1. Способ удаления и восстановления абсорбированного кислого газа из водной текучей среды, содержащей по крайней мере один химически абсорбированный кислый газ и по крайней мере один химический агент, абсорбирующий кислый газ, и регенерации по крайней мере одного такого агента из текучей среды, в котором регенерацию проводят на эндотермической стадии разделения, где текучую среду разделяют в аппарате высокого давления по крайней мере на один жидкофазный поток А, обогащенный абсорбирующим агентом, и по крайней мере один газофазный поток В, обогащенный кислым газом, и поток В затем удаляют, отличающийся тем, что стадию разделения проводят при давлении, превышающем 50 фунт/кв.дюйм абс. и не превышающем 300 фунт/кв.дюйм абс., и при подведении к текучей среде достаточного количества теплоты для отделения газофазного потока В от жидкофазного потока А при температуре выше 280 ш F и ниже 400 ш F, после чего поток В под указанным давлением подают во впускное устройство компрессорного устройства с последующим уменьшением объема указанного газового потока посредством компрессии.

2. Способ по п.1, где на стадии разделения давление превышает 55 фунт/кв.дюйм абс.

3. Способ по п.1, где на стадии разделения давление превышает 130 фунт/кв.дюйм абс.

4. Способ по п.1, где после проведения стадии разделения, но перед введением потока В во впускное устройство компрессорного устройства поток В обрабатывают, подавая его в конденсатор, охлаждающий его до температуры, которая позволяет кислым газам пройти конденсатор, но является достаточно низкой для удаления одного или более других способных конденсироваться газов из потока В.

5. Способ по п.1, где по крайней мере один химический агент, абсорбирующий кислый газ в текучей среде для обработки, является алканоламином, содержащим от 2 до 6 углеродных атомов.

6. Способ по п.1, где по крайней мере один химический агент, абсорбирующий кислый газ, выбирают из группы, состоящей из этаноламина; диэтаноламина; диизопропаноламина; триэтаноламина; N-метилдиэтаноламина; пиперазина; N-метилпиперазина; N-гидроксиэтилпиперазина; 2-(2-аминоэтокси)этанола; 2-(2-трет-бутиламиноэтокси)этанола и 2-амино-2-метил-1-пропанола.

7. Способ по п.5 или 6, где в текучую среду для обработки включен по крайней мере один сорастворитель кислых газов, выбранный из группы, состоящей из:

a) метанола;

b) простых C ₁ -С ₃ алкиловых моно- и диэфиров этилена, диэтилена, триэтилена, тетраэтилена, пентаэтилена, гексаэтилена, гептаэтилена, октаэтилена, нонаэтилена и ундекаэтиленгликоля; и

c) пропиленкарбоната; 1,3-диметил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1Н)-пиримидинона; сульфолана; 1-метил-2-пирролидинона; морфолина; N-формилморфолина и N-ацетилморфолина.

8. Способ регенерации водной абсорбирующей кислый газ текучей среды, содержащей по крайней мере один агент на основе азота, химически абсорбирующий кислый газ, где абсорбирующая текучая среда содержит химически абсорбированную кислоту, содержащую сероводород, диоксид углерода или оба указанных газа, включающий десорбирование в аппарате высокого давления кислого газа из обогащенной кислым газом абсорбирующей текучей среды при давлении выше 50 фунт/кв.дюйм абс. и ниже 300 фунт/кв.дюйм абс. и при температуре выше 280 ш F и ниже 400 ш F с последующим удалением обогащенного кислым газом газового потока из аппарата высокого давления при поддержании указанного давления в потоке, введением указанного газового потока в компрессор и последующим уменьшением объема указанного газового потока посредством компрессии.

9. Способ по п.8, где газовый поток после компрессии удаляют путем закачивания в океаническое или морское дно либо в подземную камеру или формацию.

 

(57) Реферат / Формула:
Способ удаления и восстановления абсорбированного кислого газа из водной текучей среды, содержащей по крайней мере один химически абсорбированный кислый газ и по крайней мере один химический агент, абсорбирующий кислый газ, и регенерации по крайней мере одного такого агента из текучей среды, в котором регенерацию проводят на эндотермической стадии разделения, где текучую среду разделяют в аппарате высокого давления по крайней мере на один жидкофазный поток А, обогащенный абсорбирующим агентом, и по крайней мере один газофазный поток В, обогащенный кислым газом, и поток В затем удаляют, отличающийся тем, что стадию разделения проводят при давлении, превышающем 50 фунт/кв.дюйм абс. и не превышающем 300 фунт/кв.дюйм абс., и при подведении к текучей среде достаточного количества теплоты для отделения газофазного потока В от жидкофазного потока А при температуре выше 280 ш F и ниже 400 ш F, после чего поток В под указанным давлением подают во впускное устройство компрессорного устройства с последующим уменьшением объема указанного газового потока посредством компрессии.

2. Способ по п.1, где на стадии разделения давление превышает 55 фунт/кв.дюйм абс.

3. Способ по п.1, где на стадии разделения давление превышает 130 фунт/кв.дюйм абс.

4. Способ по п.1, где после проведения стадии разделения, но перед введением потока В во впускное устройство компрессорного устройства поток В обрабатывают, подавая его в конденсатор, охлаждающий его до температуры, которая позволяет кислым газам пройти конденсатор, но является достаточно низкой для удаления одного или более других способных конденсироваться газов из потока В.

5. Способ по п.1, где по крайней мере один химический агент, абсорбирующий кислый газ в текучей среде для обработки, является алканоламином, содержащим от 2 до 6 углеродных атомов.

6. Способ по п.1, где по крайней мере один химический агент, абсорбирующий кислый газ, выбирают из группы, состоящей из этаноламина; диэтаноламина; диизопропаноламина; триэтаноламина; N-метилдиэтаноламина; пиперазина; N-метилпиперазина; N-гидроксиэтилпиперазина; 2-(2-аминоэтокси)этанола; 2-(2-трет-бутиламиноэтокси)этанола и 2-амино-2-метил-1-пропанола.

