close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY18187

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2014.04.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 18187
(13) C1
(19)
B 01D 53/14
(2006.01)
СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АМИНОСОДЕРЖАЩЕГО РАСТВОРА
ДЛЯ ПРОМЫВКИ ПОСТУПАЮЩЕГО ПРИ ОЧИСТКЕ ГАЗА
(21) Номер заявки: a 20100680
(22) 2008.08.12
(31) 10 2007 048 565.6 (32) 2007.10.09 (33) DE
(85) 2010.05.09
(86) PCT/EP2008/006615, 2008.08.12
(87) WO 2009/092403, 2009.07.30
(43) 2010.10.30
(71) Заявитель: МТ-БИОМЕТАН ГМБХ
(DE)
(72) Автор: ГЮНТЕР, Лотар (DE)
(73) Патентообладатель: МТ-БИОМЕТАН
ГМБХ (DE)
(56) WO 2004/052511 A1.
WO 2004/085036 A2.
WO 2005/044955 A1.
BY 584 C2, 1995.
BY 18187 C1 2014.04.30
(57)
1. Способ регенерации поступающего при очистке газов аминосодержащего раствора
для промывки, в котором CO2 и сернистые соединения находятся в химически связанном
состоянии, при котором загрязненный раствор для промывки нагревают в несколько ступеней до более высокой температуры и при этом загрязнения удаляют из раствора для
промывки, а очищенный раствор для промывки охлаждают при рекуперации тепла, отличающийся тем, что
BY 18187 C1 2014.04.30
a) загрязненный раствор для промывки нагревают до температуры минимум 110 °С и
сжимают до давления минимум 4 бар и после этого в первой ступени уменьшения давления снимают давление, при этом большую часть CO2 и сернистых соединений отводят из
раствора для промывки в виде газового потока,
b) отведенный из первой ступени уменьшения давления раствор для промывки нагревают до температуры минимум 130 °С и сжимают до давления минимум 4 бар и во второй
ступени уменьшения давления снимают давление, которое минимум на 0,5 бар выше по
сравнению с уменьшенным давлением в первой ступени уменьшения давления, при этом
большую часть CO2 и сернистых соединений отводят из раствора для промывки в виде
газового потока,
c) отведенный из второй ступени уменьшения давления раствор для промывки охлаждают до температуры ниже 70 °С и в третьей ступени уменьшения давления доводят до
нормального давления, при этом еще присутствующие остаточные количества растворимого CO2 отделяют, и этот частичный поток в виде полностью очищенного раствора для
промывки охлаждают до нормальной температуры, и
d) отведенный после первой ступени уменьшения давления и/или второй ступени
уменьшения давления раствор для промывки разделяют на два частичных потока, при
этом один частичный поток в контуре отводят обратно в соответствующую ступень
уменьшения давления и его температуру и давление регулируют в зависимости от условий в соответствующей ступени уменьшения давления, при этом во время снятия давления из этого частичного потока отводят еще присутствующие остаточные количества
сернистых соединений, а второй частичный поток подвергают дальнейшей обработке в
соответствии со стадией технологического процесса b) или c).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отведенный из ступеней уменьшения давления в соответствии со стадией технологического процесса a) или b) газовый поток из
углекислого газа, воды и сернистых соединений используют в качестве теплоносителя для
нагрева загрязненного раствора для промывки и охлаждают до нормальной температуры.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что из охлажденного до нормальной температуры газового потока отделяют конденсированную воду, которую в дозированных количествах смешивают с полностью очищенным раствором для промывки.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что загрязненный раствор для промывки перед
уменьшением давления сжимают до давления 6-12 бар и во время уменьшения давления
доводят до давления 1-8 бар.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в ступенях уменьшения давления в соответствии со стадией технологического процесса a) и b) производят мгновенное уменьшение давления.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образующийся во второй ступени уменьшения давления очищенный раствор для промывки используют в качестве теплоносителя
для нагрева загрязненного раствора для промывки.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отведенный из первой и второй ступеней
уменьшения давления газовый поток дополнительно обессеривают в подключенной установке для удаления серы.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время первой ступени уменьшения давления раствор для промывки дополнительно подвергают обработке ультразвуком.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют pH очищенного раствора для
промывки и используют его в качестве управляющей величины для регулирования температуры загрязненного раствора для промывки в ступенях уменьшения давления.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в одной ступени уменьшения давления
отношение между выделенным из контура частичным потоком и подведенным количеством загрязненного раствора для промывки составляет 0,2-5.
