EA201691564A1 20170228 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2017\PDF/201691564 Полный текст описания [**] EA201691564 20150305 Регистрационный номер и дата заявки US61/948,118 20140305 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок US2015/019009 Номер международной заявки (PCT) WO2015/134774 20150911 Номер публикации международной заявки (PCT) EAA1 Код вида документа [PDF] eaa21702 Номер бюллетеня [**] СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА И АММИАКА В ОТПАРНОЙ КОЛОННЕ СЕРОВОДОРОДА Название документа [8] B01D 53/52, [8] C01C 1/12 Индексы МПК [US] Тэйлор Мартин, [US] Кимтэнтэс Чарльз Сведения об авторах [US] БЕКТЕЛ ГИДРОКАРБОН ТЕКНОЛОДЖИ СОЛУШЕНЗ, ИНК. Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea201691564a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

Предложены системы и способы для усовершенствованного разделения H 2 S и NH 3 . В частности, настоящее изобретение включает в себя способ разделения сероводорода и аммиака, включающий: i) введение жидкой смеси сероводорода и аммиака в отпарную колонну сероводорода; ii) подачу отдувочного газа в отпарную колонну сероводорода, где отдувочный газ содержит по меньшей мере один из диоксида углерода и инертного газа; и iii) разделение основной массы сероводорода и аммиака жидкой смеси с помощью отдувочного газа в отпарной колонне сероводорода, в результате чего образуется головной погон с отпарной колонны сероводорода и кубовый остаток отпарной колонны сероводорода.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Предложены системы и способы для усовершенствованного разделения H 2 S и NH 3 . В частности, настоящее изобретение включает в себя способ разделения сероводорода и аммиака, включающий: i) введение жидкой смеси сероводорода и аммиака в отпарную колонну сероводорода; ii) подачу отдувочного газа в отпарную колонну сероводорода, где отдувочный газ содержит по меньшей мере один из диоксида углерода и инертного газа; и iii) разделение основной массы сероводорода и аммиака жидкой смеси с помощью отдувочного газа в отпарной колонне сероводорода, в результате чего образуется головной погон с отпарной колонны сероводорода и кубовый остаток отпарной колонны сероводорода.


Евразийское (21) 201691564 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. B01D 53/52 (2006.01)
2017.02.28 C01C1/12 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2015.03.05
(54) СИСТЕМЫ И СПОСОБ ДЛЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА И АММИАКА В ОТПАРНОЙ КОЛОННЕ СЕРОВОДОРОДА
(31) 61/948,118
(32) 2014.03.05
(33) US
(86) PCT/US2015/019009
(87) WO 2015/134774 2015.09.11
(71) Заявитель:
БЕКТЕЛ ГИДРОКАРБОН
ТЕКНОЛОДЖИ СОЛУШЕНЗ, ИНК.
(US)
(72) Изобретатель:
Тэйлор Мартин, Кимтэнтэс Чарльз
(US)
(74) Представитель:
Новоселова С.В., Хмара М.В., Липатова И.И., Дощечкина В.В., Осипов К.В., Ильмер Е.Г., Пантелеев А.С. (RU)
(57) Предложены системы и способы для усовершенствованного разделения H2S и NH3. В частности, настоящее изобретение включает в себя способ разделения сероводорода и аммиака, включающий: i) введение жидкой смеси сероводорода и аммиака в отпарную колонну сероводорода; ii) подачу отдувочного газа в отпарную колонну сероводорода, где отдувочный газ содержит по меньшей мере один из диоксида углерода и инертного газа; и iii) разделение основной массы сероводорода и аммиака жидкой смеси с помощью отдувочного газа в отпарной колонне сероводорода, в результате чего образуется головной погон с отпарной колонны сероводорода и кубовый остаток отпарной колонны сероводорода.
МО--,
СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА И АММИАКА В ОТПАРНОЙ КОЛОННЕ СЕРОВОДОРОДА
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящим испрашивается приоритет согласно предварительной заявке на патентиБ 61/948118, поданной 5 марта 2014 г., описание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.
10 ЗАЯВЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНО ФИНАНСИРУЕМОГО ИЗ ФЕДЕРАЛЬНОГО
БЮДЖЕТА ИССЛЕДОВАНИЯ
Не производится.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к системам и способам для 15 усовершенствованного разделения сероводорода (H2S) и аммиака (NH3) в отпарной колонне H2S. В частности, настоящее изобретение относится к усовершенствованному разделению H2S и NH3 в отпарной колонне H2S с использованием диоксида углерода и/или инертного газа.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ Т ЕХНИКИ
20 Стандартная технология предусматривает извлечение H2S и NH3 из
серосодержащей кислой воды по отдельности с использованием отпарной колонны H2S и отпарной колонны NH3, такой процесс иногда называют двухколонным процессом отпарки кислой воды. Этот процесс позволяет получать кислый газ (H2S), содержащий менее 50 м.д. (англ. ppmw, parts per million by weight - массовых частей
25 на миллион или миллионных долей, м.д.) NH3, и высокой степени чистоты газообразный или жидкий NH3. Отделенная вода имеет высокое качество, что делает ее пригодной для повторного использования в качестве охлаждающей воды коксового барабана, воды для электрической обессоливающей установки и воды для нагнетания в установку гидроочистки, либо она может направляться на очистку
30 стоков для сброса.
