purification from specific impurities;
3) приводящий к увеличению диаметра абсорбционной колонны и росту материалоемкости аппарата ввод в абсорбер больших расходов абсорбента, требующихся для очистки газов с высокой концентрацией извлекаемых примесей;3) leading to an increase in the diameter of the absorption column and an increase in the material consumption of the apparatus, introducing into the absorber the large consumption of absorbent material required for the purification of gases with a high concentration of recoverable impurities;
4) ограниченное диаметром существующей абсорбционной колонны из-за предела уровня жидкости в распределителях жидкости и проходного сечения контактных устройств по жидкой фазе наращивание производительности, требующей одновременного увеличения расхода абсорбента, при реконструкции установок абсорбционной очистки газов. 4) increasing the capacity, which requires a simultaneous increase in the consumption of absorbent, during the reconstruction of absorption gas treatment plants, limited by the diameter of the existing absorption column due to the limit of the liquid level in the liquid distributors and the bore of the contact devices for the liquid phase.
При создании изобретения ставились следующие задачи расширения потенциальных возможностей абсорбционного способа очистки газов от нежелательных примесей и совершенствования конструкции колонны абсорбционной очистки газов:When creating the invention, the following tasks were set to expand the potential capabilities of the absorption method of gas purification from undesirable impurities and to improve the design of the absorption gas cleaning column:
1) раздельное использование в одном аппарате нескольких абсорбентов, каждый из которых селективно извлекает из потока очищаемого газа конкретную примесь;1) separate use in a single apparatus of several absorbents, each of which selectively extracts a specific impurity from the stream of purified gas;
2) абсорбционное извлечение каждой извлекаемой примеси в оптимальном для нее режиме;2) absorption extraction of each recoverable impurity in the optimal mode for it;
3) уменьшение диаметра колонны и ее материалоемкости за счет дробной подачи абсорбента в зону абсорбции в оптимальном режиме;3) reducing the diameter of the column and its material consumption due to the fractional supply of absorbent to the absorption zone in the optimal mode;
4) существенное увеличение производительности колонны при ее реконструкции за счет наращивания ее высоты с одновременным эквивалентным увеличением подачи абсорбента без захлебывания контактных массообменных устройств.4) a significant increase in the performance of the column during its reconstruction by increasing its height with a simultaneous equivalent increase in the supply of absorbent material without choking the contact mass transfer devices.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей, включающем противоточный контакт очищаемого газа и регенерированного абсорбента в массообменной колонне с получением очищенного газа и насыщенного абсорбента, насадочное контактное устройство массообменной колонны разделяют по высоте на самостоятельные массообменные секции с противоточным или перекрестноточным движением очищаемого газа и регенерированного абсорбента, при этом поток очищаемого газа последовательно пропускают через все самостоятельные массообменные секции массообменной колонны снизу вверх, поток регенерированного абсорбента вводят в верхнюю часть каждой самостоятельной массообменной секции, а поток насыщенного абсорбента выводят из нижней части каждой самостоятельной массообменной секции. Подобное секционирование абсорбционного процесса по жидкой фазе (абсорбенту) позволяет при непрерывном прохождении очищаемого газа снизу вверх формировать оптимальные условия абсорбционной очистки газа в каждой отдельной секции, в частности, появляется возможность увеличения движущей силы абсорбционного процесса и за счет этого его интенсификации, поскольку в каждую секцию вводится регенерированный абсорбент, тогда как обычно в абсорбционной колонне по ее высоте очищаемый газ контактирует с уже частично насыщенным абсорбентом. Кроме того, за счет уменьшения нагрузки контактных устройств массообменной колонны по жидкой фазе, приходящейся на одну самостоятельную массообменную секцию, появляется возможность уменьшения диаметра массообменной колонны, проходного сечения контактных устройств по жидкой фазе и снижения материалоемкости аппарата в целом.The solution to this problem is achieved by the fact that in the method of absorption cleaning of gases from unwanted impurities, including countercurrent contact of the gas to be purified and the regenerated absorbent in the mass transfer column to obtain purified gas and a saturated absorbent, the nozzle contact device of the mass transfer column is divided in height into independent mass transfer sections with countercurrent or cross-flow movement of the purified gas and the regenerated absorbent, while the flow of the purified gas is sequentially they are passed from bottom to top through all independent mass transfer sections of the mass transfer column, the regenerated absorbent stream is introduced into the upper part of each independent mass transfer section, and the saturated absorbent stream is withdrawn from the bottom of each independent mass transfer section. Such sectioning of the absorption process in the liquid phase (absorbent) allows for the continuous passage of the gas to be cleaned from bottom to top to form optimal conditions for gas absorption cleaning in each individual section, in particular, it becomes possible to increase the driving force of the absorption process and thereby intensify it, since in each section a regenerated absorbent is introduced, whereas usually in the absorption column, the gas to be purified is in contact with an already partially saturated absorbent along its height. In addition, by reducing the load of the contact devices of the mass transfer column in the liquid phase per one independent mass transfer section, it becomes possible to reduce the diameter of the mass transfer column, the passage section of the contact devices in the liquid phase and reduce the material consumption of the apparatus as a whole.
При наличии в очищаемом газе одной извлекаемой примеси в каждую самостоятельную массообменную секцию и/или группы смежных самостоятельных массообменных секций подают один вид селективного регенерированного абсорбента, расход которого в каждую секцию определяется движущей силой абсорбционного процесса в конкретной секции, при этом потоки насыщенного абсорбента, выводимые из нижней части каждой самостоятельной массообменной секции и/или группы смежных самостоятельных массообменных секций, для регенерации объединяют в общий поток за пределами массообменной колонны.If there is one recoverable impurity in the gas to be cleaned, one type of selective regenerated absorbent is supplied to each independent mass transfer section and / or groups of adjacent independent mass transfer sections, the flow rate of which is determined in each section by the driving force of the absorption process in a particular section, while the flows of saturated absorbent derived from the lower part of each independent mass transfer section and / or a group of adjacent independent mass transfer sections, for regeneration are combined into a common flow outside the exchange column.
Целесообразно, чтобы изменение концентрации извлекаемой примеси для каждой самостоятельной массообменной секции dC принималось одинаковым для всех самостоятельных массообменных секций и определялось по уравнению: It is advisable that the change in the concentration of the recoverable impurity for each independent mass transfer section dC is assumed to be the same for all independent mass transfer sections and determined by the equation:
dC=(CН - СК)/N ,dC = (C H - C K ) / N,
где CН – концентрация извлекаемой примеси в очищаемом газе на входе в массообменную колонну,where C N is the concentration of the recoverable impurities in the gas to be purified at the inlet to the mass transfer column,
СК – концентрация извлекаемой примеси в очищаемом газе на выходе из массообменной колонны,With K is the concentration of the extracted impurities in the gas to be purified at the outlet of the mass transfer column,
N – число самостоятельных массообменных секций по высоте массообменной колонны, поскольку при этом обеспечивается одинаковое количество регенерированного абсорбента, подаваемого в каждую самостоятельную массообменную секцию. N is the number of independent mass transfer sections along the height of the mass transfer column, since this ensures the same amount of regenerated absorbent supplied to each independent mass transfer section.
