Способ выделения сероводорода из газа

 

Изобретение относится к способам очистки газа от сероводорода. Способ удаления кислых компонентов, в частности H₂S, CO₂, из газовой смеси включает следующие стадии: контакт газовой смеси с первым абсорбентом в абсорбере /3/ с получением очищенного газа и насыщенного первого абсорбента и регенерацию /20/ отработанного первого абсорбента с получением первого абсорбента и газа, обогащенного серводородом; контакт обработанного газа в абсорбере /30/ со вспомогательным абсорбентом с получением очищенного газа и отработанного вспомогательного абсорбента и регенерацию /50/ его с получением регенерированного вспомогательного абсорбента, который подается во вспомогательный абсорбер, и газа, обогащенного сероводородом; подача газа, обогащенного сероводородом, в установку /55/ для восстановления серы; восстановление /60/ серных соединений, помимо сероводорода в отходящем газе до сероводорода с получением раскисленного отходящего газа; контакт раскисленного отходящего газа в абсорбере /65/ с регенерированным первым абсорбентом с целью получения очищенного от серы газа и частично насыщенного первого абсорбента и подача частично насыщенного первого абсорбента в первый абсорбер для использования в абсорбере /3/, 4 з.а. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам удаления сероводорода из газовой смеси, содержащей более 105об% H₂S. Газовая смесь может кроме того, содержать диоксид углерода.

Известен способ выделения сероводорода из газовой смеси путем двухстадийной абсорбции его водным раствором амина при повышенном давлении с последующей двухступенчатой регенерацией насыщенного абсорбента и рециркуляцией его на стадию абсорбции.

Недостатком этого способа является невысокая эффективность очистки газа при значительных изменениях объемной скорости газового потока, подаваемого на абсорбцию.

Целью изобретения является разработка способа, который может использоваться для обработки газовых смесей с различными содержащимися в них кислыми компонентами и который позволяет легко справляться с значительными изменениями объемной скорости потока газовой смеси, подаваемой в первый абсорбер.

Другой целью изобретения является разработка способа для эффективного удаления кислого газа -H₂S до содержания его в очищенном газе ниже 10 частей на миллион по объему.

Способ удаления H₂S из газовой смеси в соответствии с настоящим изобретением включает следующие этапы: а/ контакт газовой смеси в первом абсорбере при повышенном давлении с первым абсорбентом с целью получения обработанного газа и насыщенного первого абсорбента и регенерации насыщенного первого абсорбента с целью получения регенерированного первого абсорбента и газа, обогащенного сероводородом; б/ контакт обработанного газа, полученного на этапе а/ во вспомогательном абсорбере при повышенном давлении со вспомогательным абсорбентом с целью получения очищенного газа и насыщенного вспомогательного абсорбента и регенерации его с получением регенерированного вспомогательного абсорбента и газа, обогащенного сероводородом; в/ подача газа, обогащенного сероводородом, полученного на этапах а и б, на установку для восстановления серы, где сероводород преобразуется в элементарную серу с выделением отходящего газа, содержащего серные соединения и удаление элементарной серы из установки для восстановления серы; г/ раскисление серных соединений, помимо сероводорода, в отходящем газе до сероводорода с целью получения раскисленного отходящего газа; д/ контакт отходящего газа, полученного на этапе г, во вторичном абсорбере при по существу атмосферном давлении с регенерированным первым абсорбентом, полученным на этапе а/, с целью получения очищенного от серы газа и частично насыщенного первого абсорбента; е/ подача частично насыщенного первого абсорбента на первый абсорбер для использования при контакте, осуществляемом на этапе а.

Вступление в контакт газовой смеси, которая содержит кислый газ, на двух отдельных этапах облегчает более гибкую эксплуатацию, поскольку большая часть сероводорода удаляется в первом абсорбере и интенсивное удаление осуществляется во вспомогательном абсорбере; если скорость подачи газовой смеси уменьшается или если уменьшается содержание кислого компонента в газовой смеси, вспомогательный абсорбер можно обойти. Кроме того, для удаления большей части можно использовать "использованный абсорбент"; весьма подходящим источником "использованного абсорбента" является абсорбент из второго абсорбера, который имеется в наличии в большом количестве с относительно низким содержанием сероводорода.

Далее изобретение будет описано более подробно на примере со ссылкой на сопроводительный чертеж с изображением схемы потока согласно способу в соответствии с настоящим изобретением.