Двухколонный процесс отпарки кислой воды, как правило, включает в себя четыре основные технологические стадии: 1) дегазации и подготовки сырья; 2) экстракции H2S; 3) экстракции NH3; и 4) очистки и сжижения NH3. Изображенная на
Фиг. 1А и 1В принципиальная схема стандартной двухколонной системы отпарки кислой воды иллюстрирует эти четыре производственные стадии. Приведенные ниже значения давления и температуры являются иллюстративными и предназначены исключительно для целей иллюстрации.
5 Дегазация и подготовка сырья
Сырьевую кислую воду 102 из одного или нескольких источников объединяют с рециркулируемым потоком 104 из отпарной колонны 106 NH3, охлаждают и пропускают через дегазатор 108, где извлекают растворенные водород (Н2), метан (СН4) и другие легкие углеводороды в виде потока 105 паров углеводородов.
10 Сырьевая кислая вода 102 содержит растворенные NH3 и H2S. Рециркулируемый поток 104 содержит обогащенный NH3, что помогает удерживать кислые газы в растворе в дегазаторе 108, тем самым сводя к минимуму высвобождение кислого газа и возможное загрязнение атмосферы. Поток 109 дегазированной кислой воды направляют в маслоотделитель 103, где происходит извлечение свободного масла
15 из потока 109 дегазированной кислой воды с получением потока 107
дегазированной/обезмасленной кислой воды. Поток 107
дегазированной/обезмасленной кислой воды закачивают в резервуар 110 для подготовки сырья, который служит для ослабления изменения расхода и состава и позволяет удалять унесенные масло и твердые вещества. Резервуар 110 для
20 подготовки сырья дает на выходе обработанный поток 111 кислой воды, который закачивают в сырьевой коалесцер 112, где отфильтровывают твердые вещества, оставшиеся в обработанном потоке 111 кислой воды, а затем отделяют унесенное масло с получением углеводородной жидкости 113 и потока 115 обезмасленной кислой воды. Поток 115 обезмасленной кислой воды подают в теплообменник 114
25 сырье/продукт, действующий как теплообменник для нагрева потока 115 обезмасленной кислой воды и охлаждения потока 132 кубового остатка отпарной колонны NH3 с получением потока 116 нагретой обезмасленной кислой воды и потока 134 отпаренной воды. При таком способе компоненты, входящие в состав потока 132 кубового остатка отпарной колонны NH3 и потока 134 отпаренной воды, а
30 также компоненты, составляющие поток 115 обезмасленной кислой воды и поток 116 нагретой обезмасленной кислой воды, являются, соответственно, одинаковыми, однако при этом могут иметь различные концентрации и температуры. Поток 116 нагретой обезмасленной кислой воды далее подают в отпарную колонну 118 H2S.
Отпарка H?S
Отпарная колонна 118 H2S содержит в себе тарелки или насадки (не показаны), так что поток 116 нагретой обезмасленной кислой воды течет через них и вокруг них, что позволяет отделить H2S от потока 116 нагретой обезмасленной 5 кислой воды. Для отвода тепла и подавления выделения газообразного NH3 в отпарной колонне H2S используют поток 136 охлажденной орошающей воды (например, промывочной воды). Ребойлер 137 действует как теплообменник для обеспечения энергии, необходимой для i) нагрева потока 116 нагретой обезмасленной кислой воды и потока 136 охлажденной орошающей воды до
10 предпочтительной температуры; и и) извлечения H2S из потока 116 нагретой обезмасленной кислой воды. Образующийся в результате поток 120 головного погона из отпарной колонны H2S подают в каплеотбойник 138 для по существу отделения унесенных капель и получения потока 126 H2S. Поток 126 H2S имеет высокую степень чистоты и представляет собой высококачественное сырье для
15 установки регенерации серы (англ. SRU, sulfur recovery unit) или предприятия по производству серной кислоты. Он содержит незначительное количество NH3 (менее 50 м.д.) и очень небольшое количество углеводородов, поскольку сырьевая кислая вода 102 была дегазирована. Поток 126 H2S имеет избыточное давление приблизительно от 100 до 180 фунтов на кв. дюйм (англ. фунт/кв.дюйм, pound per
20 square inch gage) и температуру от 100 до 120°F. Образующийся в результате поток 130 кубового остатка отпарной колонны H2S, содержащий NH3 и некоторое количество H2S, подают непосредственно в отпарную колонну 106 NH3.
Отпарка NH3
Отпарная колонна 106 NH3 представляет собой ректификационную колонну, 25 орошаемую перегретым водяным паром. В отпарной колонне 106 NH3 из потока 130 кубового остатка отпарной колонны H2S удаляют по существу весь NH3 и весь оставшийся H2S, так что из отпарной колонны 106 NH3 выходит поток 132 кубового остатка отпарной колонны NH3. Поток 132 кубового остатка отпарной колонны NH3 подают в теплообменник 114 сырье/продукт, где происходит теплообмен с потоком 30 115 обезмасленной кислой воды, при этом поток 132 кубового остатка отпарной колонны NH3 охлаждается с образованием потока 134 отпаренной воды. Поток 134 отпаренной воды подходит для повторного использования для большинства нужд предприятий либо может быть сброшен. Уровни содержания H2S и NH3B потоке 134 отпаренной воды могут быть откорректированы с учетом индивидуальных 35 потребностей и, как правило, составляют от 10 до 50 м.д. NH3 и от 1 до 25 м.д. H2S.