Возможна также минимизация суммарного расхода регенерированного абсорбента за счет подачи оптимального расхода регенерированного абсорбента в каждую самостоятельную массообменную секцию, при этом минимальный расход регенерированного абсорбента определяют по такому распределению концентраций извлекаемой примеси на входе газа в j-тую самостоятельную массообменную секцию СН,J и на выходе из нее С К,J, что It is also possible to minimize the total flow rate of the regenerated absorbent by supplying the optimal flow rate of the regenerated absorbent to each independent mass transfer section, while the minimum flow rate of the regenerated absorbent is determined by such a distribution of the concentrations of recoverable impurities at the gas inlet to the j-th independent mass transfer section C H, J and at the output out of her ck, j that
Σ(СН,J - СК,J)/(K*СК,J)=min,Σ (С Н, J - С К, J ) / (K * С К, J ) = min,
где К – константа Генри при абсорбции.where K is the Henry constant during absorption.
При наличии в исходном газе двух или более извлекаемых примесей, существенно отличающихся сродством к абсорбентам, в каждую самостоятельную массообменную секцию и/или группы смежных самостоятельных массообменных секций для извлечения конкретной примеси подают соответствующий вид селективного регенерированного абсорбента, что позволяет обеспечить оптимальные условия абсорбционного извлечения каждой из примесей, уменьшить высоту и материалоемкость колонны. Температура абсорбционной очистки в каждой самостоятельной массообменной секции регулируют за счет изменения температуры регенерированного абсорбента, нагреваемого или охлаждаемого в дополнительных внешних теплообменниках.If there are two or more recoverable impurities in the feed gas that differ substantially in affinity for absorbents, an appropriate type of selective regenerated absorbent is fed to each independent mass transfer section and / or groups of adjacent independent mass transfer sections to extract a particular impurity, which allows optimal conditions for the absorption extraction of each of impurities, reduce the height and material intensity of the column. The temperature of the absorption cleaning in each independent mass transfer section is controlled by changing the temperature of the regenerated absorbent heated or cooled in additional external heat exchangers.
Целесообразно для увеличения извлечения конкретной примеси в одну или несколько самостоятельных массообменных секций с перекрестноточным движением очищаемого газа и регенерированного абсорбента осуществлять дополнительный ввод одного или нескольких потоков одного вида селективного регенерированного абсорбента на промежуточные ступени с одинаковыми или разными параметрами. It is advisable to increase the extraction of a particular impurity in one or more independent mass transfer sections with cross-flow movement of the gas to be cleaned and the regenerated absorbent to carry out additional input of one or several streams of one type of selective regenerated absorbent to intermediate stages with the same or different parameters.
Поставленная задача решается также тем, что в массообменной колонне абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей, включающей вертикальный корпус для противоточного контакта очищаемого газа и регенерированного абсорбента в насадочном контактном устройстве, штуцера ввода очищаемого и вывода очищенного газа, насадочное контактное устройство разделяют по высоте на самостоятельные массообменные секции с противоточным или перекрестноточным движением очищаемого газа и регенерированного абсорбента, при этом каждую самостоятельную массообменную секцию отделяют от смежной самостоятельной массообменной секции глухой тарелкой и снабжают в верхней части низконапорным распределителем жидкости с штуцером ввода регенерированного абсорбента, при этом глухую тарелку оборудуют аккумулятором для сбора насыщенного абсорбента с штуцером вывода насыщенного абсорбента из корпуса массообменной колонны и патрубком для перехода очищаемого газа из нижерасположенной самостоятельной массообменной секции в вышерасположенную самостоятельную массообменную секцию сквозь глухую тарелку. Секционирование по высоте насадочного контактного устройства с образованием самостоятельных массообменных секций и индивидуальной подачей в них регенерированного абсорбента позволяет уменьшить нагрузку жидкой фазы на контактные устройства, уменьшить их поперечное сечение и металлоемкость аппарата в целом.The problem is also solved by the fact that in the mass transfer column for gas absorption from unwanted impurities, including a vertical housing for counter-current contact of the gas to be cleaned and the regenerated absorbent in the nozzle contact device, the nozzle for the input of the purified and output of the purified gas, the nozzle contact device is divided in height into independent mass transfer sections with counter-current or cross-flow movement of the gas to be cleaned and the regenerated absorbent, each of which is independent the mass transfer section is separated from the adjacent independent mass transfer section by a blank plate and equipped with a low-pressure liquid distributor with a nozzle for introducing a regenerated absorbent in the upper part, while a blank plate is equipped with a battery for collecting saturated absorbent with a nozzle for removing a saturated absorbent from the mass transfer column casing and a nozzle for transition from the downstream independent mass transfer section to the upstream independent mass transfer section through g onion plate. Sectionalization of the height of the packed contact device with the formation of independent mass transfer sections and the individual supply of regenerated absorbent into them makes it possible to reduce the load of the liquid phase on the contact devices, to reduce their cross section and metal consumption of the apparatus as a whole.
Целесообразно в самостоятельной массообменной секции с противоточным или перекрестноточным движением очищаемого газа и регенерированного абсорбента использовать регулярную насадку системы PETON, которая при противоточном движении очищаемого газа и регенерированного абсорбента формирует развитую поверхность раздела фаз и имеет высокую порозность, а при перекрестноточном движении фаз образует в самостоятельной массообменной секции пакет насадки с независимыми сечениями для прохода потока очищаемого газа по горизонтальной и стока абсорбента по вертикальной оси пакета насадки. It is advisable to use a regular nozzle of the PETON system in an independent mass transfer section with counter-current or cross-flow movement of the gas to be cleaned and the regenerated absorbent, which, when the gas and gas are regenerated in countercurrent movement, forms a developed phase interface and has a high porosity, and forms a separate mass-exchange section in cross-flow movement pack of nozzles with independent sections for the passage of the stream of gas to be cleaned horizontally and drain a sorbent vertical nozzle axis packet.
Для достижения большей эффективности контакта фаз целесообразно использовать в самостоятельной массообменной секции с перекрестноточным движением очищаемого газа и регенерированного абсорбента несколько промежуточных ступеней регулярной насадки системы PETON, разделенных промежуточными низконапорными распределителями жидкости и промежуточными устройствами для ввода регенерированного абсорбента. To achieve greater phase contact efficiency, it is advisable to use several intermediate stages of the regular nozzle of the PETON system in an independent mass transfer section with cross-flow movement of the gas to be cleaned and the regenerated absorbent separated by intermediate low-pressure liquid distributors and intermediate devices for introducing the regenerated absorbent.
Целесообразно, чтобы патрубки двух последовательно расположенных глухих тарелок размещать с разных сторон от регулярной насадки самостоятельной массообменной секции по ходу движения очищаемого газа.It is advisable that the nozzles of two consecutively mounted blank plates be placed on opposite sides of the regular nozzle of the independent mass transfer section along the path of the gas to be cleaned.
