CS203344B1 - SpOsob a zariadenie rafinácie surového metánu a/alebo mokrého zemného plynu - Google Patents

Description

Podía tohto vynálezu sa spolahlivo a energeticky poměrně málo náročné, pomocou vhodného zariadenia rafinuje metán alebo mokrý zemný plyn hlavně od nasýténých a iienasýtených uhfovodíkov C2 až Cs tak, aby sa čistý metán mohol využiť aj v tých najnáročnejších procesoch.

Známe je odstraňovanie kysličníka uhličitého a karbonylsulfidu zo zemného plynu o dalších plynov pomocou propylénkarboňátu, dehydratácia zemného plynu pomocou chloridu vápenatého, najmá však vypieraním vody roztokom glykolov, odstraňovanie kysličníka uhličitého a dalších „kyslých“ komponentov etanolamínmi, nájmá dietanolamínom a trietanolamínom (Gas Conditioning Fact Book, The Dow Chemical Company, Midland, Michigan /1957, 1962/) i dalšími metódami (USA pat. 3 770 662, 3 542 672, 3 812 030, 3 702296; franc. pat. 2 310 326). Ešte náročnejšie je odstraňovanie nasýtených i nenasýtených uhlovodíkov zo surového metánu, napr. z pýrolýzy, alebo z mokrého plynu. Známe je spracovanie zemného plynu, vrátane odstraňovania kysličrtíka uhličitého so sirovodíkom, etánom a výššími uhlovodíkmi extrakciou olejom (USA pat. 3 274101), stlačováním mokrého zemného plynu do oblasti kritického tlaku, pri čom súčasne s chladením metán a etán sa zo zniesi odstránia tak, že frakcia C3 áž Cs sa mdže rýchlo spatné získat (USA pat. 3 542 673). Metoda deletfia pomocou vysokého tlaku s využitím absorbérov i adsorbérúv a regeneráciou zahrievaním sa využívá aj v dalších procesoch (USA pat. 3 600'303 a 3 718 581). Avšak nevýhodou je energetická náročnost a poměrné značná zložitosť i menšia flexibilita týchto procesov. Zaujímavý je súbor spdsobov a zariadení využívajúcich oleje, lahkú a ťažkú naftu ako adsorpčné médium, pričom zmes plynných a kvapalných uhlovodíkov je spracovaná v členíte) kolóne [(Esso Research and Eng. Co.): USA patent 3 607 734 a 3 274101). Poměrně podobný je proces delenia normálnych plynných uhlovodíkových zmesi nižších a vyšších frakcií [ (The Lummus Co.): USA patent 3 313724], ktorý zahrňuje přechod týchto zmesi 1. frakčnou zónou, kontrolou vzniknutých plynných frakcií, ktoré tiež obsahujú 1'ahšie komponenty, 1'ahšie než nadhlavné a ťažšiu frakciu ako základný produkt, pričom nadhlavné komponenty sa využívajú aj ako reflux a zvyšok v sekundárnej frakčnej zóně. Napriek viacerým prednostiam týchto procesov, nevýhodou je nízká flexibilita, najma v prípadoch značnej variability zloženia surového metánu alebo mokrého zemného ply203344 nu, možnost hromadenia nečistůt v absorpčnom prostředí, s možnými „prierazml“ nežiadúcich komponentov do rafinovaného metanu a z toho vyplývajúca nižšia spolehlivost procesov rafinácie, Ďalšou nevýhodou je potřeba presne definovaných,, termicky vysokostabilných absorpčných činidiel a poměrně vysoká spotřeba energií. Tieto nedostatky však úspěšně rieši spůsob a odstraňovanie podlá tohto vynálezu.

