Спосіб виділення сірководню з газової суміші та установка для його здійснення

1. Способ выделения сероводорода из газовой смеси, содержащей 5-60 об. % водя ного пара, включающий охлаждение исход ного газа до температуры в интервале 5°С температура точки росы воды, отделение во ды, промывку полученного газового потока при 5-70°С водным раствором щелочного абсорбента с последующим отводом газа и регенерацией насыщенного абсорбента, от л и ч а ю щ и й с я тем, что газ после промывки подвергают гидратации водой, полученной на стадии охлаждения, до осу ществляемой температуры газа, обеспечи вающей массовий расход воды на гидратацию газа, равный массовому содержанию воды в исходном газе, а избыток воды после гидратации газа возвращают на стадию охлаждения. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве абсорбента используют водный раствор соединения из ряда метилдиэтаноламин, триэтаноламин, диизопропаноламин или их смеси, взятые в концентрации 1-8 н. 3. Установка для выделения сероводоро да из газовой смеси, содержащей 5-60 об.% водяного пара, включающая в себя много секционную колонну для очистки газа, снаб женную тарелками и патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, и колонну регене рации абсорбента, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что колонна для очистки включает в себя три секции, первая из них по ходу газа снабжена системой охлаждения и трубопроводом для газа, соединена с второй секцией промывки газа, которая также соединена трубопрово дами для жидкости и газа с третьей секцией гидратации, снабженной нагревателем и трубопроводом для циркуляции воды в пер вую секцию. Изобретение относится к процессу удаления сероводорода из газовой смеси, содержащей значительное количество водяного пара. Целью изобретения является обеспечение эффективной очистки при концентрациях сероводорода в газе до 10% об. и упрощение процесса, а также снижение металлоемкости процесса. На фиг. 1 и 2 изображены два варианта первого устройства, отвечающего настоящему изобретению, в которых в одной колонне находятся секции охлаждения, промывки и повторной гидратации; на фиг. 3-4 - два варианта второго устройства, отвечающего настоящему изобретению, в которых в одной колонне находятся секции охлаждения и повторной гидратации и в отдельной ко (21)4742957/SU (22)19.01.90 (24)25.12.96 (31) 8806797 (32)20.05.88 с > ю со со ю О 12332 лонне находится промывная секция; на фиг. 5 - устройство, отвечающее данному изо бретению, в котором имеются три отдель ных агрегата для охлаждения, промывки и повторной гидратации. 5 Устройство, представленное на фиг. 1 включает колонну 1, разделенную на три секции, а именно - нижнюю секцию охлаждения 2, промежуточную промывную сек- 10 цию 3 и в ерх ню ю секцию пов то рно й гидратации 4, где каждая из указанных секций снабжена тарелками для контактирования газ/жидкость. Секция 2 охлаждения сообщается с секцией 3 промывки посредст- 15 вом пропускающего устройства 5 для газов, причем это пропускающее устройство служит выходным отверстием для газов в головной секции охлаждения и в то же время служит входным отверстием для газов в ниж- 20 ней секции промывки, и промывная секция 3 сообщается с секцией 4 повторной гидратации посредством пропускающего устройства 9 для газов, причем это пропускающее устройство служит одновременно выходным 25 отверстием для газов в головной части промывной зоны и входным отверстием для газов в нижней части секции повторной гидратации. Секция охлаждения 2 в ее верхней части имеет также входное отверстие б 30 для жидкостей и в основании имеет выходное отверстие 7 для жидкостей, и кроме того, в нижней части данной секции к ней подведена труба 8 для подачи подвергаемого обработке газа. Промывная секция 3 в ее 35 верхней части также имеет входное отверстие 10 для регенерированной абсорбирующей жидкости, и в ее нижней части имеет выходное отверстие 11 для загрязненной абсорбирующей жидкости. Секция повторной 40 гидратации 4 в головной части колонны имеет выходное отверстие 12 для газов, от которого отводится труба 13 для удаления газа, в верхней части она имеет входное отверстие 13 для жидкостей и в нижней части 45 выходное отверстие 14 для жидкостей. Секция охлаждения 2 с ее входным отверстием 6 и выходным отверстием 7 для жидкостей расположена на линии системы циркуляции воды повторной гидратации, которая вклю- 50 чает, с одной стороны, трубу 16 с теплооб менником прямого обогрева 17 и связывающую выходное отверстие 15 (для жидкостей) секции повторной гидратации, с входным отверстием 6 (для жидкостей) сек- 55 ции охлаждения, и с другой стороны, трубу 18, связывающую выходное отверстие 7 (для жидкостей) секции охлаждения с входным отверстием 14 (для жидкостей) секции повторной гидратации.