2
BY 18187 C1 2014.04.30
Изобретение относится к способу регенерации поступающего при очистке газов аминосодержащего раствора для промывки, в котором CO2 и сернистые соединения находятся
в химически связанном состоянии, а также к установке, которую можно использовать для
осуществления способа. Различные газы, например биогаз, отработавшие газы из химических процессов, газ, полученный при переработке нефти, или нефтяной газ, содержат CO2
и сернистые соединения, которые перед их последующим использованием или отводом в
атмосферу необходимо удалять с помощью промывания. Для этого используют, в частности, физические или химические способы абсорбционной очистки газов, при этом химическая промывка производится, в частности, с помощью аминосодержащего раствора для
промывки, в котором отделенный CO2 и сернистые соединения находятся в химически
связанном состоянии. С экономической точки зрения загрязненный аминосодержащий
раствор для промывки целесообразно подвергать регенерации, чтобы его можно было запускать в циркуляционный контур для повторного использования.
В описании изобретения к документу DE 10 2005 051 952 B3 во взаимосвязи с производством метана и жидкого углекислого газа, полученного при переработке нефти или из
биохимического газа, описан способ регенерации аминосодержащего раствора для промывки, в котором связан исключительно CO2. При этом выходящий из абсорбционной колонны загрязненный раствор для промывки сжимается до давления 65 бар и нагревается в
теплообменнике до температуры около 175 °С. При этих условиях уже примерно 10 % содержащегося в воде для промывки углекислого газа улетучивается в газовую фазу. При
последующем нагреве раствора для промывки до температуры 209 °С удаление углекислого газа из раствора для промывки достигает показателя свыше 99 %. Впоследствии раствор для промывки отводится в абсорбционную колонну, в которой при дополнительном
подводе тепла происходит остаточное удаление углекислого газа. Регенерированный раствор для промывки в заключение постепенно охлаждается до температуры 10 °С с рекуперацией тепла.
Недостатками являются высокое рабочее давление и высокие температуры. Последнее
приводит к потерям раствора для промывки и повышает опасность разложения. Очищенный раствор для промывки содержит еще небольшое количество примесей, которые при
дальнейшем использовании оказывают отрицательное влияние.
В основу изобретения положена задача, направленная на создание способа регенерации поступающего при очистке газов аминосодержащего раствора для промывки, в котором CO2 и сернистые соединения находятся в химически связанном состоянии, который
позволяет осуществлять экономичный способ производства и с помощью которого получают раствор для промывки с высокой степенью чистоты.
Согласно изобретению, задача технологически решается с помощью указанных в п. 1
формулы признаков. Предпочтительные усовершенствованные варианты способов приведены в пп. 2-10.
Загрязненный раствор для промывки нагревают до температуры по меньше мере
110 °С, при необходимости до 135 °С, предпочтительно до 125 °С, и сжимают до давления
минимум 4 бар, предпочтительно 6-12 бар, и после этого в первой ступени уменьшения
давления снимают давление, предпочтительно до 1-8 бар, и при этом преобладающая доля
CO2 и сернистых соединений отводится в виде газового потока из раствора для промывки
(стадия технологического процесса а)).