Podlá tohto vynálezu sa spůsob rafinácle surového metánu a/alebo mokrého zemného plynu, zbaveného aspoň časti sírnych zlúčenín, hlavně sírovodíka, připadne oxidu uhličitého, acetylénu a vody, obsaliujúceho okrem metánu ako podstatnej zložky příměsi nasýtených a/alebo nenasýtených uhlovodíkov s 2 až 8 atómami uhlíka, absorpciou v parafinických uhlovodíkoch s 10 až 17 atómami uhlíka spojenou s regeneráclou uSkutQčjíuje tak,., že surový metán a/alebo mokrý zemný plyn sa vedie na absorpciu pri teplote 0 až 80 °C, pri tlaku 0,1 až 10 MPa v parafinických uhlovodíkoch o teplotěvaru 160 až 230 °C, čímž sa metán zbavuje vyšších uhlovodíkov a parafinické uhlovodíky ako absorpčně činidlo sa vedú na Oddelovanie absorbovaných a/alebo roz‘kíadom.....absorpčného činidla vzniknutých nižších uhl'ovo'díkov s 2 až 8 atómami uhlíka a zvyšok, pozostávajúci z parafínov o teplote varu 160 až 230 °C sa oddělí a/álebo opátovne používá ako absorpčně činidlo pre uhlovodíky s 2 až 8 atómami uhlíka.

Podlá tohto vynálezu zariadenie na rafináciu surového metánu a/alebo mokrého zemného plynu spósobom uvedeným v predchádzajúcom odstavci pozostáva z kolón, .adsorhérov, kondenzátorov, odlučovačov, výmenhíkov teplá, pomocných zariadení a potrubí, kde přívodně potrubie pre surový metán a/alebo mokrý zemný plyn je zapojené ha ahsorpčnú . kolonu s jedno- alebo viacsíupňovým vypieraním s reguláciou hladin medzi stupňami, ktorej vrchná časť je cez kondenzátor a odlučovač zapojená na adsopbér -a/alebó adsorbéry, z ktorých je vedené výstupné potrubie pre rafinovaný metán a/alebo zemný plyn, s výhodou cez analyzátor, přitom spodná časť absorpčněj kalóny je zapojená potrubím, s výhodou cez čerpadlo a yýmeriník tepla ako nástrek, s výhodou do hornej časti vyváracej a/alebo rektifikačnej kolony a do nástreku je spravidla vyústěné potrubie z odlučovača, pričóm. hlava rektifikačnej a/alebo vyváracej kolony s refl.uxným chladičom s. odlučovačom je. zapojená na výstup pre uhlovodíky s'2 až'8 atómami uhlíka a spodok vyváračej á/alebo' rektifikačnej kolony je potrubím, napojený. cez čerpadlo, Výmenník tepla a vodný chladič na ahsorpčnú kolónu, do potrubia 'je vovedené potrubie, ktorým sa doplňujú straty absorpčného činidla.

Ako surový metán podl'a tohto vynálezu prichádza do úvahy napr. metán z pyrolýzy uhiovodíkev, z dealkylácle aromátev a podobné, ktorý na rozdiel od mokrého' zemného plynu nezrledka obsahuje aj nenasýtené uhlovodíky, alkény, acetylén, alkylacetylény, diény apod. Vo váčšej miere obvykle aj vodík. Spravidla sa predbežne raf ináclóu, napr. selektívnou hydrogenáčiu odstraňuje acetylén a alkylacetylény i diény a sírne zlúčeniny. U mokrého zemného plynu k najčastejším nečistotám patria vyššie nasýtené uhlovodíky C2 až Cs, najviac však bývá etánu a propánu, butánu a pentánu, oxid uhličitý, dusík, hélium, kyslík, sirovodík, karbonylsulfld, připadne tiež vodná para. Pravda, zemný plyn alebo metán sa může aj sekundárné znečistit, ak napr. před rafináciou podlá tohto vynálezu sa použije v inom procese či už ako reakčný komponent alebo pomocná látka. Mfiže sa tiež znečistit v známých analogických procešoch rafinácie, kde sa napr. jednoznačné počítá s vysokou tepelnou stabilitou absorpčného média a jeho čistotou, ale v skutočnosti sa napr. aplikuje znečistěný nízkovrúcimi parafinickými a oleflnickýipi zlúčeninami. Taký případ prichádza do úvahy vtedy, ak například absorpčně činidlo před použitím na . rafináciu slúži ako temperovacie či teplonosné médium pri vysokých teplotách, kedy může důjst k čiastočnej tepelnej deštrukcii, ku krakovaniu za tvorby charakteristických nízkovrúcich komponentov.

