Спосіб очистки газу, утримуючого метан та водень

Реферат: Спосіб очистки газу, утримуючого метан та водень, що включає абсорбційну обробку газу водяним розчином амінів і наступну регенерацію розчину амінів шляхом десорбції діоксиду вуглецю. Абсорбційну обробку газу виконують водяним розчином метилдіетаноламіну і моноетаноламіну. UA 93827 U (54) СПОСІБ ОЧИСТКИ ГАЗУ, УТРИМУЮЧОГО МЕТАН ТА ВОДЕНЬ UA 93827 U UA 93827 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до технології очистки газів, утримуючих метан та водень, наприклад, біогазу, шахтного метану, синтез-газу, коксового газу, доменного газу, нафтового газу, природного газу і може бути використана, в газовій, газопереробній, хімічній і інших галузях промисловості. Суть способу очистки газу, який утримує метан та водень, технологічні особливості та обладнання для реалізації способу показані на прикладі очистки біогазу. Біогаз одержують шляхом анаеробного, тобто, безкисневого розщеплювання органічних матеріалів (шлами стічних вод, відходи рослинного або тваринного походження, відходи м'ясомолочної, рибної галузей промисловості та інші відходи органічного походження) Головними компонентами одержаного біогазу є метан (СН 4) і діоксид вуглецю (СО2). Вміст метану в біогазі залежить, в основному, від вихідної органічної сировини. Як правило, вміст метану в біогазі коливається в межах 50-70 %, що забезпечує його горючість. Окрім метану і діоксиду вуглецю біогаз включає азот (N2), водяну пару (Н2О), сірководень (H2S), а також деяку кількість інших газів. Зазначені компоненти біогазу в суміші метаном погіршують споживчі властивості біогазу, як палива, або роблять неможливим його використання як альтернативного палива. Наприклад, при анаеробній переробці свинячого гною, вміст метану в біогазі може знижуватися до 30 %, коли біогаз втрачає здібність до горіння. Для використання біогазу, як альтернативного палива, доцільно максимально підвищити вміст метану в ньому і видалити інші газові компоненти з наступною їх утилізацією. Широке використання знайшли технології очистки біогазу, що засновані на абсорбції окремих його компонентів в промивальному розчині відповідними абсорбентами, зокрема з амінами: моноетаноламін - МЕА, діетаноламін - ДЕА, триетаноламін - TEA, метилдіетаноламін МДЕА (так звані технології амінової очистки). Так, відома технологія очистки газів від H2S і СО2 (Патент РФ № 2513400, Μ Π Κ B01D 53/14, 12.11.2012), в якій як абсорбуючий розчин застосовують суміш метилдіетаноламіну, водорозчинного фізичного розчинника, фракції вакуумної перегонки технічного поліетиленполіаміну з інтервалом кипіння 50-200 °C і води при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: метилдіетаноламін 20-50 водорозчинний фізичний розчинник 5-20 фракція вакуумної перегонки технічного поліетиленполіаміну 2-6 вода решта. Загальними ознаками аналога і способу, що заявляється, є: спосіб очистки біогазу, що включає абсорбційну обробку біогазу водяним розчином амінів. Використання 2-х ступінчастого процесу (необхідність попереднього одержання фракції вакуумної перегонки технічного поліетиленполіаміну з інтервалом кипіння 50-200 °C) ускладнює технологію очистки. Відома технологія очистки газу (Патент РФ № 2240858, ΜΠΚ B01D 53/14, 13.08.2003), в якому як абсорбуючий розчин застосовують водний розчин амінів, який містить триетаноламін, моноетаноламін і активатор, - кубовий залишок процесу ректифікації триетаноламіну, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: триетаноламін 10,0-50,0 моноетаноламін 4,0-25,0 кубовий залишок процесу 0,5-8,0 ректифікації триетаноламіну вода решта. Загальними ознаками аналога і способу, що заявляється, є: спосіб очистки біогазу, що включає абсорбційну обробку біогазу водяним розчином амінів. Для зазначеного способу характерні значні витрата хімічних реактивів, що обмежує його використання для очистки великих об'ємів газу. Як найближчий аналог вибрано відомий спосіб розділення біогазу і очистки його складових (Патент РФ № 2460575, МПК B01D 53/62, 18.03.2011). Сирий біогаз направляють в абсорбер. Як абсорбент використовують моноетаноламін. У абсорбері біогаз обробляють 20 %-ним водним розчином моноетаноламіну. Абсорбер працює при тиску 2,64 МПа, нижня його частина зрошується грубо регенерованим розчином моноетаноламіну (МЕА) із ступенем карбонізації α від 0,30 до 0,35 КМольСO 2/КМольМЕА, а верхня частина абсорбера зрошується тонко регенерованим розчином із ступенем карбонізації а, рівним 0,1 КМольСO2/КМоль