В тех случаях, когда в нескольких смежных самостоятельных массообменных секциях используется один вид абсорбента, штуцер вывода насыщенного абсорбента из корпуса массообменной колонны вышележащей самостоятельной массообменной секции и штуцер ввода регенерированного абсорбента в низконапорный распределитель жидкости нижележащей самостоятельной массообменной секции снабжают переточной трубой, при этом в колонне абсорбционной очистки газов из М смежных самостоятельных массообменных секций, снабженных М-1 переточной трубой, формируют группу смежных самостоятельных массообменных секций, в которую подают один вид селективного абсорбента. Число смежных самостоятельных массообменных секций М в группе смежных самостоятельных массообменных секций определяют из условия:In cases where several adjacent independent mass transfer sections use one type of absorbent, the outlet of the saturated absorbent from the body of the mass transfer column of the overlying independent mass transfer section and the nozzle of the input of the regenerated absorbent into the low-pressure liquid distributor of the underlying independent mass transfer section are provided with an overflow pipe, while gas purification from M adjacent independent mass transfer sections equipped with M-1 transfer pipe, forming there is a group of adjacent independent mass transfer sections into which one type of selective absorbent is fed. The number of adjacent independent mass transfer sections M in the group of adjacent independent mass transfer sections is determined from the condition:
, ,
где Z – необходимая глубина извлечения конкретной примеси в данной группе смежных самостоятельных массообменных секций,where Z is the required depth of extraction of a particular impurity in this group of adjacent independent mass transfer sections,
Zi – глубина извлечения конкретной примеси в одной самостоятельной массообменной секции. Z i - the depth of extraction of a particular impurity in one independent mass transfer section.
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фигурах 1-7, содержащих следующие позиции, представлен ряд вариантов конструктивного и технологического решения способа и колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей: The invention is illustrated by drawings, where in figures 1-7, containing the following positions, presents a number of options for the structural and technological solutions of the method and columns for the absorption of gases from unwanted impurities:
1 – вертикальный корпус массообменной колонны;1 - a vertical casing of the mass transfer column;
2 – штуцер ввода очищаемого газа;2 - nozzle of the input of the purified gas;
3 – штуцер вывода очищенного газа;3 - outlet fitting of purified gas;
4 – регулярная насадка;4 - regular nozzle;
5 – низконапорный распределитель жидкости;5 - low-pressure fluid dispenser;
6 – штуцер ввода регенерированного абсорбента;6 - nozzle input regenerated absorbent;
7 – глухая тарелка;7 - a blank plate;
8 – аккумулятор для сбора насыщенного абсорбента; 8 - battery for collecting saturated absorbent;
9 – штуцер вывода насыщенного абсорбента;9 - outlet fitting saturated absorbent;
10 – патрубок;10 - pipe;
11 – перемычка;11 - jumper;
12 – переточная труба;12 - transfer pipe;
13 – закрытый клапан;13 - closed valve;
14 – открытый клапан.14 - open valve.
На фигуре 1 приведен общий вид массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей с насадочным контактным устройством в виде регулярной насадки системы PETON, разделенным на восемь самостоятельных массообменных секций с возможностью ввода регенерированного абсорбента и вывода насыщенного абсорбента для каждой самостоятельной массообменной секции. Очищаемый газ через штуцер ввода очищаемого газа 2 поступает в вертикальный корпус массообменной колонны 1, где в каждой из восьми самостоятельных массообменных секций размещена регулярная насадка 4, и, последовательно перемещаясь снизу вверх, контактирует в каждой самостоятельной массообменной секции с потоком регенерированного абсорбента, направляемого в верхнюю часть каждой самостоятельной массообменной секции через штуцер ввода регенерированного абсорбента 6 и низконапорный распределитель жидкости 5. Полученный в результате контакта частично очищенный газ через патрубок 10 глухой тарелки 7 переходит из нижерасположенной самостоятельной массообменной секции в вышерасположенную самостоятельную массообменную секцию для углубления очистки с помощью потока свежего регенерированного абсорбента. Поток очищенного газа после последовательного прохождения снизу вверх всех самостоятельных массообменных секций выводится из вертикального корпуса массообменной колонны 1 через штуцер вывода очищенного газа 3. Поток насыщенного абсорбента после контакта с очищаемым газом накапливается в аккумуляторе для сбора насыщенного абсорбента 8 глухой тарелки 7 и оттуда через штуцер вывода насыщенного абсорбента 9 выводится из каждой самостоятельной массообменной секции за пределы вертикального корпуса массообменной колонны 1 для проведения регенерации. Чтобы не допустить проскока очищаемого газа в каждой самостоятельной массообменной секции установлена перемычка 11, которая с одной стороны сопряжена с вертикальным корпусом массообменной колонны 1, а с другой – с регулярной насадкой 4. The figure 1 shows a General view of the mass transfer column of gas absorption from unwanted impurities with a nozzle contact device in the form of a regular nozzle of the PETON system, divided into eight independent mass transfer sections with the possibility of introducing a regenerated absorbent and output of a saturated absorbent for each independent mass transfer section. The cleaned gas through the inlet of the cleaned
На фигуре 2 приведен принцип работы одной самостоятельной массообменной секции массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей c перекрестноточным движением очищаемого газа и регенерированного абсорбента в регулярной насадке системы PETON, где с помощью сплошных линий со стрелками отображено движение потока жидкого абсорбента, а с помощью пунктирных – движение потока очищаемого газа. В процессе контакта горизонтального потока очищаемого газа с нисходящим по регулярной насадке 4 в пленочном режиме потока регенерированного абсорбента происходит перенос извлекаемой примеси из газовой фазы в жидкую. Нормальное сечение массообменной колонны в силу специфики конструкции заполнено насадочным контактным устройством частично. The figure 2 shows the principle of operation of one independent mass transfer section of the mass transfer column of gas absorption from unwanted impurities with cross-flow movement of the gas to be cleaned and the regenerated absorbent in the regular nozzle of the PETON system, where the flow of liquid absorbent is shown by solid lines with arrows, and by dotted lines the movement of the stream of gas being purified In the process of contact of the horizontal stream of the gas to be cleaned with the regenerated absorbent flowing downwards along the
На фигуре 3 приведен принцип работы одной самостоятельной массообменной секции массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей с противоточным движением очищаемого газа и регенерированного абсорбента в регулярной насадке, где с помощью сплошных линий со стрелками отображено движение потока жидкого абсорбента, а с помощью пунктирных – движение потока очищаемого газа. В процессе контакта вертикального восходящего потока очищаемого газа с нисходящим по регулярной насадке 4 в пленочном режиме потока регенерированного абсорбента происходит перенос извлекаемого компонента из газовой фазы в жидкую. Нормальное сечение массообменной колонны в силу специфики конструкции заполнено насадочным устройством полностью.The figure 3 shows the principle of operation of one independent mass transfer section of the mass transfer column of gas absorption from unwanted impurities with countercurrent movement of the gas to be cleaned and the regenerated absorbent in a regular nozzle, where the flow of liquid absorbent is shown by solid lines with arrows, and the flow movement by dashed lines purified gas. In the process of contact of the vertical upward flow of the gas to be cleaned with the