' Ako absorpčně činidlo sa používajú parafíny o teplote varu 160 až 230 °C. Výhod_&,nejšie je však apllkovať užšie frakcie, najmS Ξ? frakciu 180 až 210 °C, připadne 185 áž 200 stupňóv Celsia, s převážným obsahom izoparafínov. Můžu to byť zmesi parafínov a.. lebo čisté izoparafíny, či n-parafíny, .poměrně menej vhodné sú cykloparafíny. Najmenej žiadúce sú příměsi aromátov a najškodUvejšie v nich boli příměsi olefínov.

Avšak uplatněním spůsobu a zariadenia podlá tohto vynálezu odpadá aj také riziko.

Vhodné je využiť na kontrolu účinnosti adsorhérov rafinovaného metánu alebo zemného plynu analyzátorov, napr. plynový chromatograf s tepelnovodivostnou alebo . plameňoionizačnou detekciou. Impulzy z analyzátora je vhodné využiť na striedavé prepínanie cyklu adsorpcia — desorpcia v obidvoch aparátoch. Preto je vhodné použiť v zariadení na dorafinovanie plynu aspoň 2 adsorbéry', pričom jeden pracuje a druhý sa regeneruje.

Výhodou spĎsobu a zariadenia na rafináciu surového metánu ako aj mokrého zemného plynu je predovšetkým vysoká funkčná spolahlivosť technologie, a zariadenia, vysoká rafinačná účinnost, takže rafinova- ný metán alebo rafinovaný zemný plyn je vhodný aj pre tie najnáročnejšie petrochemické procesy, či už ako reakčný komponent alebo pomocná látka, ako napr. v procese výroby etylénoxidu prlamou oxidáciou etylénu, v procese parciálněj oxidácie ap. Ďalej je to vysoká flexibilita procesu, po203344 merne nízká citlivosť na případné nečistoty, resp. nízkovrúcě podiely v pridávanom absorpčnom činidle, lebo sa v. ďalšom z něho lahko odstáni, teda aj dokonalé odstraňovanie absorbovaných nižších uhlovodíkov a dalších nečistfít z rafinovaných plynov i vzniknutých případným rozkladom absorpčného činidla, resp. vneseným s absorpčným činidlom ap. Ďalšie výhody a podrobnosti. spfísobu ako aj zariadenia podfa tohto vynálezu sú zřejmé z príkladov a přiloženého obrázku.

Zariadenie podfa: obrázku pozostáva z absorpčnej kolony -2, do ktorej sa privádza surový metán a/alebo mokrý zemný plyn cez přívodně potrubie 1. Vykondenzovanie strhnutých pár hlavně absorpčného činidla sa zabezpečuje kondenzátorom 3 a odlučovačom 4. Adsorbér a/alebo adsorbéry 5 dočišťujú zemný plyn, ktorý odchádza zo zariadenia výstupným potrubím 7 cez analyzátor 6, ktorým sa kontroluje stupeň čistoty zemného plynu. Nasýtené absorpčně činidlo odchádza z absorpčnej kolony 2 potrubím 8 s využitím tlakového spádu, připadne pomocou čerpadla 9 cez výměník tepla IQ ako nástrek 11 do rektifikačnej kolony 13, pričom do nástreku 11 spravidla vyúsťuje potrubie 12 z odlučovača 4. Vyvařené plyny z nasýteného absorpčného činidla opúšťajú rektifikačnú kolónu 13 cez refluxný chladič s odlučovačom 14 a výstupné potrubie 13. Rektifikované absorpčně činidlo odchádza z rektifikačnej kolony 13 potrubím 16, čerpadlom 18, výmenníkom tepla 10 a vodným chladičom 19 ako nástrek do absorpčnej kolony 2. Straty absorpčného činidla do čistiaceho zariadenia sa dopíňajú cez potrubie'17.

