NO763710L - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for selektiv fjerning av hydrogensulfid i fra forskjellige gasstrømmer. Selektiv fjerning av hydrogensulfid fra karbondioksyd-holdige gasser ved absorpsjon er en viktig, men høyt spesialisert gren av indu-striell teknikk. Hydrogensulfid er særlig anvendelig for frem-stilling av elementært svovel, men for å kunne brukes effektivt må hydrogensulfidet foreligge i et molforhold mellom.karbondioksyd og hydrogensulfid som nærmer seg og fortrinnsvis ikke er større enn ca. 6. I enkelte anlegg, f.eks. i et Claus-anlegg bør molforholdet ikke være over 3. Siden de vanlige molforhold som foreligger i typiske gassblandinger som naturgass og syntetisk naturgass ligger i området ca. 5 - 140, vil det vanligvis være nødvendig å redusere disse molforhold for å kunne benytte hydrogensulfidet effektivt. Dette betyr at selektiviteten for teknisk brukbare, selektive absorpsjonsprosesser må være slik at en høy, relativ mengde karbondioksyd passerer gjennom absorpsjonsanlegget i ikke-absorbert tilstand mens en relativt liten del av hydrogensulfidet gjør det samme. Den mest fordelaktige fremgangsmåte fra

et markedsmessig synspunkt er.naturligvis en metode som er mest selektiv og krever like mye eller mindre apparatur og energi enn andre tekniske metoder.

En hovedhensikt med foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en fremgangsmåte for selektiv fjerning av hydrogensulfid fra karbondioksyd-holdige gasser med slik selektivitet at man oppnår molforhold karbondioksyd/hydrogensulfid som nærmer seg ca. 6, fortrinnsvis ca. 3 eller mindre, men hensyn på totalprosessen, mens andre krav til prosessen ikke er større enn ved konkurrerende metoder.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således

en forbedring av en kontinuerlig prosess for selektiv absorpsjon av hydrogensulfid fra en sur gassblanding av karbondioksyd og hydrogensulfid, hvorved (I) i motstrøm kontakter blandingen i en absorpsjonssone med en fattig, vandig alkanolaminoppløsning under dannelse av en anriket, vandig alkanolaminoppløsning, (II) innfører den anrikede alkanolaminoppløsning i en destillasjonssone for frem-stilling av en blanding av sur gass og vanndamp som overløp.og en fattig oppløsning som bunnprodukt og (III) resirkulerer den fattige oppløsning til absorpsjonssonen, og foreliggende metode karakteriserer man ved at man

(a) benytter et alkanolamin med strukturformel

hvor R betegner en alkanolrest med to eller tre C-atomer og er usubstituert eller metylsubstituert, eller en alkylgruppe med 1 til 5 C-atomer forutsatt at minst en av gruppene R betegner en alkanolgruppe, (b) benytter en fattig oppløsning med en molaritet på ca. 1.5 til 75 og et maksimalt innhold på ca. 0.1 mol sur gass pr. mol alkanolamin, (c) benytter en absorpsjonssone med 2 til 10 separate trinn, hvor det søkes maksimal likevekt mellom hydrogensulfidet i gassen og i væskefasen og minimal likevekt mellom karbondioksyd i gassen og i væskefåsene, (d) regulerer strømningshastigheten for den fattige oppløsning gjennom alle trinnene slik at (i) fra ca. 0.1 til 0.9 volumdeler av hydrogensulfidet som går gjennom hvert trinn blir absorbert av den fattige oppløsning som passerer gjennom trinnet og (ii) den anrikede oppløsning inneholder i hvert trinn fra ca. 0.1 til 0.3 mol sur gass pr. mol alkanolamin og (e) innfører fattig oppløsning fra destillasjons-sonen ved omkring toppen av hvert trinn og fjerner sterk oppløs-ning fra bunnpartiet a/ hvert trinn, og innfører sterk oppløsning i destillasjonssonen. Som overløp fra destillasjonssonen får man et gåssformig produkt hvor molforholdet mellom karbondioksyd

og hydrogensulfid ikke er over 6.

I den kombinasjon av reaksjonsbetingelser som benyttes i henhold til foreliggende oppfinnelse sikrer en nesten fullstendig fjerning av hydrogensulfid fra inngående gass, med høy selektivitet i forhold til karbondioksyd, idet disse betingelser er slik at fortrengning av absorbert hydrogensulfid med karbondioksyd i fødingen er gjort så lav som mulig og den drivende kraft for hydrogensulfid-absorpsjon er gjort så stor som mulig, hvilket forklares nøyere i det følgende.

Den eneste figur viser et skjematisk blokkdiagram

av en utførelse i henhold til oppfinnelsen.

Som ovenfor nevnt virker, i tillegg til de nevnte trinn og betingelser, hvert trinn i absorbsjonsprosessen på en særlig måte for å oppnå den optimale selektivitet som er ønsket.

Den selektive metode er bygget på to hovedtrekk. Det første

trekk er å nærme, seg i så stor grad som mulig likevekt mellom hydrogensulfid i væskefase og i gassfase og å fjerne seg så

sterkt som mulig fra likevekt mellom karbondioksyd i væskefase og i gassfase. Muligheten til å regulere disse likevektsbe-tingelsene er forbundet med masseoverførings-karakteristika for gass-væske-systernet. Det vil si at likevekten mellom I^S i gassen og i væsken søkes oppnådd ved hjelp av forskjellige tek-nikker som øker masseoverføringshastigheten i gassfase. Videre søker man å redusere likevektsinnstillingen mellom C02i gass-