7. Способ по п.5 или 6, где в текучую среду для обработки включен по крайней мере один сорастворитель кислых газов, выбранный из группы, состоящей из:

a) метанола;

b) простых C ₁ -С ₃ алкиловых моно- и диэфиров этилена, диэтилена, триэтилена, тетраэтилена, пентаэтилена, гексаэтилена, гептаэтилена, октаэтилена, нонаэтилена и ундекаэтиленгликоля; и

c) пропиленкарбоната; 1,3-диметил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1Н)-пиримидинона; сульфолана; 1-метил-2-пирролидинона; морфолина; N-формилморфолина и N-ацетилморфолина.

8. Способ регенерации водной абсорбирующей кислый газ текучей среды, содержащей по крайней мере один агент на основе азота, химически абсорбирующий кислый газ, где абсорбирующая текучая среда содержит химически абсорбированную кислоту, содержащую сероводород, диоксид углерода или оба указанных газа, включающий десорбирование в аппарате высокого давления кислого газа из обогащенной кислым газом абсорбирующей текучей среды при давлении выше 50 фунт/кв.дюйм абс. и ниже 300 фунт/кв.дюйм абс. и при температуре выше 280 ш F и ниже 400 ш F с последующим удалением обогащенного кислым газом газового потока из аппарата высокого давления при поддержании указанного давления в потоке, введением указанного газового потока в компрессор и последующим уменьшением объема указанного газового потока посредством компрессии.

9. Способ по п.8, где газовый поток после компрессии удаляют путем закачивания в океаническое или морское дно либо в подземную камеру или формацию.

 