Труба 18 снабжена на сосом 19, который осуществляет нагнетание в направлении к входному отверстию 14 секции повторной гидратации. Колонна регенерации 20, сообщающаяся с промывной секцией 3, имеет в головной части выходное отверстие 21 для кислого газа, в верхней части - входное отверстие 12 для подвергаемого регенерации абсорбента, и в основании выходное отверстие 23 для регенерированного абсорбента. Входное отверстие 22 колонны регенерации связано с выходным отверстием 11 промывной секции посредством трубы 24, по линии которой устанавливается охладительная система теплообменника непрямого нагрева 25. Выходное отверстие 23 колонны регенерации связано с входным отверстием 10 промывной секции посредством трубы 26, по линии которой устанавливается нагревательная система теплообменника 25. В нижней части колонны регенерации эта колонна, кроме того, сообщается посредством входного патрубка 27 и выходного патрубка 28 с ребойлером 29, нагреваемым за счет непрямого теплообмена посредством водяного пара, циркулирующего в трубчатой системе 30. Кроме того, выходное отверстие 21 колонны регенерации сообщается посредством трубчатой системы 31с конденсатором 32, который в его верхней части снабжен трубкой 33 для удаления кислого газа, и нижняя часть которого сообщается с верхней частью колонны регенерации посредством трубы 34, обеспечивающей возврат конденсаторов. Устройство на фиг. 2 (фиг. 2) представляет собой вариант устройства, схематически изображенного на фиг. 1. В этом варианте устройства конструктивные элементы, идентичные конструктивным элементам фиг. 1, имеют те же позиции. В отличие от устройства, представленного на фиг. 1, секция охлаждения 2 устройства, представленного на фиг. 2, уже не имеет тарелок для контактирования газ/жидкость, но внутри нее находится устройство охлаждения 35 непрямого теплообмена, причем это устройство 35 имеет входное отверстие 36 для жидкостей, представляющее собой входное отверстие (для жидкостей), секции 2 охлаждения, которое связано с выходным отверстием 15 (для жидкостей) секции повторной гидратации 4 посредством трубы 16, по линии которой располагается воздушный охладитель 17, предназначенный для теплообмена, и выходное отверстие 37 для жидкостей, которое связано с трубой 18 через трубы 38, по линии которой установлен насос 39, который осуществляет нагнетание 12332 в направлении к трубе 18. Кроме того, как и в устройстве, показанном на фиг. 1, входное отверстие 10 и выходное отверстие 11 для жидкостей в промывной секции 3 связаны посредством соединительных труб 26 и 24 соответственно с выходным отверстием 23 и с входным отверстием 22 для жидкостей колонны регенерации 20 (не показано), идентичной колонне, схематически представленной на фиг. 1. Устройство, представленное на фиг. 3 и 4, отличается от устройства, представленного на фиг. 1 и соответственно на фиг. 2, лишь тем, что в данном случае секция промывки 3 представляет собой независимую промывную колонну, и что секция охлаждения 2 и секция повторной гидратации 4 представляют собой две находящиеся одна над другой секции одной колонны 41, причем выходное отверстие 5а (для газов) секции 2 охлаждения связано посредством соединительной трубы 42 с входным отверстием 5в (для газдв) промывной колонны 3, и выходное отверстие 9в (для газов) указанной колонны 3 связано посредством соединительной трубы 32 с входным отверстием 9с (для газов) секции повторной гидратации 4. Другие конструк ти вн ые эл еме нт ы ус т ро йс тв а, показанного на фиг. 3, и, соответственно, устройства, показанного на фиг. 4, идентичны конструктивным элементам с теми же позициями устройства на фиг. 21 и устройства на фиг. 2 соответственно. В частности, входное отверстие 10 и выходное отверстие 11 (для жидкостей) промывной колонны 3 связаны соответственно посредством соединительных труб 26 и 24 с выходным отверстием 23 и входным отверстием 22 для жидкостей колонны регенерации 20, (не показано), см. фиг. 