Поток 134 отпаренной воды имеет температуру от 100 до 200°F. В отпарной колонне из потока 130 кубового остатка отпарной колонны H2S удаляют по существу весь NH3 и весь оставшийся H2S, так что из отпарной колонны 106 NH3 выходит поток 133 головного погона отпарной колонны NH3. Головной погон 133 отпарной колонны NH3 5 подают в конденсатор головного погона, где он превращается в поток парообразного NH3 и поток жидкого NH3. В каплеотбойнике 139 происходит разделение потока 140 парообразного NH3 и потока 150 жидкого NH3. Часть потока 150 жидкого NH3 возвращается в отпарную колонну 106 NH3 в виде флегмы, а другая часть потока 150 жидкого NH3 образует рециркулируемый поток 104. 10 Ребойлер 141 действует как теплообменник для обеспечения энергии, необходимой для извлечения NH3 и всего оставшегося H2S. Поток 140 парообразного NH3 представляет собой газ, обогащенный NH3, который может быть обработан различными способами.
Очистка и сжижение NH3
15 На Фиг. 1В поток 140 парообразного NH3 подают на промывку водой в
аппарат 142 для удаления остаточных количеств H2S и некоторых углеводородов. Эту стадию также называют мокрой очисткой, в результате получают поток 160 очищенного парообразного NH3. Если извлечение NH3 не требуется или является экономически нецелесообразным, поток 160 очищенного парообразного NH3 160
20 может быть направлен на сжигание. Однако в большинстве случаев требуется дополнительная очистка потока 160 очищенного парообразного NH3 для получения либо безводного жидкого NH3 170, либо водного раствора 180 NH3, пригодных для коммерческого применения. Для дополнительной очистки потока 160 очищенного парообразного NH3 поток 160 очищенного парообразного NH3 подают в колонну 144
25 щелочной очистки для удаления остаточных примесей, включая некоторые углеводороды. Эту стадию также называют стадией щелочной очистки, после нее получают поток 162 парообразного двукратно очищенного NH3, эта стадия может потребоваться в случае предполагаемых проблем с нарушениями технологических параметров, диоксидом углерода или сложными соединениями серы (например,
30 меркаптанами или дисульфидами). Поток 162 парообразного двукратно очищенного NH3 может подаваться либо в компрессор 146, либо на холодильную установку 148 для получения безводного жидкого NH3 170, который содержит пренебрежимо малое количество H2S (менее 5 м.д.). Безводный жидкий NH3 170 имеет избыточное давление приблизительно 200 фунтов/кв. дюйм и температуру 100°F при сжижении
35 под действием компрессии и атмосферном давлении, и имеет температуру
приблизительно -26°F при сжижении охлаждением. Для теплообмена с потоком 162 сжатого парообразного двукратно очищенного NH3 могут применяться охлаждающая вода и/или хладагент. Поток 162 парообразного двукратно очищенного NH3 также может подаваться в абсорбер 149 NH3, по существу представляющий собой еще 5 один аппарат для промывки водой, для получения водного раствора 180 NH3, содержащего пренебрежимо малое количество серы (не более приблизительно 2 м.д.). Водный раствор 180 NH3 имеет избыточное давление приблизительно 35 фунт/кв. дюйм и температуру 100°F.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
10 Настоящее изобретение преодолевает один или более из недостатков
известного уровня техники, предлагая системы и способы для усовершенствованного разделения H2S и NH3 в отпарной колонне H2S с использованием диоксида углерода и/или инертного газа.
Согласно одному из вариантов осуществления, настоящее изобретение 15 включает в себя систему для разделения сероводорода и аммиака, состоящую из: i) отпарной колонны сероводорода для разделения сероводорода и аммиака; и ii) потока отдувочного газа, подводимого к отпарной колонне сероводорода, где поток отдувочного газа содержит по меньшей мере один из диоксида углерода и инертного газа.
20 Согласно другому варианту осуществления, настоящее изобретение
включает в себя способ разделения сероводорода и аммиака, включающий в себя: i) введение жидкой смеси сероводорода и аммиака в отпарную колонну сероводорода; ii) подачу отдувочного газа в отпарную колонну сероводорода, где отдувочный газ содержит по меньшей мере один из диоксида углерода и инертного
25 газа; и iii) разделение основной массы сероводорода и аммиака в жидкой смеси с помощью отдувочного газа в отпарной колонне сероводорода, в результате чего образуется головной погон с отпарной колонны сероводорода и кубовый остаток отпарной колонны сероводорода.
Дополнительные аспекты, преимущества и варианты осуществления по 30 изобретению будут очевидны специалистам в данной области из следующего описания различных вариантов осуществления и сопутствующих им графических материалов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Далее настоящее изобретение описано со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми порядковыми номерами и где:
5 Фиг. 1А-1В представляют собой принципиальную технологическую схему,
иллюстрирующую стандартную систему двухколонной очистки кислой воды.