---

008970
Кислые газы часто встречаются в потоках природного газа, потоках синтез-газа и потоках нефтеза-водского газа. Кислые газы, кроме того, могут образовываться при сжигании углеродсодержащих веществ, таких как уголь, природный газ или другие содержащие углерод горючие вещества. Обычно используют множество агентов для обработки на основе химических реагентов, для поглощения кислых газов, в частности диоксида углерода и сероводорода, из газовых потоков или потоков жидкостей, их содержащих. Когда такие агенты становятся агентами, обогащенными кислыми газами, то за стадией удаления (также называемой абсорбцией) обычно следует стадия регенерации (также называемая десорбцией) для отделения кислых газов от активных химических реагентов, входящих в средство для обработки.
Общий обзор распространенных способов обработки, так же, как и многочисленных химических абсорбентов, предназначенных для обработки кислых газов, можно найти в "Gas Purification" by Arthur Kohl and Richard Nielsen (Gulf Publishing Co., 5th Edition 1997).
Изобретение относится к области регенерации и удаления в процессе обработки текучих сред, где сбор кислых газов осуществляют на стадии регенерации и затем их подвергают сжатию. Отделенные кислые газы удаляют путем сжатия и закачивания в подземные геологические (обычно истощенные) нефтяные формации или формации природного газа или для того, чтобы избежать загрязнения атмосферы, в океаническое или морское дно. Одним из существенных преимуществ изобретения является снижение капиталовложений в оборудование для компрессии, требуемое для достижения давлений, часто необходимых для таких систем удаления.
Изучение установившейся в настоящее время практики удаления кислых газов путем закачивания в подземные резервуары на месторождении Альберта (Alberta) описаны в работе "Acid Gas Injection - A Decade of Operating History in Canada" presented by Neil Bosch at the 14th Annual Conference of the Canadian Gas Processors Suppliers Association, Calgary, Alberta, on April 5, 2002. Представлено описание четырех случаев, три из которых включают регенерацию кислого газа с последующим сжатием. В этих трех случаях (им соответствуют индексы 5.1, 5.2 и 5.4) кислые газы (прежде всего, диоксид углерода и сероводород) восстанавливали из части, находящейся в сборнике орошающей фракции установки регенерации амином, при избыточных давлениях, лежащих в интервале между 80 и 90 кПа (от 26 до 28 фунт/кв.дюйм абс.) и температурах в интервале между 20 и 28°С (от 68 до 82°F). Кислые газы затем подвергали сжатию и закачивали в подземные формации, где избыточное давление составляло от 2300 до 26900 кПа (от 350 до 3900 фунт/кв.дюйм абс.).
Расчетное изучение удаления CO2, регенерации и компрессии при использовании водного моноэта-ноламина (МЕА) описано в представленной на второй ежегодной конференции по отделению углерода работе профессора Gary T. Rochelle, "Innovative Stripper Configurations to Reduce the Energy Cost of CO2 Capture", Alexandria, VA, May 5-8, 2003.
Различные конфигурации многостадийных компрессоров и комбинации десорберов рассматривают с целью понизить общее потребление энергии при удалении и отведении кислых газов. Показан отвод газов при температурах и давлениях, варьирующихся в интервалах от 107 до 117°С (от 225 до 242°F) и от 2 до 5 атм (от 30 до 75 фунт/кв.дюйм абс.). Также описана компрессия десорбированного CO2, которую осуществляют в четыре или пять стадий, в отсутствие какого-либо предложения по снижению необходимости использования компрессоров.
Изобретение представляет собой способ регенерации водной текучей среды, поглощающей кислые газы, которая содержит по крайней мере один химический реагент, предназначенный для хемосорбции кислого газа; эта поглощающая текучая среда содержит химически абсорбированный кислый газ, обычно приобретаемый при контакте текучей среды с газовым или жидкостным потоком, содержащим а) сероводород, b) диоксид углерода или с) оба указанных газа. Этот способ регенерации включает 1) десорби-рование в аппарате высокого давления одного или нескольких кислых газов из обогащенной кислым газом поглощающей текучей среды при давлении, превышающем приблизительно 50 фунт/кв.дюйм абс., но не выше, чем приблизительно 300 фунт/кв.дюйм абс., после чего 2) извлечение обогащенного кислыми газами газового потока из аппарата высокого давления при поддержании указанного давления в газовом потоке, 3) введение газового потока в компрессор и 4) уменьшение посредством компрессии объема указанного газового потока.
Изобретение, кроме того, включает способ удаления и восстановления абсорбированного кислого газа из водной текучей среды для обработки; эта текучая среда для обработки содержит по крайней мере один хемосорбированный кислый газ и по крайней мере один химический реагент, абсорбирующий кислый газ; регенерацию по крайней мере одного такого агента из текучей среды для обработки, где в указанном способе регенерацию проводят на эндотермической стадии отделения, когда текучую среду для обработки разделяют на а) по крайней мере один жидкофазный поток А, обогащенный поглощающим агентом, и b) по крайней мере один газофазный поток В, обогащенный кислым газом, и где поток В затем восстанавливают и подвергают компрессии.
Усовершенствование включает 1) проведение указанной стадии разделения в аппарате высокого давления, превышающем приблизительно 50 фунт/кв.дюйм абс., но не превышающем приблизительно
- 1 -
008970
300 фунт/кв. дюйм абс., при одновременном подведении к текучей среде для обработки достаточного количества теплоты для отделения газофазного потока В от жидкофазного потока А, и 2) последующее введение потока В под указанным давлением во впускное устройство компрессора.
Предпочтительно способ по изобретению осуществляют при давлении, превышающем приблизительно 55 фунт/кв.дюйм абс., более предпочтительно выше чем приблизительно 130 фунт/кв.дюйм абс. и предпочтительно ниже чем приблизительно 200 фунт/кв.дюйм абс., более предпочтительно ниже чем приблизительно 155 фунт/кв.дюйм абс., для того чтобы достичь преимущества, заключающегося в сокращении одной или нескольких стадий компрессии извлеченного кислого газа перед его необязательным закачиванием при повышенных давлениях, чтобы не причинить вред окружающей среде. Также предпочтительно, чтобы закачивание в океаническое или морское дно или в подземную геологическую формацию проводилось после компрессии потока кислого газа.
Кислые газы