Пример. Природная газовая смесь, содержащая сероводород и двуокись углерода, подается по трубопроводу 1 в первый абсорбер 3. В первом абсорбере 3 газовая смесь при повышенном давлении с использованием противотока вступает в контакт с первым абсорбентом, подаваемым в первый абсорбер 3 по трубопроводу 4, с получением обработанной газовой смеси и насыщенного абсорбента. Обработанная газовая смесь выходит из первого абсорбера 3 по трубопроводу 6, а насыщенный абсорбент выходит по трубопроводу 9. Абсорбция происходит при значениях температуры и давлении между 0 и 95^o и между 10 и 75 бар соответственно.

Насыщенный абсорбент проходит по трубопроводу 9, который снабжен редукционным клапаном для понижения давления /не показан/. При пониженном давлении абсорбент поступает в разделительную камеру 13, и ненасыщенный абсорбент, из которого газ был десорбирован, выходит из разделительной камеры 13 как частично регенерированный абсорбент по трубопроводу 14, а десорбированный газ в контактной камере 15 вступает в контакт с первым абсорбентом, подаваемым по трубопроводу 17, с целью удаления десорбированного сероводорода из газа. После контакта газ выходит из контактной камеры 15 по трубопроводу 19.

Частично регенерированный абсорбент проходит по трубопроводу 14 в регенератор 20. В регенераторе 20 абсорбент полностью регенерируется путем десорбции с использованием пара, который получают путем повторного нагрева части абсорбента в бойлере 21 повторного нагрева и подачи нагретой паросодержащей текучей среды в нижнюю часть регенератора 20. Значения температуры и давления, при которых происходит регенерация абсорбента, известны как таковые и не имеют отношения к изобретению.

Газ, обогащенный сероводородом, выходит из генератора по трубопроводу 22. При необходимости конденсат может быть отделен от газа путем частичной конденсации газа /не показано/.

Обработанная газовая смесь проходит по трубопроводу 6 во вспомогательный абсорбер 30, в котором газ вступает в контакт со вспомогательным абсорбентом, подаваемым во вспомогательный абсорбер 30 по трубопроводу 34, с получением очищенной газовой смеси и насыщенного вспомогательного абсорбента. Очищенная газовая смесь выходит по трубопроводу 36, а насыщенный абсорбент по трубопроводу 39. Абсорбция происходит при значениях температуры и давления между 0 и 90^o и между 10 и 75 бар, соответственно.

Отработанный вспомогательный абсорбент проходит по трубопроводу 39, который снабжен редукционным клапаном для понижения давления /не показан/. При пониженном давлении абсорбент поступает в разделительную камеру 43, вспомогательный абсорбент, из которого газ был десорбирован, удаляется как частично регенерированный абсорбент по трубопроводу 44, а десорбированный газ в контактной камере 45 вступает в контакт со вспомогательным абсорбентом, подаваемым по трубопроводу 47, с целью удаления десорбированного сероводорода из газа. После контакта газ выходит из контактной камеры 45 по трубопроводу 49.

Частично регенерированный абсорбент проходит по трубопроводу 44 в регенератор 50. В регенераторе 50 абсорбент полностью регенерируется путем десорбции с использованием пара, который получают путем повторного нагрева части абсорбента в бойлере 51 повторного нагрева, и подачи нагретой паросодержащей текучей среды в нижнюю часть регенератора 50. Значения температуры и давления, при которых происходит регенерация абсорбента, известны как таковые и не имеют отношения к изобретению.

Газ, обогащенный сероводородом, выходит из регенератора по трубопроводу 52. При необходимости конденсат может быть отделен от газа путем частичной конденсации газа /не показано/, а регенерированный вспомогательный абсорбент выходит из регенератора 50 по трубопроводу 53 и поступает в трубопроводы 34 и 47.

Газ, обогащенный сероводородом, проходит по трубопроводам 22 и 52 в установку 55 для восстановления серы.

В установке 55 для восстановления серы получают элементарную серу в соответствии с двумя следующими реакциями: Реакции протекают в присутствии соответствующего катализатора и при соответствующих условиях, которые хорошо известны как таковые и не имеют отношения к настоящему изобретению. Элементарная сера выходит из установки для восстановления серы по трубопроводу 57 и отходящий из установки газ по трубопроводу 58. Поскольку реакции являются реакциями, проходящими в условиях равновесия, отходящий из установки газ содержит сероводород и двуокись серы, кроме того, отходящий из установки газ может содержать органические серные соединения. Для удаления серных соединений из отходящего из установки газа этот газ подвергают дальнейшей обработке.