Фиг. 2 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую стадию экстракции H2S на Фиг. 1А согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ
10 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Объект данного изобретения описан конкретно, однако описание как таковое не предназначено для ограничения объема изобретения. Вследствие этого объект также может быть осуществлен другими путями и включать в себя другие стадии или комбинации стадий, аналогичные описанным в данном контексте, в сочетании с
15 другими технологиями. Кроме того, хотя термин "стадия" может использоваться в данном контексте для описания различных элементов используемых способов, этот термин не следует интерпретировать как подразумевающий какой-либо конкретный порядок среди или между различными стадиями, раскрытыми в данном контексте, если иное явным образом не ограничивается описанием для конкретного порядка.
20 Хотя следующее описание относится к нефтегазовой промышленности, системы и способы по настоящему изобретению не ограничиваются этим и могут также применяться в других отраслях промышленности для достижения аналогичных результатов.
Настоящее изобретение представляет системы и способы для 25 усовершенствования разделения H2S и NH3 в отпарной колонне H2S с использованием диоксида углерода и/или инертного газа. Назначением диоксида углерода и/или инертного газа, также называемых отдувочным газом, является улучшение разделения H2S и NH3 во время стадии экстракции H2S за счет i) снижения парциального давления H2S; и ii) обеспечения отдувочного действия.
30 Представленная на Фиг. 2 принципиальная схема стадии экстракции H2S,
изображенной на Фиг. 1А, иллюстрирует использование потока 202 отдувочного газа для усовершенствования разделения H2S и NH3 в отпарной колонне 118 H2S. Данная стадия может включать в себя различные единицы оборудования в
зависимости от требуемых максимальных концентрации и качества NH3. Поток 202 отдувочного газа может подаваться в любом месте между верхней и кубовой частями отпарной колонны 118 H2S. Однако предпочтительно вводить поток 202 отдувочного газа вблизи кубовой части отпарной колонны 118 H2S, поскольку в этом 5 случае он будет контактировать с большей частью нагретого потока 116 обезмасленной кислой воды. Таким образом, любую стандартную систему двухколонной очистки кислой воды, включающую в себя стадию экстракции H2S, можно легко модернизировать с помощью введения отдувочного газа.
Поток 202 отдувочного газа может включать в себя диоксид углерода и/или 10 любой инертный газ, который представляет собой газ, не реагирующий с другими компонентами отпарной колонны 118 H2S или отпарной колонны серосодержащей кислой воды, такой как, например, водород, гелий, бор, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, двухатомный азот, метан и этан.
При работе двухколонной системы отпарки кислой воды со стадией 15 экстракции H2S, включающей в себя поток 202 отдувочного газа, содержащего диоксид углерода, разделение H2S и NH3 может быть улучшено по меньшей мере на пять процентов. Благодаря такому улучшению разделения H2S и NH3 расход энергоресурсов (например, теплоносителя ребойлера) в двухколонной системе отпарки кислой воды будет уменьшен, что приведет к снижению потребления 20 электроэнергии, или же может быть улучшена производительность при том же потреблении энергоресурсов.
Стандартные системы двухколонной очистки кислой воды используются начиная примерно с 60 годов 20 века. Хотя операторы таких систем признают необходимость усовершенствованного разделения H2S и NH3, характеристики 25 диоксида углерода аналогичны характеристикам кислого газа. Это объясняет, почему необходимость усовершенствованного разделения H2S и NH3 с использованием диоксида углерода на стадии экстракции H2S двухколонной системы отпарки кислой воды, содержащей другой кислый газ (H2S), остается нерешенной с 1960-х годов.
СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА И АММИАКА В ОТПАРНОЙ КОЛОННЕ СЕРОВОДОРОДА
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящим испрашивается приоритет согласно предварительной заявке на патентиБ 61/948118, поданной 5 марта 2014 г., описание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.
10 ЗАЯВЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНО ФИНАНСИРУЕМОГО ИЗ ФЕДЕРАЛЬНОГО
БЮДЖЕТА ИССЛЕДОВАНИЯ
Не производится.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к системам и способам для 15 усовершенствованного разделения сероводорода (H2S) и аммиака (NH3) в отпарной колонне H2S. В частности, настоящее изобретение относится к усовершенствованному разделению H2S и NH3 в отпарной колонне H2S с использованием диоксида углерода и/или инертного газа.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ Т ЕХНИКИ
20 Стандартная технология предусматривает извлечение H2S и NH3 из
серосодержащей кислой воды по отдельности с использованием отпарной колонны H2S и отпарной колонны NH3, такой процесс иногда называют двухколонным процессом отпарки кислой воды. Этот процесс позволяет получать кислый газ (H2S), содержащий менее 50 м.д. (англ. ppmw, parts per million by weight - массовых частей
25 на миллион или миллионных долей, м.д.) NH3, и высокой степени чистоты газообразный или жидкий NH3. Отделенная вода имеет высокое качество, что делает ее пригодной для повторного использования в качестве охлаждающей воды коксового барабана, воды для электрической обессоливающей установки и воды для нагнетания в установку гидроочистки, либо она может направляться на очистку
30 стоков для сброса.
Двухколонный процесс отпарки кислой воды, как правило, включает в себя четыре основные технологические стадии: 1) дегазации и подготовки сырья; 2) экстракции H2S; 3) экстракции NH3; и 4) очистки и сжижения NH3. Изображенная на
Фиг. 1А и 1В принципиальная схема стандартной двухколонной системы отпарки кислой воды иллюстрирует эти четыре производственные стадии. Приведенные ниже значения давления и температуры являются иллюстративными и предназначены исключительно для целей иллюстрации.