Термин "кислый газ" относится к газу, который встречается в потоках высокосернистого природного газа, потоках синтез-газа, нефтезаводского газа или потоках жидкости, нефтяных коллекторах или угольных пластах, или к газу, который образуется при сжигании углеродистых веществ (например, уголь, природный газ или другие углеродные виды топлива). Эти вещества часто содержат компоненты, содержащие серу. Аэробное сжигание угля приводит к образованию, среди прочих газов, диоксида углерода. Газы, чаще всего удаляемые из потоков высокосернистых газа или жидкости, являются диоксидом углерода (CO2) или сероводородом (H2S). Другие примеры кислых газов включают сернистый карбонил, меркаптаны и другие сульфиды.
Агенты для обработки
Агенты для обработки, используемые в изобретении, представляют собой агенты, традиционно используемые при удалении кислых газов, или частично, или полностью или избирательно, или не избирательно из газовых или жидкостных потоков. Хорошо известно и часто оказывается необходимым избирательное удаление одного или нескольких кислых газов на необязательной стадии разделения, для того чтобы удалить один или несколько различных кислых газов из одного и того же потока.
Химические растворяющие агенты
Так называемые "химические растворители", используемые в изобретении для абсорбции кислых газов, выбирают из группы химических реагентов, которые вызывают притяжение кислого газа, образуя с газом химическое соединение, а именно соль или комплекс. Регенерацию такого "химического растворителя" и восстановление "абсорбированного" кислого газа осуществляют впоследствии посредством обратного химического взаимодействия, чаще всего осуществляемого через подведение теплоты при пониженном давлении.
Предпочтительные категории таких "химических растворителей", как правило, могут быть описаны как растворители на основе азота, и в частности первичные, вторичные и третичные алканоламины; первичные и вторичные амины; стерически затрудненные амины; и жестко стерически затрудненные вторичные аминоэфирные спирты, как описано в патенте США 4405585. Примерами обычно используемых растворителей являются моноэтаноламин (МЕА); диэтаноламин (DEA); диизопропаноламин (DIPA); N-метилэтаноламин (ММЕА); триэтаноламин (TEA); N-метилдиэтаноламин (MDEA); пиперазин; N-метил-пиперазин (MP); N-гидроксиэтилпиперазин (HEP); 2-амино-2-метил-1-пропанол (AMP); 2-(2-аминоэток-си)этанол (также называемый диэтиленгликольамин или DEGA); 2-(2-трет-бутиламинопропокси)этанол; 2-(2-трет-бутиламиноэтокси)этанол (ТВЕЕ); 2-(2-трет-амиламиноэтокси)этанол; 2-(2-изопропиламино-пропокси)этанол и 2-(2-(1-метил-1-этилпропиламино)этокси)этанол. Упомянутые выше растворители можно использовать индивидуально, или в комбинации, или вместе с другими, или при отсутствии других сорастворителей, таких как "физические" растворители, определенные ниже.
Количества химических растворителей, которые могут быть использованы, легко определяются специалистами в области обработки высокосернистых газов. Как правило, количество химических растворителей составляет приблизительно от 15 до 70 мас.% от водной текучей среды для обработки, и их используют в максимально допустимых концентрациях, в зависимости от коррозии, коэффициента вязкости, деструкции, соабсорбции углеводородов, вспенивания и других ограничений, специфических для каждой химической и каждой высокосернистой газовой композиции. Предпочтительно, когда их используют в количествах, превышающих приблизительно 20 мас.%, более предпочтительно в количествах больше чем приблизительно 40 мас.% и до приблизительно 70, предпочтительно до приблизительно 60 мас.%.
Из агентов, являющихся химическими растворителями на основе азота, традиционно используемых для обработки кислых газов, предпочтительными для использования в данном изобретении являются МЕА, DEA, TEA, DIPA, MDEA, пиперазин, MP, HEP, DEGA, AMP и ТВЕЕ. Более предпочтительными
являются МЕА, DEA, TEA, MDEA, пиперазин, DEGA и ТВЕЕ.
Другие агенты-сорастворители Так называемые "физические" растворители (или "сорастворители") кислых газов необязательно используют в изобретении, для того чтобы дополнить воздействие химических растворителей, упомянутых выше. Их выбирают из группы химических реагентов, молекулы которых притягивают к себе молекулы кислого газа посредством истинного взаимодействия типа растворитель/растворенное вещество.
- 2 -
008970
Такие агенты для обработки будут эффективными в пределах растворимости рассматриваемого(ых) ки-слого(ых) газа(ов) в смешанной (то есть содержащей химические и физические растворители) текучей среде для обработки. Затем осуществляют регенерацию такой смешанной текучей среды для обработки и восстановление "физически и химически абсорбированного" кислого газа.
Примерами пригодных для использования "физических" сорастворителей являются метанол; моно-и диалкиловые (С1-С3)простые эфиры этилена и предпочтительно высшие полиоксиалкилены (например, диэтилен, триэтилен, тетраэтилен, пентаэтилен, гексаэтилен, гептаэтилен, октаэтилен, нонаэтилен, унде-каэтилен и т.д.), гликоли и, в частности, диметиловые простые эфиры этиленов; производные циклотет-раметиленсульфонов (незамещенную молекулу обычно называют сульфоланом); пропиленкарбонат; N-замещенные алкилпиримидиноны, например 1,3-диметил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1Н)-пиримидинон (DMPU); N-замещенные алкилпирролидиноны, например 1-метил-2-пирролидинон (NMP); морфолин; амиды алифатических кислот, например ацетамид, диметилформамид, диметилацетамид, N-формилмор-фолин и N-ацетилморфолин. Такие физические сорастворители могут быть использованы индивидуально или в комбинациях с приведенными выше химическими растворителями. Пригодные комбинации и относительные количества компонентов выбираются средними специалистами в данной области в зависимости от природы высокосернистого газового потока, подлежащего обработке.
Оборудование для обработки
Оборудование для абсорбции кислых газов представляет собой оборудование относительно стандартной конструкции и хорошо известно в области обработки газов. Например, см. главу 2 из "Gas Purification" Kohl and Nielsen, упомянутую ранее. Оборудование обычно состоит из емкости для абсорбции, часто обозначаемой как "абсорбер". В этой емкости, используя тарелки или насадку, необработанный (то есть "высокосернистый") газовый поток, содержащий один или несколько кислых газов, приводят в контакт с текучей средой для обработки. Предпочтительно используют контакт противоточного типа.