На фигуре 4 приведен вариант работы массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей с насадочным контактным устройством в виде регулярной насадки, разделенным на восемь самостоятельных массообменных секций, при котором в каждую самостоятельную массообменную секцию вводится сверху регенерированный абсорбент а1р через штуцер ввода регенерированного абсорбента 6 и выводится снизу через штуцер вывода насыщенного абсорбента 9 насыщенный абсорбент а1н. В процессе контакта горизонтального потока очищаемого газа с нисходящим по регулярной насадке 4 в пленочном режиме потока регенерированного абсорбента происходит перенос извлекаемой примеси из газовой фазы в жидкую, при этом поток очищаемого газа проходит последовательно снизу вверх все самостоятельные массообменные секции, контактируя с относительно небольшой порцией регенерированного абсорбента в каждой самостоятельной массообменной секции, что эквивалентно снижению нагрузки по жидкой фазе на контактные массообменные устройства. The figure 4 shows a variant of the operation of the mass transfer column for gas absorption from unwanted impurities with a packed contact device in the form of a regular nozzle, divided into eight independent mass transfer sections, in which a regenerated absorbent a 1 p is introduced from above into each independent mass transfer section through a nozzle for input of the regenerated
На фигуре 5 приведен вариант работы массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей с насадочным контактным устройством в виде регулярной насадки, разделенным на восемь самостоятельных массообменных секций, при котором при помощи двух различных регенерированных абсорбентов а1 и а2 извлекаются примеси, существенно отличающиеся сродством к абсорбентам, при этом в каждую из четырех нижних самостоятельных массообменных секций вводится сверху через штуцер ввода регенерированного абсорбента 6 регенерированный абсорбент а1р и отводится снизу через штуцер вывода насыщенного абсорбента 9 насыщенный абсорбент а1н, а в каждую из четырех верхних самостоятельных массообменных секций вводится сверху через штуцер ввода регенерированного абсорбента 6 регенерированный абсорбент а2р и отводится снизу через штуцер вывода насыщенного абсорбента 9 насыщенный абсорбент а2н. Поток очищаемого газа проходит последовательно снизу вверх все самостоятельные массообменные секции, контактируя с относительно небольшой порцией регенерированного абсорбента в каждой самостоятельной массообменной секции, что эквивалентно снижению нагрузки по жидкой фазе на контактные массообменные устройства. Использование двух селективных абсорбентов позволяет подобрать как оптимальный расход каждого абсорбента и соответствующий технологический режим для каждой самостоятельной массообменной секции, так и конструктивные размеры элементов регулярной насадки 4. The figure 5 shows a variant of the operation of the mass transfer column of gas absorption from unwanted impurities with a packed contact device in the form of a regular nozzle, divided into eight independent mass transfer sections, in which impurities are extracted using two different regenerated absorbents a 1 and a 2 , which differ significantly in affinity for absorbents, while in each of the four lower independent mass transfer sections is introduced from above through the input nozzle of the regenerated absorbent 6 regenerated the absorbent a 1 p and is discharged from below through the outlet port of the saturated absorbent 9 saturated absorbent a 1 n, and into each of the four upper independent mass transfer sections, the regenerated absorbent a 2 p is introduced from above through the inlet port of the regenerated
На фигуре 6 приведен вариант работы массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей с насадочным контактным устройством в виде регулярной насадки, разделенным на восемь самостоятельных массообменных секций, при котором при помощи трех различных регенерированных абсорбентов а1, а2 и а3 извлекаются примеси, существенно отличающиеся сродством к абсорбентам, при этом в каждую из двух нижних самостоятельных массообменных секций вводится сверху через штуцер ввода регенерированного абсорбента 6 регенерированный абсорбент а1р и отводится снизу через штуцер вывода насыщенного абсорбента 9 насыщенный абсорбент а1н, в каждую из четырех средних самостоятельных массообменных секций вводится сверху через штуцер ввода регенерированного абсорбента 6 регенерированный абсорбент а2р и отводится снизу через штуцер вывода насыщенного абсорбента 9 насыщенный абсорбент а2н, а в каждую из двух верхних самостоятельных массообменных секций вводится сверху через штуцер ввода регенерированного абсорбента 6 регенерированный абсорбент а3р и отводится снизу через штуцер вывода насыщенного абсорбента 9 насыщенный абсорбент а3н. Поток очищаемого газа проходит последовательно снизу вверх все самостоятельные массообменные секции, контактируя с относительно небольшой порцией регенерированного абсорбента в каждой самостоятельной массообменной секции, что эквивалентно снижению нагрузки по жидкой фазе на контактные массообменные устройства. Использование трех селективных регенерированных абсорбентов позволяет извлекать раздельно три примесных компонента из очищаемого газа, подобрать как оптимальный расход каждого абсорбента и соответствующий технологический режим для каждой самостоятельной массообменной секции, так и конструктивные размеры элементов регулярной насадки 4.Figure 6 shows a variant of the operation of a mass transfer column for gas absorption from unwanted impurities with a packed contact device in the form of a regular nozzle, divided into eight independent mass transfer sections, in which impurities are extracted using three different regenerated absorbents a 1 , 2 and a 3 , substantially characterized by affinity for absorbents, while in each of the two lower independent mass transfer sections is introduced from above through the input nozzle of the regenerated absorbent 6 regenerated th absorbent and 1 p and discharged from the bottom through the connection output rich absorbent 9 saturated absorbent and 1 N, in each of the four secondary independent mass transfer sections is introduced from above through a nozzle entering the regenerated absorption medium 6 regenerated absorbent and 2 r and is discharged from the bottom through the connection output rich absorbent 9 saturated absorbent a 2 N, and into each of the two upper independent mass transfer sections is introduced from above through the inlet of the regenerated absorbent 6; the regenerated absorbent a 3 p and is discharged from below through the outlet connector of the saturated absorbent 9 saturated absorbent a 3 N. The stream of gas to be purified passes sequentially from the bottom up to all independent mass transfer sections, in contact with a relatively small portion of the regenerated absorbent in each independent mass transfer section, which is equivalent to reducing the load on the liquid phase on the contact mass transfer devices. The use of three selective regenerated absorbents makes it possible to extract separately three impurity components from the gas to be cleaned, to select both the optimal flow rate of each absorbent and the corresponding technological regime for each independent mass transfer section, as well as the structural dimensions of the