После этого отведенный из первой ступени уменьшения давления раствор для промывки нагревают до температуры по меньше мере 130 °С, при необходимости до 160 °С,
предпочтительно 145 °С, и сжимают до давления минимум 4 бар, предпочтительно 5-8 бар,
и во второй ступени уменьшения давления снимают давление до давления, которое минимум на 0,5 бар, при необходимости до 3 бар выше по сравнению с уменьшенным давлением
в первой ступени уменьшения давления, при этом преобладающая доля CO2 и сернистых
соединений отводится в виде газового потока из раствора для промывки (стадия техноло3
BY 18187 C1 2014.04.30
гического процесса b)). В первой и второй ступенях уменьшение давления происходит,
предпочтительно, в виде мгновенного уменьшения давления.
Отведенный из второй ступени уменьшения давления раствор для промывки охлаждается до температуры ниже 70 °С и в третьей ступени уменьшения давления понижается до
нормального давления, при этом еще присутствующие остаточные количества растворимого CO2 отделяются, и этот частичный поток в виде полностью очищенного раствора для
промывки охлаждается до нормальной температуры (стадия технологического процесса c)).
Отведенный после первой и/или после второй ступени уменьшения давления, раствор
для промывки разделяется на два частичных потока. Один частичный поток отводится обратно в циркуляционном контуре в соответствующую ступень уменьшения давления и его
температуру и давление регулируют в зависимости от условий в соответствующей ступени уменьшения давления. Во время снятия давления из этого частичного потока отделяются еще присутствующие остаточные количества сернистых соединений. Второй не
отведенный в циркуляционный контур частичный поток подвергается дальнейшей обработке или в соответствии со стадией технологического процесса b), или со стадией технологического процесса c).
Отведенный из циркуляционного контура частичный поток сжимается, например, до
давления 5-10 бар и нагревается до температуры, которая минимум на 2-10 °С выше по
сравнению с рабочей температурой в соответствующей ступени уменьшения давления.
Во второй ступени уменьшения давления производится отделение еще присутствующего остаточного количества растворимого CO2 и сернистых соединений. В третьей ступени уменьшения давления при существующих условиях (температура и давление)
происходит обратное растворение CO2, который выделяется из раствора для промывки.
После этого раствор для промывки обладает максимально возможной степенью чистоты.
После произведенного охлаждения до нормальной температуры его можно повторно
направлять в циркуляционный контур промывки для отделения CO2 и сернистых соединений из биохимического газа.
Предлагаемый способ позволяет производить регенерацию загрязненного раствора
для промывки с различными загрязняющими веществами при сравнительно незначительных давлениях и температурах с помощью предусмотренного многоступенчатого регулирования давления и температуры. Кроме того, в растворе для промывки сохраняется еще и
содержащаяся в нем доля воды, так как отведенные с помощью вторичного пара доли выпаренной воды после произведенной конденсации снова подводятся в очищенный раствор
для промывки.
Многоступенчатое уменьшение давления загрязненного раствора для промывки позволяет производить выборочное отделение CO2, H2O и COS (органические сернистые соединения). В результате существующих различных давлений и температур можно при
отдельных мгновенных уменьшениях давления снизить в значительной степени отводимое количество воды из раствора для промывки. Так как вода обладает теплотой испарения, которая на коэффициент 5 выше по сравнению с удаляемыми из газов компонентами,
то в результате этого можно в значительной мере снизить долю необходимой для регенерации энергии.
Отведенная из ступеней уменьшения давления в соответствии со стадиями технологического процесса a) и b) в виде вторичного пара газовая смесь из углекислого газа, воды и
сернистых соединений используется в качестве теплоносителя для нагрева загрязненного
раствора для промывки и при этом охлаждается до нормальной температуры.
Образующийся во второй ступени уменьшения давления очищенный раствор для
промывки используется в качестве теплоносителя для нагрева загрязненного раствора для
промывки.
Благодаря этому можно осуществлять особо благоприятный способ и при этом дополнительно еще получать горячую воду.
4
BY 18187 C1 2014.04.30
Из охлажденной до нормальной температуры газовой смеси (вторичный пар) отделяют в сепараторе конденсированную воду. Ее в дозированных количествах смешивают с
полностью очищенным раствором для промывки для поддержания необходимого содержания амина.