fase og i væskefase ved metoder som reduserer masseoverførings-hastigheten i væskefase. I begge tilfeller kan disse forhold påvirkes ved egnet konstruksjon av beholderne og egnet valg av driftsbetingelser. Det er flere måter å oppnå dette særlige trekk på. En praktisk metode består i eksempelvis å benytte en høy overflatehastighet på gassen gjennom hvert trinn, tilstrekkelig til å øke gassfase-masséoverføringshastigheten uten vesentlig økning av masseoverføringshastigheten i væskefase, ved å opprettholde relativt'stillestående væskefase. En anne praktisk fremgangsmåte som kan brukes i systemet som allerede opererer med

høye masseoverføringshastigheter i gassfase består i å hindre høy gasshastighét for fødingen gjennom hver kolonne-plate eller plate-ekvivalent, i så sterk grad at strømningen er tilstrekkelig<*>til, men ikke større enn den strømning som vil opprettholde opp- ;løsning på platen. På denne måte reduseres masseoverførings-hastighetene i væskefasen og innholdet av sure gasser i det anrikede oppløsningsmiddel, i hvilket ytterligere hindrer likevekt-tilnærming mellom CC>2 i gass- og væske-fase. ;Det andre og like viktige trekk ved foreliggende fremgangsmåte er å opprettholde totalopptaket i den anrikede opp-løsning i området 0.1 til 0.3 mol sur gass pr. mol alkanolamin. ;. Ved større opptak, etterhvert som CC>2og f^S nærmer seg mer og;mer likevekt, vil CC^begynne å fortrenge absorbert ^S på grunn av at karbondioksyd er "en sterkere syre enn hydrogensulfid. Slik fortrengning er uønsket fordi selektiviteten med hensyn på netto-hydrogensulfid-absorpsjon påvirkes i uheldig retning. ;Videre vil det forhold at man opprettholder et surt opptak innenfor nevnte område tjene til å holde en høy I^S-overføringshastig-het fra gassfase til væskefase ved å gjøre økningen i I^S-partialtrykket over oppløsningen så lav som mulig. I sistnevnte for-, bindelse vil man minne om at hydrogensulfidets partialtrykk over oppløsningen påvirkes av to faktorer. For det første, etter hvert som I^S-opptaket øker, vil partialtrykket av H2S over oppløsning-en øke. For det andre vil øket CC^-opptak også øke I^S-partialtrykket over oppløsningen, og dette er viktig. Netto-drivkraften mellom I^S i gassfase og F^S i likevekt med væskefasen vil derfor synke hurtig etterhvert som opptaket øker. Flertrinns-absorp- ;sjon i henhold til foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å maksimalisere drivkraften i absorberen ved å utbytte den anrikede oppløsning i hvert trinn med svak oppløsning med derav følgende lavt partialtrykk for begge de sure gasskomponenter. Ved å fjerne bare en del av de sure gasser pr. trinn og ikke tillate at opptaksforholdet i den anrikede oppløsning stiger forbi det angitte område, oppnår man høy selektivitet med hensyn på hydrogensulfid absorbsjon i forhold til karbondioksyd-absorbsjonen. ;Inngående gass (føding) som går inn i absorbsjons-sonen i henhold til oppfinnelsen består av en sur gass som inneholder karbondioksyd og hydrogensulfid. Inngående gass kan være ;(A) en blanding av en prosess-gass og nevnte sure gass eller (B) den sure gassen. Prosessgassen består av et hydrokarbon eller en ;blanding av hydrokarboner. Eksempler på hydrokarboner som kan behandles i systemet er metan, metan i form av naturgass eller ;erstatnings- eller syntetisk naturgass (SNG) etylen, etan, propylen, propan, blandinger av slike hydrokarboner og for-håndsrensede avløpsgasser fra cracking av bensin eller råolje eller fra forgassing av kull. Det er ingen begresninger med hensyn på kapasiteten for inngående gass ved foreliggende fremgangsmåte forutsatt at anlegget gis en korrekt størrelse, hvilket er et vanlig beregningsproblem. Føringen kan enten inneholde en sur gass sammen med prosessgassen eller bestå av den sure gassen selv. Nevnte sure gass er an blanding av karbondioksyd og hydrogensulfid, generelt i molforhold på ca. 5 - 140 mol karbondioksyd pr. mol hydrogensulfid. ;Forholdet mellom prosessgass og sur gass, når begge disse komponenter finnes i gassen, kan falle innenfor et meget stort område siden foreliggende fremgangsmåte kan be-handle ethvert forhold. Dette følger av at prosessgassen er inert med hensyn på den aktuelle absorpsjon og bortsett fra tilpasning av apparaturens størrelse behøver man derfor ikke ta hensyn til prosessgassen. ;Vann vil eventuelt være tilstede i blandingen;som vanndamp eller mikrodråper i mengder mellom 0 og mettet gass med hensyn på vanndamp, og gassblandingen er fortrinnsvis vanndamp-mettet siden dette reduserer avdampingen i nedre del av absorpsjonssonen. Vannfri føding kan brukes men er sjelden. Dette vannet tar man ikke hensyn til ved måling av molaliteten bortsett fra eller inntil vannet går i oppløsning med alkanolaminet. ;Forurensninger som definert representeres av (a) enhver gass som ikke utgjør prosessgass, sur gass eller vanndamp og (b) faste partikler eller væskedråper (bortsett fra vanndråper) i fødingen. Forurensninger kan inngå i mengder på opptil 3 vektprosent basert på fødingens totalvekt, men foreligger fortrinnsvis i mengder på høyst 1 vektprosent og i de fleste tilfeller under 0,01%. Eksempler på gassformige