На фигуре 7 приведен вариант работы массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей с насадочным контактным устройством в виде регулярной насадки, разделенным на восемь самостоятельных массообменных секций, при котором при помощи трех различных регенерированных абсорбентов а1, а2 и а3 извлекаются примеси, существенно отличающиеся сродством к абсорбентам, при этом три нижние самостоятельные массообменные секции объединены в первую группу смежных самостоятельных массообменных секций при помощи переточных труб 12, сверху в первую группу секций вводится через штуцер ввода регенерированного абсорбента 6 регенерированный абсорбент а1р и снизу отводится через штуцер вывода насыщенного абсорбента 9 насыщенный абсорбент а1н, две средние самостоятельные массообменные секций объединены во вторую группу смежных самостоятельных массообменных секций при помощи переточной трубы 12, сверху во вторую группу секций вводится через штуцер ввода регенерированного абсорбента 6 регенерированный абсорбент а2р и с низа отводится через штуцер вывода насыщенного абсорбента 9 насыщенный абсорбент а2н, а три верхние самостоятельные массообменные секций объединены в третью группу смежных самостоятельных массообменных секций при помощи переточных труб 12, сверху в третью группу секций вводится через штуцер ввода регенерированного абсорбента 6 регенерированный абсорбент а3р и с низа отводится через штуцер вывода насыщенного абсорбента 9 насыщенный абсорбент а3н, при этом на переточных трубах 12 открытые клапаны 14, а на штуцерах вывода насыщенного абсорбента 9 и ввода регенерированного абсорбента 6 для двух смежных секций закрытые клапаны 13. Таким образом, массообменная колонна абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей с насадочным контактным устройством в виде регулярной насадки, разделенным на восемь самостоятельных массообменных секций, становится эквивалентна трем классическим абсорбционным колоннам, состоящим соответственно из трех, двух и трех секций, в которых применены различные регенерированные абсорбенты. Поток очищаемого газа проходит последовательно снизу вверх все три группы самостоятельных массообменных секций, контактируя с относительно небольшими порциями регенерированного абсорбента в каждой группе самостоятельных массообменных секций, что эквивалентно снижению нагрузки по жидкой фазе на контактные массообменные устройства. Использование трех селективных регенерированных абсорбентов позволяет извлекать раздельно три примесных компонента из очищаемого газа, подобрать как оптимальный расход каждого регенерированного абсорбента и соответствующий технологический режим для каждой группы самостоятельных массообменных секций, так и конструктивные размеры элементов регулярной насадки 4. В отличие от варианта, приведенного на фигуре 6, в данном случае отпадает необходимость в дополнительных смесителях для усреднения состава насыщенного абсорбента перед регенерацией, отводимого с низа каждой самостоятельной массообменной секции через штуцер вывода насыщенного абсорбента 9.The figure 7 shows a variant of the operation of the mass transfer column of gas absorption from unwanted impurities with a packed contact device in the form of a regular nozzle, divided into eight independent mass transfer sections, in which three different regenerated absorbents a 1 , 2 and a 3 are removed impurities characterized by affinity for absorbents, while the three lower independent mass transfer sections are combined into the first group of adjacent independent mass transfer sections using regrinding pipes 12, the top is injected through input socket in the first sections of the group of the regenerated absorption medium 6 regenerated absorbent and 1 p and bottom removed through saturated absorbent output connector 9 saturated absorbent and 1 N, two secondary independent mass exchange sections are combined into a second group of adjacent independent mass transfer sections using transfer pipe 12, from above into the second group of sections is introduced through the nozzle input regenerated absorbent 6 regenerated absorbent a 2 p and from the bottom is discharged through the outlet fitting sat ennogo absorbent 9 saturated absorbent and 2N, and the top three independent mass exchange sections are combined into a third group of adjacent independent mass transfer sections by means of downcomers 12, from above into the third section group is introduced via the connection input regenerated absorption medium 6 regenerated absorbent and 3 r and bottom removed through fitting 9 O saturated absorbent saturated absorbent and 3N, the downcomers 12 to open valves 14, and output fittings saturated absorbent 9 and the regenerated input absor Enta 6 for two adjacent sections closed valves 13. Thus, the mass transfer column for gas absorption from unwanted impurities with a regular contact packing device divided into eight independent mass transfer sections becomes equivalent to three classical absorption columns consisting of three, two and three sections in which various regenerated absorbents are used. The stream of gas to be purified passes sequentially from the bottom up to all three groups of independent mass transfer sections, in contact with relatively small portions of regenerated absorbent in each group of independent mass transfer sections, which is equivalent to a decrease in the liquid phase load on the contact mass transfer devices. The use of three selective regenerated absorbents makes it possible to separately extract three impurity components from the gas to be cleaned, to select both the optimal flow rate of each regenerated absorbent and the appropriate technological regime for each group of independent mass transfer sections, as well as the structural dimensions of the elements of the
Дополнительным преимуществом заявляемого изобретения является простота реконструкции действующих абсорбционных колонн под признаки заявляемого изобретения, которая заключается при сохранении корпуса абсорбционной колонны и действующих контактных устройств, каждое из которых становится самостоятельной массообменной секцией, в дополнительной установке штуцеров ввода регенерированного абсорбента 6 и вывода насыщенного абсорбента 9 для каждой самостоятельной массообменной секции, а также глухих тарелок 7 с аккумуляторами для сбора насыщенного абсорбента 8. An additional advantage of the claimed invention is the simplicity of the reconstruction of the existing absorption columns to the features of the claimed invention, which consists in maintaining an intake mass transfer section and the outlet of the saturated
Преимущества заявляемого изобретения проиллюстрированы примерами расчета массообменных колонн абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей, выполненными методом математического моделирования процесса очистки этановой фракции.The advantages of the claimed invention are illustrated by examples of calculation of mass transfer columns for gas absorption absorption from undesirable impurities, performed by the method of mathematical modeling of the ethane fraction purification process.
Исходные данные:Initial data:
• расход этановой фракции — 100000 нм3/ч (143700 кг/ч);• consumption of ethane fraction - 100000 nm 3 / h (143700 kg / h);
• состав этановой фракции, %масс.:• composition of the ethane fraction,% mass .:
азот – 1,368 nitrogen - 1,368
метан – 2,000 methane - 2,000
этан – 60,000 ethane - 60,000
сероводород – 15,742 hydrogen sulfide - 15.742
диоксид углерода – 16,236 carbon dioxide - 16,236
пропан – 4,654; propane - 4.644;
• состав регенерированного абсорбента, % масс.:• composition of the regenerated absorbent,% mass .:
диэтаноламин – 16,141 diethanolamine - 16.141
метилдиэтаноламин – 16,872 methyldiethanolamine - 16.872
вода – 66,872 water - 66.872
сероводород – 0,081 hydrogen sulfide - 0,081
диоксид углерода – 0,034; carbon dioxide - 0,034;
• давление в абсорбционной колонне – 40 кг/см2;• pressure in the absorption column is 40 kg / cm 2 ;
• температура, 0С:• temperature, 0 С:
ввода очищаемого газа в колонну – 25; introducing purified gas into the column - 25;
ввода регенерированного абсорбента – 40; input regenerated absorbent - 40;
• число теоретических тарелок в колонне – 8;• the number of theoretical plates in the column is 8;
• число самостоятельных массообменных секций, эквивалентное одной теоретической тарелке – 2;• the number of independent mass transfer sections, equivalent to one theoretical plate - 2;
• высота одной самостоятельной массообменной секций – 1 м;• the height of one independent mass transfer sections is 1 m;
• удельная нагрузка по жидкой фазе на перекрестноточное контактное устройство в горизонтальном сечении – 180 м3/(м2*ч);• the specific load in the liquid phase on the cross-flow contact device in horizontal section is 180 m 3 / (m 2 * h);
• площадь горизонтального сечения контактного устройства в колонне диаметром D составляет D2/4.• horizontal cross-sectional area of the contact device in a column with a diameter D is D 2/4.