5 Дегазация и подготовка сырья
Сырьевую кислую воду 102 из одного или нескольких источников объединяют с рециркулируемым потоком 104 из отпарной колонны 106 NH3, охлаждают и пропускают через дегазатор 108, где извлекают растворенные водород (Н2), метан (СН4) и другие легкие углеводороды в виде потока 105 паров углеводородов.
10 Сырьевая кислая вода 102 содержит растворенные NH3 и H2S. Рециркулируемый поток 104 содержит обогащенный NH3, что помогает удерживать кислые газы в растворе в дегазаторе 108, тем самым сводя к минимуму высвобождение кислого газа и возможное загрязнение атмосферы. Поток 109 дегазированной кислой воды направляют в маслоотделитель 103, где происходит извлечение свободного масла
15 из потока 109 дегазированной кислой воды с получением потока 107
дегазированной/обезмасленной кислой воды. Поток 107
дегазированной/обезмасленной кислой воды закачивают в резервуар 110 для подготовки сырья, который служит для ослабления изменения расхода и состава и позволяет удалять унесенные масло и твердые вещества. Резервуар 110 для
20 подготовки сырья дает на выходе обработанный поток 111 кислой воды, который закачивают в сырьевой коалесцер 112, где отфильтровывают твердые вещества, оставшиеся в обработанном потоке 111 кислой воды, а затем отделяют унесенное масло с получением углеводородной жидкости 113 и потока 115 обезмасленной кислой воды. Поток 115 обезмасленной кислой воды подают в теплообменник 114
25 сырье/продукт, действующий как теплообменник для нагрева потока 115 обезмасленной кислой воды и охлаждения потока 132 кубового остатка отпарной колонны NH3 с получением потока 116 нагретой обезмасленной кислой воды и потока 134 отпаренной воды. При таком способе компоненты, входящие в состав потока 132 кубового остатка отпарной колонны NH3 и потока 134 отпаренной воды, а
30 также компоненты, составляющие поток 115 обезмасленной кислой воды и поток 116 нагретой обезмасленной кислой воды, являются, соответственно, одинаковыми, однако при этом могут иметь различные концентрации и температуры. Поток 116 нагретой обезмасленной кислой воды далее подают в отпарную колонну 118 H2S.
Отпарка H?S
Отпарная колонна 118 H2S содержит в себе тарелки или насадки (не показаны), так что поток 116 нагретой обезмасленной кислой воды течет через них и вокруг них, что позволяет отделить H2S от потока 116 нагретой обезмасленной 5 кислой воды. Для отвода тепла и подавления выделения газообразного NH3 в отпарной колонне H2S используют поток 136 охлажденной орошающей воды (например, промывочной воды). Ребойлер 137 действует как теплообменник для обеспечения энергии, необходимой для i) нагрева потока 116 нагретой обезмасленной кислой воды и потока 136 охлажденной орошающей воды до
10 предпочтительной температуры; и ii) извлечения H2S из потока 116 нагретой обезмасленной кислой воды. Образующийся в результате поток 120 головного погона из отпарной колонны H2S подают в каплеотбойник 138 для по существу отделения унесенных капель и получения потока 126 H2S. Поток 126 H2S имеет высокую степень чистоты и представляет собой высококачественное сырье для
15 установки регенерации серы (англ. SRU, sulfur recovery unit) или предприятия по производству серной кислоты. Он содержит незначительное количество NH3 (менее 50 м.д.) и очень небольшое количество углеводородов, поскольку сырьевая кислая вода 102 была дегазирована. Поток 126 H2S имеет избыточное давление приблизительно от 100 до 180 фунтов на кв. дюйм (англ. фунт/кв.дюйм, pound per
20 square inch gage) и температуру от 100 до 120°F. Образующийся в результате поток 130 кубового остатка отпарной колонны H2S, содержащий NH3 и некоторое количество H2S, подают непосредственно в отпарную колонну 106 NH3.
Отпарка NH3
Отпарная колонна 106 NH3 представляет собой ректификационную колонну, 25 орошаемую перегретым водяным паром. В отпарной колонне 106 NH3 из потока 130 кубового остатка отпарной колонны H2S удаляют по существу весь NH3 и весь оставшийся H2S, так что из отпарной колонны 106 NH3 выходит поток 132 кубового остатка отпарной колонны NH3. Поток 132 кубового остатка отпарной колонны NH3 подают в теплообменник 114 сырье/продукт, где происходит теплообмен с потоком 30 115 обезмасленной кислой воды, при этом поток 132 кубового остатка отпарной колонны NH3 охлаждается с образованием потока 134 отпаренной воды. Поток 134 отпаренной воды подходит для повторного использования для большинства нужд предприятий либо может быть сброшен. Уровни содержания H2S и NH3B потоке 134 отпаренной воды могут быть откорректированы с учетом индивидуальных 35 потребностей и, как правило, составляют от 10 до 50 м.д. NH3 и от 1 до 25 м.д. H2S.