forurensninger er svovel-dioksyd, karbonylsulfid og karbondisulfid. Eksempler på faste eller flytende forurensninger er jernsulfid, jernoksyd, høymole-kylære hydrokarboner og polymere. Alle olefiner med mer enn en dobbeltbinding, hydrokarboner med trippelbindinger og generelt alle forbindelser som vil polymerisere eller reagere in situ er uønskede forurensninger. ;Absorpsjonsmiddelet er en oppløsning av et alkanolamin og vann, hvor alkanolaminet har strukturformel ; ; hvor hver R-gruppe er like eller forskjellige og kan være minst én alkanolgruppe som har to eller tre C-atomer og er usubstituert eller metylsubstituert; eller kan bestå av en alkylgruppe med 1 til 5 C-atomer forutsatt at minst én av gruppene R betegner en alkanolrest. ;Eksempler på aktuelle alkanolaminer er metyldietanolamin (MDEA)(foretrukket), trietanolamin (TEA), etyldietanol-amin (EDEA), tripropanolamin og triisopropanolamin. Selvom blandingen av alkanolaminer kan brukes foretrekkes ikke dette. ;Det er nok vann i oppløsningen eller innført i systemet til å gi en molalitet i området 1,5 til 75, fortrinnsvis ca. 5.5 - 12.5. Bestemmelsen av molaliteten foretas på basis av alkanolamin som oppløst stoff og vann som oppløsningsmiddel, ;hvor molaliteten av oppløsningen er lik antall mol oppløst stoff (alkanolamin) oppløst i 1000 g oppløsningsmiddel.(vann). Molaliteten som anvendes i foreliggende forbindelse gjelder den fattige alkanolaminoppløsning som brukes til å kontakte føde-gassen i ;hvert trinn i absorpsjonssonen. Annet vann i systemet tas ikke i betraktning ved denne bestemmelsen.. ;Når vandig MDEA-oppløsning (fattig) innføres i systemet ligger konsentrasjonen generelt på ca. 10 - 90 vektprosent MDEA basert på oppløsningens vekt, fortrinnsvis ca. 45 - 55 vektprosent. Denne, oppløsningen bør enten gi den korrekte molalitet i. prosessen eller man må innføre ytterligere vann i systemet for å oppnå detter Eksempler på typiske oppløsninger, i vektprosent, er: MDEA - 50 prosent - vann 50 prosent; TEA 60 prosent - vann 40 prosent; og EDEA 55 prosent - vann 45 prosent. ;Selvom vannmengden generelt for alle alkanolaminer faller innenfor området 10 - 90 vektprosent basert på oppløsningens totalvekt, og oppløsningen med fordel har slik viskositet at den kan pumpes,, fastlegges vannmengden på basis av molalitet innenfor de angitte områder. r ;Den apparatur som benyttes for destillasjon, varmeveksling og kjøling, samt kokere, filtreringsapparater, rørledninger, turbiner, pumper, flash-destillerings-tanker etc. er av vanlig type.. En typisk regenererings- eller destillasjons kolonne kan beskrives som et hullplatetårn med 15 - 20 virkelige plater eller ekvivalens fyllmaterialé. ;Destillasjonskolonnen inneholder i bunnen eller;i den utvendige kjele et rørformet varmeelement eller koker og i toppen og utenfor destillasjonskolonnen finnes kjølere og en vannseparator. ;Absorpsjonsapparatet er imidlertid ikke av vanlig ;type, som man vil se av det følgende.;Det fremgår av tegningen at absorpsjonsanlegget ikke er en kolonne men er delt i tre separate trinn som er forbundet med hverandre i serie. Den eneste direkte forbindelse mellom trinnene er ledningen 9 som fører inngående gass. I Væsken fra et trinn går aldri inn i et annet trinn hvis ikke eller før væsken går gjennom et destillasjonsanlegg. Det. kan være 2-10 trinn. ;Antall trinn økes innenfor nevnte 2 - 10 trinn i henhold til økede rensebehov. Man vil innse at det kan brukes flere enn 10 trinn i spesielle tilfelle for å oppnå ekstremt stor renhetsgrad siden bare en fraksjon av hydrogensulfid, i området 0,1 - 0,9 volumdeler, fjernes i hvert trinn, dvs. det fjernes fra ca. 10 - 90 volumprosent hydrogensulfid i inngående gass ved passering gjennom hvert trinn. Normalt er den fraksjon av hydrogensulfid som fjernes fra inngående gass i hvert trinn i området 0.3 - 0.7 volumdeler. Den relativt høye fjerningsgrad (opptil ca. 0.9) eller relativt lave fjerningsgrad (ned til ca. 0.1) ;volumdeler hydrogensulfid gjennom hvert"'trinn avhenger av innholdet (opptaksgrad, anrikningsgrad) for hydrogensulfid i inngående gasstrøm. ;Hvert trinn kan ha 1 - 10, vanligvis høyst 6 virke-, lige plater eller separasjons-elementer, eller tilsvarende ekvivalenter i dusj tårn, medstrøms-kontaktorapparatér eller fylte tårn. I følgende omtale skal betegnelsen "trinn" og "plate" ;også omfatte ekvivalent apparatur. F. eks. antar man at et trinn med tre plater er det samme som et fylt tårn med en pakking-ekvivalent til tre plater. Man foretrekker ikke trinn som har ;mer enn 4 plater. Antall plater velges av operatøren for å opp-;nå det resultatet som angis i arbeidsbeskrivelsen med hensyn på molforholdet karbondioksyd/hydrogensulfid som forlater destillasjonsanlegget på toppen, hvilket i foreliggende fremgangsmåte er satt til omtrent 6 eller lavere. Hvis man antar at samme plate-konstruksjon benyttes i alle platene<*>i et trinn, vil molforholdet CC^/^S i den sterke oppløsning i hvert trinn synke med synkende antall plater når man opererer i henhold til oppfinnelsen. Det er derfor klart at det kan oppnås mange grader av renhet og molforhold i henhold til oppfinnelsen.