Пример 1. Выполнен расчет процесса очистки этановой фракции от сероводорода и диоксида углерода водным раствором аминов при подаче регенерированного абсорбента на верх массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей и постепенным его насыщением кислыми компонентами в классическом варианте абсорбционной колонны, соответствующем варианту последовательного контакта всего регенерированного абсорбента с очищаемым газом на всех контактных устройствах аппарата в виде восьми теоретических тарелок, соответствующих одной группе самостоятельных массообменных секций, включающей шестнадцать самостоятельных массообменных секций в массообменной колонне, эквивалентную классическому противотоку очищаемого газа и регенерированного абсорбента в абсорбционной колонне как прототипу. Результаты расчета приведены в таблице 1. Для эффективной очистки этановой фракции от кислых газов необходимо обеспечить ввод на верх массообменной колонны регенерированного абсорбента в количестве 960 т/ч. В этом случае площадь горизонтального сечения насадочного контактного устройства в массообменной колонне составит 5,3 м2, а диаметр колонны – 4,6 м. Высота массообменной колонны составит 20,6 м.Example 1. The calculation of the process of purification of the ethane fraction from hydrogen sulfide and carbon dioxide with an aqueous solution of amines when the regenerated absorbent was fed to the top of the mass transfer column for gas purification from undesirable impurities and gradually saturating it with acidic components in the classic version of the absorption column corresponding to the variant of successive contact of the entire regenerated absorbent with purified gas on all contact devices of the apparatus in the form of eight theoretical plates, respectively uyuschih one group of independent mass transfer sections consisting of sixteen independent of mass transfer in a mass transfer column sections, equivalent to the classical countercurrent gas to be cleaned and the regenerated absorption medium in an absorption column as a prototype. The calculation results are shown in table 1. For effective purification of the ethane fraction from acid gases, it is necessary to ensure that the amount of 960 t / h of regenerated absorbent is introduced onto the top of the mass transfer column. In this case, the horizontal cross-sectional area of the packed contact device in the mass transfer column will be 5.3 m 2 and the diameter of the column will be 4.6 m. The height of the mass transfer column will be 20.6 m.
Пример 2. Выполнен расчет процесса очистки этановой фракции от сероводорода и диоксида углерода водным раствором аминов при разделении массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей на четыре группы самостоятельных массообменных секций, при этом каждая группа самостоятельных массообменных секций состоит из четырех самостоятельных массообменных секций и эквивалентна двум теоретическим тарелкам. Регенерированный абсорбент равными порциями подается на верх каждой группы самостоятельных массообменных секций, контактирует с постепенно очищающейся этановой фракцией и отводится после насыщения кислыми примесями с низа каждой группы самостоятельных массообменных секций. Характеристики потоков газовой и жидкой фаз по всем четырем группам самостоятельных массообменных секций массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей приведены в таблице 2. Для эффективной очистки этановой фракции от кислых газов необходимо обеспечить ввод на верх каждой группы самостоятельных массообменных секций массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей регенерированного абсорбента в количестве 240 т/ч. В этом случае площадь горизонтального сечения насадочного контактного устройства в массообменной колонне абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей составит 1,3 м2, а диаметр колонны – 2,3 м. Высота массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей составит 18,3 м.Example 2. The calculation of the process of cleaning the ethane fraction from hydrogen sulfide and carbon dioxide with an aqueous solution of amines when dividing the mass transfer column of gas absorption from unwanted impurities into four groups of independent mass transfer sections, each group of independent mass transfer sections consists of four independent mass transfer sections and is equivalent to two theoretical plates. Regenerated absorbent is supplied in equal portions to the top of each group of independent mass transfer sections, comes into contact with a gradually refining ethane fraction and is removed after saturation with acidic impurities from the bottom of each group of independent mass transfer sections. The characteristics of the flows of gas and liquid phases for all four groups of independent mass transfer sections of the mass transfer column of gas absorption from undesirable impurities are shown in Table 2. For effective cleaning of the ethane fraction from acid gases, it is necessary to ensure that the top of each group of independent mass transfer sections of the mass transfer column of gas exchange absorption from unwanted impurities of the regenerated absorbent in an amount of 240 t / h In this case, the horizontal cross-sectional area of the packed contact device in the mass transfer column of gas absorption from undesirable impurities will be 1.3 m 2 and the column diameter is 2.3 m. The height of the mass exchange column of gas absorption from undesirable impurities will be 18.3 m.
Сравнение результатов расчетов примеров 1 и 2 показывает, что в результате секционирования по высоте массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей с образованием самостоятельных массообменных секций, объединенных в четыре группы самостоятельных массообменных секций и индивидуальной подачей в них регенерированного абсорбента позволяет в четыре раза снизить материалоемкость контактных устройств массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей и, опосредовано, в два раза уменьшить капитальные затраты на изготовление корпуса колонны при практическом равенстве качества конечных продуктов – очищенного газа и насыщенного абсорбента. Так, например, содержание этана, сероводорода и диоксида углерода в очищенном газе составляет соответственно 88,0951, 0,0002 и 0,0000 % масс., а в прототипе 88,0956, 0,0001 и 0,0000 % масс. при содержании этих компонентов в исходном газе 60,000, 15,742 и 16,236 % масс.A comparison of the calculation results of examples 1 and 2 shows that as a result of the height-sectioning of the mass transfer column of gas absorption from undesirable impurities with the formation of independent mass transfer sections, combined into four groups of independent mass transfer sections and the individual supply of regenerated absorbent to them, the contact material consumption can be reduced four times devices of mass transfer columns for gas absorption absorption from undesirable impurities and, indirectly, twice as smart to increase capital costs for the manufacture of the column body with the practically equal quality of the final products - purified gas and saturated absorbent. So, for example, the content of ethane, hydrogen sulfide and carbon dioxide in the purified gas is 88.0951, 0.0002 and 0.0000% by mass, respectively, and in the prototype 88.0956, 0.0001 and 0.0000% by mass. when the content of these components in the source gas 60,000, 15,742 and 16.236% of the mass.