Поток 134 отпаренной воды имеет температуру от 100 до 200°F. В отпарной колонне из потока 130 кубового остатка отпарной колонны H2S удаляют по существу весь NH3 и весь оставшийся H2S, так что из отпарной колонны 106 NH3 выходит поток 133 головного погона отпарной колонны NH3. Головной погон 133 отпарной колонны NH3 5 подают в конденсатор головного погона, где он превращается в поток парообразного NH3 и поток жидкого NH3. В каплеотбойнике 139 происходит разделение потока 140 парообразного NH3 и потока 150 жидкого NH3. Часть потока 150 жидкого NH3 возвращается в отпарную колонну 106 NH3 в виде флегмы, а другая часть потока 150 жидкого NH3 образует рециркулируемый поток 104. 10 Ребойлер 141 действует как теплообменник для обеспечения энергии, необходимой для извлечения NH3 и всего оставшегося H2S. Поток 140 парообразного NH3 представляет собой газ, обогащенный NH3, который может быть обработан различными способами.
Очистка и сжижение NH3
15 На Фиг. 1В поток 140 парообразного NH3 подают на промывку водой в
аппарат 142 для удаления остаточных количеств H2S и некоторых углеводородов. Эту стадию также называют мокрой очисткой, в результате получают поток 160 очищенного парообразного NH3. Если извлечение NH3 не требуется или является экономически нецелесообразным, поток 160 очищенного парообразного NH3 160
20 может быть направлен на сжигание. Однако в большинстве случаев требуется дополнительная очистка потока 160 очищенного парообразного NH3 для получения либо безводного жидкого NH3 170, либо водного раствора 180 NH3, пригодных для коммерческого применения. Для дополнительной очистки потока 160 очищенного парообразного NH3 поток 160 очищенного парообразного NH3 подают в колонну 144
25 щелочной очистки для удаления остаточных примесей, включая некоторые углеводороды. Эту стадию также называют стадией щелочной очистки, после нее получают поток 162 парообразного двукратно очищенного NH3, эта стадия может потребоваться в случае предполагаемых проблем с нарушениями технологических параметров, диоксидом углерода или сложными соединениями серы (например,
30 меркаптанами или дисульфидами). Поток 162 парообразного двукратно очищенного NH3 может подаваться либо в компрессор 146, либо на холодильную установку 148 для получения безводного жидкого NH3 170, который содержит пренебрежимо малое количество H2S (менее 5 м.д.). Безводный жидкий NH3 170 имеет избыточное давление приблизительно 200 фунтов/кв. дюйм и температуру 100°F при сжижении
35 под действием компрессии и атмосферном давлении, и имеет температуру
приблизительно -26°F при сжижении охлаждением. Для теплообмена с потоком 162 сжатого парообразного двукратно очищенного NH3 могут применяться охлаждающая вода и/или хладагент. Поток 162 парообразного двукратно очищенного NH3 также может подаваться в абсорбер 149 NH3, по существу представляющий собой еще 5 один аппарат для промывки водой, для получения водного раствора 180 NH3, содержащего пренебрежимо малое количество серы (не более приблизительно 2 м.д.). Водный раствор 180 NH3 имеет избыточное давление приблизительно 35 фунт/кв. дюйм и температуру 100°F.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
10 Настоящее изобретение преодолевает один или более из недостатков
известного уровня техники, предлагая системы и способы для усовершенствованного разделения H2S и NH3 в отпарной колонне H2S с использованием диоксида углерода и/или инертного газа.
Согласно одному из вариантов осуществления, настоящее изобретение 15 включает в себя систему для разделения сероводорода и аммиака, состоящую из: i) отпарной колонны сероводорода для разделения сероводорода и аммиака; и ii) потока отдувочного газа, подводимого к отпарной колонне сероводорода, где поток отдувочного газа содержит инертный газ.
Согласно другому варианту осуществления, настоящее изобретение 20 включает в себя способ разделения сероводорода и аммиака, включающий в себя: i) введение жидкой смеси сероводорода и аммиака в отпарную колонну сероводорода; ii) подачу отдувочного газа в отпарную колонну сероводорода, где отдувочный газ содержит по меньшей мере один из диоксида углерода и инертного газа; и iii) разделение основной массы сероводорода и аммиака в жидкой смеси с 25 помощью отдувочного газа в отпарной колонне сероводорода, в результате чего образуется головной погон с отпарной колонны сероводорода и кубовый остаток отпарной колонны сероводорода.
Дополнительные аспекты, преимущества и варианты осуществления по изобретению будут очевидны специалистам в данной области из следующего 30 описания различных вариантов осуществления и сопутствующих им графических материалов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Далее настоящее изобретение описано со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми порядковыми номерами и где:
5 Фиг. 1А-1В представляют собой принципиальную технологическую схему,
иллюстрирующую стандартную систему двухколонной очистки кислой воды.
Фиг. 2 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую стадию экстракции H2S на Фиг. 1А согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ
10 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Объект данного изобретения описан конкретно, однако описание как таковое не предназначено для ограничения объема изобретения. Вследствие этого объект также может быть осуществлен другими путями и включать в себя другие стадии или комбинации стадий, аналогичные описанным в данном контексте, в сочетании с
15 другими технологиями. Кроме того, хотя термин "стадия" может использоваться в данном контексте для описания различных элементов используемых способов, этот термин не следует интерпретировать как подразумевающий какой-либо конкретный порядок среди или между различными стадиями, раскрытыми в данном контексте, если иное явным образом не ограничивается описанием для конкретного порядка.
20 Хотя следующее описание относится к нефтегазовой промышленности, системы и способы по настоящему изобретению не ограничиваются этим и могут также применяться в других отраслях промышленности для достижения аналогичных результатов.