Med hensyn på apparatur kan fremgangsmåten utføres

i en rekke forskjellige absorpsjonsanlegg. Egnede absorpsjonsanlegg kan være utstyrt med hullplater boblehetteplater, ventil-plater og lignende med 0 eller minimale kanthøyder. Disse forskjellige platetyper kan kjøres på forskjellige måter. Med hullplater kan f.eks. inngående gasshastighet avpasses slik at strøm-ningen er tilstrekkelig men ikke større enn at det opprettholdes oppløsning på platen. Dette kan lettere forstås ved henvisning til Chemical Engineers<1>Handbook, Perry et al, 4. utgave, Mc-Graw-Hill, 1963, Avsnitt 18, sidene 18-3 eller 18-24, som herved tas

med som referanse. På side 18-5 nevnes det at tilbakedrypning finner sted når damphastigheten er utilstrekkelig til å holde væsken på platen. På side 18-14 pekes det på at "nedfall" i boblehette-plater er analog til "tilbakedrypping" på hullplater. Hensikten er i dette tilfelle å operere en plate slik at gasshastig-heten er akkurat tilstrekkelig til å holde væsken på platen, dvs. umiddelbart over tilbakedryppingspunktet. Medvandre ord opereres platen så ineffektivt som mulig hvilket må antas å være helt uvan-lig. Selv om platen kjøres på denne måten er platekonstruksjonen slik at kontakteffekten eller kontaktarealet mellom gassen og væsken er så- stor som mulig samtidig eom væskens oppholdstid på platen.."., er så liten som mulig eller med andre ord kontakttiden mellom gass og væskefase er så liten som mulig. Ved å operere en hullplate i nærheten av tilbakedryppingspunktet oppnås derfor den foreliggende hensikt.

Selv bm det er gunstig å drive absorberen og/eller platene eller plate-ekvivalentene på en slik måte at kontakttid-

en mellom gassfase og væskefase er så lav som mulig, idet man der-

ved oppnår fordelen med hurtigere reaksjonshastighet mellom alkanolaminoppløsningen og H2S i forhold til CC^-gassens reaksjonshastighet, er lav kontakttid bare en av de faktorer som bevirker sterkere selektiv f^S-fjerning. Faktorer som motvirker den iboende hurtigere absorpsjonshastighet for H2S i forhold til CO,, er faktorer som C02-molekylets evne til å fortrenge absorbert H2S, stigningen i H2S-partialtrykk over væskefasen ved absorpsjon av C02og karakteristika ved masse-overføringen. Hvis derfor ikke fortrengningsfaktoren som funksjon av det sure gassopptaket gjøres så liten som mulig og masseoverføring-drivkreftene som funksjon av surgass-opptaket er slik at de begunstiger H2S-absorpsjon og hvis ikke H2S-gass-faseoverføringen økes mens man reduserer overføringen av C02

til væskefaste, oppnås ikke en reproduserbar og høyselektiv H2S fjerning. Idet H2S-absorpsjonen reguleres i gass-film, mens C02-absorpsjonen reguleres i væské-film, vil derfor operasjon

ved lav kontakttid, men høy væskefaseoverføring ikke gi høyselek-tiv H2S-absorpsjon. Inngående gass, som generelt inneholder et molforhold C02/hydrogensulfid i området 5 - 140 mol karbondioksyd pr. mol hydrogensulfid går inn gjennom ledning 9 til trinn 1 under nederste plate (dvs. plate 4 på tegningen), inngående temperatur for fødegassen til trinn 1 er 30 - 4 3°C. Fødingen strømmer°PP gjennom trinn 1 og møter i motstrøm den vandige alkanolamin-oppløsning som betegnes fattig oppløsning, dvs. det inneholder mindre enn ca. 0.1 mol sur gass pr. mol alkanolamin, hvilken innføres til trinn 1 ved plate 1 gjennom ledning 11.

Trykket i trinn 1 ligger mellom ca. atmosfæretrykk

og 140 atm.., normalt i området 1.75 - 85 atm.

Den fattige oppløsning går inn i trinn 1 med en temperatur som normalt er i området 30 - 4 3°C. Fødingen, som omtrent ble befridd for ca. halvparten av hydrogensulfidet ved passering gjennom trinn 1, går ut gjennom ledning 9 og inn i trinn 2. Utgangstemperatur. for gassen er vanligvis i området 30 - 4 3°C. Det.bemerkes at det foregår meget liten varmeoverfør-. ing (eller varmetap) fra trinn til trinn.

Gassen fra første trinn inneholder på volumbasis ca. 10 - 280 deler karbondioksyd pr. del hydrogensulfid og er^vanligvis mettet hvis utgangsgassen var mettet. Etter at den fattige oppløsning har absorbert sur gass i trinn 1 betegnes den anriket oppløsning, dvs. at den sterke oppløsning er en blanding av fattig oppløsning, absorbert sur gass, vann opptatt fra føde-gassen og en del forurensninger. "Opptaksforholdet" eller innholdet av sure gasser i den anrikede oppløsning uttrykkes som molforholdet mellom sure gasser og alkanolamin i den anrikede oppløsning og er i første trinn og de følgende trinn i området 0.1 - 0.3 målt omtrent i bunnen av hvert trinn hvor utløpet 10-12 og 14 befinner seg. Den rike oppløsning går inn i første trinn ved eller under bunnplaten (dvs. plate 4 på tegningen) ved en utløpstemperatur for første trinn som normalt er ca. 30 - 4 3°C. Den rike oppløsning går deretter til en felles kanal som også tilføres sterke oppløsninger fra de andre trinnene 2 og 3 gjennom ledning 12 og 14 resp. Man vil se at utgangstemperaturen for gassen og for den rike oppløsning er omtrent de samme i hele anlegget og fra trinn til trinn. Selv omddet finner sted en viss temperaturøkning i oppløsningen på grunn av den eksoterme reaksjon som foregår i hvert trinn, er disse temperaturforandringer uten betydning og opptas av betegnelsen "ca".