В способе очистки газа за процессом абсорбции обычно следует стадия регенерации, также называемая "десорбцией" или "отпаркой". Целью стадии регенерации является получение агента для повторного использования путем удаления растворенных и прореагировавших компонентов, то есть кислых газов, приобретенных текучей средой для обработки на стадии абсорбции. Регенерацию обычно проводят при использовании оборудования почти такого же типа, как и на начальной стадии абсорбции, в аппарате высокого давления, сконструированном таким образом, чтобы выдерживать и сохранять применяемые температуры и давления. Желательно, чтобы такой аппарат для регенерации представлял собой емкость цилиндрической формы, выполненную из стали или других пригодных строительных материалов, выбранных таким образом, чтобы препятствовать агрессивному воздействию кислых газов и компонентов текучей среды для обработки и чтобы функционировать должным образом при применяемых температурах и давлениях. Тарелки и/или насадку конструируют соответствующим образом, чтобы обеспечить тесный контакт между газом и жидкостью.
Было предложено и использовано большое количество конструкций аппарата регенерации. Конструкция одного несложного аппарата и порядок функционирования для абсорбирования кислого газа, с последующей регенерацией текучей среды для обработки, показаны и описаны в патенте США 4452763, и описание еще одного аппарата приведено на фиг. 1 патента США 4405585. Модификация этих аппаратов посредством использования соответствующих строительных материалов для выдерживания выбранных рабочих условий процесса могла бы превратить эти аппараты в пригодные аппараты для использования в изобретении. Другие стандартные конструкции могут быть использованы для аппарата регенерации в способе по изобретению. Например, при использовании линий рециркуляции такие линии и сочленения могли бы быть рассчитаны и сконструированы таким образом, чтобы выдерживать рабочие условия процесса, например уровни рН, скорости течения, температуры и давления, при которых следует проводить процесс.
Конструкции, которые для удаления кислых газов из текучей среды для обработки используют только понижение давления (то есть устройства "флэш-типа"), непригодны для практического применения данного изобретения. Такие конструкции обычно не включают в себя устройство подачи тепла, такое как кипятильник.
Текучая среда для обработки
Текучая среда для обработки, используемая в способе по изобретению, составлена для определенных кислых газов в потоке и для потока продуктов необходимого уровня чистоты. Могут быть использованы вещества, которые обычно используют для химического удаления кислых газов из "высокосернистого" газового потока в химической текучей среде для обработки на водной основе, состав их подобран таким образом, чтобы получить желаемые результаты. Например, если необходимо селективное удаление H2S в присутствии СO2, то можно использовать MDEA. Альтернативно, другие вещества, такие как МЕА, DEA, пиперазин, DIPA и т.д., могут быть использованы, индивидуально или в комбинации, для удаления H2S, СO2 и других примесей, отвечающих разной степени загрязнения.
Для различных целей удаления тот или иной химический агент или комбинация агентов из широкого ряда веществ, известных как пригодные для использования, могут быть легко выбраны специалистом в области абсорбции кислых газов. Стадия абсорбции имеет важное значение для изобретения, только в
- 3 -
008970
той мере, что природа химических агентов в потоке текучей среды для обработки и кислых газов, которые она абсорбирует, будет определять, какая комбинация давления и температуры процесса является наилучшей для применения, чтобы получить требуемую степень регенерации текучей среды для обработки и связанную с ней степень отделения кислых газов. Так как точки кипения растворителей и сорас-творителей, которые предполагается использовать, существенно выше, чем точки кипения кислых газов, которые от них отделяют, выбор конкретных растворителей имеет небольшое значение для осуществления изобретения. Их выбор может быть основан, прежде всего, на их относительной эффективности на начальной стадии абсорбции способа обработки. Зная заданную химическую композицию текучей среды для обработки, инженер-химик, являющийся специалистом в области абсорбции и регенерации кислых газов, может легко определить, какими будут рабочие условия процесса.
Регенерация или стадия десорбции Стадию регенерации осуществляют путем подачи обогащенной кислыми газами текучей среды для обработки из абсорбционной установки к впускному отверстию аппарата регенерации, предпочтительно расположенному в верхней части вертикальной колонны, что позволяет осуществлять подачу указанной текучей среды самотеком вниз по всей длине такой колонны. Посредством подачи тепла в нижнюю часть колонны, к обычно установленному там "кипятильнику", теплоту сообщают обогащенной кислыми газами текучей среде для обработки, вызывая появление паров, обычно водяного пара. Пары идут вверх через эту колонну и несут десорбирующийся(иеся) кислый(ые) газ(ы) в верхнее пространство колонны. Отсюда через соответствующий трубопровод газовый поток выводят из колонны. Он может быть подвергнут стадии конденсации для удаления любого низкокипящего пара, остающегося в кислом(ых) га-зе(ах). Это может быть выполнено с помощью охлаждающей рубашки, находящейся около выпускного отверстия колонны или в конденсаторе горячего орошения, при использовании нагнетательного потока из аппарата регенерации.
В изобретении аппарат регенерации ("отпарной аппарат") оборудован одним или несколькими устройствами для регулирования давления, для того чтобы регулировать рост давления газов, десорбированных из текучей среды для обработки и перенесенных к выпускному отверстию колонны регенерации. Используя такие регулирующие устройства, давление у выпускного отверстия аппарата поднимают до величины больше чем приблизительно 50 фунт/кв.дюйм абс., предпочтительно больше чем 55 фунт/кв.дюйм абс. и более предпочтительно больше чем 130 фунт/кв.дюйм абс., но ниже чем приблизительно 300 фунт/кв.дюйм абс., предпочтительно ниже чем приблизительно 200 фунт/кв.дюйм абс. и более предпочтительно ниже чем приблизительно 155 фунт/кв.дюйм абс. Максимальное рабочее давление устанавливают для конструкции аппарата регенерации, задавая размер трубопровода у выпускного отверстия таким образом, чтобы обеспечить необходимое максимальное давление в известных текучих средах для обработки и кислых газах, при скорости течения и соотношении подаваемого тепла и температуры и других условий функционирования системы, при которых обычно осуществляют регенерацию, и плюс соответствующие требования безопасности. Такое определение размеров выпускного отверстия может быть выполнено средним специалистом при использовании стандартных расчетов инженерных конструкций. Регулирование рабочего давления соответствующим образом поддерживают, используя один или несколько стандартных вентилей для регулирования потока текучей среды в процессе, установленных ниже по газовому потоку выпускного отверстия колонны. Чаще всего, вентиль находится на линии выпускного отверстия сборника орошающей фракции, который обычно следует за стадией конденсации сразу после выпускного отверстия колонны. Регулирующий вентиль обычно соединен через датчик давления с детектором давления, установленным у выпускного отверстия колонны. Следовательно, требуемое рабочее давление можно поддерживать автоматически через сервомеханизм такого вентиля, регулирующего давление.