МЕА. 1 UA 93827 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В абсорбері біогаз очищається до концентрації діоксиду вуглецю 0,1 %, а розчин моноетаноламіну насищається діоксидом вуглецю до ступеня карбонізації α - 0,65 КМольСО2/КМоль МЕА. Насичений діоксидом вуглецю розчин моноетаноламіну (МЕА) після виходу з абсорбера перед регенерацією дроселюють (тиск скидають від 2,64 МПа до 0,24 МПа). Далі одержаний насичений діоксидом вуглецю розчин моноетаноламіну при температурі 6065 °C подають в регенератор. Регенератор працює під тиском 0,24 МПа. З метою повнішої рекуперації тепла потік одержаного розчину моноетаноламіну розділяють на три частини. Першу частину потоку, що становить близько 10 % від загального об'єму одержаного розчину моноетаноламіну, подають у верхню частину регенератора для охолоджування газів і уловлювання парів моноетаноламіну. Другу частину потоку, що становить близько 45 % одержаного розчину моноетаноламіну, нагрівають до температури 90-95 °C в вигляді грубо регенерованим розчину, що відходить. Третю частину потоку, що становить 45 % одержаного розчину моноетаноламіну, нагрівають до температури 104-107 °C і подають в середню частину регенератора нижче перших двох частини потоку. У верхній частині регенератора за рахунок різкого зниження тиску і підвищення температури відбувається десорбція діоксиду вуглецю з одержаного розчину моноетаноламіну. В результаті відбувається груба регенерація розчину до ступеня карбонізації α від 0,3 до 0,35 КМольСO2/КМоль МЕА. Половину цього розчину відбирають, охолоджують і при температурі 40 °C подають на зрошування нижньої частини абсорбера. Решту частини одержаного розчину моноетаноламіну подають в нижню частину регенератора, де підтримується температура кипіння розчину, і здійснюють процес регенерації до ступеня карбонізації α 0,1 КМольСO2/КМоль МЕА. Тонко регенерований розчин після охолоджування подають на зрошування верхньої частини абсорбера. Гази, що виходять з регенератора, охолоджують до 40 °C, при цьому відбувається конденсація водяної пари. Вода повертається в цикл. Після регенератора діоксид вуглецю піддають біологічному дезодоруванню в біоскрубері для усунення всіх вторинних запахів, обробляють (промивають) окислювачами в промивних пристроях для видалення органічних залишків. Як окислювачі використовують атомарний кисень і атомарний хлор. Далі діоксид вуглецю подають на охолодження і одержують рідкий СО 2, який потім утилізують, наприклад закачують в балони і відправляють на склад на зберігання. Одержаний запропонованим способом діоксид вуглецю може бути використаний в харчовій промисловості з метою отримання "сухого льоду" і газованих напоїв, в мікробіологічній і медичній галузях промисловості. Одержаний після очистки біогаз містить 90-95 % метану, решта - СО2. Загальними ознаками найближчого аналога і способу, що заявляється, є: спосіб очистки біогазу, що включає абсорбційну обробку біогазу водяним розчином амінів і наступну регенерацію розчину амінів шляхом десорбції діоксиду вуглецю. Проведення процесу абсорбції при високому тиску (2,64 МПа) з використання двох розчинів моноетаноламіну з різним ступенем карбонізації, а також складний процес регенерації МЕА з розділенням розчину МЕА на три потоки з різними температурами ускладнюють технологію очистки. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу очистки газу, утримуючого метан, в якому за рахунок особливостей технологічних операцій і вживаних реагентів забезпечується спрощення технології при збереженні високого ступеня очистки. Поставлена задача вирішується тим, що в способі очистки газу, утримуючого метан, що включає абсорбційну обробку газу водяним розчином амінів і наступну регенерацію розчину амінів шляхом десорбції діоксиду вуглецю, згідно з корисною моделлю, абсорбційну обробку газу виконують водяним розчином метилдіетаноламіну і моноетаноламіну при наступному співвідношенні компонентів, в мас %: метилдіетаноламін 35-45 моноетаноламін 8-12 вода решта. Зазначені ознаки є істотними ознаками корисної моделі, так як в своїй сукупності забезпечують вирішення поставленої задачі - спрощення технології при збереженні високого ступеня очистки. Спрощення технології забезпечується проведенням процесу абсорбції при зниженому тиску (0,2-0,3 МПа) в порівнянні з прототипом (2,64 МПа), використанням одного водяного розчину 2 UA 93827 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 абсорбентів, а також проведенням процесу регенерації абсорбентів