Absorpsjonsprosessen gjentas i trinn 2 og 3 og eventuell prosessgass går med restene av sur gass gjennom ledningen 9 til hvert påfølgende trinn. Inløpstemperatur for inngående gass til hvert trinn er som angitt for trinn 1, dvs. ca. 30 - 43°C. Trykket er omtrent det samme i hvert trinn, den fattige oppløsning går inn i hvert trinn ved omtrent samme temperatur, utløpstemperaturen for gassen er som for trinn 1, volumforholdet

.mellom karbondioksyd og hydrogensulfid øker for hvert trinn, idet økningen avhenger av prosessens selektivitet og utgangstemperaturen for sterk oppløsning i hvert trinn ligger også innenfor samme område som i første trinn. Som tidligere nevnt er temperaturen på fattig oppløsning og inngående gass til hvert trinn samt

for rik oppløsning og utgående gass fra hvert trinn normalt i området 30 - 43 C men det faller imidlertid innenfor oppfinnelsens.' ramme om absorpsjonssonen drives ved lavere temperaturer (dvs. under 30°C), hvilket ytterligere begunstiger selektiviteten med hensyn på hydrogensulfid-opptak , ifølge systemets kinetiske lover. I tilfelle hvor man godtar økede driftsomkostninger på grunn av nedkjøling av fødegass og svak oppløsning til hvert trinn kan de

respektive temperaturer senkes.til ca. 10°C og de andre temperaturer nevnt ovenfor (dvs. den behandlede gassens temperatur og den sterke oppløsningens utgangstemperatur) vil være tilsvarende lav.

Den anrikede oppløsning i samleledningen som anriket oppløsning fra hvert trinn føres til, går gjennom en varmeveksler og derpå til en vanlig destillasjonssone generelt ved eller i nærheten av øverste trinn. Inngående temperaturer på anriket oppløsning til destillasjonsanlegget er vanligvis ca. 82 - 110°C. De nevnte ledninger, varmeveksleren og destillasjonsapparatet er av kjent konstruksjon og ikke vist på tegningen.

Den sure gass og en del vann avdestilleres fra den anrikede oppløsning i destillasjonsapparatet. Apparatet kan benytte nedsatt trykk og/eller direkte oppvarming. Direkte oppvarming avgir damp fra vannet i selve den sterke oppløsning og kan skje ved å føre svak oppløsning (bunnprodukt) gjennom kokere og resirkulere dette tilbake til destillasjonsanlegget. En blanding avsur gass og vanndamp går ut fra toppen av kolonnen.

Det foreligger ca. 1-5 mol vann pr. mol sur gass i overløpet. Derpå kan vannet fjernes ved kondensasjon og den sure gassen gjenvinnes på kjent måte. Hele eller en del avrannmengden kan resirkuleres til destillasjonsapparatet som tilbakeløp, men den foretrukne fremgangsmåte består i å resirkulere tilstrekkelig vann til å gi riktig molalitet for den svake oppløsning, som nøyere behandlet senere. Det skal fremheves at vannet i destillasjonsanlegget kommer fra forskjellige kilder, dvs. fra inngående gass, vandig alkanolaminoppløsning og tilbakeløpsvann.

Destillasjonsapparatet kan drives ved trykk fra atmosfæretrykk og til ca. 4.6 kg/cm 2 abs., vanligvis ca. 1.75 2.5 kg/cm 2abs., og normalt ved lavere trykk enn absorberen. Den svake oppløsning forlater destillasjonsanlegget ved en utgangstemperatur i området ca. 100 - 135°C, vanligvis ca. 118°C.

"Opptaksforholdet i fattig oppløsning" betegner molforholdet mellom sur gass og alkanolamin i den svake oppløs-ning og kan være ca. 0 - 0.1, fortrinnsvis 0 - 0.05, normalt ca. 0.02.

Den fattgie oppløsningen går fra destillasjonssonen gjennom en samleledning og en varmeveksler og forgrenes til ledningene 11, 13 og 15 som resp. forsyner trinn 1, 2 pg 3 med fattig oppløsning.

I varmeveksleren er kjent som fattig-anriket varmeveksler fordi den rike oppløsning som går gjennom varmeveksleren oppvarmes før inngang i destillasjonsanlegget og den fattige opp-løsning avkjøles før innløp til absorberen.

Det anbefales å filtrere den rike oppløsningen etter absorpsjonstrinnet og anordning av sirkulasjonspumper og/ eller turbiner på egnede punkter langs forskjellige veier for å opprettholde ønsket sirkulasjonshastighet.

Ved teknisk drift forekommer system-tap på grunn av medrivning og fordampning av amin, medrivning av vann, ned-bryting av amin og spill. Dette er kjente problemer som ikke påvirker styringen av totalprosessen og behandles ikke videre her.

Strømningshastigheten (sirkulasjonshastigheten) for den fattige oppløsning bestemmes for hvert trinn og avpasses eller reguleres, slik at:(i),fra ca..0.1 - 0.9 og normalt 0.3 - 0.7 volumdeler hydrogensulfid gjennom hvert trinn absorberes av den fattige oppløsning som går gjennom trinnet og (ii) opptaksforholdet for sterk oppløsning ved bunnen i hvert trinn er ca. 0.1 - 0.3 mol sur gass pr. mol alkanolamin, hvilket gir et gassprodukt fra toppen av destillasjonskolonnen hvor molforholdet karbondioksyd / hydrogensulfid er høyst ca. 6, fortrinnsvis under 3.

Som tommelfingerregel, vil høye opptaksforhold i rik oppløsning, innenfor det angitte område, oppnås ved å redusere strømningshastigheten, og lave opptaksforhold i sterk opp-løsning, innenfor det angitte område, oppnås ved å øke strømnings-hastigheten.

Vanlige analysemetoder brukes for å bestemme mengdene av de forskjellige bestanddeler i blandingene.