Как можно более подробно увидеть на конкретных примерах вариантов осуществления, неожиданным является то, что с ростом давления необходимых рабочих температур достигают без существенного увеличения подачи тепла по сравнению с функционированием в условиях эксплуатации, которые ранее считали нормальными условиями. Такие предварительные условия представляли собой давление 10-25 фунт/кв. дюйм абс. и интервал температур у выпускного отверстия, составляющий приблизительно 105-120°С (220-250°F).
Стадии восстановления и удаления Отработанную текучую среду для обработки после извлечения из выпускного отверстия аппарата регенерации, соответственно, возвращают на стадию абсорбции на повторный цикл с любым подходящим свежим растворителем или добавленным сорастворителем и повторно используют. Восстановленный поток кислого газа, находящийся при заданном давлении, составляющем от 50 до 300 фунт/кв.дюйм абс., предпочтительно от 55 до 200 фунт/кв.дюйм абс., выводят из выпускного отверстия аппарата регенерации в компрессор первой стадии для повышения давления и затем на любую последующую ста-дию(и) компрессии для уменьшения объема кислого газа(ов) и увеличения давления до величины, при которой он может быть легко закачан в долговременную камеру для отходов или, если необходимо, использован для других целей. Обычно необходимое конечное давление будет определять гидростатическое давление в подземной камере для отходов или в формации или глубина залежи на дне океана или моря, куда он будет закачан. Если поток восстановленного кислого газа, выходящий из аппарата регене
- 4 -
008970
рации, содержит существенное количество остающейся воды и легкого углеводорода, например пропана или бутана, или других газов, поддающихся сжижению, то часто бывает желательно перед стадией компрессии подвергнуть газовый поток стадии конденсации для удаления других более высококипящих паров, способных конденсироваться, и тем самым эффективно снизить общую загрузку компрессора.
Если не указано иное, все приводимые процентные соотношения указаны в массовых процентах. Пример А относится к одному из четырех случаев, приведенных в статье Bosch, указанной выше. Примеры 1 и 2 представляют собой варианты осуществления изобретения, использующие условия закачивания и условия регенерации текучих сред, в соответствии с историей разработки месторождения Западной Пембины (Bosch), но предъявляя к давлению требования в соответствии с изобретением. В нижеследующей таблице приведено сравнение условий, используемых в данном способе, и требований, предъявляемых в 3 примерах к полной энергии регенерации, так же, как и для последующих стадий компрессии, осуществляемых при подготовке обработанных газов к закачиванию в формацию Западной Пембины. Эти данные показывают, что одна или несколько стадий компрессии могут быть исключены из описанного общего способа закачивания.
Пример А. Сравнение.
Условия регенерации и компрессии в установке для закачивания кислых газов в месторождении Западной Пембины, описанные в четвертой части статьи Bosch, на которую ссылались выше в разделе, относящемся к уровню техники, приведены в целях сравнения. Обогащенную кислым газом текучую среду для обработки, содержащую 43 мас.% MDEA и 57 мас.% воды (не содержащая газа основа), в которой при 180°F на 1 моль амина приходится 0,35 моль кислого газа, абсорбированного из потока природного газа, обрабатываемого на месторождениях Западной Пембины (Alberta), нагревают путем перекрестного нагревания и регенерируют. Полученный кислый газ охлаждают, сушат и подвергают компрессии до приблизительно 1065 фунт/кв.дюйм абс., используя четыре стадии компрессии и охлаждения (эксплуатационные параметры взяты из приведенных в табл. 5.4, описанной Bosch).
Перекрестное нагревание (то есть с использованием теплоты регенерированной текучей среды для того, чтобы перед поступлением на стадию десорбции предварительно нагреть текучую среду для обработки, содержащую кислый газ) осуществляют с помощью стандартного теплообменника, использующего отработанный материал такого размера, чтобы обеспечить возможность "подачи" 35°F (то есть температура устройства кипятильника меньше температуры у входа в десорбер). Полученная в результате нагрузка теплообменника составляет 5,9 МБТЕ/ч, и в результате подаваемая в десорбер температура составляет 207°F. Регенерацию осуществляют на 20 тарелках колонны регенерации, оборудованной кипятильником, конденсатором и сборником орошающей фракции. Нагрузка кипятильника составляет 24,8 МБТЕ/ч, падение давления на тарелках составляет 2 фунт/кв.дюйм, а падение давления на конденсаторе горячего орошения составляет 1 фунт/кв.дюйм. Следуя Bosch, паровая фаза, выходящая из конденсатора горячего орошения, проходит через разделительную камеру (где удаляют воду и конденсированные газы), и затем ее направляют на первую стадию компрессии, где давление увеличивают от 23 до 50 фунт/кв.дюйм абс. Этот пар охлаждают, пропускают во вторую разделительную камеру и направляют на вторую стадию компрессии, где давление повышают от 49 до 129 фунт/кв. дюйм абс. Этот пар охлаждают, пропускают в третью разделительную камеру и направляют на третью стадию компрессии, где давление повышают от 128 до 390 фунт/кв.дюйм абс. Этот пар охлаждают, пропускают в четвертую разделительную камеру и направляют на четвертую стадию компрессии, где давление повышают от 384 до 1065 фунт/кв.дюйм абс. Этот конечный пар охлаждают до жидкого состояния для закачивания в подземную формацию. В основном, для отведения 312 фунт-моль/ч кислого газа требуется компрессия, которая соответствует затрачиваемой работе приблизительно в 787 л.с. (HP), распределенная между четырьмя стадиями компрессии.
Пример 1. Исключение одной стадии компрессии.
