Пристрій для тангенціальної подачі насиченого газом потоку рідини в головку колони

1. Пристрій для тангенціальної подачі насиченого газом потоку рідини в головку регенераційної колони (1) установки для промивання кислих газів, в якій з абсорбційної рідини знімають тиск і відокремлюють газ і рідину, який відрізняється тим, що містить перше коліно (2) труби з кутом кривизни γ, встановлене на вході радіальної підвідної труби 3 для насиченого газом потоку рідини в головці регенераційної колони, та з'єднане з першим коліном друге коліно (4) труби з кутом кривизни γ', яке вигнуте відносно першого коліна і розташоване таким чином, що випускний отвір (5) знаходиться поблизу внутрішньої стінки (6) колони і забезпечує надходження насиченого газом потоку рідини до колони в основному тангенціальнo відносно C2 2 (11) 1 3 мусить бути значно скорочений. Наприклад, з природного газу слід усунути СО2, оскільки висока концентрація СО2 зменшує теплотворну здатність газу. Крім того, СО2 в поєднанні з водою, що часто супроводжує газові потоки, може призводити до корозії трубопроводів та арматури. Відомим є спосіб видалення небажаних кислих компонентів газу шляхом промивання газу водними або не водними сумішами органічних розчинників як абсорбентів. При цьому застосовують як фізичні, так і хімічні розчинники. Відомими фізичними розчинниками є, наприклад, циклотетраметиленсульфон (сульфолан), N-метилпіролідон та N-алкілований піперідон. Що стосується хімічних розчинників, то особливо добре зарекомендували себе з технічної сторони розчини первинних, вторинних та третинних аліфатичних амінів або алканоламінів, таких як моноетаноламін (МЕА), діетаноламін (DEA), монометилетаноламін (ММЕА), діетилетаноламін (DEEA), триетаноламін (TEA), діізопропаноламін (D1PA) та метилдіетаноламін (MDEA), див. наприклад WO 03/009924. Обробка сировинного газу рідким абсорбентом засобом здійснюється зазвичай методом протитоку під тиском в абсорбуючому пристрої. При цьому отримують з одного боку промитий і бажаний очищений газ, з іншого боку - насичену газом абсорбційну рідину під тиском. Останню, як правило, подають в десорбуючий пристрій, щоб мати змогу повернути цінний абсорбент і знову спрямувати його в абсорбуючий пристрій. В десорбуючому пристрої з насиченої газом абсорбційної рідини знімають тиск. Зниження тиску при впусканні в десорбуючий пристрій спричиняє, зокрема в сучасних і дуже ефективних абсорбентах, наприклад в третинних аліфатичних алканоламінах, таких як метилдіетаноламін (MDEA), що мають дуже високу здатність до абсорбції вищезгаданих кислих газів, інтенсивні викиди газу із абсорбційної рідини, внаслідок чого при подачі необхідно вжити певних заходів, щоб забезпечити тривалу безперешкодну роботу установки для промивання, газу разом з під'єднаною колоною для абсорбції та регенерації. Тому впускні канали в регенераційних колонах мають різну конструкцію. Частіше йдеться про радіальні впускні канали, однак відомими є й тангенціальні впускні канали. На Фіг.1 та 2, які є у додатку, зображені звичні для нинішнього моменту конструкції так званих "швидкодіючих" впускних каналів регенераційних колон. Під "швидкодіючими" впускними каналами розуміють насичені газом канали для абсорбційної рідини, які знаходяться під тиском і при входженні в регенераційну колону, що працює під значно нижчим тиском, відразу віддають велику кількість газового насичення внаслідок перепаду тиску. Фіг.1 Схематично зображує головку регенераційної колони з тангенціальним впускним каналом згідно з рівнем техніки. Фіг.2 Схематично зображує радіальні варіанти впускних каналів згідно з рівнем техніки. Як показує Фіг.1, головка (15) регенераційної колони означеного тут типу має впускний канал (17) для насиченої газом абсорбційної рідини. Цей впускний канал закінчується в галереї (18), на якій 90758 4 відбувається перше значне зняття напруги в рідині і вивільняється велика кількість газу. Над галереєю передбачені вбудовані елементи (19). Вивільнений газ через випускний канал (16) залишає колону. Зображений на Фіг.1 впускний канал (17) входить в колону тангенціально, що чітко видно в перерізі вздовж лінії А-А. Такий тангенціальний впуск гарантує плавний, майже безтурбулентний перехід в колону і рівномірне вивільнення газу, завдяки чому не виникає швидко змінюваних і/або асиметричних імпульсних сил, які могли б надовго викликати пошкодження колони чи вбудованих елементів внаслідок перемінного насичення. Тому тангенціальна форма впускного каналу є особливо вигідною, навіть обов'язковою для "швидкодіючих" впускних каналів. Однак багато працюючих нині регенераційних колон устатковані радіальним впускним каналом, як це показано на Фіг.2. Фіг.2 зображує на трьох рисунках перерізів «а», «b» та «с» три форми виконання радіальних впускних каналів. Рисунки перерізів «а» та «b» зображують поперечний переріз регенераційної колони зображеного на Фіг.1 типу на висоті лінії А-А. Циліндричний корпус (25, 35) регенераційної колони має радіальний впускний