Пример 3. Выполнен расчет процесса очистки этановой фракции от сероводорода и диоксида углерода водным раствором аминов при разделении массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей на три группы самостоятельных массообменных секций, при этом каждая группа эквивалентна двум теоретическим тарелкам и состоит их четырех самостоятельных массообменных секций. Регенерированный абсорбент равными порциями подается на верх каждой группы самостоятельных массообменных секций, контактирует с постепенно очищающейся этановой фракцией и отводится после насыщения кислыми примесями с низа каждой группы самостоятельных массообменных секций. Характеристики потоков газовой и жидкой фаз по всем трем группам самостоятельных массообменных секций массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей приведены в таблице 3. Для эффективной очистки этановой фракции от кислых газов необходимо обеспечить ввод на верх каждой группы самостоятельных массообменных секций массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей регенерированного абсорбента в количестве 240 т/ч. В этом случае площадь горизонтального сечения насадочного контактного устройства в массообменной колонне абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей, как и в примере 2, составит 1,3 м2, а диаметр колонны – 2,3 м. Высота массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей составит 14,3 м.Example 3. The calculation of the process of cleaning the ethane fraction from hydrogen sulfide and carbon dioxide with an aqueous solution of amines when dividing the mass transfer column of gas absorption from unwanted impurities into three groups of independent mass transfer sections, each group is equivalent to two theoretical plates and consists of four independent mass transfer sections. Regenerated absorbent is supplied in equal portions to the top of each group of independent mass transfer sections, comes into contact with a gradually refining ethane fraction and is removed after saturation with acidic impurities from the bottom of each group of independent mass transfer sections. The characteristics of the flows of gas and liquid phases for all three groups of independent mass transfer sections of the mass transfer column of gas absorption from undesirable impurities are given in table 3. For effective purification of the ethane fraction from acid gases, it is necessary to provide the top of each group of independent mass transfer sections of the mass transfer column of gas exchange absorption from unwanted impurities of the regenerated absorbent in an amount of 240 t / h In this case, the horizontal cross-sectional area of the packed contact device in the mass transfer column of gas absorption from undesirable impurities, as in example 2, will be 1.3 m 2 and the column diameter is 2.3 m. The height of the mass transfer column of gas absorption from undesirable impurities will be 14.3 m.
Сравнение результатов расчетов примеров 3 и 2 показывает, что в результате секционирования по высоте массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей с образованием самостоятельных массообменных секций, объединенных в три группы самостоятельных массообменных секций и индивидуальной подачей в них регенерированного абсорбента качество очистки по сравнению с процессом, реализуемым в четырех группах самостоятельных массообменных секций и индивидуальной подачей в них регенерированного абсорбента, практически одинаково, что позволяет в третьем примере по сравнению со вторым снизить на 25% расход регенерированного абсорбента, а также на 25% снизить материалоемкость массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей, а по сравнению с первым примером прототипа снизить материалоемкость более чем в 2,5 раза при аналогичном снижении расхода регенерированного абсорбента. Кроме того, с учетом уменьшения расхода регенерированного абсорбента, циркулирующего на установке, на 25 % снизятся затраты на регенерацию насыщенного абсорбента. A comparison of the calculation results of examples 3 and 2 shows that as a result of the height-sectioning of the mass transfer column of gas absorption from unwanted impurities with the formation of independent mass transfer sections, combined into three groups of independent mass transfer sections and individually supplying the regenerated absorbent to them, the cleaning quality is compared to the process, implemented in four groups of independent mass transfer sections and the individual supply of regenerated absorbent into them, and the same, which allows in the third example, in comparison with the second, to reduce the consumption of regenerated absorbent by 25%, as well as to reduce the material consumption of the mass transfer column of gas absorption from undesirable impurities by 25%, and to reduce the material consumption by more than 2 compared to the first prototype example, 5 times with a similar reduction in the consumption of regenerated absorbent. In addition, taking into account the reduction in the consumption of regenerated absorbent circulating in the installation, the costs of regenerating a saturated absorbent will be reduced by 25%.
Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает эффективное решение поставленной задачи расширения потенциальных возможностей абсорбционного способа очистки газов от нежелательных примесей и совершенствования конструкции массообменной колонны абсорбционной очистки газов от нежелательных примесей при одновременном существенном снижении материалоемкости оборудования и/или эксплуатационных затрат на регенерацию абсорбента.Thus, the claimed invention provides an effective solution to the problem of expanding the potential of the absorption method of gas purification from undesirable impurities and improving the design of the mass transfer column of gas absorption purification from undesirable impurities while significantly reducing the material consumption of equipment and / or operating costs for the regeneration of the absorbent.
после 16 секцийSaturated Absorbent
after 16 sections
- метан
- этан
- сероводород
- диоксид углерода
- пропан
- диэтаноламин
- метилдиэтаноламин
- вода- nitrogen
- methane
- ethane
- hydrogen sulfide
- carbon dioxide
- propane
- diethanolamine
- methyldiethanolamine
- water
2,0000
60,0000
15,7420
16,2360
4,6540
-
-
-1.3680
2,0000
60,0000
15,7420
16.2360
4.6540
-
-
-
2,9387
88,0956
0,0001
0,0000
6,8578
-
-
0,10592,0025
2,9387
88,0956
0.0001
0.0000
6.8578
-
-
0.1059
-
-
0,0810
0,0340
-
16,1410
16,8720
66,8720-
-
-
0.0810
0,0340
-
16.1410
16.8720
66.8720
0,0060
0,1858
6,3414
2,3277
2,3477
15,3731
16,0688
63,67990.0048
0.0060
0.1858
6.3414
2,3277
2,3477
15.3731
16,0688
63.6799
Таблица 1Table 1
(секции 1-4) The first group of independent mass transfer sections
(sections 1-4)
(секции 5-8) The second group of independent mass transfer sections
(sections 5-8)
(секции 9-12) The third group of independent mass transfer sections
(sections 9-12)
(секции 13-16) The fourth group of independent mass transfer sections
(sections 13-16)
- метан
- этан
- сероводород
- диоксид углерода
- пропан
- диэтаноламин
- метилдиэтаноламин
- вода- nitrogen
- methane
- ethane
- hydrogen sulfide
- carbon dioxide
- propane
- diethanolamine
- methyldiethanolamine
- water
2,0000
60,0000
15,7420
16,2360
4,6540
-
-
-1.3680
2,0000
60,0000
15,7420
16.2360
4.6540
-
-
-
-
-
0,0810
0,0340
-
16,1410
16,8720