Способом, аналогичным способу, описанному в примере А, осуществляют регенерацию обогащенной кислыми газами текучей среды для обработки, аналогичной текучей среде примера А, исключая тот факт, что давление в сборнике орошающей фракции повышают до 52,4 фунт/кв.дюйм абс. Так как такое же падение давления, составляющее 3 фунт/кв.дюйм, поддерживают при прохождении через объединенные конденсатор горячего орошения и 20 тарелок регенерации, давление в кипятильнике возрастает от 29,3 фунт/кв.дюйм абс. примера А до 55,4 фунт/кв.дюйм абс. Этот рост давления в кипятильнике приводит к повышению температуры кипятильника до приблизительно 294°F. Так как подача дополнительной температуры на перекрестный теплообменник, использующий отработанный материал, остается постоянной, у 35°F, и так как нагрузка кипятильника остается постоянной и составляет 24,8 МБТЕ/ч, нагрузка теплообменника, использующего отработанный материал, возрастает от 5,9 МБТЕ/ч (в примере А) до 18 МБТЕ/ч. При этих условиях, в то время как температура орошения остается постоянной и составляет 80,6°F, нагрузка конденсатора горячего орошения возрастает от 9,1 МБТЕ/ч (в примере А) до приблизительно 12 МБТЕ/ч.
Поток пара, выходящий из сборника орошающей фракции при 52,4 фунт/кв.дюйм абс., проходит через разделительную камеру, и его направляют на первую стадию компрессии, где давление повышают от 49 до 129 фунт/кв. дюйм абс. Этот пар охлаждают, пропускают во вторую разделительную камеру и
- 5 -
008970
направляют на вторую стадию компрессии, где давление повышают от 128 до 389 фунт/кв.дюйм абс. Этот пар охлаждают, пропускают в третью разделительную камеру и направляют на третью стадию компрессии, где давление повышают от 384 до 1065 фунт/кв.дюйм абс. Аналогично примеру А, конечный пар охлаждают до жидкого состояния для закачивания в подземную формацию. В основном, для отведения 314 фунт-моль/ч кислого газа требуется компрессия, которая соответствует затрачиваемой работе приблизительно в 618 л. с. (HP), распределенная между тремя стадиями компрессии. Пример 2. Исключение двух стадий компрессии.
Регенерацию аналогичной текучей среды для обработки выполняли способом, аналогичным способу, описанному в примере 2. Однако в этом примере давление в сборнике орошающей фракции возрастает до 132 фунт/кв.дюйм абс. Так как такое же падение давления, составляющее 3 фунт/кв.дюйм, поддерживают при прохождении через объединенные конденсатор горячего орошения и 20 тарелок регенерации, давление кипятильника поэтому возрастает от 29,3 фунт/кв.дюйм абс. в примере А до 135 фунт/кв.дюйм абс. Это возрастание давления в кипятильнике приводит к росту температуры в кипятильнике до приблизительно 358°F. Так как температура на теплообменнике перекрестного типа "обеднение-обогащение" остается постоянной, у 35°F, и так как нагрузка кипятильника остается постоянной, у 24,8 МБТЕ/ч, нагрузка теплообменника перекрестного типа "обеднение-обогащение" возрастает от 5,9 МБТЕ/ч (в примере А) до приблизительно 36 МБТЕ/ч. При этих условиях, в то время как температура орошения остается постоянной, у 80,6°F, нагрузка конденсатора горячего орошения возрастает от 9,1 МБТЕ/ч примера А до 16 МБТЕ/ч.
Поток пара, выходящий из сборника орошающей фракции при 132 фунт/кв.дюйм абс., проходит через разделительную камеру, и его направляют на первую стадию компрессии, где давление повышают от 128 до 390 фунт/кв.дюйм абс. Этот пар охлаждают, пропускают во вторую разделительную камеру и направляют на вторую стадию компрессии, где давление повышают от 384 до 1065 фунт/кв.дюйм абс. Аналогично примеру А, конечный пар охлаждают до жидкого состояния для закачивания в подземную формацию. В целом, для отведения 315 фунт-моль/ч кислого газа требуется компрессия, которая соответствует затрачиваемой работе приблизительно в 406 л. с., распределенная на две стадии компрессии.
Изучив приведенные выше примеры и нижеследующую таблицу, можно увидеть, что выполнение стадии регенерации, описанное выше, позволяет осуществить регенерацию, компрессию и удаление такого же количества кислого газа при значительно меньшей компрессии. При желании, подачу теплоты в режиме работы кипятильника можно сохранять приблизительно постоянной, допуская увеличение размера теплообменника, использующего отработанный материал. Так как капитальные и эксплуатационные затраты, связанные с теплообменниками, использующими отработанный материал, обычно бывают малы в сравнении с капитальными и эксплуатационными затратами, связанными с компрессией, применение изобретения позволяет осуществлять регенерацию и удаление кислых газов по более экономичной себестоимости.
Для того, чтобы получить сопоставимые примеры, нагрузку кипятильника во всех случаях поддерживали постоянной, у 24,8 МБТЕ/ч, и подачу температуры теплообменнику, использующему отработанный материал, поддерживали на уровне 35°F. Однако изучение таблицы показывает, что нагрузка конденсатора, являющаяся мерой теплоты, "оставшейся" после регенерации, возрастает с ростом давления в сборнике орошающей фракции. Удивительно, что регенерация при более высоком давлении и более высокой температуре требует подвода меньшей энергии. Стандартная оптимизация, выполненная специалистом в данной области, обнаружит возможность дополнительной экономии через уменьшение подачи тепла в кипятильник (сбережения на эксплуатационных затратах) и/или через увеличение подачи 35°F на теплообменник, использующий отработанный материал (сбережения на эксплуатационных расходах путем уменьшения размера теплообменника).
Исчерпывающие подробности, касающиеся соответствующих эксплуатационных параметров каждого из предшествующих примеров, приведены в следующей таблице.
- 6 -
008970
Влияние давления в кипятильнике на выбранные параметры установок (постоянная загрузка кипятильника, 35°F в теплообменнике)
Пример А
Пример 1
Пример 2
Сборник орошающей фракции (фунт/кв.дюйм абс.)
26, 3
52, 4
132
Температура горячей отработанной текучей среды для обработки (°F)
255
294
358
Давление горячей отработанной текучей среды для обработки (фунт/кв. дюйм абс.)
29,3
55, 4
135
Нагрузка теплообменника, использующего отработанный материал (МБТЕ/час)
5,9
Температура у впускного отверстия десорбера (°F)
207
259
323
Температура у выпускного отверстия в верхней части десорбера (°F)
217
259
322
Нагрузка холодильника горячего орошения (МБТЕ/час)
9,1
Нагрузка кипятильника (МБТЕ/час)
24,8
24,8
24, 8
Компрессор 1 (л.с.)
169
Компрессор 2 (л.с.)
211
211
Компрессор 3 (л.с.)
231
232
233
Компрессор 4 (л.с.)
176
175
173
Суммарная компрессия (л.с.)
787
618
406
Холодильник 1 (МБТЕ/час)
. 48
Холодильник 2 (МБТЕ/час) .65
. 62
Холодильник 3 (МБТЕ/час)
. 80
.81
.85
Холодильник 4 (МБТЕ/час)
Суммарное охлаждение (МБТЕ/час)
1, 93
1,43
.85