Отведенный из первой и второй ступеней уменьшения давления газовый поток (CO2 и
сернистые соединения) можно при необходимости дополнительно обессеривать в подключенной установке для удаления серы.
Продолжительность реакции в первой ступени уменьшения давления можно снизить
еще в большей степени с помощью дополнительной обработки ультразвуком раствора для
промывки. Продолжительность обработки и реакции в этой ступени можно, таким образом, при равном результате отделения снизить примерно до 30 %. Ко второй ступени
уменьшения давления можно таким же образом подключить еще третью или четвертую
ступень уменьшения давления.
Показатель pH очищенного раствора для промывки можно измерять и использовать в
качестве управляющей величины для регулирования температуры загрязненного раствора
для промывки в ступенях уменьшения давления.
Внутри одной ступени уменьшения давления отношение между выделенным из циркуляционного контура количеством частичного потока и подведенным загрязненным раствором для промывки составляет от 0,2 до 5.
Предусмотренное выделение из циркуляционного контура частичного количества раствора для промывки в первой и второй ступенях уменьшения давления имеет следующие
преимущества.
При выделении из циркуляционного контура небольшого по объему частичного потока можно осуществлять экономный тепловой рабочий режим при незначительном расходе
тепла. Количество частичного потока, давление и температура циркуляционного контура
частичного потока можут, наряду с этим, согласовываться с содержащимися в биохимическом газе количествами сернистых соединений и использоваться в качестве регулируемого параметра.
Высокая степень чистоты регенерированного раствора для промывки при дальнейшем
использовании для очистки биохимического газа создает и другие преимущества.
Устанавливаемый рабочий объем этого раствора для промывки в отношении отделения углекислого газа составляет более 85 г/л, а сернистых соединений свыше 15 г/л. Таким образом, может достигаться одинаковая производительность отделения в отношении
СО2 при меньшем количестве моющего средства и, прежде всего, при одновременно
большем количестве сернистых соединений, чем это имело место раньше. В результате
этого при использовании меньшего количества моющего средства в воде для промывки
растворяется меньшее количество углеводородов. Потери метана, возникающие при осуществлении такого способа, находятся в результате этого в диапазоне ниже 0,05 %. В результате использования меньшего количества моющего средства снижается расход
энергии.
Пригодная для осуществления способа установка содержит трубопровод циркуляционной системы для подачи раствора для промывки, в котором в направлении потока
встроен первый насос, по меньшей мере один теплообменник, минимум два последовательно подключенных устройства уменьшения давления и первый сепаратор. Между первым
и вторым устройствами уменьшения давления в трубопроводе циркуляционной системы
встроены второй насос и теплообменник. По меньшей мере за одним из устройств уменьшения давления от трубопровода циркуляционной системы ответвляется петля трубопровода, которая сообщается с устройством уменьшения давления для отвода части очищенного раствора для промывки и его возврата в устройство уменьшения давления. В петле
трубопровода встроены третий насос и еще один теплообменник.
5
BY 18187 C1 2014.04.30
В головной части устройств уменьшения давления расположен трубопровод для отвода вторичного пара, который сообщается со вторым сепаратором для отделения конденсированной воды. В этом трубопроводе встроен по меньшей мере один теплообменник для
охлаждения вторичного пара. Второй сепаратор через трубопровод сообщается с первым
сепаратором для дозированной подачи конденсированной воды.
Для постепенного нагрева загрязненного раствора для промывки до необходимой рабочей температуры перед первым устройством уменьшения давления расположены три
последовательно подключенных теплообменника. Первый теплообменник подключен к
трубопроводу для подвода вторичного пара, а второй теплообменник подключен к трубопроводу для подвода очищенного горячего раствора для промывки. Третий теплообменник нагревается с помощью внешнего теплоносителя и включается периодически. Он
используется, как правило, только на стадии запуска.
Предлагаемая установка может использоваться в широком диапазоне производительности и отличается высоким энергетическим коэффициентом полезного действия.