Настоящее изобретение представляет системы и способы для 25 усовершенствования разделения H2S и NH3 в отпарной колонне H2S с использованием диоксида углерода и/или инертного газа. Назначением диоксида углерода и/или инертного газа, также называемых отдувочным газом, является улучшение разделения H2S и NH3 во время стадии экстракции H2S за счет i) снижения парциального давления H2S; и ii) обеспечения отдувочного действия.
30 Представленная на Фиг. 2 принципиальная схема стадии экстракции H2S,
изображенной на Фиг. 1А, иллюстрирует использование потока 202 отдувочного газа для усовершенствования разделения H2S и NH3 в отпарной колонне 118 H2S. Данная стадия может включать в себя различные единицы оборудования в
зависимости от требуемых максимальных концентрации и качества NH3. Поток 202 отдувочного газа может подаваться в любом месте между верхней и кубовой частями отпарной колонны 118 H2S. Однако предпочтительно вводить поток 202 отдувочного газа вблизи кубовой части отпарной колонны 118 H2S, поскольку в этом 5 случае он будет контактировать с большей частью нагретого потока 116 обезмасленной кислой воды. Таким образом, любую стандартную систему двухколонной очистки кислой воды, включающую в себя стадию экстракции H2S, можно легко модернизировать с помощью введения отдувочного газа.
Поток 202 отдувочного газа может включать в себя диоксид углерода и/или 10 любой инертный газ, который представляет собой газ, не реагирующий с другими компонентами отпарной колонны 118 H2S или отпарной колонны серосодержащей кислой воды, такой как, например, водород, гелий, бор, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, двухатомный азот, метан и этан.
При работе двухколонной системы отпарки кислой воды со стадией 15 экстракции H2S, включающей в себя поток 202 отдувочного газа, содержащего диоксид углерода, разделение H2S и NH3 может быть улучшено по меньшей мере на пять процентов. Благодаря такому улучшению разделения H2S и NH3 расход энергоресурсов (например, теплоносителя ребойлера) в двухколонной системе отпарки кислой воды будет уменьшен, что приведет к снижению потребления 20 электроэнергии, или же может быть улучшена производительность при том же потреблении энергоресурсов.
Стандартные системы двухколонной очистки кислой воды используются начиная примерно с 60 годов 20 века. Хотя операторы таких систем признают необходимость усовершенствованного разделения H2S и NH3, характеристики 25 диоксида углерода аналогичны характеристикам кислого газа. Это объясняет, почему необходимость усовершенствованного разделения H2S и NH3 с использованием диоксида углерода на стадии экстракции H2S двухколонной системы отпарки кислой воды, содержащей другой кислый газ (H2S), остается нерешенной с 1960-х годов.
1. Система для разделения сероводорода и аммиака, включающая в себя:
отпарную колонну сероводорода для разделения сероводорода и аммиака; и
поток отдувочного газа, подводимый к отпарной колонне сероводорода,
5 причем поток отдувочного газа содержит по меньшей мере один из диоксида углерода и инертного газа.
2. Система по п. 1, где поток отдувочного газа подается в отпарную колонну сероводорода вблизи кубовой части отпарной колонны сероводорода.
3. Система по п. 1, где поток отдувочного газа содержит только диоксид 10 углерода.
4. Система по п. 1, где поток отдувочного газа содержит только инертный
газ.
5. Система по п. 4, где инертный газ выбран из группы, состоящей из водорода, гелия, бора, неона, аргона, криптона, ксенона, радона, двухатомного
15 азота, метана и этана.
6. Система по п. 1, где поток отдувочного газа содержит равные количества диоксида углерода и инертного газа.
7. Система по п. 1, где поток отдувочного газа содержит больше диоксида углерода, чем инертного газа.
20 8. Система по п. 1, где поток отдувочного газа содержит больше инертного
газа, чем диоксида углерода.
9. Система по п. 1, где отпарная колонна сероводорода содержит жидкую
смесь сероводорода и аммиака.
10. Система по п. 1, дополнительно включающая в себя головной погон с 25 отпарной колонны сероводорода, относящийся к верхней части отпарной колонны
сероводорода, и кубовый остаток отпарной колонны сероводорода, относящийся к нижней части отпарной колонны сероводорода, при этом головной погон с отпарной колонны сероводорода содержит сероводород, воду и по существу не содержит аммиака, а кубовый остаток отпарной колонны сероводорода содержит воду, 30 аммиак и сероводород.
11. Способ разделения сероводорода и аммиака, включающий в себя:
11.
введение жидкой смеси сероводорода и аммиака в отпарную колонну сероводорода;
подачу отдувочного газа в отпарную колонну сероводорода, где отдувочный газ содержит по меньшей мере один из диоксида углерода и инертного газа; и
5 - разделение основной массы сероводорода и аммиака жидкой смеси с помощью отдувочного газа в отпарной колонне сероводорода, в результате чего образуются головной погон с отпарной колонны сероводорода и кубовый остаток отпарной колонны сероводорода.
12. Способ по п. 11, где головной погон с отпарной колонны сероводорода
10 содержит главным образом сероводород из жидкой смеси, а кубовый остаток
отпарной колонны сероводорода содержит главным образом аммиак из жидкой смеси.