1. Работа установки, схематически представленной на одной из фиг. 1-4, может быть схематически описана следующим образом. Подвергаемый обработке газ, который содержит H2S который должен быть экстрагирован, и значительное количество водяного пара, поступает по трубе 8 в секцию охлаждения 2 колонны 1 (фиг. 1 и 2) или колонны 41 (фиг. 3 и 4), и в этой секции он встречается либо с прямым контактированием (фиг. 1 и 3), либо с непрямым контактированием (фиг. 2 и 4) с потоком воды, поступающим по трубе 16 из секции повторного гидратирования 4 и охлажденным до нужной температуры в теплообменнике 17, установленном на линии трубы 16 и функционирующим как охладитель. Температура потока воды, входящего в секцию охлаждения 2 регулируется посредством охладителя 17 таким образом, чтобы почти вся вода, содержащаяся в газе, поступающем по трубе 8, была сконденсирована и чтобы указанный газ был доведен до температуры, соответствующей температуре промывки, 5 что позволяет получить в нижней части секции 2 водяной поток, вторично нагреваемый за счет тепла, которое сообщается ему газом в ходе его охлаждения, и к которому добавляется скрытая теплота конденсированной во10 ды. Этот охлажденный газ почти полностью освобожденный от содержавшейся в нем воды, входит через пропускающее устройство 5 (фиг. 1 и 2) или через соединительную труб15 ку 42 и через пропускающее устройство 5в (фиг. 3 и 4) в промывную секцию или колонну З, в которой этот газ подвергается промывке, при противоточном движении, абсорбирующей жидкостью, инжекционно вводимой 20 в эту секцию или колонну 3 через входное отверстие 10. Эта абсорбирующая жидкость в поглощенным ею НгБ удаляется из секции или колонны 3 через выходное отверстие 11, затем направляется по трубе 24 с повтор25 ным ее подогревом в теплообменнике 25 в колонну регенерации 20 для осуществления регенерации за счет кипячения, и эта регенерированная абсорбирующая жидкость рециркулирует к входному отверстию 10 30 секции или колонны 3 по трубе 26. Поток кислого газа, содержащего H2S. удаляется по трубе 33 конденсатора 32, и этот удаленный поток газа может направляться, например, на серный завод КЛАУС. Газ, 35 очищенный путем промывки в секции или колонне 3, входит через пропускающее устройство 9 для газов (фиг. 1 и 2) или по трубе 43 и через пропускающее устройство 9с в секцию повторной гидратации (4) колонны 40 (1) (фиг. 1 и 2) или колонны 41 (фиг. 3 и 4), в которой он встречается противопотоком с избыточным количеством воды, инжекционно вводимой через входное отверстие 14 для жидкостей секции повторной гидратации, 45 причем эта вода поступает по трубе 18 с температурой, превышающей температуру газа, поступающего в указанную секцию 4, и достаточно высокой для удаления через выходное отверстие 12 секции повторной гид50 ратации (4) и по трубе 13, очищенного повторно гидратированного газа, который заключает в себе количество воды, достаточное для того, чтобы массовый расход этой воды был равен массовому расходу воды, 55 присутствующей в подвергаемом обработке газе, до охлаждения последнего. Вода, не использованная для повторной гидратации очищенного газа, выходит из секции 4 через выходное отверстие 15, и эта вода возвращается в секцию охлаждения 2 по трубе 16 и с 12332 8 бента; загрязненного НгЭ. Колонна повтортемпературой, регулируемой посредством ной гидратации 4 имеет в головной части теплообменника 17. выходное отверстие 12 для газов, соединенТаким образом устанавливается непре ное с трубой 13 для отвода газа, в верхней рывная регулируемая циркуляция воды в части имеется входное отверстие 14 для замкнутой системе между секцией охлажде- 5 жидкостей, в нижней части имеется входное ния 2 подвергаемого обработке газа и сек отверстие 14 для жидкостей, в нижней части цией повторной гидратации 4 очищенного имеется входное отверстие 9с для газов, и газа, так что в очищенном газе постоянно на дне имеется выходное отверстие 15 для обеспечивается количество воды, равное ко жидкостей. Выходное отверстие 5а (для галичеству воды, образуемой путем конденса- 10 зов) баллона 2а связано с входным отверстиции водян ого паз а, сод ержащ егося в ем 5в (для газов) колонны 3 посредством подвергаемой обработке газа, и это посто соединительной трубы 42, и выходное отянство поддерживается в коротком ответв верстие 9в (для газов) указанной колонны 3 л ен и и ко