Далее сущность изобретения поясняется на примере его осуществления. На фигуре
показана технологическая схема установки для регенерации загрязненного раствора для
промывки, в котором находятся в связанном состоянии CO2 и сернистые соединения.
Установка является, например, составной частью установки для получения биогаза, в
которой содержащиеся в биогазе CO2 и сернистые соединения удаляются с помощью
аминовой мойки. Для обеспечения возможности повторного использования аминосодержащего промывочного раствора из него необходимо полностью удалить примеси, CO2 и
сернистые соединения. Отходящий загрязненный раствор для очистки (около 9 м3/ч) с
концентрацией амина 40 %, с температурой 38 °С и степенью загрязнения 85 г CO2/л и
6 г H2S/л подводится по трубопроводу 1 и с помощью циркуляционного насоса Р1 перекачивается через три последовательно подключенных теплообменника W1, W2, W3, постепенно нагревается в них до температуры около 65 °С, затем до температуры около 125 °С
и сжимается до давления 7,5 бар. В заключение горячий загрязненный раствор для промывки поступает в первое устройство мгновенного уменьшения давления F1 (первая ступень уменьшения давления), и в ней давление уменьшается до примерно 4,5 бар. Во время
процесса уменьшения давления примерно 60 % химически связанных в растворе для промывки загрязнений (углекислый газ и сернистые соединения) высвобождаются в течение
последующей реакции продолжительностью менее 400 с и температуры реакции около
125 °С, которые в головной части устройства мгновенного уменьшения давления F1 отводятся в виде вторичного пара по трубопроводу 6. При этих условиях в растворе для промывки доля химически связанного CO2 снижается с 85 до 40 г/л, а сернистых соединений с 6 до 4 г/л. После этого частично очищенный раствор для промывки с помощью насоса
P2 перекачивается по трубопроводу 2 в еще один теплообменник W4 и нагревается с помощью масла-теплоносителя до температуры около 140 °С, сжимается до давления 6,5
бар, подается во второе устройство мгновенного уменьшения давления F2 (вторая ступень
уменьшения давления) и уменьшает в ней давление до показателя около 5,5 бар. Во время
мгновенного уменьшения давления доля химически связанного CO2 снижается с 40 до 22 г/л,
а сернистых соединений с 4 до 2,5 г/л. Отделенные загрязнения в головной части устройства мгновенного уменьшения давления F2 в виде вторичного пара отводятся по трубопроводу 6. После этого происходит дальнейшее снижение давления с 5,5 до 4,5 бар. В
результате этого доля воды во вторичном паре в значительной мере уменьшается, и, таким
образом, в общей сложности расходуется значительно меньшее количество энергии для
очистки раствора для промывки. На дне очищенный раствор для промывки отводится по
трубопроводу 3 и распределяется на два частичных потока. Ответвление трубопровода 3b
выполнено в виде трубопроводной петли, которая обратно подводится в устройство мгновенного уменьшения давления F2. К этому циркуляционному трубопроводу 3b подсоединяются насос P3 и теплообменник W7, в котором для обогрева используется масло6
BY 18187 C1 2014.04.30
теплоноситель. Таким образом, непрерывно по трубопроводу 3b перекачивается частичный поток раствора для промывки (18 м3/ч) и перемещается по циркуляционному контуру.
Температура раствора для промывки, который циркулирует в контуре и пропускается через промежуточный теплообменник W7, постоянно удерживается на уровне около 145 °С.
При этих условиях в растворе для промывки доля химически связанного CO2 снижается с
22 до 8 г/л, а сернистых соединений с 2,5 до 0,9 г/л. Таким образом, в общей сложности
достигается концентрация моющего средства 77 г/л для удаления углекислого газа и 5,1 г/л
для удаления сернистого соединения. При необходимости можно подключать еще одну
ступень мгновенного уменьшения давления (не показана) и, таким образом, еще в некоторой мере повысить поглощающую способность раствора для промывки.