канал (26, 36), який у випадку форми виконання, показаної на Фіг.2а, закінчується безпосередньо на бічній стінці прилягаючого до колони дефлектора (27), в якому потік, що надходить, розділяється і різко відхиляється на 90°. Потім в галереї (28) обидва протилежні потоки, що вийшли з дефлектора (27), розсіюються. Різке відхилення в дефлекторі (27) потоку, що надходить, при одночасному знятті напруги призводить до сильної турбулентності, ударів та поштовхів, які впливають на вбудовані елементи по всій головці колони, внаслідок чого тривалі пошкодження є неминучими. Схожою є ситуація і в тій формі виконання, що зображена на Фіг.2b. Радіальний впускний канал (36), що проходить крізь циліндричну стінку (35) колони, з'єднаний з встановленим у аксіальному центрі колони Т-подібним елементом (37), чиї кінці (39, 39') в Т-подібній площині відхиляються на 90° в простір між галереєю (38) та корпусом (35) колони. У цьому випадку потік, що надходить, навіть два рази різко відхиляється на 90°, що спричиняє, як і в попередньому випадку, значну турбулентність, удари та поштовхи в головці колони. І в цьому випадку тривалі пошкодження є неминучими. Клиновидні розподільники потоку, зображені на Фіг.2с, не приносять суттєвого поліпшення. Клиновидні розподільники (47) потоку мають обумовлені обставинами досить малі радіуси, внаслідок чого 90°-не відхилення знову-таки відбувається дуже різко. На цій стадії зняття напруги "швидкодіючий" впускний канал дає велику кількість газу. Тому чергування середовища, що підлягає стисканню (газ), з середовищем, що не підлягає стисканню (рідина), спричиняє в потоку вже згадані удари та поштовхи і призводить до неминучих пошкоджень. Тому перед винаходом стоїть задача створити пристрій для введення насиченого газом потоку рідини в головку регенераційної колони, де газ та рідина розділяються, і щоб цей пристрій міг бути приєднаним до звичного радіального впускного 5 каналу та не робив би різких відхилень потоку на 90°, а в результаті забезпечував би майже безтурбулентну подачу насиченого газом потоку рідини в головку регенераційної колони. Задачу вирішено за допомогою пристрою вищезазначеного типу, який відрізняється першим коліном труби з кутом кривизни γ 90°, розташованим на вході радіальної підвідної труби подачі насиченого газом потоку рідини в головку колони, та другим коліном труби з кутом кривизни γ' 90°, що з'єднаний з першим коліном труби, є вигнутим відносно нього і розташований таким чином, що вихідний отвір знаходиться поблизу внутрішньої стінки колони і випускає насичений газом потік рідини в колону головним чином тангенціально до внутрішньої стінки колони. Доцільно, щоб друге коліно труби було з'єднане з першим коліном труби прямим відрізком труби. Довжину прямого відрізка труби краще обирати такою, щоб вихідний отвір другого коліна труби був зміщений відносно входу в колону на 90° по дузі кола, яке описує внутрішній периметр колони. В одній із форм виконання пристрій згідно з винаходом має якраз один випускний отвір, який доцільним чином утворений кінцем труби другого коліна, Замість одного єдиного випускного отвору із другого коліна труби, з якого виходить весь насичений газом лотік рідини, можуть бути передбачені декілька випускних отворів, зокрема два. У цьому випадку до другого коліна труби примикає інше коліно труби (третє). Між другим та третім коліном труби передбачено допоміжний випускний отвір для насиченої газом рідини. Перехід від другого до третього коліна труби доцільно виконати таким чином, щоб частина потоку, що надходить в колону, проходила головним чином тангенціально до внутрішньої стінки колони, а інша частина потоку без раптової зміни напрямку потрапляла з другого коліна труби до третього. При наявності двох випускних отворів доцільно обирати таку геометрію і такі поперечники для випускних отворів, щоб із кожного випускного отвору виходила приблизно половина газового потоку. Вигин та довжину третього коліна труби доцільно обирати таким чином, щоб другий випускний отвір приблизно на 180° по дузі окружності, яку описує внутрішній периметр колони, був зміщений відносно першого випускного отвору. Шляхом розміщення обох випускних отворів на протилежних точках стінки колони можна суттєво компенсувати імпульсні сили, які діють на колону при надходженні до неї насиченої газом рідини. Кути кривизни γ обох колін труби можуть бути однаковими або різними і становити від 30 до 60°, зокрема від 40 до 50°; краще, коли кожен кут кривизни γ, γ' становить близько 45°. Рекомендується посилити внутрішню стінку колони в зоні випускного отвору другого коліна труби на певному відрізку далі по течії, оскільки в цій зоні потік рідини, що надходить, потрапляє на стінку колони і віддає значну частину свого газового насичення. При більшій кількості випускних отворів можна чинити подібним чином з кожним новим випускним отвором. Пристрій згідно з винаходом має ту перевагу, що він може бути вбудова 90758 6 ний в звичну регенераційну колону зазначеного