н ту р е с ек ц и и ил и кол о нн ы связано с входным отверстием 9с (для газов) промывки 3. *э колонны 4 посредством соединительной Регулирование температуры воды, ин- трубы 43. Труба 44 системы циркуляции вожекционно вводимой через трубу 18 в секцию ды сообщается одним из ее концов с выходпов торн ой гид ра тац ии 4, м оже т ным отверстием 15 (для жидкостей) колонны осуществляться, как в случае устройства, по- повторной гидратации 4 и другим концом с казанного на фиг. 1 или на фиг. 3, за счет 20 входным отверстием 14 (для жидкостей) укарегулирования температуры воды, инжекци- занной колонны 4. На линии трубы 44 устаонно вводимой в секцию охлаждения 2 по навливается контур охлаждения трубе 16 с использованием теплообменника теплообменника 46, и кроме того, данная (работающего на охлаждение) 17 таким об- труба снабжена, с одной стороны, насосом разом, чтобы в выходном отверстии 7 охлаж- 25 5, который располагается перед теплообдения 2 поток выходящей воды имел менником 46 и который осуществляет нагнеповышенную температуру, желаемую для его т а н и е в с то р о ну к т еп л о о бм е н н ик у и, инжекционного ввода в секцию повторной следовательно, к входному отверстию 14 когидратации 4 по трубе 18. лонны 4, и, с другой стороны, теплообменниМожно также регулировать температуру 30 ком непрямого теплообмена 40, воды, инжекционно вводимой по трубе 18 в установленным перед насосом 45. Кроме того, секцию повторной гидратации 4, до желае выходное отверстие 7 основания баллона 2а мого значения, как это возможно в случае связано с трубой 44 за теплообменником 46 устройства, показанного на фиг. 2 или на посредством трубы 47, по линии которой фиг. 4, за счет регулирования относительных 35 установлен насос 48, осуществляющий нарасходов потоков воды до различных темпе гнетание в сторону трубы 44. Кроме того, как и ратур, которые "потоки" поступают, с одной в случае устройств, показанных на фиг. 1стороны, из системы охлаждения 55, и с дру 4, входное отверстие 10 и выходное отверстие гой стороны, из нижней части 67 секции ох 11 для жидкостей промывной колонны 3 лаждения 2 (конденсированная вода). связаны соответственно посредством труб 26 4 и 24 с выходным отверстием 23 и с входным 0 отверстием 22 (для жидкостей) колонны Устройство, представленное на фиг. 5, регенерации 20 (не показан). включает баллон конденсации 2а, промывную Работа устройства, представленного на фиг. колонну 3 и колонну повторной гидратации 4, 5, сопоставима с работой устройств, причем эти колонны отделены одна от другой и схематически представленных на фиг. 1-4. каждая из них снабжена тарелками 45 Подвергаемый обработке газ, который контактирования газ/жидкость. Конденсасодержит в себе H2S, который необходимо ционный баллон 2а имеет в головной части удалить, и значительное количество водяного выходное отверстие 5а для газов й на дне пара поступает по трубе 8 и проходит выходное отверстие 7 для жидкостей, и в его через теплообменник непрямого теплообнижней части к нему подводится труба 8 для 50 мена 46 до ввода его в конденсационный подачи подвергаемого обработке газа, на баллон 2а. Поток воды непрерывно циркулилинии которой устанавливается нагреварует в колонне повторной гидратации 4, зательная система теплообменника непрямого тем поступает в трубу 44 через выходное обогрева 47. Промывная колонна 3 в отверстие 15 (для жидкостей) указанной коголовной части имеет выходное отверстие 9 55 лонны 14, и снова по трубе возвращается в в для газов, в верхней части имеет входное колонну 4 через входное отверстие 14 данотверстие 10 для регенерированного жидкого ной колонны после прох ождения через абсорбента, в нижней части имеет входное отверстие 5в для газов и на дне имеет выходное отверстие 11 для жидкого абсор 12332 теплообменник 46. В этом теплообменнике 46 подвергаемый обработке' газ охлаждается до необходимой температуры ниже точки росы воды, которую содержит этот газ, за счет передачи его тепла более холодному 5 потоку воды, проходящему по трубе 44, и этот поток воды доводится до температуры, которая превышает точку росы. В конденсационном баллоне 2а охлажденный газ отделяется от воды, которая конденсируется в 10 ходе прохождения подвергаемого обработке газа через теплообменник 6. Охлажденный газ, почти полностью освобожденный от содержавшейся в нем воды, выходит из конденсационного баллона 15 