Přikladl

Do absorpčnej kolqny 2 s trojstupňovým vypieraním s reguláciou hladin medzi stupňami o objeme 100 1, naplnenej 80 dm⁵ absorpčným činidlom, pozostávajúcim zo zmesi parafinických uhlovodíkov o teplote varu 175 až 195 °C sa privádza zemný plyn s prívodným potrubím 1 pri tlaku 1,4 MPa v množstve 20 dm³/h s obsahom 92,1 % hmot. metánu; 3,2 % hmot. etánu; 2,1 % hmot. pentánov; 0,2 % hmot. parafínov Cs až Cs a

2,2 % hmot. zmesi dusíka s oxidom uhličitým a vodíkom. Pri teplote ,26 °C a přetlaku 1,8 MPa prebieha absórpcia v absorpčnom činidle, ktorým je frakcia parafínov, prevažne izoparafínov o teplote varu 175 až 195 °C, pričom plyny s parami idú cez kondenzátor 3, kde sa kondenzujú, hlavně strhnuté páry parafinických uhlovodíkov o teplote varu 175 až 195 °C, ktorých zvyšok sa odlučuje v odlučovači 4 a po přechode potrubím cez adsorbér 5 s aktívnym uhlím s měrným povrchom 890 m²/g, sa potom po výstupe z adsorbéra S analyzuje analyzátorom 6 (— plynovým chromatograf om) so signalizačným zariadenim a rafinovaný zemný plyn opúšťa čistiace zariadenie výstupným potrubím 7. Zloženie takto rafinovaného zemného plynu tvoří 99 % hmot. metánu; 0,4 % hmot. etánu; zvyšok 0,6 % hmot. je v podstatě oxid uhličitý s dusíkom a vodíkom. Odlúčená kvapalina z odlučovača 4, v závislosti od stupňa znečistenia absorpčného činidla uhlovodíkmi C2 až Cs sa bud . vedie potrubím 12 ako časť nástreku 11 do vyváracej kolony 13, spravidla pri nižšom znečistění, alebo sa dokonca odvedie z procesu na iné použitie. Zo spodu absorpčnej kolony 2 sa odvádza absorpčně činidlo so spojovacím potrubím 8 s obsahom 1,0 % hmot. metánu; 0,2 % hmot. etánu; 0,08% hmot. propánu; 0,7 % hmot. butánu; 0,05 % hmot. pentánov; 0,09 % hmot. oxidu uhličitého a menšie množstvo vodíka s dusíkom. Absorpčně činidlo sa s využitím tlakového spádu alebo pomocou čerpadla 9 cez tepelný výměník 19 nastrekuje ako nástrek 11 do vyvrácenej a/alebo rektifikačnej kolony 13 pri teplote varu absorpčného činidla spolu s prímesami nižších uhlovodíkov. Hlavou kolony sa výstupným potrubím 15 odvádza uhlovodíková zmes Ci až Cí spolu s oxidom uhličitým, dusíkom a vodíkom i parami absorpčného činidla. Refluxným chladičom opatřeným odlučovačom 14 sa kondenzujú a oddelujú hlavně páry absorpčného činidla, ktoré v závislosti od znečistenia uhlovodíkmi C2 až Ca sa bud oddelujú zvlášť, alebo vedú spáť do kólóny 13. Spodom rektifikačnej kolony 13 sa odvádza absorpčně činidlo čistoty 99,98 % hmot. frakcie o teplote 175 až 195 °C. Táto sa vedie pomocou čerpadla 18 cez tepelný výměník IQ, resp. tiež vodný chladič 19 potrubím 18 do absorpčnej kolony 2. Straty absorpčného činidla do Čistiaceho zariadenia sa dopíňajú cez potrubie 17.

P r í k 1 a d 2

Postupuje sa podobné ako v příklade 1, len s tým rozdielom, že miesto mokrého desulfurizovaného zemného plynu sa na absorpciu privádza surový metán tohto zloženia (v % hmot,): 90,7 metánu; 3,8 etánu; 3,1 propánu; 1,6 butánu; 0,5 pentánu a 0,16 zmesi parafínov s olefínmi C4 až C7. Regenerované absorpčně činidlo dosahuje čistotu 99,97 % hmot. Čistota rafinovaného metánu dosahuje 99,7 % hmot.

Příklad 3

Postupuje sa podobné ako v příklade 1, len s tým rozdielom, že ako absorpčně činidlo sa použije frakcia parafínov o teplote. varu 188 až 210 °C, s převážným obsahom n-parafínov, izoparafínov a 6% hmot. cykloparafínov, pričom teplota a absorpčnej kolóne 2 je 31 °C a tlak 2,6 MPa. Získává sa rafinovaný · zemný plyn s obsahom 99,3 procenta hmot. metánu, 0,2 % hmot. etánu, pričom zyyšok je v podstatě oxid uhličitý s dusíkom.