Man vil innse at nevnte molforhold på 6 .eller mindre;

som er resultatet av foreliggende fremgangsmåte, nødvendigvis ikke oppnås i hvert trinn, men er et totalforhold som oppnås i absorpsjonssonen siden den sterke oppløsning fra allé trinn slås sammen,

som angitt og behandles totalt i destillasjonsanlegget. Dette er viktig fordi fremragende resultater oppnås, sammenlignet med andre metoder selv ved molforhold på helt opp til 10 for et enkelt trinn.

Det "totale molforhold" defineres som molforholdet mellom karbondioksyd og hydrogensulfid i overløpet fra destilla-sjonsanleggét ved slutten av en fullstendig periode, dvs. når allé prosessens trinn er gjennomløpt og alle betingelsene oppfylt i alle trinn og den sterke oppløsning fra hvert trinn føres til destillasjonsapparatet. Sistnevnte forhold er derfor ikke noe

middelforhold for hvert trinn. f

Foreliggende oppfinnelse skal illustreres ytterligere ved de følgende eksempler.

Eksempel 1- 4.

Eksemplene gjennom føres i henhold til blokkskjemaet på tegningen og de foretrukne trinn og betingelser i henhold til beskrivelsen. Hvert absorpsjonstrinn er en hullplate-kontaktor som inneholder hullplater uten overløp, med plateavstand 0.15 m. Absorber-diameteren er 9 cm. Destillasjonssonen består av et fylt tårn som svarer til 17 plater. Utenfor destillasjonstårnet finnes en koker og utenfor i toppen av destillasjonstårnet en kjøler, vannseparator og en pumpe.

Det er et filter og en fattig - rik-varmeveksler i samleledningen for rik oppløsning. Det finnes også en pumpe og den samme fattig-rik-varmeveksler i same Hedningen for fattig oppløsning.

Den anvendte alkanolamin ér metyldietanolamin. (MDEA).. Molaliteten for den svake oppløsning av MDEA

som går inn i hvert trinn i absorberen er 8.4, som svarer til en start-MDEA oppløsning på ca. 50 vektprosent MDEA og 50 vekt-, prosent vann. Apparaturen er rustfritt stål (AISI type 304 og 316).

Eksemplene 1 - 3er inngående gass en blanding av nitrogen, karbondioksyd, hydrogensulfid og vanndamp. Fødingen er mettet og inneholder ialt vesentlig ingen forurensninger. Nitrogenet brukes for etterligne en prosessgass som ved teknisk drift vil være en blanding av et eller flere hydrokarboner og/eller- - andre gasser som f.eks. en blanding av CH^, CO og H2, som ikke reagerer under de foreliggende forhold. I eksempel 1 - 3 er konsentrasjonen av karbondioksyd i fødingen 15 volumprosent, basert på totalvolumet av inngående gass uten vanndamp og forurensninger. Molforholdet C02/H2S i fødingen i eksempel 1-3, er ca. 41 : 1.

I eksempel 4 er fødingen en sur gassblanding av karbondioksyd og hydrogensulfid og er til forskjell fra fødingen i henhold til eksempel 1-3, ikke fortynnet med nitrogen.

Denne føding er også mettet og inneholder ingen forurensninger. I eksempel 4 er videre konsentrasjonen av karbondioksyd i fød-ingen 94 volumprosent<p>g konsentrasjonen av hydrogensulfid 6 volumprosent eksklusive vanndamp og forurensninger. Molforholdet CC^/I^S i inngående gass i eksempel 4 er ca. 16 : 1.

I alle eksempler er temperaturen for inngående gass og utgående gass og inngående fattig oppløsning og utgående rik oppløsning i alle trinn ca. 32PC.

Destillasjonskolonnen kjøres ved 2,1 kg/cm 2. Inngående temperatur for rik oppløsning til destillasjonskolonnen er 10<4>°C, utgående temperatur for svak oppløsning fra destillasjonstårnet er 118°C, koketemperaturen er også 118°C og destillasjons-overløpets temperatur er 100°C. Man bruker vanlige analysemetoder for å måle mengdene av de forskjellige bestanddeler. I I eksempel 1-3 har absorberen tre trinn, antall, plater i hvert trinn er, som angitt i nedenstående tabell 1. I eksempel IV har absorberen seks trinn og antall plater pr. trinn er lik to.

Andre forsøksbetingelser og resultater fremgår også av tabell 1.

Det vil være klart av disse tall at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen muliggjør fjerning av hydrogensulfid fra karbondioksyd-holdige gasstrømmer, blant, annet gasser som-inneholder meget små konsentrasjoner av hydrogensulfid,

og at det hydrogensulfidholdige gass^ormige produkt som gjenvinnes er egnet for videre teknisk behandling, f.eks. for frem-stilling av elementært svovel.

Claims (28)

1. Kontinuerlig fremgangsmåte for selektiv absorpsjon av hydrogensulfid fra en sur gassblanding som inneholder karbondioksyd og hydrogensulfid, og som omfatter at man (I) i motstrøm kontakter inngående gass, i en absorpsjonssone med en fattig (med hensyn på karbondioksyd og hydrogensulfid) vanndig alkanolaminoppløsning under dannelse av en anriket vanndig alka-nolaminoppløsning, (II) innfører den anrikede oppløsning i en destillasjonssone for dannelse av en blanding av sure gasser og vanndamp som overløp og en fattig oppløsning som bunnprodukt og (III) resirkulerer den fattige oppløsning til absorpsjonssonen, karakterisert ved at man a) benytter an alkanolamin med formel (RJ^ N, hvor R betegner en alkanolgruppe med 2 eller 3 C-atomer og som

er usubstituert eller metylsubstituert, eller en alkylgruppe med 1-5 C-atomer, forutsatt at minst én av av R-gruppene er en alkanolrett, b) det benyttes en fattig oppløsning med molalitet ca. 1.5 - 75 og maksimalt opptak på ca. 0.1 mol sur gass pr. mol alkanolamin, c) det benyttes en absorpsjonssone med 2-10 separate trinn, hvor man begunstiger innstillingen av likevekt mellom hydrogensulfidet i gassfase og væskefase og motvirker innstilling av likevekt mellom karbondioksydet i gassfase og væske-fase, d) regulerer den fattige oppløsningens strøm-ningshastighet gjennom hvert trinn, slik at (i) fra ca. 0.1 - 0.9 volumdeler av hydrogensulfidet som går gjennom hvert trinn absorberes av den fattige oppløsning som passerer trinnet og (ii) opp-taks f orholdet i den anrikede oppløsning i hvert trinn er ca. t 0.1 - 0.3 mol sur gass pr. mol alkanolamin, og e) fattig oppløsning fra destillasjonssonen innføres i området ved toppen av hvert trinn og anriket opp-løsning fjernes fra bunnen av hvert trinn og nevnte anrikede oppløsning innføres i nevnte destillasjonssone.

2. Fremgangsmåte som aagitt i krav 1, karakterisert ved at inngående gass inneholder, i tillegg til den sure gass, en prosessgass i form av et hydrokarbon eller en blanding av hydrokarboner.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den fattige oppløsningens strøm-ningshast gjennom hvert trinn reguleres slik at høyst ca. 0.7 volumdeler av hydrogensulfidet som passerer hvert trinn absorberes av den fattige oppløsning som går gjennom hvert trinn.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav ^ karakterisert ved at alkanolaminet er metyldietanolamin.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at alkanolaminet er metyldietanolamin.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at alkanolaminet er metyldietanolamin.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, k a r a k terisert ved at hvert trinn i absorpsjonssonen har fra 1-6 virkelige plater eller plate-ekvivalenter.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav ^ karakterisert ved at hvert trinn i absorpsjonssonen har fra 1-4 virkelige plater.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det utvinnes et destillasjons-overløp hvor molforholdet karbondioksyd/hydrogensulfid er høyst ca. 6:1.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det utvinnes et destillasjons-overløp hvor molforholdet karbondioksyd til hydrogensulfid er høyst ca. 3:1.

11. Kontinuerlig fremgangsmåte for selektiv absorpsjon av hydrogensulfid fra en inngående gass bestående av a) en blanding av en prosessgass og en sur gass b) en sur gass, hvor nevnte prosessgass består av et hydrokarbon eller en blanding av hydrokarboner og den sure gass er an blanding av karbondioksyd og hydrogensulfid, hvilken fremgangsmåte omfatter (I) inngående gass føres i motstrøm i kontakt med, i en absorpsjonssone, en fattig vanndig alkanolaminoppløsning under dannelse av en rik, vanndig alkanolaminoppløsning (II) den anrikéde oppløsning føres til en destillasjonssone for dannelse av en blanding av sur gass og vanndamp som overløp og en fattig oppløsning som bunnprodukt, og -(III) den fattige oppløsning resirkuleres til absorpsjonssonen, karakterisert ved at man a) benytter et alkanolamin med formelen (R).jN, hvor R betegner like eller forskjellige grupper og kan sære alkanolradikaler med 2 eller 3 C-atomer, usubstituert eller metylsubstituert, eller alkylradikaler med 1-5 C-atomer, forutsatt at minst én av R-gruppene er en alkanolrest, b) det benyttes en fattig oppløsning med molalitet ca. 1.5 -.75 og maksimalt opptaksforhold på ca. 0.1 mol sur gass pr. mol alkanolamin, c) det benyttes en absorpsjonssone med 2-10 separate trinn, hvor man befordrer likevektsdannelsen mellom hydrogensulfid i gass- og væske-fase og motvirker innstilling av likevekt mellom karbondioksydet i gass- og væskefase, d) regulerer den fattige oppløsningens strøm-, ningshastighet gjennom hvert trinn slik at (i) fra ca. 0.3-0.7 volumdeler av hydrogensulfidet som går gjennom trinnet absorberes av den fattige oppløsning som passerer gjennom nevnte trinn og (ii) opptaksforholdet i rik oppløsning i høyde med bunnen.i hvert trinn er ca. 0.1 - 0.3 mol sur gass pr. mol alkanolamin, e) . fattig oppløsning fra destillasjonssonen inn-føres i nivå med toppen av hvert trinn og anriket oppløsning tas ut fra nivå med bunnen i hvert trinn og den anrikede oppløsning innføres i destillasjonssonen, idet molforholdet karbondioksyd/. hydrogensulfid i destillasjons-overl-pet er høyst 6:1.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav.11, karakterisert ved at hvert trinn har fra 1-6 virke- ; lige plater eller plate-ekvivalenter.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved at hvert trinn har 1-4 virkelige plater.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved at alkanolaminet er metyldietanolamin.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, karakterisert ved at alkanolaminet er metyldietanolamin.

16. ' Fremgangsmåte som angitt i krav 13, karakterisert ved at alkanoiaminet er metyldietanolamin.