2а через выходное отверстие 5а для газов и после прохождения по трубе 42 он через входное отверстие 5в для газов попадает в промывную колонну 3, в которой этот газ подвергается промывке, направляясь про- 20 тивотоком к жидкому абсорбенту, инжекци-онно вводимому в указанную колонну 3 через входное отверстие 10. Этот жидкий абсорбент загрязненный H2S, удаляется из колонны 3 через выходное отверстие 11, за- 25 тем он направляется по трубе 24, нагреваясь в теплообменнике 25, в колонну регенерации 20, где он регенерируется за счет кипячения, при этом регенерированная абсорбирующая жидкость рециркулирует к 30 входному отверстию 10 колонны 3 по трубе 26. Поток кислого газа, содержащего H2S, отводится по трубе 33 конденсатора 32 колонны регенерации, и этот поток может быть направлен, например, на серный завод. 35 Газ, освобожденный от H2S, путем промывки его в колонне 3 выходит из этой колонны через выходное отверстие 9в для газов, и после прохождения через трубу 43 он через входное отверстие 9с для газов 40 проходит в колонну повторной гидратации 4, в которой он встречается противотоком с избытком воды, инжекционно вводимой через входное отверстие 14 (для жидкостей) колонны повторной гидратации 4. Эта вода 45 поступает по трубе 44, имея температуру, превышающую температуру газа, входящего в колонну 4 через входное отверстие 9 с для газов, причем указанная температура достаточно высокая для отвода через выход- 50 ное отверстие 12 колонны 4 и через трубу 13 повторно гидратированного очищенного газа, содержащего количество воды, соответствующее массовому расходу воды, практически равному массовому расходу во- 55 ды, присутствующей в подвергаемом обработке газа, до охлаждения последнего. Вода, не использованная для повторной гидратации очищенного газа, выходит из колонны 4 через выходное отверстие 15, и эта 10 вода подводится к колонне 4 через трубу 44, как указывалось выше, после ее охлаждения в теплообменнике непрямого теплообмена 40, после последующего подогрева в теплообменнике 46 и дополнительного ввода по трубе 47 требуемого количества конденсированной воды, отобранной из баллона 2а через выходное отверстие*7 для жидкостей. Регулирование температуры воды, инжекционно вводимой по трубе 44 в колонну повторной гидратации 4, осуществляется путем регулирования расходов воды в трубах 44 и 47 с использованием насосов 45 и 48, устанавливаемых на линиях указанных труб. Такое функционирование трубы приводит также к постоянству в очищенном газе количества воды, практически равного количеству воды, образующейся в результате конденсации водяного пара, содержащегося в подвергаемом обработке газа, и такое равновесие обеспечивается без пропускания потока через промывную колонну 3. Примері.В устройстве, действующем аналогично устройству, поставленному на фиг. 1, осуществляется обработка остаточного газа, содержащего 0,35% H2S, 1,65% СО, 25% СОг, 29% водяного пара и 44% азота (все проценты объемные); который (газ) получен в результате процессов гидрогенерации и гидролиза остаточного газа серного завода. В используемом устройстве секция охлаждения 2, секция промывки 3 и секция повторной гидратации 4 колонны 1 каждая включает по 10 тарелок контактирования газ/жидкость, и колонна регенерации 20 включает 20 тарелок. Абсорбирующая жидкость, используемая в промывной секции 3, состоит из водного 4-N нормального раствора метилендиэтаноламина (сокращено МДЭА), избирательно абсорбирующего. Подвергаемый обработке газ поступает в секцию охлаждения 2 с расходом 160 000 м3/ч, с температурой 110°С и абсолютным давлением примерно 1,3 бар, и встречается противотоком в указанной секции охлаждения 2 с потоком воды, инжекционно вводимой через впускное отверстие 6 секции охлаждения 2, почти вся вода, содержащаяся в подвергаемом обработке газа, конденсируется и смешивается с указанным потоком, и на дне секции 2 образуется вода, имеющая температуру 93°С, и в головной части этой секции образуется охлажденный газ, имеющий температуру 20°С и практически свободный от воды. Этот охлажденный газ при прохождении через пропускающее устройство 5 попадает в секцию промывки 3 с температурой 20°С и встречается в этой секции 3 противотоком с 12332 гсєгі 12332 41 12332 фиг.5 Упорядник Замовлення 4059 Техред М.Моргентал Коректор М.Куль Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул .Гагаріна, 101