С этой целью отходящий из установки газ подается по трубопроводу 56 в реактор 60 раскисления. В реакторе 60 раскисления отходящий из установки газ каталитичеки обрабатывается в присутствии восстановительного газа, такого как водород и/или окись углерода с целью преобразования серных соединений, помимо сероводорода, например двуокиси серы, в сероводород с целью получения восстановленного отходящего газа. Используемые катализаторы и условия, при которых происходит восстановление, известны как таковые и не имеют отношения к настоящему изобретению.

Восстановленный отходящий газ из установки проходит по трубопроводу 61 во вторичный абсорбер 65, где сероводород избирательно удаляется из него. Во вторичном абсорбере 65 восстановленный отходящий газ из установки при атмосферном давлении с использованием противотока вступает в контакт с регенерированным первым абсорбентом, подаваемым во вторичный абсорбер 65 по трубопроводу 67, с целью получения обработанного газа и использованного первого абсорбента. Обработанный газ выходит из вторичного абсорбера по трубопроводу 69, а частично нагруженный первый абсорбент выходит по трубопроводу 70. Этот абсорбент подается в трубопровод 17 и трубопровод 4 для использования в первом абсорбере.

Количество сероводорода, который может быть абсорбирован в абсорбенте, увеличивается с увеличением парциального давления сероводорода. Поэтому для удаления некоторого количества сероводорода при низком парциальном давлении требуется большее количество абсорбента, чем для удаления этого количества сероводорода при более высоком парциальном давлении. Поскольку парциальное давление сероводорода в раскисленном отходящем газе очень мало, количество первого абсорбента для обработки раскисленного отходящего газа из установки должно быть значительным.

Поэтому использование в первом абсорбере этого частично отработанного первого абсорбента или "использованного абсорбента" уменьшает количество циркулирующего абсорбента. Поскольку регенерация отработанного абсорбента требует количества тепла, пропорционального количеству абсорбента, подлежащего регенерации в способе в соответствии с изобретением, количество тепла, требуемого для регенерации абсорбента, таким образом, также уменьшается.

На чертеже изображена схема, на которой весь частично насыщенный первый абсорбент используется для удаления кислого газа из газовой смеси и их десорбирующего газа, однако, если количество газовой смеси, подаваемой в первый абсорбер 1, уменьшается, часть частично насыщенного первого абсорбента может быть подана непосредственно в регенератор 20.

В способе в соответствии с изобретением первый абсорбент и вспомогательный абсорбент являются водными растворами по крайней мере одного аминосоединения, а вспомогательный абсорбент может, кроме того, содержать физический абсорбент, такой как сульфолан. Соответственно аминосоединение, используемое для первого абсорбента и для вторичного абсорбента, является первичным амином /таким, как моноэтаноламин/ или вторичным амином /таким, как диизопропаноламин/.

В альтернативном варианте осуществления первый абсорбент является водным раствором третичного амина /такого, как метилдиэтаноламин, триэтаноламин или диэтилметаноламин/, а вспомогательный абсорбент является водным раствором, по крайней мере, одного аминосоединения, выбранного из группы первичных аминов /таких, как моноэтаноламин/ и вторичных аминов /таких, как диизопропаноламин/. Вспомогательный абсорбент может, кроме того, содержать физический абсорбент, такой как сульфолан.

Контакт может осуществляться с использованием противотока в колонне, снабженной лотками или прокладками или с использованием параллельных потоков в насадочной колонне.

Формула изобретения

1. Способ выделения сероводорода из газа, включающий двухстадийную абсорбцию его водным раствором амина при повышенном давлении и регенерацию насыщенного абсорбента, отличающийся тем, что насыщенный абсорбент, полученный после каждой стадии абсорбции, регенерируют отдельно, обогащенные сероводородом газовые смеси, полученные на стадиях регенерации, направляют на стадию окисления содержащегося в них сероводорода до элементарной серы с последующим удалением ее, а отходящий газ, содержащий остаточные сернистые соединения, контактирует с восстановительным газом и образующийся при этом сероводород поглощают абсорбентом, регенерированным после первой стадии абсорбции, и частично насыщенный при этом абсорбент рециркулируют на первую стадию абсорбции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регенерацию насыщенных абсорбентов осуществляют в две последовательные стадии, причем на первой стадии регенерацию ведут путем снижения давления с последующей абсорбцией выделившегося при этом сероводорода, а на второй стадии регенерацию осуществляют путем продувки абсорбента горячим десорбирующим газом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве абсорбента на первой стадии абсорбции используют водный раствор первичного, или вторичного, или третичного амина.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве абсорбента на второй стадии абсорбции используют водный раствор первичного или вторичного амина.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что абсорбент на второй стадии абсорбции дополнительно содержит сульфолан.

РИСУНКИ

Рисунок 1