Концентрация H2S в отработанной текучей среде для обработки (и/и MDEA)
0,0052
0,0033
0,0004
Концентрация СОг в отработанной текучей среде для обработки (и/и MDEA)
0,0034
0,0039
0,0056
- 7 -
008970
Рс означает смену фаз, вследствие расходящихся оценок того, где начинается область второй фазы для смесей С02 и H2S, находящихся под высоким давлением. Эти режимы не учтены, так как эта сторона процесса не влияет существенно на представленные выводы.
Данные, представленные в таблице, позволяют сделать следующие заключения, касающиеся исключения первой стадии компрессии (пример 2 в сравнении с примером А).
Исключение первой стадии компрессии снижает потребность в суммарной компрессии от величины 787 до 618 л.с.; снижение составляет приблизительно 21%.
Исключение первой стадии компрессии требует увеличения давления в кипятильнике от 29,3 до 55,4 фунт/кв.дюйм.абс. Это, в свою очередь, увеличивает температуру кипятильника от 255 до 294°F.
Более высокая температура кипятильника вместе с необходимостью подачи 35 °F приводит к возрастанию нагрузки теплообменника от 5,9 до 18 МБТЕ/ч.
Неожиданно обнаружено, что если нагрузку кипятильника сохранять постоянной, у 24,8 МБТЕ/ч, то нагрузка конденсатора возрастает от 9,1 до 12 МБТЕ/ч, несмотря на значительные изменения температуры и давления, как указано выше. В той степени, в какой нагрузка конденсатора отражает "оставшуюся" теплоту регенерации, стандартная оптимизация позволила бы уменьшить нагрузки кипятильника и/или использовать меньший теплообменник, использующий отработанный материал.
Исключение первой стадии компрессии также исключает необходимость в охлаждении паровой фазы приблизительно на 0,5 МБТЕ/ч.
Данные, представленные в таблице, позволяют сделать следующие заключения, относящиеся к исключению первой и второй стадий компрессии (пример 3 в сравнении с примером А).
Исключение первых двух стадий компрессии снижает потребность в суммарной компрессии от величины в 787 до 406 л.с.; снижение составляет приблизительно 48%.
Исключение первых двух стадий компрессии требует увеличения давления в кипятильнике от 29,3 до 135 фунт/кв.дюйм абс. Это, в свою очередь, увеличивает температуру кипятильника от 255 до 358°F.
Более высокая температура кипятильника совместно с необходимостью подачи 35°F приводит к возрастанию нагрузки теплообменника от 5,9 до 36 МБТЕ/ч.
Если нагрузку кипятильника сохранять постоянной, у 24,8 МБТЕ/ч, то нагрузка конденсатора возрастает от 9,1 до 16 МБТЕ/ч. В той степени, в какой нагрузка конденсатора отражает "оставшуюся" теплоту регенерации, стандартная оптимизация позволила бы снизить нагрузки кипятильника и/или использовать меньший теплообменник, использующий отработанный материал.
Исключение первых двух стадий компрессии снижает необходимость в охлаждении паровой фазы приблизительно на 1,1 МБТЕ/ч.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ удаления и восстановления абсорбированного кислого газа из водной текучей среды, содержащей по крайней мере один химически абсорбированный кислый газ и по крайней мере один химический агент, абсорбирующий кислый газ, и регенерации по крайней мере одного такого агента из текучей среды, в котором регенерацию проводят на эндотермической стадии разделения, где текучую среду разделяют в аппарате высокого давления по крайней мере на один жидкофазный поток А, обогащенный абсорбирующим агентом, и по крайней мере один газофазный поток В, обогащенный кислым газом, и поток В затем удаляют, отличающийся тем, что стадию разделения проводят при давлении, превышающем 50 фунт/кв.дюйм абс. и не превышающем 300 фунт/кв.дюйм абс., и при подведении к текучей среде достаточного количества теплоты для отделения газофазного потока В от жидкофазного потока А при температуре выше 280°F и ниже 400°F, после чего поток В под указанным давлением подают во впускное устройство компрессорного устройства с последующим уменьшением объема указанного газового потока посредством компрессии.
2. Способ по п.1, где на стадии разделения давление превышает 55 фунт/кв.дюйм абс.
3. Способ по п.1, где на стадии разделения давление превышает 130 фунт/кв.дюйм абс.
4. Способ по п.1, где после проведения стадии разделения, но перед введением потока В во впускное устройство компрессорного устройства поток В обрабатывают, подавая его в конденсатор, охлаждающий его до температуры, которая позволяет кислым газам пройти конденсатор, но является достаточно низкой для удаления одного или более других способных конденсироваться газов из потока В.
5. Способ по п.1, где по крайней мере один химический агент, абсорбирующий кислый газ в текучей среде для обработки, является алканоламином, содержащим от 2 до 6 углеродных атомов.
6. Способ по п.1, где по крайней мере один химический агент, абсорбирующий кислый газ, выбирают из группы, состоящей из этаноламина; диэтаноламина; диизопропаноламина; триэтаноламина; N-метилдиэтаноламина; пиперазина; N-метилпиперазина; N-гидроксиэтилпиперазина; 2-(2-аминоэтокси) этанола; 2-(2-трет-бутиламиноэтокси)этанола и 2-амино-2-метил-1-пропанола.
7. Способ по п.5 или 6, где в текучую среду для обработки включен по крайней мере один сораство-ритель кислых газов, выбранный из группы, состоящей из:
a) метанола;
- 8 -
008970
b) простых Q-^алкиловых моно- и диэфиров этилена, диэтилена, триэтилена, тетраэтилена, пента-этилена, гексаэтилена, гептаэтилена, октаэтилена, нонаэтилена и ундекаэтиленгликоля; и
c) пропиленкарбоната; 1,3-диметил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1Н)-пиримидинона; сульфолана; 1-метил-2-пирролидинона; морфолина; N-формилморфолина и N-ацетилморфолина.
8. Способ регенерации водной абсорбирующей кислый газ текучей среды, содержащей по крайней мере один агент на основе азота, химически абсорбирующий кислый газ, где абсорбирующая текучая среда содержит химически абсорбированную кислоту, содержащую сероводород, диоксид углерода или оба указанных газа, включающий десорбирование в аппарате высокого давления кислого газа из обогащенной кислым газом абсорбирующей текучей среды при давлении выше 50 фунт/кв.дюйм абс. и ниже 300 фунт/кв. дюйм абс. и при температуре выше 280°F и ниже 400°F с последующим удалением обогащенного кислым газом газового потока из аппарата высокого давления при поддержании указанного давления в потоке, введением указанного газового потока в компрессор и последующим уменьшением объема указанного газового потока посредством компрессии.
9. Способ по п.8, где газовый поток после компрессии удаляют путем закачивания в океаническое или морское дно либо в подземную камеру или формацию.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 9 -