тут типу замість відомих радіальних впускних каналів, причому в самій колоні не потрібно проводити високозатратні переобладнання та зміни. Безпроблемна заміна звичних радіальних впускних каналів в колоні запропонованим пристроєм з тангенціальною подачею має велике практичне значення, оскільки постійно створює вдосконалені абсорбенти для газового промивання, які, наприклад, мають більш високу продуктивність поглинання кислих газів, що підлягають абсорбції, і також більш легко і більш повно віддають їх знову. Якщо тепер в регенераційній колоні замінити звичний абсорбент з дуже сильним хімічним зв'язком відносно кислого газу, що підлягає абсорбції (наприклад, СО2), на вдосконалений абсорбент, наприклад метилдіетаноламін (MDEA), що має назву "solvent swap", то при радіальних впускних каналах здебільшого з'являться вищеописані проблеми, а саме турбулентність, удари та поштовхи в головці колони, що спричиняють тривалі пошкодження. Тому в минулому часто мусили відмовлятися від "solvent swaps". Завдяки даному винаходу тепер можна без застережень застосовувати подібні "solvent swaps". Викладене вище стосується також так званих "revamps", під чим розуміють поновлене використання застарілих установок, які раніше працювали з менш ефективними абсорбентами і тепер завдяки запропонованому пристрою можуть бути переобладнані для роботи з новими вдосконаленими абсорбентами. Тому предметом винаходу є також перетворення регенераційної колони з відомою радіальною подачею насиченого газом потоку рідини на регенераційну колону з тангенціальною подачею потоку рідини, причому відому радіальну подачу усувають, а на збереженому радіальному впускному патрубку встановлюють вищеописаний пристрій згідно з винаходом. Таким чином пристрій згідно з винаходом особливо придатний для використання в регенераційних колонах установок для промивання кислого газу. Якщо як абсорбент для промивання кислих газів застосовують водний розчин принаймні одного алканоламіну, обраного з ряду: метилдіетаноламін (MDEA), моноетаноламін (МЕА), діетаноламін (DEA), триетаноламін (TEA), діізопропаноламін (DIPA), амінодіетиленгліколь (ADG), то дуже рекомендується устаткувати регенераційну колону запропонованим тангенціальним впускним каналом. Наведені абсорбенти мають особливо високу продуктивність поглинання кислих газів, які вони знову легко і в максимальному обсязі віддають при зниженні тиску. Тому вивільнення газового насичення відбувається до певної міри безперешкодно лише в тому випадку, коли має місце майже безтурбулентне, плавне тангенціальне введення насиченого газом потоку рідини в регенераційну колону. Пристрій згідно з винаходом особливо придатний для цього. Доцільно, щоб загальна концентрація алканоламінів у водному абсорбційному розчині становила від 38 до 50мас.%. Крім того, доцільно додавати до водного абсорбційного розчину піперазин, метилпіперазин і/або 3-метиламін-1 7 пропіламін (МАРА) у якості активатора. При використанні MDEA як абсорбента застосування перерахованих активаторів є особливо доцільним. Даний винахід детальніше пояснюється нижче з використанням Фіг.3, що додається. На Фіг.3 зображено форму виконання винаходу з випускним отвором. На Фіг.3 схематично показано поперечник регенераційної колони на рівні впуску насиченого газом потоку рідини. Корпус 1 головки регенераційної колони має радіальну підвідну трубу 3, яка після входження в колону зразу переходить в перше коліно 2 труби. В місці входження в колону підвідної труби 3 може бути передбачений фланець, за допомогою якого до підвідної труби 3 прикріпляють конструкцію, що складається з колін труби. Зображене на фігурі 3 коліно 2 труби має кут кривизни γ 45° і з'єднанез прямим відрізком 7 труби, що переходить у друге коліно 4 труби, вигнуте в протилежному напрямку. Це друге коліно труби також має кут кривизни (γ) в 45°. Довжина прямого відрізка 7 труби у зображеному на фігурі 3 90758 8 випадку обрана таким чином, що друге коліно труби є зміщеним відносно впускного патрубка 3 на 90° по дузі кола, яке описує внутрішній периметр колони. Його випускний отвір 5 знаходиться зовсім близько від внутрішньої стінки колони 8, внаслідок чого насичений газом потік рідини при його подачі потрапляє майже тангенціально на внутрішню стінку 6 колони 1, де вона має потовщення 8. Потік рідини, що надходить, розподіляється по всій звичній галереї 9 в головці колони. Трубчаста конструкція згідно з винаходом, яка перетворює радіальний впуск на тангенціальний, має форму горизонтально розміщеного і дещо розтягнутого знаку питання або дещо розтягнутої літери S. Як вже було описано вище, звичні радіальні впускні канали для рідини, деякі форми виконання яких зображені на фігурі 2, можуть бути дуже просто перетворені на тангенціальні впускні канали за допомогою пристрою згідно з винаходом, що дозволяє знову застосовувати так звані "solvent swaps" та "revamps". 9 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 90758 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601