66,8720-
-
-
0.0810
0,0340
-
16.1410
16.8720
66.8720
2,3851
71,5009
5,0778
13,5087
5,5484
-
-
0,34831,6308
2,3851
71,5009
5,0778
13.5087
5.5484
-
-
0.3483
0,0054
0,1869
6,3414
2,7361
0,0132
14,6846
15,3491
60,67920.0040
0.0054
0.1869
6.3414
2,7361
0.0132
14.6846
15,3491
60,6792
2,8600
85,7084
0,7854
1,6970
6,6551
-
-
0,33961.9544
2.8600
85.7084
0.7854
1.6970
6,6551
-
-
0.3396
0,0059
0,1891
2,1127
5,6026
0,0130
14,8737
15,5468
61,65170.0045
0.0059
0.1891
2,1127
5.6026
0.0130
14.8737
15,5468
61.6517
2,9392
88,0863
0,0002
-
6,8468
-
-
0,12122,0063
2,9392
88.0863
0,0002
-
6.8468
-
-
0,1212
0,0055
0,1622
0,4015
0,7283
0,0098
15,9331
16,6542
66,10090.0046
0.0055
0.1622
0.4015
0.7283
0.0098
15,9331
16.6542
66,1009
2,9395
88,0951
0,0002
-
6,8553
-
-
0,10612,0039
2,9395
88,0951
0,0002
-
6.8553
-
-
0.1061
0,0056
0,1661
0,0813
0,0345
0,0098
16,1099
16,8390
66,74900.0048
0.0056
0.1661
0.0813
0,0345
0.0098
16,1099
16.8390
66,7490
Таблица 2table 2
(секции 1-12) Characterization of the end products of the column with three groups of independent mass transfer sections
(sections 1-12)
(секции 1-16)Characterization of the end products of the column with four groups of independent mass transfer sections
(sections 1-16)
после 12 секцииPurified gas
after 12 section
после 1 секцииSaturated Absorbent
after 1 section
после 1 секцииSaturated Absorbent
after 1 section
- метан
- этан
- сероводород
- диоксид углерода
- пропан
- диэтаноламин
- метилдиэтаноламин
- вода- nitrogen
- methane
- ethane
- hydrogen sulfide
- carbon dioxide
- propane
- diethanolamine
- methyldiethanolamine
- water
2,0000
60,0000
15,7420
16,2360
4,6540
-
-
-1.3680
2,0000
60,0000
15,7420
16.2360
4.6540
-
-
-
-
-
0,0810
0,0340
-
16,1410
16,8720
66,8720-
-
-
0.0810
0,0340
-
16.1410
16.8720
66.8720
2,9392
88,0863
0,0002
-
6,8468
0,0000
0,0000
0,12122,0063
2,9392
88.0863
0,0002
-
6.8468
0.0000
0.0000
0,1212
0,0054
0,1869
6,3414
2,7361
0,0132
14,6846
15,3491
60,67920.0040
0.0054
0.1869
6.3414
2,7361
0.0132
14.6846
15,3491
60,6792
2,9395
88,0951
0,0002
-
6,8553
-
-
0,10612,0039
2,9395
88,0951
0,0002
-
6.8553
-
-
0.1061
0,0054
0,1869
6,3414
2,7361
0,0132
14,6846
15,3491
60,67920.0040
0.0054
0.1869
6.3414
2,7361
0.0132
14.6846
15,3491
60,6792
Таблица 3Table 3
Claims (25)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015156856A RU2627847C2 (en) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | Method and column of absorption purification of gases from unintended impurities |
PCT/RU2016/000906 WO2017116284A2 (en) | 2015-12-30 | 2016-12-21 | Absorption gas treatment method and column |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015156856A RU2627847C2 (en) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | Method and column of absorption purification of gases from unintended impurities |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015156856A RU2015156856A (en) | 2017-07-06 |
RU2627847C2 true RU2627847C2 (en) | 2017-08-14 |
Family
ID=59227386
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015156856A RU2627847C2 (en) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | Method and column of absorption purification of gases from unintended impurities |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2627847C2 (en) |
WO (1) | WO2017116284A2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2830188C1 (en) * | 2020-04-29 | 2024-11-14 | Яра Интернэшнл Аса | Absorption column and method of producing nitric acid |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117919875B (en) * | 2024-03-22 | 2024-05-28 | 天津绿菱气体有限公司 | High-efficiency water washing tower |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1151276A1 (en) * | 1983-07-05 | 1985-04-23 | Производственное Объединение "Хлорвинил" Им.60-Летия Великой Октябрьской Революции | Multistage adsorber for cleaning gases |
RU2469764C1 (en) * | 2011-07-07 | 2012-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ГалоПолимерКирово-Чепецк" (ООО "ГалоПолимерКирово-Чепецк") | Column with bubble cap plates |
WO2014024548A1 (en) * | 2012-08-08 | 2014-02-13 | 三菱重工業株式会社 | Co2 recovery device and co2 recovery method |
RU2530133C1 (en) * | 2013-06-11 | 2014-10-10 | Андрей Владиславович Курочкин | Fractionating absorber |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5371734B2 (en) * | 2009-12-25 | 2013-12-18 | 三菱重工業株式会社 | CO2 recovery apparatus and CO2 recovery method |
-
2015
- 2015-12-30 RU RU2015156856A patent/RU2627847C2/en active
-
2016
- 2016-12-21 WO PCT/RU2016/000906 patent/WO2017116284A2/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1151276A1 (en) * | 1983-07-05 | 1985-04-23 | Производственное Объединение "Хлорвинил" Им.60-Летия Великой Октябрьской Революции | Multistage adsorber for cleaning gases |
RU2469764C1 (en) * | 2011-07-07 | 2012-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ГалоПолимерКирово-Чепецк" (ООО "ГалоПолимерКирово-Чепецк") | Column with bubble cap plates |
WO2014024548A1 (en) * | 2012-08-08 | 2014-02-13 | 三菱重工業株式会社 | Co2 recovery device and co2 recovery method |
RU2530133C1 (en) * | 2013-06-11 | 2014-10-10 | Андрей Владиславович Курочкин | Fractionating absorber |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2830188C1 (en) * | 2020-04-29 | 2024-11-14 | Яра Интернэшнл Аса | Absorption column and method of producing nitric acid |
RU2832561C1 (en) * | 2024-05-30 | 2024-12-25 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Absorber for selective removal of acid gases |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2017116284A3 (en) | 2017-08-17 |
WO2017116284A2 (en) | 2017-07-06 |
RU2015156856A (en) | 2017-07-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10343107B2 (en) | Separating carbon dioxide and hydrogen sulfide from a natural gas stream using co-current contacting systems | |
CA2896165C (en) | Contacting a gas stream with a liquid stream | |
JP6573675B2 (en) | Separation of impurities from fluid streams using dual cocurrent contactors. | |
EP2994217B1 (en) | Separating impurities from a gas stream using a vertically oriented co-current contacting system | |
CN107106937B (en) | Cyclonic separation and recovery of carbon dioxide from heated liquid adsorbents | |
JP2009531163A (en) | Heat recovery gas absorption process | |
US11253812B2 (en) | Apparatus and method for recovering carbon dioxide in combustion exhaust gas | |
KR102406584B1 (en) | Method and apparatus for recovering absorbent from acid gas treatment | |
CA3073038C (en) | Integration of cold solvent and acid gas removal | |
AU2018322435B2 (en) | Integration of cold solvent and acid gas removal | |
RU2627847C2 (en) | Method and column of absorption purification of gases from unintended impurities | |
RU2555011C2 (en) | Method of regenerating saturated amine solution | |
RU2381823C1 (en) | Method of purifying gas from acid components and installation for realising said method | |
CN210855897U (en) | For high content of CO2Ethane gas deep purification device | |
RU2526455C2 (en) | Method of purifying discharged gases from hydrogen sulphide | |
RU2658412C1 (en) | Method of the saturated amine solution degassing and installation for its implementation | |
BR112020002885B1 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR SEPARATING IMPURITIES FROM A NATURAL GAS STREAM |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE4A | Notice of change of address of a patent owner |
Effective date: 20190711 |