13. Способ по п. 11, где отдувочный газ разделяет большую часть сероводорода и аммиака, содержащихся в жидкой смеси, за счет снижения
15 парциального давления сероводорода в отпарной колонне сероводорода и обеспечения отдувочного действия.
14. Способ по п. 11, где поток отдувочного газа содержит только диоксид углерода.
15. Способ по п. 11, где поток отдувочного газа содержит только инертный
20 газ.
16. Способ по п. 15, где инертный газ выбирают из группы, состоящей из водорода, гелия, бора, неона, аргона, криптона, ксенона, радона, двухатомного азота, метана и этана.
17. Способ по п. 11, где поток отдувочного газа содержит равные количества
25 диоксида углерода и инертного газа.
18. Способ по п. 11, где поток отдувочного газа содержит больше диоксида углерода, чем инертного газа.
19. Способ по п. 11, где поток отдувочного газа содержит больше инертного газа, чем диоксида углерода.
30 20. Способ по п. 11, где отпарная колонна сероводорода содержит жидкую
смесь сероводорода и аммиака.
1. Система для разделения сероводорода и аммиака, включающая в себя:
отпарную колонну сероводорода для разделения сероводорода и аммиака; и
поток отдувочного газа, подводимый к отпарной колонне сероводорода,
5 причем поток отдувочного газа содержит инертный газ.
2. Система по п. 1, где поток отдувочного газа подается в отпарную колонну сероводорода вблизи кубовой части отпарной колонны сероводорода.
3. Система по п. 1, где поток отдувочного газа дополнительно содержит диоксид углерода.
10 4. Система по п. 1, где поток отдувочного газа содержит только инертный
газ.
5. Система по п. 4, где инертный газ выбран из группы, состоящей из водорода, гелия, бора, неона, аргона, криптона, ксенона, радона, двухатомного азота, метана и этана.
15 6. Система по п. 3, где поток отдувочного газа содержит равные количества
диоксида углерода и инертного газа.
7. Система по п. 3, где поток отдувочного газа содержит больше диоксида
углерода, чем инертного газа.
8. Система по п. 3, где поток отдувочного газа содержит больше инертного
20 газа, чем диоксида углерода.
9. Система по п. 1, где отпарная колонна сероводорода содержит жидкую смесь сероводорода и аммиака.
10. Система по п. 1, дополнительно включающая в себя головной погон с отпарной колонны сероводорода, относящийся к верхней части отпарной колонны
25 сероводорода, и кубовый остаток отпарной колонны сероводорода, относящийся к нижней части отпарной колонны сероводорода, при этом головной погон с отпарной колонны сероводорода содержит сероводород, воду и по существу не содержит аммиака, а кубовый остаток отпарной колонны сероводорода содержит воду, аммиак и сероводород.
30 11. Способ разделения сероводорода и аммиака, включающий в себя:
введение жидкой смеси сероводорода и аммиака в отпарную колонну сероводорода;
подачу отдувочного газа в отпарную колонну сероводорода, где отдувочный газ содержит инертный газ; и
5 - разделение основной массы сероводорода и аммиака жидкой смеси с помощью отдувочного газа в отпарной колонне сероводорода, в результате чего образуются головной погон с отпарной колонны сероводорода и кубовый остаток отпарной колонны сероводорода.
12. Способ по п. 11, где головной погон с отпарной колонны сероводорода
10 содержит главным образом сероводород из жидкой смеси, а кубовый остаток
отпарной колонны сероводорода содержит главным образом аммиак из жидкой смеси.
13. Способ по п. 11, где отдувочный газ разделяет большую часть сероводорода и аммиака, содержащихся в жидкой смеси, за счет снижения
15 парциального давления сероводорода в отпарной колонне сероводорода и обеспечения отдувочного действия.
14. Способ по п. 11, где поток отдувочного газа дополнительно содержит диоксид углерода.
15. Способ по п. 11, где поток отдувочного газа содержит только инертный
20 газ.
16. Способ по п. 15, где инертный газ выбирают из группы, состоящей из водорода, гелия, бора, неона, аргона, криптона, ксенона, радона, двухатомного азота, метана и этана.
17. Способ по п. 14, где поток отдувочного газа содержит равные количества
25 диоксида углерода и инертного газа.
18. Способ по п. 14, где поток отдувочного газа содержит больше диоксида углерода, чем инертного газа.
19. Способ по п. 14, где поток отдувочного газа содержит больше инертного газа, чем диоксида углерода.
30 20. Способ по п. 11, где отпарная колонна сероводорода содержит жидкую
смесь сероводорода и аммиака.
т Пары аммиака на сжигание
Вода
М42 160
162Л
Раствор
щелочи
v144
Охлаждающая вода < >
170
146
Безводный жидкий аммиак
170
X ^ ^ Безводный
жидкий аммиак
149-
Вода
л180, R "
1-¦-Водный
аммиак
(19)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, измененное по ст. 34 РСТ, для рассмотрения на региональной фазе в ЕАПВ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, измененное по ст. 34 РСТ, для рассмотрения на региональной фазе в ЕАПВ
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ, измененная по ст. 34 РСТ, для рассмотрения на региональной фазе в ЕАПВ
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ, измененная по ст. 34 РСТ, для рассмотрения на региональной фазе в ЕАПВ
ФИГ. 1А
160
ФИГ. 1В
160
ФИГ. 1В
160
ФИГ. 1В
ФИГ. 2