Соотношение между отведенным из контура количеством частичного потока и пропускаемым по трубопроводу 1 количеством загрязненного раствора для промывки составляет 0,2-5. Отведенное по трубопроводу для частичного потока 3a количество раствора
для промывки (9 м3/ч) при температуре около 145 °С пропускается через теплообменник
W2, и используется при этом в качестве теплоносителя для подогрева раствора для промывки, и охлаждается в результате этого до температуры 68 °С. В подключенном теплообменнике W5 раствор для промывки с помощью охлаждающей воды снова охлаждается
(до 22 °С) и при регулировании давления подается в сепаратор A1. В нем производится
дальнейшее снижение давления с 4,5 бар до нормального давления. В результате этого
происходит обратное растворение еще химически связанного раствора CO2 и тем самым
достигается максимально возможная степень чистоты раствора для промывки. Отходящая
в головной части сепаратора A1 газовая смесь (CO2 и сернистые соединения) отводится по
трубопроводу 9.
Отходящая в головной части устройств мгновенного уменьшения давления F1, F2 и
отводимая в виде вторичного пара по трубопроводу 6 газовая смесь из углекислого газа,
воды и сернистых соединений пропускается через теплообменник W1 и используется в
качестве теплоносителя для нагрева загрязненного раствора для промывки, охлаждается
при этом до температуры около 60 °С и в заключение в подключенном теплообменнике
W6 с помощью охлаждающей воды охлаждается дальше до нормальной температуры
(около 25 °С) и подается в сепаратор A2. В этом сепараторе отделяется конденсированная
вода, которая в дозированных количествах подается по трубопроводу 7 в сепаратор A1 и
полностью смешивается с находящимся в нем очищенным раствором для промывки. Газовый поток из углекислого газа и сернистых соединений отводится по трубопроводу 8.
Рабочее давление в сепараторе A2 примерно равняется давлению в устройстве мгновенного уменьшения давления F1 (около 4,5 бар).
Осаждающийся в сепараторе A1 полностью очищенный раствор для промывки (9 м3/ч),
который не содержит CO2 и сернистых соединений, с помощью насоса P4 по трубопроводу
4 перекачивается в газопромыватель биогазовой установки. В трубопроводе 4 контролируется показатель pH очищенного раствора для промывки и при необходимости регулируется
с помощью подводимого по трубопроводу 7 количества конденсационной воды.
В связи с высокой поглощающей способностью аминосодержащего раствора для промывки процесс промывки по сравнению с известными способами можно осуществлять со
значительно более высокой удельной производительностью. В результате этого для процессов промывки требуется меньшее удельное количество промывочной жидкости. Так
как углеводороды (содержащийся в биогазе метан) в промывочной жидкости условно растворяются, при использовании меньшего количества промывочной жидкости растворяется
меньшее количество углеводородов, так что очищенный биогаз имеет более высокое содержание метана.
Предлагаемое решение для регенерации загрязненного раствора для промывки отличается также и более энергетически эффективным способом производства, так как необходимо обогревать только лишь теплообменники W3, W4 и W7 с помощью подводимого
7
BY 18187 C1 2014.04.30
извне теплоносителя в виде масла теплоносителя, при этом теплообменник W3 используется, как правило, только на стадии пуска. Подвод и отвод масла-теплоносителя производится по трубопроводам 5. Теплообменники W1 и W2 обогреваются образующимися во
время осуществления процесса горячим вторичным паром и, соответственно, очищенным
раствором для промывки. В теплообменниках W5 и W6 в результате рекуперации тепла
дополнительно подготавливается горячая воды, которую можно в дальнейшем использовать, например, в качестве рабочей среды для теплообменников в установке для получения биогаза. Охлаждающая вода подводится по трубопроводам 10 и отводится в виде
горячей воды.
Отводимый по трубопроводам 8 и 9 газовый поток (CO2 и сернистые соединения) отводится для специального использования.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
332 Кб
Теги
патент, by18187
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа