RU2488430C2

RU2488430C2 - Method of liquefied cleaning hydrocarbon gas of carbon dioxide

Info

Publication number: RU2488430C2
Application number: RU2011129344/05A
Authority: RU
Inventors: Игорь Анатольевич Мнушкин; Эдуард Сарифович Гасанов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Петон"
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2013-07-27
Also published as: RU2011129344A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to cleaning liquefied hydrocarbon gases of carbon dioxide. Liquefied hydrocarbon gas is fed to extractor bottom. Solvent is fed to extractor top. Raffinate solution from extractor top is fed into decanter for liquefied gas discharged from decanter top while settled solvent is discharged from decanter bottom and directed into expander. Extract solution from extractor bottom flows into expander at throttled pressure. Gas-free extract solution flows via recuperative heat exchanger to regenerator top. Regenerated solvent is bled from regenerator top and directed via recuperative heat exchanger to extractor top. Carbon dioxide is bled from regenerator top. Heat is removed in extractor by means of heaters while degassing gases are fed from expander by injector back into extractor.

EFFECT: preserved fuel value and high purity of liquefied hydrocarbon gas, intensified operation of separator.

5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам очистки сжиженных углеводородных газов (широкой фракции легких углеводородов) от диоксида углерода и может найти применение в газовой и нефтехимической отраслях промышленности.The invention relates to methods for purification of liquefied petroleum gases (a wide fraction of light hydrocarbons) from carbon dioxide and can find application in the gas and petrochemical industries.

Широкое распространение получили разнообразные способы очистки углеводородных газов от диоксида углерода абсорбцией последнего растворами аминов (Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. М., Химия, 2001, с.294-304; А.С. СССР №1279658 А1, кл. В01 53/14, 1985, бюл. №48, 1986). Общим признаком этих способов является обработка газа в абсорбере циркулирующим аминовым раствором при повышенном давлении и последующую многоступенчатую регенерацию насыщенного абсорбента. Общим недостатком этих способов является не возможность реализации абсорбционной очистки сжиженных углеводородных газов от диоксида углерода без перевода их в паровую фазу за счет резкого снижения давления газа, что приводит к существенным затратам энергии на последующее сжатие очищенного газа перед последующей переработкой или транспортированием. Материалов по очистке сжиженных углеводородных газов от диоксида углерода в патентной литературе не выявлено.Widespread are various methods of purification of hydrocarbon gases from carbon dioxide by absorption of the solution of amines (Manovyan A.K. Technology for the primary processing of oil and natural gas. M., Chemistry, 2001, p. 294-304; AS USSR No. 1279658 A1 , CL B01 53/14, 1985, bull. No. 48, 1986). A common feature of these methods is the treatment of the gas in the absorber with a circulating amine solution at elevated pressure and the subsequent multi-stage regeneration of the saturated absorbent. A common disadvantage of these methods is the inability to implement the absorption treatment of liquefied hydrocarbon gases from carbon dioxide without transferring them to the vapor phase due to a sharp decrease in gas pressure, which leads to significant energy costs for the subsequent compression of the purified gas before further processing or transportation. Materials for the purification of liquefied hydrocarbon gases from carbon dioxide in the patent literature are not identified.

Целью заявляемого изобретения является сохранение энергетического потенциала сжиженного углеводородного газа, повышение чистоты получаемого сжиженного углеводородного газа и интенсификации работы основного разделяющего аппарата.The aim of the invention is the preservation of the energy potential of liquefied petroleum gas, increasing the purity of the resulting liquefied petroleum gas and the intensification of the main separating apparatus.

Поставленная цель достигается тем, что:The goal is achieved by the fact that:

способ очистки сжиженного углеводородного газа от углерода, заключающийся в том, что диоксид углерода экстрагируют из сжиженного газа селективным растворителем в экстракторе, сжиженный газ подают в низ экстрактора, растворитель подают на верх экстрактора, рафинатный раствор с верха экстрактора поступает в декантатор, с верхней части которого отводят сжиженный газ, а с нижней части отводят отстоявшийся растворитель, направляемый в экспанзер, экстрактный раствор с низа экстрактора поступает в экспанзер с дросселированием давления, в экспанзере от экстрактного раствора равновесно отделяется газовая фаза, состоящая из поглощенных углеводородов и части диоксида углерода, и дегазированный экстрактный раствор поступает через рекуперативный теплообменник на верх регенератора, снизу которого отбирают регенерированный растворитель, направляемый через рекуперативный теплообменник на верх экстрактора, а с верха регенератора отбирают диоксид углерода;a method for purifying liquefied hydrocarbon gas from carbon, which means that carbon dioxide is extracted from the liquefied gas with a selective solvent in the extractor, the liquefied gas is fed to the bottom of the extractor, the solvent is fed to the top of the extractor, the raffinate solution from the top of the extractor enters the decanter, from the top of which liquefied gas is discharged, and from the lower part the settled solvent is discharged to the expander, the extract solution from the bottom of the extractor enters the expander with pressure throttling, The gas phase consisting of the absorbed hydrocarbons and part of the carbon dioxide is equilibrated from the extract solution in the panzer and the degassed extract solution is fed through a recuperative heat exchanger to the top of the regenerator, from the bottom of which the regenerated solvent is taken, sent through the recuperative heat exchanger to the top of the extractor, and dioxide is taken from the top of the regenerator. carbon;

1) процесс очистки сжиженного углеводородного газа реализуется в жидкой фазе без снижения давления газа и сохранения его энергетического потенциала, при этом диоксид углерода экстрагируют из сжиженного углеводородного газа селективным растворителем в экстракторе, сжиженный газ подают в низ экстрактора;1) the process of purification of liquefied petroleum gas is carried out in the liquid phase without reducing the gas pressure and maintaining its energy potential, while carbon dioxide is extracted from the liquefied hydrocarbon gas with a selective solvent in the extractor, the liquefied gas is fed to the bottom of the extractor;

2) экстрактный раствор с низа экстрактора поступает в экспанзер с дросселированием давления на дегазацию, в экспанзере от экстрактного раствора равновесно отделяется газовая фаза, состоящая из поглощенных углеводородов и диоксида углерода, которая откачивается через инжектор потоком частично регенерированного охлажденного растворителя, отводимого из средней части регенератора растворителя, и возвращается в среднюю часть экстрактора в качестве ресайкла. Ввод ресайкла в экстрактор приводит к частичному вытеснению из растворителя поглощенных в экстракторе углеводородных компонентов диоксидом углерода, что повышает количество очищенного сжиженного газа, отводимого с верха, экстрактора;2) the extract solution from the bottom of the extractor enters the expander with a throttle pressure on degassing, the gas phase consisting of the absorbed hydrocarbons and carbon dioxide is equilibrated from the extract solution in the expander, which is pumped through the injector by a stream of partially regenerated cooled solvent, withdrawn from the middle part of the solvent regenerator , and returns to the middle of the extractor as a recycle. The introduction of the recycler into the extractor leads to partial displacement of the hydrocarbon components absorbed in the extractor by carbon dioxide from the solvent, which increases the amount of purified liquefied gas discharged from the top of the extractor;

3) в качестве растворителя диоксида углерода используют промышленно доступные и дешевые водные растворы аминов;3) industrially available and cheap aqueous solutions of amines are used as a carbon dioxide solvent;

4) в нижней части экстрактора обеспечивается охлаждение эмульсии экстрактного раствора и очищаемого сжиженного газа при помощи решеферов, что снижает растворяющую способность растворителя по углеводородам и препятствует разложению растворителя;4) in the lower part of the extractor, the emulsion of the extract solution and the purified liquefied gas are cooled with the aid of reshefer, which reduces the solvent capacity of the solvent for hydrocarbons and prevents the decomposition of the solvent;

5) в экстракторе используют многосекционные насадочные контактные устройства с распределителями дисперсной фазы, расположенными между контактными устройствами, что повышает эффективность экстракционной очистки и уменьшает размеры и стоимость экстрактора.5) the extractor uses multi-sectional packed contact devices with dispersed phase distributors located between the contact devices, which increases the efficiency of extraction cleaning and reduces the size and cost of the extractor.

На фиг.1 схематично представлена установка, реализующая предлагаемый способ очистки сжиженных углеводородных газов от диоксида углерода. Установка для очистки сжиженных углеводородных газов от диоксида углерода включает экстрактор 1, декантатор очищенных сжиженных углеводородных газов от капель унесенного аминового растворителя 2, дросселирующий клапан 3, экспанзер 4, рекуперативный теплообменник 5, десорбер 6, насос подачи регенерированного растворителя 7, насос подачи не полностью регенерируемого растворителя 8, холодильник 9, инжектор 10, решеферы 11.Figure 1 schematically shows the installation that implements the proposed method of purification of liquefied hydrocarbon gases from carbon dioxide. The installation for purification of liquefied hydrocarbon gases from carbon dioxide includes an extractor 1, a decanter of purified liquefied hydrocarbon gases from droplets of entrained amine solvent 2, a throttling valve 3, an expancer 4, a regenerative heat exchanger 5, desorber 6, a regenerated solvent supply pump 7, a not fully regenerated feed pump solvent 8, refrigerator 9, injector 10, reshefer 11.

Пример 1. На очистку поступает 175,4 т/ч (300 м³/ч) сжиженного углеводородного газа под давлением 1,5 МПа с температурой 40°С, имеющего состав (% масс.):Example 1. For cleaning, 175.4 t / h (300 m ³ / h) of liquefied petroleum gas are supplied under a pressure of 1.5 MPa with a temperature of 40 ° C, having the composition (% wt.):

азотnitrogen - 0- 0 диоксид углеродаcarbon dioxide - 5- 5 этанethane - 1- one пропанpropane - 20- twenty изобутанisobutane - 20- twenty н-бутанn-butane - 20- twenty изопентанisopentane - 5- 5 н-пентанn-pentane - 15- fifteen н.гексанN. hexane - 14- fourteen водаwater - 0- 0

Сжиженный углеводородный газ поступает в низ экстрактора 1 наверх, которого подается насосом 7 регенерированный растворитель в количестве 311,5 т/ч (300 м³/ч) в виде водного раствора диэтаноламина, содержащего 30% мас. диэтаноламина при температуре 40°C. Очищенный от диоксида углерода сжиженный углеводородный газ с взвесью капель унесенного растворителя поступает в декантатор 2, в котором от сжиженного углеводородного газа отделяются капли амина. С низа экстрактора 1 выводится экстрактный раствор с поглощенным диоксидом углерода и некоторым количеством легких углеводородов (этан, пропан) и через дросселирующий клапан 3 под давлением 0,21 МПа поступает в экспанзер 4. В экспанзере 4 при низком давлении происходит отдувка легких углеводородов и части диоксида углерода в газовой фазе. Далее дегазированный экстрактный раствор из экспанзера 4 через рекуперативный теплообменник 5 поступает в регенератор растворителя 6 с подводом тепла в низ регенератора. Горячий регенерированный растворитель с низа регенератора 6 насосом 8 подается в рекуперативный теплообменник 5 и далее подается наверх экстрактора 1. Из средней части регенератора 6 отводится расчетное количество частично регенерированного растворителя, который насосом 8 подается для охлаждения в холодильник 9, после которого абсорбент с температурой 40°C поступает в инжектор 10, откачивая газ из экспанзера 3 и поступает в среднюю часть экстрактора 1. В связи с ограничением на температуру потоков в экстракторе (она не должна превышать 50°С во избежание разложения комплекса амина и диоксида углерода) в нижней части экстрактора 1 на последних тарелках обеспечивается теплоотвод от эмульсии сжиженный углеводородный газ-растворитель при помощи решеферов 11.Liquefied hydrocarbon gas flows into the bottom of the extractor 1 upward, which is pumped by a regenerated solvent in an amount of 311.5 t / h (300 m ³ / h) in the form of an aqueous diethanolamine solution containing 30% wt. diethanolamine at a temperature of 40 ° C. The liquefied hydrocarbon gas purified from carbon dioxide with a suspension of droplets of entrained solvent enters the decanter 2, in which drops of the amine are separated from the liquefied hydrocarbon gas. From the bottom of the extractor 1, an extract solution with absorbed carbon dioxide and some light hydrocarbons (ethane, propane) is discharged and through the throttling valve 3 under pressure of 0.21 MPa enters the expancer 4. In the expancer 4 at low pressure there is a blow-off of light hydrocarbons and part of the dioxide carbon in the gas phase. Next, the degassed extract solution from the expancer 4 through a recuperative heat exchanger 5 enters the solvent regenerator 6 with heat supply to the bottom of the regenerator. The hot regenerated solvent from the bottom of the regenerator 6 is pumped to the recuperative heat exchanger 5 by pump 8 and then fed to the top of the extractor 1. From the middle part of the regenerator 6, the calculated amount of partially regenerated solvent is discharged, which is pumped 8 for cooling to the refrigerator 9, after which it is absorbed with a temperature of 40 ° C enters the injector 10, pumping gas from the expancer 3 and enters the middle part of the extractor 1. Due to the limitation on the temperature of the flows in the extractor (it should not exceed 50 ° C in avoid decomposition of the complex of amine and carbon dioxide) in the lower part of the extractor 1 on the last plates provides heat removal from the emulsion of the liquefied hydrocarbon gas-solvent with the help of meters 11.

В таблице 1 приведены расчетные данные по составу очищенных сжиженных углеводородных газов, выводимых с верха экстрактора и насыщенного растворителя, выводимого с низа экстрактора, в таблице 2 - профиль давлений, температур и коэффициента эффективности извлечения диоксида углерода по реальным тарелкам при работе системы очистки сжиженного углеводородного газа по заявленному способу. Экстрактор имеет диаметр 3.8 м и включает два решефера и 20 реальных тарелок.Table 1 shows the calculated data on the composition of the purified liquefied hydrocarbon gases discharged from the top of the extractor and the saturated solvent discharged from the bottom of the extractor, table 2 shows the profile of pressures, temperatures, and the efficiency coefficient of carbon dioxide extraction from real plates during operation of the liquefied hydrocarbon gas treatment system by the claimed method. The extractor has a diameter of 3.8 m and includes two meters and 20 real plates.

В таблице 3 для сравнения приведены расчетные данные по абсорбционной очистке аналогичной широкой фракции углеводородов в газовой фазе абсорбентом, аналогичным растворителю в абсорберах диаметром 3.8 м при различном числе реальных тарелок и расходе абсорбента.Table 3 for comparison shows the calculated data on the absorption cleaning of a similar wide fraction of hydrocarbons in the gas phase with an absorbent, similar to the solvent in absorbers with a diameter of 3.8 m for different numbers of real plates and absorbent consumption.

Сравнение данных таблиц 1, 2, 3, показывает, что в результате реализации предлагаемого способа очистки сжиженных углеводородных газов увеличится качество очищаемых углеводородных газов, уменьшается число реальных тарелок и расход экстрагента при сохранении энергетического потенциала сжиженного углеводородного газа.A comparison of the data in tables 1, 2, 3 shows that as a result of the implementation of the proposed method for cleaning liquefied petroleum gases, the quality of the purified hydrocarbon gases will increase, the number of real plates and the consumption of extractant will be reduced while maintaining the energy potential of the liquefied petroleum gas.

Таблица 1Table 1 Расчетные данные по составу очищенных сжиженных углеводородных газов и насыщенного растворителя в экстрактореThe calculated data on the composition of the purified liquefied hydrocarbon gases and saturated solvent in the extractor КомпонентыComponents Состав, % мольн.Composition,% mol. Очищенные сжиженные углеводородные газы, выводимые с верха экстрактораPurified liquefied hydrocarbon gases discharged from the top of the extractor Насыщенный растворитель, выводимый с низа экстрактораSaturated solvent removed from the bottom of the extractor азотnitrogen 00 00 диоксид углеродаcarbon dioxide 0,00060,0006 1,71121.7112 этанethane 2,18762.1876 0,00150.0015 пропанpropane 27,956827.9568 0,00850.0085 изобутанisobutane 21,238821.2388 0,00010.0001 н-бутанn-butane 21,238921,2389 0,00010.0001 изопентанisopentane 4,27754.2775 0,00000.0000 н-пентанn-pentane 12,832512.8325 0,00000.0000 н.гексанN. hexane 10,027310,0273 0,00010.0001 водаwater 0,19990.1999 91,559691.5596 аминamine 0,04010,0401 6,71896,7189

Таблица 2table 2 Профиль давлений, температур и коэффициента эффективности по реальным тарелкам экстрактора (счет с верха аппарата) при экстракционной очистке сжиженных углеводородных газовThe profile of pressures, temperatures and efficiency coefficient for real plates of the extractor (counting from the top of the apparatus) during the extraction cleaning of liquefied hydrocarbon gases Число реальных тарелокThe number of real plates Давление, кПаPressure kPa Температура, °СTemperature ° C Коэффициент эффективностиPerformance ratio Теплосъем в решефере, млн. ккалHeat transfer in decher, million kcal 1one 1471,341471.34 40,0040.00 0,52030.5203 00 22 1472,861472.86 40,0040.00 0,34910.3491 00 33 1472,391472.39 40,0140.01 0,35000.3500 00 4four 1475,911475.91 40,0140.01 0,35130.3513 00 55 1477,431477.43 40,0240.02 0,35270.3527 00 66 1478,961478.96 40,0340.03 0,35430.3543 00 77 1480,481480.48 40,0440.04 0,35600.3560 00 88 1482,011482.01 40,0640.06 0,37750.3775 00 99 1483,531483.53 40,1040.10 0,35990.3599 00 1010 1485,051485.05 40,1840.18 0,36240.3624 00 11eleven 1486,581486.58 40,2940.29 0,36530.3653 00 1212 1488,101488.10 40,4840,48 0,36860.3686 00 1313 1489,631489.63 40,7840.78 0,37240.3724 00 14fourteen 1491,151491.15 41,2741.27 0,37690.3769 00 15fifteen 1492,671492.67 42,0642.06 0,38200.3820 00 1616 1494,201494.20 43,3643.36 0,39140.3914 00 1717 1495,721495.72 45,3645.36 0,39970.3997 00 18eighteen 1497,251497.25 48,0248.02 0,41890.4189 00 1919 1498,771498.77 49,4649.46 0,37780.3778 0,50.5 20twenty 1500,301,500.30 48,5248.52 0,37340.3734 1,01,0

Таблица 3Table 3 Расчетные данные по абсорбционной очистке аналогичной широкой фракции углеводородов в газовой фазе абсорбентомThe calculated data on the absorption treatment of a similar wide fraction of hydrocarbons in the gas phase by absorbent Расход абсорбента, м³/чAbsorbent consumption, m ³ / h Число реальных тарелокThe number of real plates Концентрация диоксида углерода в очищенном газе, % мольн.The concentration of carbon dioxide in the purified gas,% mol. Дополнительный теплосъем, млн. ккалAdditional heat removal, million kcal 300300 20twenty 0,1450.145 0,5; 0,5; 0,5; 0,5 и 1,0 соответственно с 16, 17, 18, 19 и 20 тарелок0.5; 0.5; 0.5; 0.5 and 1.0 respectively from 16, 17, 18, 19 and 20 plates 400400 20twenty 0,1450.145 -- 400400 30thirty 0,0280,028 -- 400400 4040 0,00670.0067 -- 400400 50fifty 0,00240.0024 -- 400400 6060 0,00160.0016 --

Claims

1. Способ очистки сжиженного углеводородного газа от диоксида углерода, заключающийся в том, что диоксид углерода экстрагируют из сжиженного газа селективным растворителем в экстракторе, сжиженный газ подают в низ экстрактора, растворитель подают на верх экстрактора, рафинатный раствор с верха экстрактора поступает в декантатор, с верхней части которого отводят сжиженный газ, а с нижней части отводят отстоявшийся растворитель, направляемый в экспанзер, экстрактный раствор с низа экстрактора поступает в экспанзер с дросселированием давления, в экспанзере от экстрактного раствора равновесно отделяется газовая фаза, состоящая из поглощенных углеводородов и части диоксида углерода, и дегазированный экстрактный раствор поступает через рекуперативный теплообменник на верх регенератора, снизу которого отбирают регенерированный растворитель, направляемый через рекуперативный теплообменник на верх экстрактора, а с верха регенератора отбирают диоксид углерода.1. The method of purification of liquefied petroleum gas from carbon dioxide, which consists in the fact that carbon dioxide is extracted from the liquefied gas with a selective solvent in the extractor, the liquefied gas is fed to the bottom of the extractor, the solvent is fed to the top of the extractor, the raffinate solution from the top of the extractor enters the decanter, s the upper part of which liquefied gas is discharged, and from the lower part the settled solvent is discharged to the expander, the extract solution from the bottom of the extractor enters the expander with throttling In the expancer, the gas phase consisting of the absorbed hydrocarbons and part of the carbon dioxide is equilibrium separated from the extract solution, and the degassed extract solution enters through the recuperative heat exchanger to the top of the regenerator, from the bottom of which the regenerated solvent is taken, which is sent through the recuperative heat exchanger to the top of the extractor, and from the top carbon dioxide is taken from the regenerator.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в нижней части экстрактора осуществляют теплоотвод при помощи решефера.2. The method according to claim 1, characterized in that in the lower part of the extractor carry out heat removal using a resher.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве селективного растворителя используют водный раствор аминов.3. The method according to claim 1, characterized in that an aqueous solution of amines is used as a selective solvent.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что из средней части регенератора отводят частично регенерированный растворитель, который насосом после охлаждения в холодильнике подается в инжектор, откачивающий газовую фазу из экспанзера, смешиваемую с частично регенерированным растворителем, и далее поступает в среднюю часть экстрактора в качестве ресайкла.4. The method according to claim 1, characterized in that the partially regenerated solvent is removed from the middle part of the regenerator, which, after cooling in the refrigerator, is pumped to the injector, which pumps the gas phase from the expaner, mixed with the partially regenerated solvent, and then enters the middle part of the extractor as a recycling.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в экстракторе используют многосекционные насадочные контактные устройства с распределителями дисперсной фазы, расположенными между контактными устройствами. 5. The method according to claim 1, characterized in that the extractor uses multi-section nozzle contact devices with dispersed phase distributors located between the contact devices.