17. Kontinuerlig fremgangsmåte for selektiv absorpsjon av hydrogensulfid fra en gass valgt blant. a) en blanding av prosessgass og en sur gass og b) en sur gass, hvor prosessgassen er et hydrokarbon eller en blanding av hydrokarboner og den sure gass er en blanding av karbondioksyd og hydrogensulfid og som omfatter at . (I) inngående gass i motstrøm fører til kontakt med, i en absorpsjonssonen, en fattig, vanndig alkanolaminoppløsning under dannelse av en anriket vanndig alkanolaminoppløsning, (II) den anrikede opp-løsning innføres i en destillasjonssone for dannelse av en blanding av sur gass og vanndamp som overløp og en fattig oppløsning som bunnprodukt og (III) den fattige oppløsning resirkuleres til absorpsjonssonen, karakterisert ved at man a) benytter en alkanolamin med formel (R^N, hvor R betegner en alkanolrest med 3 eller 2 C-atomer eller en alkylrest med 1-5 C-atomer, forutsatt at minst én av gruppene R betegner en alkanolrest, b) det benyttes en fattig oppløsning med molalitet ca. 5,5 12,5 og et maksimalt opptaksforhold til 0-0.05 mol sur gass pr., mol alkanolamin, c) det benyttes en absorpsjonssone som har 2-10 separate trinn hvor opprettelsen av likevekt mellom hydrogensulfid i gassfase og væskefase begunstiges mens innstilling av likevekt mellom karbondioksyd i gassfase og væskefase motvirkes , d) den fattige oppløsningens strømningshastig-het gjennom hvert trinn reguleres slik at (i) fra 0.3 - 0.7 volumdeler av hydrogensulfidet som går gjennom hvert trinn absorberes av den fattige oppløsningen som passerer gjennom nevnte trinn og (ii) opptaksforholdet i den anrikede oppløsning i nivå med bunnen av hvert trinn er ca. 0.1 - 0- 3 mol sur gass pr. mol alkanolamin, og e) den fattige oppløsning innføres fra destilla- ♦ sjonssonen i nivå med toppen av hvert trinn idet anriket opp-løsning fjernes fra bunnen av hvert trinn og innføres i destillasjonssonen og det utvinnes som overløp fra destillasjonssonen et gassformig produkt hvor slutt-molforholdet mellom karbondiok-, syd"og hydrogensulfid er høyst ca. 6:1.

18. Fremgangsmåte som aagitt i krav 17, karakterisert ved at alkanolaminet er metyldietanolamin.

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 18, karakterisert ved at hvert trinn ikke har mer enn 6 plater eller plateekvivalenter.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 18, karakterisert ved at hvert trinn ikke har mer enn 4 virkelige plater.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 18, karak- terisert ved at det totale molforhold mellom karbondioksyd og hydrogensulfid i det gassformige produkt som ut- vinnes som destillasjons-overløp er høyst ca. 3 : 1.

22. Kontinuerlig fremgangsmåte for selektiv absorpsjon av hydrogensulfid fra en gass som består av en sur gassblanding av karbondioksyd og hydrogensulfid , og som omfatter at (I) inngående gass i motstrøm føres i kontakt med, i en absorpsjonssone, en fattig, vanndig alkanolaminoppløsning under dannelse av en anriket, vanndig alkanolaminoppløsning (II) den anrikede oppløsning innføres i en destillasjonssone under dannelse av en blanding av sur gass og vanndamp som overløp og en fattig opp-løsning som bunnprodukt og (III) den fattige oppløsning resirkuleres til absorpsjonssonen, karakterisert ved at man a) benytter en alkanolamin ved formel (RJ^ N' hvor R betegner en alkanolgruppe med to eller tre C-atomer eller en alkylrest med 1-5 C-atomer, forutsatt at minst én av R-gruppene betegner en alkanolgruppe, b) det benyttes en fattig oppløsning med en molalitet på ca. 1.5 - 75 og et maksimalt opptaksforhold på ca. 0.1 mol sur gass pr. mol alkanolamin, c) det benyttes en absorpsjonssone med 2-10 separate trinn, hvor likevektsinnstilling mellom hydrogensulfidet i gass- og væske-^ fase befordres mens innstilling av likevekt ♦ mellom karbondioksydet i gass- og væskefase motvirkes, den fattige oppløsningens strømningshastighet gjennom hvert trinn reguleres slik at (i) fra ca. 0.1 - 0.9 volumdeler av hydrogensulfidet som går gjennom hvert trinn absorberes av den ffattige oppløsning som passerer gjennom trinnet og (ii) opptaksforholdet i anriket oppløsning omtrent i nivå med bunnen av hvert trinn er ca. 0.1 - 0.3 mol sur gass pr. mol alkanolamin, e) temperaturen holdes omtrent konstant fra trinn til trinn, f) det innføres fattig oppløsning fra destilla-' sjonssonen omtrent i høyde med toppen av hvert trinn idet anriket oppløsning tappes ut fra bunnen av hvert trinn og den anrikede oppløsning innføres i destillasjonssonen og g) det avtappes fra destillasjonssonen som gassformig overløp et produkt hvor det totale molforhold karbondioksyd/hydrogensulfid er høyst ca. 6:1.

23. Fremgangsmåte som angitt i krav 22,karak- terisert ved at den fattige oppløsning innføres i hvert trinn ved omtrent samme temperatur.

24. Fremgangsmåte som angitt i krav 22, karakterisert ved at strømningshastigheten for den fattige oppløsning gjennom hvert trinn i absorpsjonssonen reguleres slik at høyst ca. 0.7 volumdeler av hydrogensulfidet som går gjennom hvert trinn absorberes av den fattige oppløsning som passerer, gjennom trinnet.

25. Fremgangsmåte som angitt i krav 22, karakterisert ved at hvert trinn i absorpsjonssonen har fra 1-6 virkelige plater eller plateekvivalenter.

26. Fremgangsmåte som angitt i krav 22, karakterisert ved at kontaktflaten mellom gass- og væske-fasene gjøres så stor som mulig, og kontakttiden mellom fasene så liten som mulig.

27. Fremgangsmåte som angitt i krav 22, karakterisert ved at inngående gass inneholder, i tillegg til den sure gassen, en prosess-gass som inneholder et hydrokarbon eller blanding av hydrokarboner.

28. Fremgangsmåte som angitt i krav 22, karakterisert ved at det totale molforhold mellom kar bondioksyd og hydrogensulfid i det gassformige produkt fra destillasjons-sonen er høyst ca. 3:1.