Модификация десорберной колонны процесса аминовой очистки с применением насадок типа седла Бреля

АННОТАЦИЯ

В данном статье приводится описание процесса очистки природного газа от кислых компонентов и новая модификация десорбера аминовой очистка кислых газов (СО₂, H₂S) с помощью насадок типа седла Брела.

ABSTRACT

This article describes the process of natural gas purification from acidic components and a new modification of the amine stripper for the purification of acid gases (CO₂, H₂S) with the help of Brela saddle nozzles.

Ключевые слова: абсорбция, десорбер, фильтрация, аминовый раствор, насадки.

Keywords: absorption, desorber, filtration, amine solution, nozzle.

Процесс аминовой очистки Amine GuardTM FS (AGFS) компании UOP удаляет H₂S и CO₂ из подаваемого газа, используя парциальное давление в качестве движущей силы. Давление сырья может находиться в диапазоне от 1000 до 12500 кПа, общее давление с широким диапазоном составов кислого газа в сырье. Амины являются химическими растворителями, поскольку они химически реагируют с кислыми газами, удаляя их из потока исходного газа.

 Амины представлены следующими химическими формулами:

– моноэтаноламин (MEA): OHCH₂CH₂NH₂;

– диэтаноламин (ДЭА): (OHCH₂CH₂)₂NH;

– метилдиэтаноламин (МДЭА): (OHCH₂CH₂)₂NCH₃.

Тип и концентрация водного раствора амина – критически важные параметры для определения всего процесса очистки. Ниже приведены типичные массовые концентрации растворов аминов.

• Моноэтаноламин (МЭА): 20 % – для удаления CO₂ и H₂S, 32 % – для удаления преимущественно CO₂.
• Диэтаноламин (ДЭА): 20–25 % – для удаления H₂S и CO₂.
• Метилдиэтаноламин (МДЭА): 30–55 % для селективного удаления H₂S в присутствии CO₂, удаления H₂S и CO₂ при использовании активатора (пиперазин).

Очистка кислых газов аминовым раствором осуществляется следующим образом (рис. 1).

Рисунок 1. Принципиальная схема установки аминовой очистки

Раствор амина по сигналу автоматического контроллера уровня отводится из нижней части колонны посредством автоматического клапана. При снижении давления из раствора амина выделяются фракции легкокипящих углеводородов. Разделение образовавшейся смеси происходит в сепараторе (2). Выделившийся в процессе сепарации газ отводится из верхней части аппарата в факельную систему сжигания кислых газов или в блок термической деструкции. После сепарации раствор амина проходит механическую очистку в последовательно расположенных мешотчатом (3) и угольном (4) фильтрах. Далее очищенный от механических примесей раствор насыщенного амина поступает в теплообменник (5), где происходит нагрев за счет теплообмена с потоком регенерированного амина из ребойлера (7). Из теплообменника (5) раствор амина подается в колонну-десорбер (6). Подвод тепла, необходимого для процесса регенерации, происходит в ребойлере (7). АВО рефлюкса (8) обеспечивает частичную конденсацию паров из колонны-десорбера, формируя тем самым поток рефлюкса. Регенерированный амин отводится из переливной секции ребойлера (7) и подается в теплообменник (5) для нагрева потока насыщенного амина, после чего подпорным насосом подается в секцию АВО амина (12). Охлажденный регенерированный амин подается в колонну-абсорбер нагнетательным насосом (13) [2].

В существующем процессе десорбции аминовый раствор на входе в десорбер вспенивается, образуя газожидкостный слой в верхней распределительной тарелке. Этот слой через некоторое время образует избыточное парциальное давление в нижней части колонны. Но когда давление газа достигает уровня срыва этого слоя, большое количество аминового раствора всплескивается в орошительную емкость. Когда же емкость заполняется, приходится его дренировать и обратно ввести в систему. При этом увеличивается концентрация СО₂ в чистом растворе достигая до 0,6 %, а иногда до 1,1 %. Это, в свою очередь, ухудшает процесс очистки кислого газа и не дает поднять температуру регенерации в десорбере.

В данной предлагаемой модификации мы улучшали верхнею струйную галерею десорбера, используя насадки размером 15*5*10 мм типа седло Бреля (рис. 2).

Рисунок 2. Насадки седло Бреля

При этом увеличилось гидравлическое сопротивление приходящего аминового раствора в струйной галерее и уменьшилось пенообразование в верхней части десорбера [1; 3]. Структурная схема приведена на рисунке 3.

Ранее в струйной галерее раствор проходил с тангенциальным углом, образуя турбулентную поток, и в нем превращался в ламинарный, и при этом освобождался кислый газ. Он в свою очередь образовывал вспенивание. В новой модификации насадки увеличивали сопротивление раствора, не давая ему вспениваться.

Рисунок 3. Изменение десорбера

Контроль за содержанием количество (%) СО₂ в растворе проводился до и после изменения в струйной галерее.

Рисунок 4. Количество карбонатангидрида до и после изменения

Как видно на рисунке, до изменения содержание кислого газа в аминовом растворе не снижалось с 0,5 %, после оно снизилось до 0,25 %. Это, в свою очередь, дало возможность поднять температуру регенерации до 129,5 °С. Раньше она не поднималось с 126 °С. Количество кислого газа в чистом газе снизилось с 80 ррм до 5 ррм и, в свою очередь, продлило жизнедеятельность аминового раствора от 2 до 3 лет.

Отработанный МДЭА могут применять отвердителем или соотвердителем эпокси- и эпоксициланcсодержающих совмещенных смол. Диаминовые смолы поликонденсируют эпокси- и эпоксициланcсодержающие смолы, так как они в своем составе содержат свободные гидрооксильные группы: nCH₃N(C₂H₄OH)₂ → [-C₂H₄O(NCH₃)-]_n.

Список литературы:

1. Рошель Г.Т. Аминовая очистка CO₂ // Наука. – 2009. – № 325 (5948). – С. 1652–1654.
2. Стрючков В.М., Афанасьев А.И., Шкляр Р.Л. Интенсификация процессов очистки природного газа от кислых компонентов // Подготовка и переработка газа и газового конденсата: обз. информация. – М. : ВНИИЭгазпром, 1984.
3. Чуракова С.К. Варианты интенсификации работы действующего массообменного оборудования в процессах нефтегазопереработки и нефтехимии // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2013. – № 5.