без розділення розчину абсорбентів на частини з різними фізико-хімічними властивостями. При цьому концентрація діоксиду вуглецю в очищеному газі знаходиться в межах 1,5-2,0 %. Тобто, технологічні особливості способу забезпечують спрощення технології без зниження ступеня очистки газу. Оптимальні умови абсорбційної обробки газу виникають при температурі 35-45 °C і тиску 0,2-0,3 МПа. Нижче приводиться опис способу очистки газу, утримуючого метан, що заявляється, з посиланнями на схему реалізації способу, що додається до опису. Спосіб включає абсорбційну обробку сирого біогазу в абсорбері 1 водяним розчином метилдіетаноламіну і моноетаноламіну при наступному співвідношенні компонентів, в мас %: метилдіетаноламін - 35-45, моноетаноламін - 8-12, вода - решта і наступну регенерацію розчину метилдіетаноламіну і моноетаноламіну, насиченого діоксидом вуглецю, шляхом десорбції діоксиду в десорбері 2. Абсорбційну обробку сирого біогазу в абсорбері 1 виконують при температурі 35-45 °C і тиску 0,2-0,3 МПа. Сирий біогаз подають по лінії 3 в нижню частину абсорбера 1. В верхню частину абсорбера 1 по лінії 4 подають водяний розчин метилдіетаноламіну і моноетаноламіну, як абсорбентів діоксиду вуглецю, при зазначеному співвідношенні компонентів, яким зрошують абсорбер 1. В абсорбері 1 сирий біогаз контактує з водяний розчином метилдіетаноламіну і моноетаноламіну, відбувається абсорбція діоксиду вуглецю амінами. Оптимальні умови для процесу абсорбції виникають при температурі 35-45 °C і тиску 0,2-0,3 МПа. В результаті концентрація діоксиду вуглецю в біогазі знижується до 1,5-2,0 %. Очищений від діоксиду вуглецю біогаз (біометан) виводять із верхньої частини абсорбера 1 і по лінії 5 направляють споживачу. Водяний розчин метилдіетаноламіну і моноетаноламіну, насичений абсорбованим діоксидом вуглецю, виводять із нижньої частини абсорбера 1 і по лінії 6 направляють в верхню частину десорбера 2 через рекуперативний теплообмінник 7, розчин нагрівають до температури близько 100 °C. В десорбері 2 здійснюють процес десорбції діоксиду вуглецю з водяного розчину метилдіетаноламіну і моноетаноламіну (процес регенерації розчину) при температурі 110-120 °C. Парогазову суміш, що утворилась а десорбері 2, відводять в верхній частині десорбера 2 по лінії 8 і направляють в конденсатор 9, в якому суміш охолоджують до температури 20-25 °C. В конденсаторі 9 водяна пара конденсується, конденсат (флегма) по лінії 10 подають в верхню частину десорбера 2, як зрошування, вище рівня подачі водяного розчину метилдіетаноламіну і моноетаноламіну водяного розчину метилдіетаноламіну і моноетаноламіну, насиченого діоксидом вуглецю. Діоксид вуглецю по лінії 11 відводять з конденсатора 10 на подальшу очистку і переробку для використання в харчовій, мікробіологічній, медичній, та інших галузях промисловості. Регенерований водяний розчин метилдіетаноламіну і моноетаноламіну відбирають з нижньої частини десорбера 2 і направляють по лінії 12 до нагрівача 13. Частину розчину по лінії 14 направляють в десорбер 2 для зрошування нижньої частини десорбера 2. Одержаний регенерований водяний розчин метилдіетаноламіну і моноетаноламіну по лінії 15 за допомогою насоса 16 через рекуперативний теплообмінник 7 направляють до змішувача 17. По лінії 18 до змішувача 17 підводять свіжий водяний розчин метилдіетаноламіну ι моноетаноламіну. Водяний розчин метилдіетаноламіну і моноетаноламіну з виходу змішувача 17 подають на холодильник 19. де він охолоджується до температури 35-45 °C. З холодильника 19 водяний розчин метилдіетаноламіну і моноетаноламіну подають по лінії 4 в верхню частину абсорбера 1. Спосіб, що заявляється, може бути використаний і для очистки інших газів, утримуючих метан та водень, наприклад, шахтного метану, синтез-газу, коксового газу, доменного газу, нафтового газу. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Спосіб очистки газу, утримуючого метан та водень, що включає абсорбційну обробку газу водяним розчином амінів і наступну регенерацію розчину амінів шляхом десорбції діоксиду вуглецю, який відрізняється тим, що абсорбційну обробку газу виконують водяним розчином метилдіетаноламіну і моноетаноламіну, при наступному співвідношенні компонентів, в мас. %: метилдіетаноламін 35-45 моноетаноламін 8-12 вода решта. 3 UA 93827 U 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що абсорбційну обробку газу виконують при температурі 35-45 °C і тиску 0,2-0,3 МПа. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4