Claims (5)

PREDMET

1. Spósob rafinácie surového metánu a/ /nebo mokrého zemného plynu, zbaveného aspoň části sírnych zlúčenín, hlavně sirovodíku, připadne oxidu uhličitého, acetylénu a vody, obsahujúceho okrem, metánu ako podstatnej zložky příměsi, nasýtených a/alebo nenasýtených uhfovodíkov. s 2 až 8 átómami uhlíka, absorpciou v parafinických uhíovodíkoch s 10 až 17 atómamí uhlíka spojenou s regeneráciou, vyznačujúci sá tým, že surový metán a/alebo mokrý zemný plyn sa vedle na absorpciu pri teplote 0 až 80 °C, pri tlaku 0,1 až 10 MPa v parafinických uhrbvodíkoch o teplote varu 160 až 230 °C, čím sa metán zbavuje vyšších uhfovodíkov a parafinlcké uhlovodíky ako absorpčně činidlo sa vedu na oddefovanie absorbovaných a/alebo rozkladom absorpčného činidla vzniknutých nižších uhfovodíkov s 2 až 8 atómami uhlíka a zvyšok, pozostávajúci z parafínov o teplote varu 160 až 230 °C sa oddělí a/alebo apStovne používá ako absorpčně činidlo pre uhlovodíky s 2 až 8 atémami uhlíka.

2. Spósob podlá bodu 1, vyznačujúci sa tým, že surový metán a/alebo mokrý zemný plyn sa vedie na absorpciu pri teplote 0 až 80 °C, s výhodou 25 až 45 °C a tlaku 0,1 až 10 MPa, s výhodou 1 až 3 MPa.

3. Spósob podía bodů 1 a 2, vyznačujúci sa tým, Že parafinlcké uhlovodíky ako absorpčně Činidlo sa vedú na oddelovanie absorbovaných a/alebo rozkladom absorpčného činidla vzniknutých nižších uhfovodíkov s 2 až 8 atómami uhlíka, s výhodou vyváraním-a/alebo rektlfikáciou.

4. Spósob podfa bodu 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že rafinovaný metán a/alebo zemný plyn sa po ádsorpcii stóp vypieracích paravynAlezu finických uhfovodíkov analyzuje, pričom pri stúpnutí obsahu uhfovodíkov s 2 až 8 atóxnámi uhlíka nad nastavenň hladinu sa vysiela impulz na striedavé prepínanie cyklu adsorpcia — desorpcia.

5. Zariadenie na rafináciu surového metánu a/alebo mokrého zemného plynu podlá bodu 1 alebo 4, pozostávajúce z kolón, adsorbérov, kondenzátorov, odlučováčov, výmenníkov tepla, pomocných zariadení a potrubí, vyznačujúce sa tým, že přívodně potrubie pre surový metán a/alebo mokrý zemný plyn (1) je zapojené na absorpčnú kolonu (2j s jedno- alebo viacstupňovým vypieraním s réguláciou hladin medzi stupňami, ktorej vrchná časť je cez kondenzátor (3j a odlučovač (4) zapojená na adsorbér a/alebo adsorbéry (5), z ktorých je vedené výstupné potrubie pre rafinovaný metán a/ /alebo zemný plyn (7), s výhodou cez analyzátor (6), přitom spodná časť absorpčnej kolony (2) je zapojená potrubím (8), s výhodou cez čerpadlo (9) a výmenník tepla (10) ako nástrek (11), s výhodou do hornej častí vyváracej a/alebo rektifikačnej kolóny (13) a do nástreku (11) je spravidla vyústěné potrubie (12) z odlučovača (4), pričom hlava rektiflkačnej a/alebo vyváracej kolóny (13) s refluxným chladičom s odlučovačom (14) je zapojená na výstup pre uhlovodíky s 2 až 8 atómami uhlíka (15) a spodok vyváracej a/alebo rektlfikačnej kolóny (13) je potrubím (16) napojený cez čerpadlo (18), výmenník tepla (10) a vodný chladič (19) na absorpčnú kolonu • (2), do potrubia (16) je vovedeně potrubie (17), ktorým sa doplňujů straty absorpčného činidla.